CHƯƠNG II XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CẦU TREO VÀ CẦU DÂY VĂNG
3.2. Thi công kết cấu nhịp cầu treo
3.2.2. Thi công kết cấu nhịp cầu treo
a. Neo trọng lực cầu Akashi Kaikyo
b. Neo ngầm cầu George Washington
c. Neo mui rùa
d. Neo guốc
e. Liên kết dây treo với cáp chủ f. Gối yên ngựa trên đỉnh trụ
cứng và thi công mặt cầu.
a. Lắp cáp chủ:
Cáp chủ có hai loại, loại chế tạo sẵn và loại bện tại chỗ. Loại chế tạo sẵn đã hoàn thiện dây cáp nên chỉ kéo lắp một lần, loại bện tại chỗ tạo thành dây cáp có đường kính lớn nên phải lao lắp từng sợi nhiều lần.
b. Cấu tạo đường cáp treo và dây thiên tuyến:
Để lắp cáp chủ ta phải sử dụng đường cáp treo hoặc dây thiên tuyến nối giữa hai mố neo.
Để phục vụ kéo dây cáp chủ hoặc bện cáp tại chỗ cần có một hệ đà giáo treo chạy dọc theo đường dây cáp chủ. Đây là hai công trình phụ tạm quan trọng cần phải thi công đầu tiên trước khi lắp cáp chủ.
Đường cáp treo là đường đi của dây cáp nối từ mố neo bên này, vắt qua hai trụ tạm trên đỉnh tháp, đến mố bên kia. Dây cáp chịu tải đi theo đường cáp treo được gọi là dây dẫn, dây dẫn mang theo xe treo hoặc xe cẩu để phục vụ việc lắp ráp cáp cầu.
Khi dây dẫn được nối với nhau thành một vòng khép kín làm nhiệm vụ vận chuyển vật nặng theo đường cáp chịu tải được gọi là dây tuần hoàn. Dây này có nhiệm vụ kéo các xe treo hoặc móc cẩu chở vật nặng chạy trên cáp chịu lực đã được neo cố định vào hai tháp cầu (Hình 3.7). Đường cáp treo có thể bố trí hai tầng, một tầng là cáp chịu lực và một tầng là dây dẫn tuần hoàn gắn cố định xe treo trên dây và chạy dựa vào đường cáp chịu tải thông qua các thanh đỡ ròng rọc chuyển hướng (Hình 3.8).
Hình 3.7. Sơ đồ bố trí đường dây treo một tầng
1- Cáp chịu tải 18÷25; 2- Xe treo; 3- Dây tuần hoàn 12; 4- Trống quay đảo chiều của tời; 5- Ròng rọc chuyển hướng.
Hình 3.8. Sơ đồ bố trí đường dây treo hai tầng
1- Cáp chịu tải; 2- Xe treo; 3- Dây tuần hoàn; 4- Trống quay đảo chiều của tời; 5- Ròng rọc chuyển hướng; 6- Thanh treo có ròng rọc chuyển hướng.
Dây thiên tuyến có chức năng nhiệm vụ giống đường cáp treo tuy nhiên phạm vi hoạt động chỉ ở giữa hai trụ tháp và có khả năng nâng hạ khi cẩu trục. Dây thiên tuyến sử dụng trong lắp đặt dây cáp chủ có đường kính nhỏ, trong quá trình lắp không cần đà giáo.
c. Lắp đường cáp treo hoặc dây thiên tuyến:
Thi công cầu treo luôn phải có hệ thống cần cẩu tháp và vận thăng lồng lắp hai bên trụ tháp, tuy nhiên các thiết bị này chỉ phục vụ xây dựng hệ tháp tạm trên tháp chính và các hệ đà giáo trụ tạm mở rộng trụ tháp. Để lắp đường cáp treo hoặc dây thiên tuyến, thường sử dụng 4 phương pháp sau:
- Dùng tời bố trí ở chân tháp và mố bên kia thông qua dây cáp mồi để kéo đường cáp treo hoặc dây thiên tuyến vắt ngang qua đỉnh trụ tháp. Tại vị trí trụ tháp sử dụng cần cẩu tháp để nâng đầu cáp và vắt qua đỉnh tháp, đầu cáp được nối với dây mồi để kéo về mố bên kia. Phương pháp này chỉ áp dụng với cầu nhịp nhỏ, phù hợp cho việc lắp dây thiên tuyến.
