CHƯƠNG II XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
2.5. Thi công kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép theo công nghệ đà giáo di động
2.5.1. Đặc điểm công nghệ:
a. Khái niệm:
Cũng tương tự như công nghệ đúc đẩy kết cấu nhịp, để khai thác tối đa các ưu điểm của công nghệ đẩy và hạn chế các khuyết điểm của nó, người ta đã thay thế việc đẩy kết cấu nhịp chính bằng cách đẩy hệ đà giáo thi công trượt dọc theo kết cấu nhịp cầu để đúc dầm.
Công nghệ này thuộc phương pháp đổ bê tông tại chỗ, phân đoạn có chiều dài phân đốt bằng chiều dài nhịp. Sau khi lắp dựng đà giáo di động (MSS - Movable scaffolding System), tiến hành đúc đốt dầm biên đầu tiên trên đà giáo (dầm biên có chiều dài lớn hơn một nhịp, đoạn dầm nhô ra bằng 1/5 nhịp nối tiếp). Sau khi dúc xong tiến hành căng cốt thép DƯL để dầm tự chịu tải và tiến hành di chuyển đà giáo lên thi công ở nhịp tiếp theo. Chu tình cứ tiếp tục cho đến khi hoàn thành công trình cầu.
b. Đặc trưng:
- Tính công nghiệp cao, có thể sử dụng lại từ công trình này đến công trình khác.
- Dễ dàng áp dụng cho các cầu với các kiểu sơ đồ nhịp và mặt cắt ngang dầm chủ (hộp đơn, hộp kép, TT, ...).
- Thời gian thi công trung bình một nhịp khoảng 7÷9 ngày.
- Có khả năng áp dụng đối với các cầu nằm trên đường cong với bán kính nhỏ nhất Rmax
= 250m.
- Độ dốc dọc lớn nhất của cầu: imax = 5%.
- Độ dốc ngang lớn nhất: imax = ±5%.
- Độ võng lớn nhất của hệ thống MSS là 1/400.
c. Phạm vi áp dụng:
- Cầu càng dài áp dụng công nghệ MSS càng hiệu quả, có thể tổ chức thi công song song nhiều bộ đà giáo nhằm đẩy nhanh tiến độ xây dựng cầu.
- Công nghệ MSS có thể áp dụng cho nhịp cầu dài từ 18÷80m, trong đó hợp lý nhất là 35÷60m.
thủy văn khu vực thi công phức tạp, khó khăn trong việc lắp dựng đà giáo.
d. Ưu nhược điểm:
- Ưu điểm:
Ưu điểm lớn nhất của công nghệ là tính công nghiệp hóa cao.
Luân chuyển sử dụng lại cho nhiều công trình cầu.
Kiểm soát tốt chất lượng thi công kết cấu nhịp cầu.
- Nhược điểm:
Công trình phụ trợ rất công kềnh: Giàn đẩy, trụ tạm, mui dẫn, ...
Công tác vận hành đòi hỏi chuyên môn cao, yêu cầu thiết bị đảm bảo hoạt động tốt.
Phụ thuộc vào dự án thiết kế kết cấu nhịp có thể vận dụng công nghệ MSS.
Chi phí chế tạo cao, do đó đòi hỏi có nhiều công trình mới khấu hao hết nên khó tính toán đầu tư.
2.5.2. Các loại đà giáo di động:
Dựa trên việc bố trí cao độ của hệ thống MSS so với cao độ kết cấu hệ ván khuôn, công nghệ được chia làm 3 loại như sau:
Hệ thống MSS loại chạy dưới.
Hệ thống MSS loại chạy giữa.
Hệ thống MSS loại chạy trên.
a. Hệ thống MSS loại chạy dưới:
- Cấu tạo:
Hệ dầm chính được bố trí dưới hệ ván khuôn và các kết cấu phụ trợ của chúng, dầm chủ được kê trên hai công xon mở rộng trụ về phía thượng và hạ lưu nối với mui dẫn phía trước và mui đỡ phía sau, kết cấu làm việc theo sơ đồ dầm giản đơn mút thừa. Dầm chính được cấu tạo từ dầm thép đặc, giàn hoặc dầm hộp thép.
