CHƯƠNG II XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CẦU TREO VÀ CẦU DÂY VĂNG
3.3. Thi công kết cấu nhịp cầu dây văng
3.3.2. Thi công kết cấu nhịp cầu dây văng
Kết cấu nhịp cầu dây văng có hai loại kết cấu dầm cứng chính là kết cấu thép và kết cấu BTCT.
Đối với kết cấu dầm cứng bằng thép có 4 phương pháp thi công là:
Lắp trên đà giáo di động.
Lắp bán hẫng trên trụ tạm.
Lắp hẫng cân bằng.
Lao dọc trên đường trượt.
Đối với kết cấu dầm cứng bằng BTCT có 2 phương pháp thi công như sau:
Đúc hẫng cân bằng.
Lắp hẫng cân bằng.
Các nội dung chính trong công nghệ thi công theo phân loại kết cấu dầm cứng như sau:
3.3.2.1. Thi công kết cấu nhịp cầu dây văng có dầm cứng bằng thép:
a. Biện pháp lắp nhịp dầm thép trên đà giáo di động:
- Thi công lắp đặt trụ tạm, và hệ đà giáo trượt trên các trụ tạm. Thông thường trụ tạm và đà giáo được chế tạo từ các khung thép định hình, hệ thống kéo trượt đà giáo thực hiện giống như lao kết cấu nhịp dầm thép.
- Tiến hành lắp đặt các khoang dầm đối xứng hai bên tháp cầu trên hệ đà giáo di động.
Hệ sàn đạo lắp sử dụng để lắp kết cấu nhịp được kê trên các tăng đơ giúp điều chỉnh cao độ lúc lắp dầm và hạ đà giáo để di chuyển sang lắp khoang dầm tiếp theo.
- Các khoang dầm được tính toán đủ chiều dài và trọng lượng thích hợp cho việc cẩu lắp, khi liên kết các khoang dầm với cáp văng thì chưa liên kết chính thức các khoang dầm mà chỉ liên kết tạm bằng chốt, sau khi hợp long toàn cầu tiến hành điều chỉnh nội lực và đường cong của toàn cầu mới liên kết chính thức.
Theo phương pháp này, nhịp biên có thể thi công lắp đặt đến gối neo mà không cần hợp long, chỉ hợp long nhịp chính ở giữa nhịp trên đà giáo.
Phương pháp này có ưu điểm là công nghệ thi công đơn giản, công tác lắp ráp các đốt dầm dễ dàng, kiểm soát được chất lượng, việc lắp đặt và căng kéo dây văng cũng thuận tiện do các công việc thực thi trên đà giáo cố định. Tuy nhiên, phương pháp này làm tăng đáng kể chi phí, tốn kém công lắp dựng hệ đà giáo trụ tạm, ảnh hưởng đến thông thuyền. Chỉ thích hợp trong thi công cầu có chiều cao thấp, địa chất, địa hình thuận lợi, trong thực tế ít gặp.
Hình 3.22. Lắp dầm trên đà giáo di động
1- trụ tạm, 2- đà giáo di động, 3- chồng nề kê đà giáo, 4- cần cẩu nổi, 5- đường trượt dưới trên trụ tạm, 6- dây neo trụ tam, 7- khớp thi công
Theo phương pháp này chia thành hai giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Lắp kết cấu nhịp dầm biên trên đà giáo trụ tạm nhưng chưa lắp cáp dây văng.
Lắp đặt nhịp biên trên đà giáo trụ tạm ta có thể tiến hành tương tự như thi công kết cấu nhịp giàn thép, sử dụng cẩu chạy hai bên để lắp dựng cấu kiện dầm khi điều kiện địa hình đoạn nhịp biên thuận lợi, hoặc sử dụng cần cẩu chân cứng lắp bán hẫng các khoang dầm trên trụ tạm khi đầu cầu đã có cầu dẫn đã thi công, dầm được cung cấp phía dưới mặt đất bằng phương tiện vận chuyển trên bộ.
Hình 3.23. Lắp bán hẫng phần trên nhịp biên
1- trụ tạm, 2- cần cẩu tay với, 3- cần cẩu chân cứng, 4- các nhịp dẫn, 5- gối neo Giai đoạn 2: lắp hẫng kết cấu nhịp chính từ tháp cầu, lắp xong khoang nào căng cáp văng khoang đó đồng thời lắp và căng cáp văng bó đối xứng phía dầm biên.