- Biện pháp kéo bằng hệ nổi: Khi đầu cáp vượt qua đỉnh tháp thứ nhất, để vận chuyển cáp đến tháp bên kia ta phải sử dụng hệ nổi có gắn các puli đỡ cáp để kéo cáp sang đến tháp bên kia. Sau đó nối với dây mồi của tời bên kia mố để kéo dây cáp treo vượt qua trụ tháp neo tạm vào mố cầu.
- Biên pháp kéo bằng cần cẩu nổi: Khi tĩnh không từ mặt nước đến đường dây treo khá cao hoặc không thể sử dụng phao đơn để đỡ cáp, ta sử dụng cần cẩu nổi để kéo cáp vượt qua nhịp chính sang tháp bên kia nối với dây mồi kéo về neo ở mố hoặc nối tuần hoàn.
- Đối với nhịp cầu lớn, sông rộng, tháp cao thì ta có thể đưa dây của đường cáp treo bằng máy bay phản lực, tương tự như các phương pháp trên, chỉ khác nhau cách đưa dây cáp qua nhịp chính.
d. Cấu tạo và lắp đặt hệ đà giáo treo:
- Cấu tạo đà giáo treo:
Đà giáo treo dùng để phục vụ công tác lắp cáp chủ và hệ thống dây treo, do đó đà giáo phải bám sát với đường đi của cáp chủ.
Đà giáo treo có cấu tạo dạng cầu tháp được treo hoặc đỡ bởi hệ dây cáp neo ở hai đầu và lắp hệ mặt sàn. Các dây cáp neo đường kính 18÷25mm được căng theo độ võng của dây cáp chủ và mặt sàn đà giáo đặt thấp hơn cáp chủ khoảng 50÷70cm đảm bảo tĩnh không để thi công lắp đặt cáp chủ. Mặt sàn là các tấm ván gỗ hoặc tôn mắt cáo đặt trên các dầm ngang, có thể bố trí thêm các hệ khung đỡ, khung treo để thi công phù hợp với loại cáp chế tạo sẵn hoặc bện tại chỗ (Hình 3.9).
Cáp chịu lực được neo vào đỉnh tháp và mố neo, một đầu cố định và một đầu có tăng đơ điều chỉnh để cho các sợi cáp song song nhau. Có thể nối cáp nếu không đủ chiều dài theo yêu cầu tuy nhiên phải đảm bảo độ chắc chắn và an toàn như cáp nguyên bản.
Hình 3.9. Cấu tạo đà giáo treo, a. Kiểu sàn gác; b. Kiểu sàn treo
1- Dây cáp chịu lực; 2- Dầm ngang; 3- Dầm dọc; 4- Tấm lát sàn; 5- Bàn lăn đỡ dây; 6- Cáp chủ trong
11- Xe thoi kéo dây; 12- Tăng đơ treo máng gom cáp; 13- Máng gom cáp; 14- Lưới bảo hiểm; 15- Tay vịn lên dốc; 16- Dây néo chống xoắn.
- Lắp đặt đà giáo treo:
Sau khi lắp đặt xong đường cáp treo hoặc dây thiên tuyến, sử dụng móc cẩu của đường cáp treo để thi công kéo các dây cáp chịu lực của đà giáo kiểu sàn gác hoặc kiểu sàn treo. Sau đó sử dụng sàn công tác treo di động để lắp dựng đà giáo từ mố ra đến giữa nhịp.
Để thuận tiện trong thi công lắp đặt và tháo dỡ sau này, các liên kết giữa sàn công tác với cáp chịu lực và các liên kết thanh treo sử dụng các loại chốt khóa hoặc bu lông hãm đảm bảo an toàn, chắc chắn, tin cậy trong quá trình thi công.
Hệ mặt sàn được lắp dần từ thấp lên cao, lắp đến đâu hoàn thiện ngay đến đó để tạo mặt bằng thi công các đoạn tiếp theo.
e. Lắp đặt cáp chủ:
* Chế tạo cáp chủ tại công trường:
- Đối với cáp chủ được chế tạo sẵn và được đúc sẵn các mấu neo ở hai đầu thì bọc kín dây cáp trước khi quấn quanh trống cáp để vận chuyển đến công trường.
- Đối với dây cáp chủ được bện tại công trường từ các sợi cáp xoắn 7 sợi hoặc sợi thép cường độ cao 5 cần quấn quanh trống cáp đường kính 3÷5m để vận chuyển đến công trường.