Liên kết giữa hai dầm chính là hệ dầm ngang đỡ ván khuôn đáy, loại kết cấu dầm ngang này có các khớp quay bố trí cùng với các kích thủy lực để có thể xếp gọn vào hai bên dầm chủ trước khi lao sang thi công nhịp mới.
Hình 2.52. Cấu tạo hệ đà giáo di động chạy dưới - Chu trình hoạt động:
Đổ bê tông kết cấu nhịp, căng kéo cốt thép DƯL, hạ dầm chính bằng các kích tại các công xon để tháo ván khuôn ngoài.
Tách mở đôi và tiến hành quay gập hệ dầm ngang vào hai bên dầm chủ, kéo hạ ván khuôn đáy gập xuống bên dầm chủ.
Kích đẩy dầm chủ rời xa khỏi trụ một khoảng cách đủ để hệ ván khuôn đáy và dầm ngang vừa gập có thể di chuyển qua trụ.
Tiến hành lao hai dầm chính sang nhịp tiếp theo bằng hệ thống kích thủy lực đặt trên các công xon mở rộng trụ. Có thể lao đồng thời hoặc lao lần lượt từng dầm.
Căn chỉnh vị trí dầm chính đúng thiết kế, đẩy dầm chính vào sát hai bên trụ với vị trí đảm bảo lắp đặt ván khuôn đáy theo đúng thiết kế.
Kích nâng ván khuôn đáy và quay hệ dầm ngang đỡ ván khuôn đáy, căn chỉnh cao độ và kích thức đúng thiết kế.
Lắp dững cốt thép và thi công nhịp dầm tiếp theo.
b. Hệ thống MSS loại chạy giữa:
- Cấu tạo:
Hệ ván khuôn của kết cấu phần trên được bố trí ở giữa hai dầm chính của hệ thống MSS, kết cấu phụ trợ được giữ theo phương ngang của dầm chính, để di chuyển lên phía trước hệ dầm ngang được tách làm hai nửa cùng với dầm chính di chuyển ra xa trụ.
Loại này không yêu cầu không gian thực hiện công nghệ rộng bằng loại chạy dưới, trường hợp sử dụng dầm đặc thì mặt trong dầm chính có thể được sử dụng như là một phần của ván khuôn.
Hình 2.53. Cấu tạo hệ đà giáo di động chạy giữa - Chu trình hoạt động:
Tương tự như công nghệ đà giáo di động chạy trên, chỉ khác nhau ở công đoạn hạ ván khuôn đáy. Sử dụng công nghệ quay hạ hoặc sàng ngang ván khuôn đáy sang hai bên dầm chính trước khi lao hệ đà giáo lên thi công nhịp tiếp theo.
c. Hệ thống MSS loại chạy trên:
Hệ dầm chính được bố trí ở phía trên kết cấu nhịp dầm đã được xây dựng, một đầu kê trên chân chống đặt trên đỉnh trụ. Hệ gồm một dầm dạng giàn chính chạy giữa, trên đó bố trí các giàn ngang để treo đỡ hệ ván khuôn ngoài và đáy.
Loại kết cầu này không phổ biến do tính vận hành phức tạp, nên chỉ ưu tiên áp dụng tại các vị trí đồi núi khó thi công, không gian bên dưới chật hẹp, hoặc cầu trên đường cong bán kính nhỏ.