Hình 3.24. Lắp bán hẫng phần nhịp chính
a- Lắp hẫng về một phía nhịp chính, b- Hợp long nhịp chính
1- gối neo, 2- trống cuốn dây, 3-dây cáp, 4- trục lăn đỡ dây, 5- cần cẩu chân cứng, 6- đà giáo thi công, 7- cần cẩu tháp
Nhịp chính của cầu được thi công theo công nghệ lắp hẫng, kết hợp đồng thời giữa lắp dầm và lắp cáp dây văng nhịp chính và nhịp biên một cách đối xứng. Trình tự tiến hành theo thứ tự: lắp dầm chủ thượng lưu, hạ lưu, liên kết ngang, hệ dầm dọc, hệ liên kết dọc. Các khoang dầm liên kết tạm với nhau bằng con lõi hoặc bu lông thi công, sau khi hợp long, điều chỉnh đường cong toàn cầu mới tiến hành liên kết chính thức.
Phương pháp này áp dụng đối với loại kết cấu nhịp dầm thép đặc đơn năng, dầm chủ tập
trung ở dưới hai mặt phẳng dây, trong giai đoạn thi công chỉ lắp các hệ liên kết, bản mặt cầu thi công sau khi đã lắp và căng chỉnh các dây văng. Phương pháp này đã được sử dụng tại một số trụ cầu Nhật Tân.
c. Biện pháp lắp hẫng cân bằng:
Phương pháp này tiến hành lắp hẫng cân bằng cho cả mặt cắt hoàn chỉnh của kết cấu nhịp với chiều dài đốt lắp bằng một nửa hoặc bằng chiều dài khoang, phương pháp này thích hợp với dầm cứng tiết diện hình hộp bản trực hướng.
Quá trình thi công chia thành 4 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Lắp trên đà giáo mở rộng trụ.
Giai đoạn 2: Lắp hẫng cân bằng về hai phía của trụ tháp.
Giai đoạn 3: Lắp khoang đầu nhịp trên đà giáo và hợp long nhịp biên.
Giai đoạn 4: Tiếp tục lắp hẫng một phía nhịp chính và hợp long nhịp chính.
Đà giáo mở rộng trụ phải được lắp đặt đủ chiều dài để lắp dựng được hai cần cẩu lắp hẫng, cỏ thể sử dụng kết cấu mở rộng trụ hoặc bổ sung trụ tạm tùy thuộc vào thực tế thi công.
Biện pháp lắp hẫng cần bằng phụ thuộc vào năng lực của cẩu có thể cẩu lắp các đốt dầm có kích thước và trọng lượng lớn. Hơn nữa trên hệ cẩu công xon lắp dầm phải bố trí thiết bị căn chỉnh chính xác để dịch chuyển các đốt dầm vào đúng vị trí lắp ghép.
Lắp hẫng bằng cẩu công xon thì lắp dầm đến đâu lắp ngay dây văng đến đó, nên kết cấu nhịp có thể chịu được tải trọng bản thân và thiết bị thi công để tiếp tục lắp đốt tiếp theo.
Các đốt dầm được cấp đến vị trí bằng hệ nổi, dùng thiết bị móc cẩu chuyên dụng để cẩu lắp đốt dầm. Không yêu cầu phải lắp đồng thời cả hai phía đầu hẫng và có thể lắp cáp dây văng lần lượt.
Nhịp biên có cầu dẫn nên thi công trước để làm chỗ cho cẩu đứng lắp đốt dầm biên trên mố neo, hợp long nhịp biên và lắp đặt các dây văng, lắp gối neo đảm bảo chống lật khi thi công nửa hẫng nhịp chính.
Hình 3.25. lắp hẫng cân bằng
a- Lắp trên đà giáo mở rộng trụ, b- lắp trên trụ tam, c- Lắp hẫng cân bằng, d- Lắp đốt nhịp biên trên đà giáo, e- hợp long biên và hẫng về 1 phía.