Tại công trường các sợi cáp được so để triệt tiêu biến dạng dư, ổn định mô duyn đàn hồi để trị số đo các tao cáp thống nhất theo cùng một độ chính xác cho phép. Cáp tao xoắn thường có cường độ và mô đuyn đàn hồi nhỏ hơn cáp sợi cùng đường kính từ 10÷15%, chỉ sử dụng một loại sợi để bện cáp chủ.
- Cắt cáp bằng cưa chứ không được dùng biện pháp gia nhiệt.
- Hãm đầu cáp tao xoắn bằng một trong các biện pháp sau:
Tách sợi cáp, uốn móc và đúc nêm bằng hỗn hợp chì, thiếc, antimoan, tiện ren hoặc làm thành vòng khuyết để chốt ắc.
Bắt cóc thành vòng khuyết ở đầu cáp.
Dùng neo côn có vòng qoai xanh.
Hình 3.10. Hãm cáp tao xoắn
* Biện pháp lắp đặt cáp chủ chế tạo sẵn:
- Cáp chế tạo sẵn có đường kính nhỏ không cần sử dụng đà giáo treo mà có thể kéo lắp trực tiếp bằng dây thiên tuyến.
Bước 1: Kéo dây vượt qua đỉnh trụ tháp thứ nhất, vận chuyển trống cáp đến gần trụ tháp, lắp đặt các gối đỡ trục lăn để đỡ cáp khi ra khỏi trống, sử dụng cẩu tháp cẩu nhấc đầu cáp lên đỉnh tháp đặt vào bánh xe chuyển hướng hoặc bố trí tời kéo phía bên kia tháp kết hợp với dây mồi để kéo cáp qua đỉnh tháp.
Bước 2: Dùng pa lăng xích kéo đầu cáp chủ qua đỉnh tháp về móc nối vào xe treo và hệ khung đỡ cáp để kéo cáp sang tháp bờ bên kia, phải bố trí các khung đỡ cáp trung gian để tránh võng cáp quá lớn gây khó khăn trong thi công.
Bước 3: Dùng pa lăng xích kéo đầu cáp qua bánh xe chuyển hướng trên đỉnh tháp để nối với giá treo và hệ tời kéo để kéo cáp về mố.
Bước 4: Neo tạm các đầu cáp vào mố neo, dùng hệ thống thiết bị trên đỉnh tháp để chuyển cáp từ bánh xe chuyển hướng đặt lên gối yên ngựa.
Hình 3.11. Các bước lắp cáp theo biện pháp trực tiếp bằng dây thiên tuyến 1- Cột cáp tháp phụ; 2- Nhánh chính của dây thiên tuyến; 3- Nhánh neo của dây thiên tuyến; 4- Xe treo; 5- Nhánh dây kéo về trống tời; 6- Nhánh dây nâng hạ móc cẩu; 7- Thanh đỡ
cáp; 8- Tời điện; 9- Trống chứa cáp chủ; 10- Cáp chủ; 11- Tời và múp kéo dây
- Đối với cáp chủ chế tạo sẵn có đường kính lớn, ta phải sử dụng hệ đà giáo treo để nâng đỡ dây trong quá trình lắp cáp, các bước thực hiện tiến hành tương tự như đã nêu trên (Hình 3.12)
Hình 3.12. Lắp cáp chủ bằng biện pháp kéo lăn dây trên đà giáo treo a. Sơ đồ biện pháp thi công; b. Kéo lăn dây cáp trên mặt sàn đà giáo treo.
1- Đường cáp treo; 2- Cột tháp phụ; 3- Xe treo; 4- Đà giáo treo; 5- Trống cáp; 6- Cáp chủ; 7- Thanh đỡ cáp; 8- Dây tuần hoàn.
- Biện pháp chuyển cáp chủ vào gối yên ngựa:
Sử dụng hệ tời múp cáp lắp trên đỉnh tháp nối với hai nhánh cáp chủ thông qua vòng đai
tạm để nhấc cáp chủ khỏi bánh xe chuyển hướng và hạ đặt vào gối yên ngựa trên đỉnh tháp.
Hình 3.13. Biện pháp nâng chuyển cáp chủ sang gối yên ngựa
1- Cáp chủ; 2- Dây cáp của đà giáo treo; 3- Cột tháp phụ; 4- Tời; 5- Múp nâng; 6- Xe rùa; 7- Đường cáp treo; 8- Đỉnh trụ tháp; 9- Bánh xe chuyển hướng; 10- Gối yên ngựa
* Biện pháp bện cáp chủ tại chỗ:
Đối với những kết cấu nhịp lớn, tiết diện cáp chủ to và rất dài nên ta không thể chế tạo sẵn trước khi lắp lên kết cấu được, do đó ta phải bện trực tiếp tại công trường. Cáp bện thường sử dụng loại cáp sợi đơn 5mm cường độ cao (ví dụ: Cầu Cổng vàng Golden gate có đường kính cáp chủ 92,7cm bao gồm 27.572 sợi bó song song với tổng chiều dài lên đến 129.000km).