- Chu trình hoạt động:
Chu trình hoạt động tương tự như các hệ MSS chạy dưới và giữa, chỉ khác nhau đặc trưng ở công nghệ tháo lắp ván khuôn ngoài và di chuyển hệ lên nhịp tiếp theo. Với loại MSS chạy trên này, ván khuôn ngoài liên kết với đáy được treo trên các giàn ngang thi công theo kiểu quay mở hoặc hạ xuống đất tháo lắp vận chuyển sang vị trí mới. Khó khăn lớn nhất của loại này là kết cấu trụ tạm kê dầm chính của hệ MSS, trụ này thường phải để lại trong mặt cắt dầm nên gây ra sự hao phí và xử lý kỹ thuật phức tạp.
Hình 2.54. Cấu tạo hệ đà giáo di động chạy trên 2.5.3. Trình tự công nghệ:
- Di chuyển đà giáo bằng biện pháp lao dọc trên đường trượt với đường trượt trên gắn cố định ở đáy dầm chủ và đường trượt dưới bố trí tại công xon mở rộng trụ hoặc các kết cấu đỡ trực tiếp dầm chủ.
- Hệ thống đường trượt hay sử dụng tấm nhựa trượt Teflon có hệ số ma sát nhỏ hoặc đường trượt con lăn (ít dùng), mặt dưới đường trượt trên mạ kẽm.
- Sử dụng nguồn động lực để tạo lực đẩy là các kích thủy lực gắn trên các vị trí gối đỡ, một đầu kích gắn cố định và một đầu chốt vào đường trượt trên dưới đáy dầm. Mỗi hành trình kích sẽ đẩy dầm tiến lên một đoạn, sau đó tháo chốt hồi kích về để kích đẩy đoạn tiếp theo.
- Sau khi đưa hệ MSS đến vi trí nhịp chính, sử dụng các kích đơn để điều chỉnh cao độ và vị trí ván khuôn đáy, ván khuôn thành ngoài.
- Tiến hành lắp dựng cốt thép, nối thép DƯL, hoàn thiện khung cốt thép của nhịp dầm.
- Lắp dựng ván khuôn trong bằng thủ công, kê trên các con kê bê tông kê trực tiếp trên mặt ván khuôn đáy, sau này được chôn trong bê tông đáy dầm.
- Tiến hành đổ bê tông theo 02 hoặc 03 đợt, trước tiên đổ bê tông từ sườn để bê tông chảy xuống bản đáy nhằm tránh đọng khí gây rỗ trong góc vát dầm. Sau đổ đổ bê tông sườn dầm và cuối cùng đổ bê tông bản mặt cầu.
- Hoàn thiện, bảo dưỡng bê tông, căng kéo cáp dự ứng lực, di chuyển đà giáo đến thi công
nhịp tiếp theo.
Hình 2.55. Sơ đồ trình tự công nghệ 2.5.4. Cấu tạo đà giáo di động:
Các phần cơ bản của hệ đà giáo gồm: Dầm chính; Mui dẫn; Dầm ngang; Hệ thống bàn trượt lao dầm; Khung treo; Trụ đỡ; Hệ đỡ công xon; Hệ ván khuôn; Sàn công tác; Thiết bị lao;
Thiết bị thủy lực.
a. Dầm chính:
Thông thường được cấu tạo từ ba loại kết cấu chính là hệ dầm thép hình, bản tổ hợp, hệ giàn thép và hệ dầm hộp thép. Đây là bộ phận được chế tạo sẵn trong nhà máy theo từng phân đoạn để vận chuyển và lắp ghép tại hiện trường. Tùy quy mô công trình và điều kiện thi công cụ thể để lựa chọn kết cấu phù hợp.
b. Mui dẫn:
Phần kéo dài của kết cấu dầm chính là phần mui dẫn, gồm hai đầu được uốn cong theo chiều đứng tạo góc theo phương ngang một góc 40÷50, khả năng quay ngang của bàn trượt cho phép điều chỉnh hướng dầm MSS.
Mui dẫn thường được chế tạo dạng giàn thép với mặt cắt chữ H hoặc tam giác, liên kết chắc chắn với dầm chính bằng bu lông cường độ cao tại hiện trường, khớp nối giữa mui dẫn và dầm chính có thể điều chỉnh để điều khiển hướng lao dầm MSS, mui dẫn gắn đầy đủ hệ thống đường ray trượt trên với dầm chính.
c. Hệ thống bàn trượt lao dầm:
Hệ thống bàn trượt lao dầm là hệ thống đỡ định hướng cho hệ thống đà giáo di động MSS và là phần cốt yếu của hệ thống, tùy theo loại đà giáo mà hệ thống trượt được đặt trên trụ đỡ hoặc trên công xon mở rộng trụ.
Hệ bàn trượt thường sử dụng hai loại phụ thuộc vào hệ thống lao bằng mô tơ thủy lực hay kích thủy lực. Đối với hệ lao bằng mô tơ ta dùng hệ bàn trượt là các bánh xe thép chủ động và bị động, đối với hệ lao bằng kích thủy lực ta sử dụng bàn trượt là các tấm Teflon có hệ số ma sát nhỏ (có thể sử dụng hệ bánh xe thép song ít thấy trên thực tế).
d. Khung treo:
Hệ khung treo đối với loại đào giáo di động chạy dưới là hệ khung chịu lực gồm một khung thép hình và các thanh thép cường độ cao xuyên qua các lỗ chờ sẵn trong bê tông dầm để neo giữ phần cuối hệ đà giáo. Khung neo được sử dụng khi thiết kế dầm chính dài bằng dầm BTCT, khi đổ bê tông một phần mui dẫn phía sau sẽ tham gia chịu lực nên cần có khung treo để đảm bảo nội lực và độ võng trong hệ đà giá. Tuy nhiên, thực tế người ta thiết kế dầm chính MSS dài hơn dầm BTCT và khi đúc dầm toàn bộ hệ dầm chính được kê trên trụ do đó không cần hệ khung treo nữa, chỉ sử dụng thanh thép cường độ cao để ép ván khuôn đáy dầm tại vị trí nối dầm.
Đối với hệ chạy trên, khung treo là các thanh thép hình và thép cường độ cao, liên kết với
e. Hệ đỡ công xon:
Hệ đỡ công xon được bố trí kẹp hai bên trụ bằng các thanh thép cường độ cao, hệ cấu tạo từ thép hình hoặc thép tổ hợp hàn bên trên gắn các hệ thống bàn trượt, kích lao đẩy dầm.
Có thể bố trí 02 bộ công xon mở rộng trụ và trong mỗi lần di chuyển hệ MSS tiến hành treo phần đuôi hệ MSS để tháo lắp giá công xon phía sau lên trụ tiếp theo. Việc làm này thường gây mất nhiều thời gian, gây chậm tiến độ nên thông thường thiết kế 03 bộ để trong quá trình thi công nhịp dầm BTCT thì đã lắp sẵn hệ công xon ở trụ tiếp theo cho công tác lao đẩy dọc.
f. Trụ đỡ:
Trụ đỡ được chế tạo từ thép hình hoặc thép tổ hợp hàn, bố trí trên đỉnh trụ và liên kết với khối đỉnh trụ thông qua các thanh thép cường độ cao để đảm bảo ổn định. Trụ đỡ thường được sử dụng cho loại đà giáo chạy trên, gắn đầy đủ các thiết bị phục vụ lao đẩy hệ MSS.
g. Hệ ván khuôn:
Hệ thống MSS có khả năng phục vụ đổ bê tông mặt cắt dầm bất kỳ, kể cả dầm đặc hoặc chiều cao thay đổi. Đối với mặt cắt hình hộp nên yêu cầu chiều cao dầm không thay đổi để cơ giới hóa ván khuôn dầm. Cấu tạo ván khuôn phức tạp nhất là đối với dầm hộp rỗng lòng gồm bộ ván khuôn ngoài và bộ ván khuôn trong.
Hệ ván khuôn ngoài bao gồm: Ván khuôn sườn (kể cả ván khuôn đỡ bản cánh dầm), ván khuôn đáy và hệ thống phụ trợ. Ván khuôn ngoài được liên kết với dầm chính, dầm ngang hệ đà giáo MSS bằng các kích thủy lực thông qua các khớp quay, ván khuôn được phân đoạn khoảng 6m đảm bảo hoạt động của các kích thủy lực, hệ khung đỡ, độ ổn định, vững chắc của ván khuôn dầm. Trong quá trình thi công dầm BTCT, hệ ván khuôn ngoài luôn liên kết và đi theo hệ dầm chính.
Bộ ván khuôn trong bao gồm: Ván khuôn trần, ván khuôn thành bên, hệ thống phụ trợ.
Ván khuôn trong độc lập so với hệ thống MSS, có thể được chế tạo định hình thành từng cụm có chiều dài khoảng 4÷6m tùy thuộc vào mặt cắt dầm, các cụm được điều chỉnh thu gọn hoặc mở ra theo mặt cắt dầm bằng các khớp quay kích thủy lực. Các đốt ván khuôn trong có thể di chuyển từ nhịp này sang nhịp khác bằng hệ ray và bánh goòng bố trí trên mặt đáy dầm BTCT.
Trên thực tế, việc thiết kế ván khuôn trong như vậy sẽ phải thi công dầm ngang sau, do đó người ta thường sử dụng bộ ván khuôn tháo lắp thủ công với các miếng ván khuôn nhỏ, khung đỡ gọn gàng, lắp dựng ván khuôn ngay khi lắp xong cốt thép bản đáy để tiến hành đổ bê tông một lần toàn dầm.
h. Thiết bị lao, thiết bị thủy lực:
Hệ dầm MSS được kê trên 4 kích thủy lực chính có khả năng nâng tải trên 600 tấn, kích này được sử dụng để nâng hạ hệ MSS và điều chỉnh cao độ hệ MSS vào đúng cao độ thiết kế.
Các loại kích kéo và đẩy khác được sản xuất và lắp ghép sẵn trong hệ, công nhân có thể vận hành theo đúng quy trình quy định.
2.5.5. Một số vấn đề liên quan đến công nghệ:
- Mối nối thi công dầm:
Dầm BTCT liên tục nhiều nhịp khi thi công trên hệ đà giáo luôn phải yêu cầu đúc phân đoạn, và vấn đề về mối nối thi công là một điểm yếu trong kết cấu công trình. Nơi đây vừa là vị trí nối cáp DƯL nên việc tập trung ứng suất là đáng kể, hơn nữa việc chiếm diện tích của các bát neo cũng làm giảm yếu đáng kể mặt cắt bê tông dẫn đến chịu ảnh hưởng của quá trình co ngót bê tông do đó cần phải bố trí cốt thép dày hơn, ngoài ra việc tập trung ứng suất sau neo cũng dẫn đến hạn chế biến dạng do từ biến bên trong các đoạn trước dễ gây ra hiện tượng nứt kết cấu, nên việc bố trí cốt thép thường ở vị trí mối nối đặc biệt được coi trọng.
- Mối nối cáp DƯL:
Cáp nhịp mới sẽ được nối với cáp nhịp đã đổ bê tông trước đó thông qua bộ nối cáp tại mối nối thi công. Khi tiến hành căng kéo cho nhịp dầm mới thi công thông qua bộ nối cáp sẽ phát sinh một lực kéo đối với phần bê tông tại bát neo dầm trước, tại mối nối tập trung một ứng
suất trái chiều đáng kể có thể gây nứt bê tông, tuy nhiên lực kéo này nhỏ và sẽ được xử lý bằng việc bố trí tăng cường cốt thép thường tại đây. Tốt nhất là nên bố trí mối nối cáp không tập trung trên một mặt cắt, tuy nhiên đây là yêu cầu khó khăn cho thi công.