1- đà giáo mở rộng trụ, 2- các đốt của khoang chân tháp, 3- cần cẩu công xon, 4- dây văng, 5- đốt dầm lắp hẫng, 6- nhịp dẫn, 7- cần cẩu tay với, 8- trụ tam, 9- gối neo Trong trường hợp không có cần cẩu công xon để lắp hẫng, ta có thể sử dụng đã giáo đỡ
các khối dầm hẫng.
d. Biện pháp lao dọc kết cấu nhịp:
Biện pháp này được áp dụng trong trường hợp tháp cầu bằng thép, dầm đa năng và có một số nhịp dẫn.
Các nhịp dầm thép được lắp ráp trên đường dẫn hai đầu cầu, cột tháp được dựng trên nhịp chính và căng các dây văng, trong giai đoạn thi công các dây văng này có tác dụng giữ ổn định và điều chỉnh độ võng mũi dầm trong quá trình lao kết cấu nhịp.
Khi lao kết cấu nhịp đến vị trí tiến hành hạ nhịp chính lên đỉnh trụ và liên kết tháp với trụ cầu, các nhịp dẫn hạ xuống gối. Nếu điều kiện thuận lợi người ta thi công đốt hợp long bằng cách cẩu lắp thông thường, trong trường hợp khó khăn sẽ đẩy cho hai đầu dầm đến gần nhau đủ để thực hiện mối nối hợp long tại chỗ.
Trong quá trình lao đẩy kết cấu nhịp, phải bố trí các hệ trụ tạm đảm bảo ổn định cánh hẫng dầm. Trong điều kiện thời tiết khó khăn có thể phải tăng cương các biện pháp giằng chống đảm bảo ổn định.
Hình 3.26. Biện pháp lao dọc kết cấu nhịp
a- lắp ráp kết cấu nhịp trên đường đầu cầu, b- đẩy ra trụ trung gian và lắp tiếp các đốt dầm nếu có, c- đẩy ra vị trí, liên kết tháp trụ cầu và hợp long.
1- Chồng nề, 2- trụ tạm, 3- đà giáo mở rộng trụ làm sàn công tác 3.3.2.2. Thi công kết cấu nhịp cầu dây văng có dầm cứng bằng BTCT:
a. Biện pháp thi công đúc hẫng cân bằng:
Biện pháp thi công đúc hẫng cân bằng dầm cứng cầu treo dây văng được tiến hành các bước tương tự như thi công đúc hẫng cầu dầm. Chiều dài các đốt đúc có thể bằng 1 khoang hoặc bằng một nửa khoang, trong trường hợp đúc từng nửa khoang một cần sử dụng cáp DƯL để neo giữa đốt dầm mới đúc với đốt đã hoàn thành treo lên dây văng. Nếu là dầm BTCT thường phải sử dụng thanh neo macalloy để neo tạm các đốt dầm và được tháo bỏ khi khoang dầm được treo lên dây văng.
Đúc đối xứng qua tháp cầu tiến hành đúc xong đến đâu căng dây đến đó, nếu không có
trụ neo tạm ở nhịp biên thì cần phải căng cáp tạm giữ ổn định kết cấu nhịp.
Khoang đầu nhịp hoặc các nhịp phụ được đúc trên đà giáo, sau khi nối khoang này với phần đúc hẫng bằng đốt hợp long tiến hành lắp dây văng và neo nhịp biên vào mố hoặc trụ bằng gối neo.
Phần còn lại của nhịp chính tiếp tục đúc hẫng cho đến khi hợp long ở giữa nhịp.
Hình 3.27. Thi công nhịp bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng a- Đúc đốt K0; b- Đúc các đốt dầm cầu
Một vài đặc trưng cần lưu ý giữa thi công đúc hẫng cầu dây văng và cầu dầm:
Sau khi lắp dây văng khoang dầm trên đỉnh trụ, kết cấu nhịp không cần neo tạm vào trụ mà coi như được treo vào tháp cầu.
Chiều dài đốt đúc thường lớn, có khi bằng cả một khoang dầm và quá trình di chuyển không phụ thuộc khoảng cách giữa hai mặt phẳng dây nên xe đúc phải cấu tạo đặc biệt hơn cầu dầm.
Cốt thép ƯST được neo tại đầu mỗi đốt đúc nhưng được nối liên tục trên suốt chiều dài nhịp.