Biện pháp bện cáp chủ thường sử dụng hai phương pháp như sau:
Chế tạo sẵn từng bó cáp song song có đường kính nhỏ, có thể quấn quanh trống cáp và thi công kéo lắp lên nhịp bằng giá treo, dây treo như bình thường. Sau đó các bó thép nhỏ được đặt vào khuôn theo quy luật thiết kế tạo thành hình tròn hoặc hình lục lăng và được bó lại bằng kích ép bó dây tạo thành dây cáp chủ của cầu.
Bện cáp tại chỗ từ các sợi cáp nhỏ 5mm, sợi cáp được kéo căng qua lại giữa hai mố cầu bằng biện pháp xe sợi trên không (của kỹ sư người Mỹ J.A.Roebling năm 1867 tại cầu Brooklyn), sau đó bó lại thành tiết diện của dây cáp chủ.
Hình 3.14. Sơ đồ lắp bện dây cáp chủ bằng se sợi trên không a. Sơ đồ công nghệ; b. Kích ép bó dây; c. Sơ đồ xe kéo sợi cáp.
1- Trống chứa sợi thép cường độ cao; 2- Ròng rọc chuyển hướng; 3- Trọng lực làm căng dây; 4- Dây cáp tuần hoàn; 5- Neo; 6- Guốc cáp;
7- Xe thoi; 8- Dây cáp của đà giáo; 9- Mố neo; 10- Tháp cầu; 11- Khung treo sàn công tác; 12- Dây cáp chủ; 13- Kích ép bó cáp f. Quản lý kích thước hình học của dây cáp chủ:
Kích thước hình học của dây cáp chủ gồm: tiết diện mặt cắt, chiều dài dây, đường tên, hình dạng đường cong tĩnh phải đảm bảo đúng thiết kế. Khó kiểm soát nhất là đường tên và hình dạng đường cong tĩnh.
Đối với loại cáp chế tạo sẵn đã xác định cơ bản chiều dài dây cáp nên sau khi lắp đặt vào bệ neo thì tiến hành điều chỉnh đường tên bằng kích ở hai bên neo.
Đối với cáp bện tại chỗ có đường kính lớn nên đường tên ban đầu của cáp chủ phụ thuộc vào biến dạng và chuyển vị của hệ đà giáo treo, do đó khi thiết kế hệ đà giáo treo phải bám sát đường tên và hình dạng đường cong tĩnh của cáp chủ nên phải xét đến trọng lượng bản thân và cáp chủ để tính toán phù hợp.
Sau khi căn chỉnh đường tên tiến hành hãm cố định cáp chủ và đặt vào gối yên ngựa. Gối yên ngựa đặt lệch về phía nhịp biên phụ thuộc vào chuyển vị của dây cáp về phía nhịp chính khi lắp dầm cứng.
g. Biện pháp lắp các thanh treo:
Lắp dây treo có hai công đoạn chính:
- Lắp vòng đai vào dây cáp: Hai nửa vòng đai được cẩu chuyển đến vị trí lắp ráp, sử dụng các bu lông thi công liên kết vòng đai vào dây cáp, trám matit các vị trí khe hở, lắp bu lông chính thức vào các lỗ còn lại và siết chặt đến lực thiết kế. Sau đó tháo các bu lông thi công để thay thế bằng bu lông chính thức, sử dụng kích thủy lực để siết các đai ốc vòng đai.