Khi lắp dựng cốt thép phải cố định đầu neo và ống dẫn hướng cáp theo đúng vị trí đã bố trí trên đỉnh tháp.
Căng cốt thép ƯST của dầm trước, dây văng sau, lực căng dây văng tạo ứng suất trước trong dầm gây chuyển vị lớn ở đầu hẫng.
Có thể chia đốt dầm theo mạch đứng (chia đốt) hoặc mạch ngang (không chia đốt) để đổ bê tông. Nếu chia đốt cần có cốt thép tăng cường khi chưa lắp dây văng, nếu không chia đốt thì không cần bố trí thép tăng cường mà có thể sử dụng dây văng để tăng cường bằng cách đổ bê tông thành hai đợt, đợt một đạt cường độ tiến hành căng cáp văng đến 25÷30% lực kéo tính toán, neo cả xe đúc vào cáp treo để tiến hành đổ bê tông phần còn lại của dầm.
Trình tự thi công giữa tháp và dầm cầu có thể tiến hành tháp trước, dầm sau hoặc có thể tiến hành song song. Với cầu nhịp lớn thi công song song sẽ đảm bảo ổn định hơn và việc căn chỉnh vị trí ống dẫn hướng và neo cáp văng thuận tiện hơn.
b. Biện pháp thi công lắp hẫng cân bằng:
Để rút ngắn tiến độ thi công người ta áp dụng biện pháp lắp hẫng cân bằng, theo phương pháp này các đốt dầm được đúc sẵn và tiến hành lắp đồng thời với quá trình thi công tháp cầu.
Các đốt dầm được phân chia sao cho đảm bảo tính ổn định, có trọng lượng đáp ứng năng lực của cẩu, có chiều dài sao cho mỗi khoang có một đốt dầm đặt neo cáp dây văng.
Công tác chế tạo các đốt dầm tương tự như chế tạo đốt dầm trong công nghệ thi công cầu dầm lắp ghép.
Mối nối giữa các đốt dầm là mối nối khô liên kết bằng keo dán.
Biện pháp lắp các đốt dầm bằng cần cẩu công xon tương tự như trong lắp ghép cầu dầm, chỉ khác nhau về số lượng bó cáp hoặc thanh thép cường độ cao dùng để liên kết các đốt dầm, do trong cầu dây văng đã được tăng cường bằng dây cáp văng.
Công nghệ này đã được áp dụng thành công tại cầu Kiền ở Hải Phòng với sơ đồ nhịp 85+200+85m và do các kỹ sư Việt Nam của Tổng công ty XD Thăng Long thực hiện.
3.3.2.3. Biện pháp thi công dây văng:
a. Thi công dây văng chế tạo sẵn:
Dây văng chế tạo sẵn được chuyển đến công trường dưới dạng cuộn lớn chứa trong trống cáp, đặt trống cáp lên khung đỡ và lắp các hệ xe rùa hoặc bàn lăn để ra dây đảm bảo không bị trầy xước, hư hỏng dây cáp.
Với các khoang dây gần trụ tháp người ta đặt trống cáp trên xà làn và lắp đặt hệ thống giá đỡ có puli chuyển hướng để nâng đỡ và kéo cáp lên trên tháp bằng cần cẩu tháp hoặc tời kéo dọc theo một dây dẫn hướng
Hình 3.28. Lắp cáp chế tạo sẵn
a- kéo dầy bằng tời, múp, b- kéo dây bằng cần cẩu tháp
1- trống cáp, 2- dây văng, 3- đòn gánh cẩu, 4- đầu neo của dây văng, 5- hướng tời, 6- múp nâng dây, 7- hướng tời kéo dây
Với các khoang dầm xa trụ tháp, người ta đặt trống cáp ngay tại vị trí neo dầm và tháo cáp trượt trên các con lăn đến gần chân tháp để được kéo lên lắp đặt vào vị trí neo trên tháp.
Trống cáp được vận chuyển đến bằng hệ nổi và được đưa lên nhịp bằng cẩu tháp để tiếp tục vận chuyển đến vị trí lắp đặt, hoặc sử dụng hệ đà giáo tay với nhấc trống cáp ngay trên hệ nổi lên vị trí lắp đặt.
Tiến hành lắp đầu dây phía trên tháp trước, sử dụng cần cẩu tháp hoặc hệ thống tời múp cáp để kéo đầu dây lên vị trí lắp đặt, đâu kia cố định tại vị trí đặt trống cáp.
Luồn đầu dây văng vào lỗ ống định hướng và ụ neo trên tháp, tiến hãnh hãm cố định đầu neo trên cột tháp bằng đai ốc hoặc các miếng chêm.
Sử dụng các thiết bị chuyên dụng để lắp luồn đầu cáp vào ống định hướng và ụ neo trên dầm cứng, tiến hành lắp kích một chiều để căng kéo cả bó đến lực thiết kế đảm bảo độ căng của dây văng.
b. Thi công dây văng bó tại chỗ:
Dây văng bó tại chỗ sử dụng các tao cáp xoắn 7 sợi 15,2 được chở đến công trường dưới dạng cuộn chứa trong trống cáp.
Vỏ dây văng được lắp đặt trước nhờ các dây cáp mềm neo giữ vào tháp và dầm cứng.
Hình 3.29. Bó dây tại chỗ
1- tời kéo dây, 2- máy đẩy cáp, 3- bàn cắt tao cáp, 4- bánh xe chuyển hướng, 5- tao cáp, 6- puli chuyển hướng, 7- dây cáp kéo, 8- tời luồn dây, 9- dây treo ống bọc cáp, 10- vòng kẹp
giữ ống vỏ bên ngoài, 11- vòng kẹp giữ ống vở bên trong, 12- vỏ HDPE lồng bên trong, 13- vỏ HDPE bọc ngoài, 14- goăng bảo vệ miệng ống, 15- dây kéo dẫn hướng ống bọc, 16- vỏ neo thép chôn sẵn trong bê tông, 17- neo bị động, 18- neo chủ động, 19- thiết bị kiểm soát lực
căng, 20- máy bơm dầy, 21- kích kéo tao đơn, 22- sàn công tác.
Trống cáp được đặt vào đúng vị trí, luồn đầu cáp qua bánh xe chuyển hướng đến vỏ bảo vệ cáp thì được nối vào dây dẫn và được máy tời trên tháp kéo lên vị trí neo bị động. Tiến hành đo cắt chiều dài cáp theo thiết kế và nối đầu cáp với dây dẫn đã luồn từ trong bát neo chủ động và tiến hành kéo luồn đầu cáp còn lại vào bát neo. Sử dụng kích đơn chuyên dụng để căng kéo từng tao cáp đến lực kéo thiết kế đã tính toán ảnh hưởng của các tao kéo trước, sau khi căng đủ các tao cáp trong một dây thì lực căng còn lại trong các tao cáp băng nhau, kiểm soát lực căng bằng thiết bị đo lực.
*) Tài liệu học tập
[1] Giáo trình thi công cầu - Tập 2, Thầy Chu Viết Bình (chủ biên), Nguyễn Mạnh, Nguyễn Văn Nhậm, Nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội năm 2009.
[2] Tham khảo giáo trình thi công Cầu - Cống, GS.TS Nguyễn Viết Trung, trường Đại học GTVT Hà Nội.
[3] Thiết kế và xây dựng cầu dây văng đường bộ, tác giả KS. Đinh Quốc Kim, Nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội năm 2008.
[4] Tiêu chuẩn 22TCN272-05 "Tiêu chuẩn thiết kế cầu".
[5] Tiêu chuẩn 22TCN 266-2000 “ Quy phạm thi công và nghiệm thu cầu cống”.
[6] Cable supported Bridges Concept and design, Niels J. Gimsing, technical university of Denmark, Lyngby, Denmark.
[7] Các báo cáo tổng kết kinh nghiệm thi công các công trình cầu dây võng, dây văng tại Việt Nam thông qua mạng internet như: Cầu Thuận Phước, Cầu Mỹ Thuận, Cầu Bãi Cháy, Cầu Kiền, Cầu Nhật Tân, ...
*) Câu hỏi, bài tập, nội dung ôn thi và thảo luận:
Câu 1: Đặc điểm cấu tạo cuả cầu treo dây văng và cầu treo dây võng.
Câu 2: Phân biệt giữa dây thiên tuyến, dây dẫn và đường cáp treo và ứng dụng của các