Hình 3.15. Trình tự các bước thi công lắp vòng đai của dây neo
I- Cẩu nần vòng đai; II- Lắp vòng đai chụp lên dây cáp; III- Lắp bu lông thi công phía dưới; IV- Xiết hai nửa vòng đai ép chặt vào dây cáp; V- Thay thế bu lông thi công; VI- Xiết
kiểm tra các bu lông
1- Móc cẩu; 2- Bu lông thi công; 3- Thanh chống định vị; 4- Dây chão hỗ trợ lắp; 5- Ma tít chống thấm; 6- Bu lông chính thức; 7- Kích căng và xiết bu lông
- Liên kết thanh treo vào vòng đai: Dây treo được vận chuyển đến vị trí lắp đặt bằng xe treo chạy trên hệ đà giáo treo từ đầu mố hoặc một điểm thuận lợi cho việc cung cấp dây cáp treo. Tháo trống sàn đà giáo treo tại vị trí lắp dây và sử dụng hai xe treo tuần tự nâng, luồn, so để vắt dây treo lên điểm tỳ trên vành đai. Hoặc bố trí một đà giáo có bánh xe chuyển hướng ngay sát vị trí treo dây để lắp dây treo, dây được đưa lên bằng xe treo và vắt qua bánh xe chuyển hướng để cho hai nhánh dây bằng nhau trước khi hạ xuống điểm tỳ trên vành đai. Trường hợp
dây treo là thanh cứng thì sử dụng móc cẩu trên xe treo kéo thanh treo từ xà làn qua lỗ thi công để lắp vào chốt neo cố định tại vòng đai bằng nhân công.
h. Biện pháp lao lắp dầm cứng:
* Biện pháp lắp hẫng:
Lắp hẫng bắt đầu từ hai đỉnh trụ, bắt đầu bằng việc lắp hai khoang trên đà giáo mở rộng trụ về hai phía bằng cẩu tháp hoặc cần cẩu tay với, sau đó lắp dây treo vào hai đầu khoang đỉnh trụ. Sau khi đủ khả năng chịu lực thì tiến hành lắp cần cẩu lắp hẫng để lắp các khoang còn lại tiến dần ra giữa nhịp chính và biên. Một phần nhịp biên được lắp trên đà giáo có một đầu kê trên mũ mố, chiều dài tùy thuộc vào địa hình, và chiều cao cầu. Sau khi phần lắp hẫng và phần lắp trên đà giáo gặp nhau thì tiến hành hợp long nhịp biên trước sau đó tiếp tục lắp hẫng đến khi hợp long nhịp giữa.
Cần cẩu dùng trong lắp hẫng cầu treo là cần cẩu chân cứng chạy trên dầm hoặc cần cẩu nổi đứng ở dưới cẩu lắp các cấu kiện.
Lắp hẫng có thể áp dụng cho dầm cứng dạng giàn hoặc dạng dầm đặc, đối với dầm cứng dạng giàn có ba hình thức lắp là:
Lắp theo từng cấu kiện rời: Tiến hành như lắp cầu giàn thép chỉ khác nhau là lắp thanh biên trên trước thanh dưới sau vì phải treo lên dây treo.
Lắp theo từng mặt phẳng: Lắp các mặt phẳng giàn chủ trước để treo vào các dây treo sau đó tiến hành lắp các liên kết ngang, dọc, hệ bản mặt cầu. Phương pháp này có ưu điểm là tiến độ thi công nhanh song việc vận chuyển mặt phẳng giàn đảm bảo ổn định hình học khá phức tạp.
Lắp theo phân đoạn: Tiến hành lắp ráp sẵn hoàn chỉnh từng phân đoạn dầm trên công trường và chở ra vị trí lắp hẫng để cẩu lắp vào vị trí kết cấu nhịp. Phương pháp này có ưu điểm lớn là thi công nhanh, kiểm soát chất lượng tốt tuy nhiên yêu cầu phải có cẩu chuyên dụng và thiết bị đủ khả năng vận chuyển cấu kiện lớn.
Hình thức này phù hợp với cầu thấp và dầm đặc.
Nếu tiến hành lắp đến đâu liên kết cứng đến đó thì gọi là mối nối cứng, loại này yêu cầu độ chính xác giữa thiết kế và thi công cao, sau khi lắp xong dầm là đạt đường cong đích thiết kế. Trong thực tế, người ta thường liên kết tạm các khối dầm bằng mối nối thi công treo hoặc chốt tạm, sau khi hợp long tiến hành điều chính các dây treo mới thực hiện mối nối chính thức.
Hình 3.16. Sơ đồ thi công dầm cứng bằng biện pháp lắp hẫng
1- Cáp chủ; 2- Dây treo; 3- Cần cẩu chân cứng; 4- Thiết bị kéo nâng đặt trên đỉnh tháp;
5- Xe treo di chuyển để nâng sàn công tác; 6- Dây treo sàn công tác; 7- Sàn công tác; 8- Đà giáo cố định; 9- Bến đưa các phân đoạn xuống hệ nổi; 10- Phân đoạn đưa lên từ dưới chân trụ
tháp và vận chuyển bằng xe chạy trên mặt cầu.
* Biện pháp lắp treo: