CHƯƠNG II XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
2.4. Thi công kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép theo công nghệ đúc đẩy
2.4.1. Giới thiệu về công nghệ đúc đẩy:
Công nghệ thi công kết cấu nhịp cầu theo biện pháp đúc đẩy đã được ứng dụng từ lâu trên thế giới, đến năm 1995 công nghệ mới được chuyển giao sang Việt Nam thông qua dự án cầu Hiền Lương do các chuyên gia Nga đào tạo. Nguyên lý cơ bản của công nghệ là toàn bộ kết cấu nhịp cầu được đổ bê tông trên nền đường đầu cầu, sau đó sử dụng kích nâng đẩy toàn bộ kết cấu nhịp lao lắp lên các đỉnh mố trụ cầu. Ưu điểm lớn nhất của công nghệ là có thể quản lý được chất lượng bê tông, công tác đúc dầm thuận tiện, tuy nhiên nhược điểm lớn lại là khả năng vượt nhịp kém, mất nhiều cốt thép chủ chịu lực thi công mà không dùng đến trong khai thác, mặt cắt ngang dầm chủ không thay đổi được. Vì thế, công nghệ này đã không phát triển rộng rãi trong xây dựng cầu mà chủ yếu chỉ áp dụng khi thi công các công trình cầu cạn, yêu cầu mỹ quan, cầu nằm trên đường cong và yêu cầu vượt nhịp không lớn. Ở Việt Nam chỉ đưa vào ứng
này không phát triển ở nước ta nữa.
Sơ đồ nguyên lý công nghệ như sau:
Hình 2.47. Sơ đồ nguyên lý công nghệ đúc đẩy 2.4.2. Đặc điểm cấu tạo kết cấu nhịp:
- Đường bao mô men uốn trong giai đoạn thi công: một mặt cắt bất kỳ đều trượt qua đỉnh trụ và giữa nhịp nên nó tồn tại M - và M+, trừ những đường bao những nhịp cuối.
- Phải tổng hợp đường bao mô men ở cả giai đoạn thi công và khai thác.
- Phải vẽ đường bao vật liệu ở cả hai giai đoạn.
- Do vậy dầm có các đặc điểm:
Đáy dầm phẳng (để đẩy được), dầm có chiều cao không đổi.
Chiều dài nhịp hợp lý L <55m.
Để thuận tiện thi công thì tiết diện nên dạng hình hộp (nhẹ), vì trong quá trình đẩy dầm bị xoắn vặn mất ổn định ngang.
Kết cấu nhịp được chia thành nhiều đốt, chiều dài mỗi đốt 6 21m, hợp lý nhất là (1 1
34)lmhip: vì các cốt thép tháo bỏ phải bỏ từng đốt, phạm vi tác dụng của cốt thép kéo phải đủ dài.
Cốt thép ƯST phải bố trí chạy suốt theo chiều dài cầu ở cả đáy và nắp hộp nên phải có biện pháp nối (sau này có thể tháo ra).
Sau một đợt đúc cốt thép phải được kéo căng, quá trình kéo căng liên tục.
Chiều cao dầm nên 2,42,5m (dễ thi công).
Cốt thép DƯL được neo ở cuối đốt, có một số bó xuyên thẳng và để chờ.
Kích dùng để kéo đẩy
ụ trượt trên đỉnh trụ Bãi, Bệ đúc,
các ụ trượt
Đẩy đốt đúc ra khỏi bệ đúc
Đúc nối đốt tiếp theo với kết cấu nhịp
Hình 2.48. Bộ nối cáp đơn
Để tháo được các bó thi công thì cần có bộ nối.
Hình 2.49. Biểu đồ nội lực công nghệ đúc đẩy 2.4.3. Phạm vi áp dụng:
- Các sơ đồ kết cấu nhịp có thể áp dụng biện pháp đúc đẩy:
Cầu dầm liên tục nhiều nhịp.
Tiết diện dầm có chiều cao không đổi.
Chiều dài nhịp áp dụng từ 30-80m, tối ưu nhất là khoảng 40-60m, tỷ lệ giữa nhịp ngắn và nhịp dài 0,6-0,75, nếu đẩy từ hai phía thì có thể áp dụng tỷ lệ 0,5 (ví dụ cầu Sampini ở Pháp).
- Điều kiện địa hình
Cầu thấp, cần giảm chiều cao kiến trúc đảm bảo yêu cầu thông thuyền.
Cầu vượt qua khe, qua vực.
Cầu cạn.
2.4.4. Biện pháp tổ chức thi công đúc đẩy kết cấu nhịp:
2.4.4.1. Chọn chiều dài đốt đúc:
- Căn cứ vào chiều dài nhịp chọn: ldot = (1 1 34)lmhip
- Nhịp biên thường ít hơn nhịp giữa 1 đốt do thường chọn chiều dài nhịp biên ngắn hơn nhịp chính khoảng Lbiên = (0,6-0,75)Lnhịp chính để điều chỉnh mô men âm trong dầm giai đoạn thi công.
- Căn cứ vào đốt đúc để bố trí bãi và tổ chức thi công.
2.4.4.2. Chuẩn bị bãi:
Hình 2.50. Bãi đúc đầu cầu - Vị trí: Một phía bờ, hoặc cả hai bờ trên nền đắp đầu cầu.
- Cao độ bằng cao độ mũ mố.
- Có độ dốc xuôi về phía sau.
- Những hạng mục công trình phụ trợ thi công :
Bệ đúc và hệ thống ván khuôn.
Các ụ trượt trước mố.
Các ụ trượt trên bệ đúc.
Thiết bị cung cấp bê tông.
Hệ thống căng kéo cốt thép.
Hệ thống đẩy.
Cần cẩu phục vụ thi công.
2.4.4.3. Biện pháp đẩy:
- Đẩy tập trung bằng kích thuỷ lực.
Đẩy ngang: phải xây bệ để tỳ kích.
Đẩy nghiêng: kích có hệ thống bám vào đường ray và đẩy dầm
- Kéo + đẩy tập trung: dùng kích thông tâm, dùng cáp DƯL làm cáp kéo nối vào cuối mỗi đốt.
- Nâng + đẩy trên các ụ trượt: Dùng kích nâng và kích ngang để đẩy kích này thì KCN được đẩy theo.
Hình 2.51. Các biện pháp đẩy dầm
2.4.4.4. Tổ chức đổ bê tông đốt dầm:
- Biện pháp cấp vữa
Bố trí trạm trộn tại chỗ.
Dùng máy bơm cấp từ trạm trộn trung tâm.
Dùng xe chở bê tông chuyên dụng.
- Biện pháp lắp ván khuôn trong
Lắp dựng tại chỗ, dựa trên bản đáy.
Lắp sẵn rồi rút, đẩy về phía sau bằng xe rùa.
- Trình tự đổ bê tông đốt dầm:
Lắp dựng cốt thép và ống ghen trên bản đáy, tiến hành đổ bê tông bản đáy hộp trước.
Dựng ván khuôn trong và ván khuôn đáy nắp dầm hộp trên bản đáy.
Lắp dựng cốt thép, ống ghen và đổ bê tông thành hộp, nắp hộp.
2.4.5. Công nghệ đúc đẩy:
2.4.5.1. Mui dẫn, trụ tạm, hệ cột tháp - dây xiên:
a. Mui dẫn:
- Mui dẫn có thể làm bằng thép hoặc BTCT dự ứng lực, có thể làm việc độc lập hoặc kết hợp với trụ tạm, hệ cột tháp - dây xiên. Trên thực tế chủ yếu sử dụng mui dẫn thép vì các ưu điểm sau:
Dễ chế tạo, có thể sử dụng các kết cấu định hình sẵn có, tháo lắp sử dụng lại nhiều lần cho các công trình cầu khác nhau.
Giá thành thấp, dễ vận chuyển, sử dụng nhiều lần.
Dễ nối ghép và tháo dỡ với dầm BCTC dự ứng lực cần lao dọc.
Không cần bảo dưỡng trong quá trình lao đẩy.
- Mui dẫn có vai trò làm cho đầu hẫng của dầm sớm tựa lên đường trượt dưới nhằm giảm mô men và độ võng dầm trong thi công lao dọc. Thông thường chiều dài mui dẫn được chọn khoảng 0,5-0,7)Lnhịp
- Mui dẫn thường được làm bằng dầm thép đặc, bụng dầm tăng cường các sườn đứng và sườn ngang, liên kết với nhau bằng hệ dầm ngang, khảng cách lấy theo chiều rộng đường trượt dưới.
- Mui dẫn có cấu tạo chiều cao thay đổi, có chiều cao bằng dầm chính tại vị trí liên kết, vát dần về phía mui dẫn với tỷ lệ hợp lý khoảng 1/12÷1/18. Độ cứng mui dẫn nên lấy khoảng 1/9÷1/15 độ cứng dầm chính để phân phối mô men dương cho dầm thép khi gác lên đường trượt.
- Mối nối mui dẫn với dầm bê tông chịu mô men và lực cắt lớn, cấu tạo mối nối phải đảm bảo chịu lực và đáp ứng yêu cầu đơn giản dễ thực hiện, không ảnh hưởng đến kết cấu dầm bê tông, tháo dỡ dễ dàng. Thường đặt sẵn bản thép ở đầu dầm để liên kết bu lông với mui dẫn và kéo cáp ƯST để neo giữ mui dẫn phục vụ thi công.
- Mui dẫn được tính toán theo hai sơ đồ: một là khi mui dẫn hẫng chưa kê lên đường trượt và chịu mô men âm lớn nhất; hai là khi mui dẫn tựa lên đường trượt và được đẩy lên một đoạn, lúc này mui dẫn chịu mô men dương lớn nhất. Tính toán mui dẫn cần xác định độ võng của đầu hẫng khi chuẩn bị gối vào đường trượt để tính toán độ vồng.
b. Trụ tạm:
- Trong trường hợp chiều dài nhịp lớn, từ 50m trở lên, việc không sử dụng trụ tạm có thể gây ra nhiều khó khăn trong thiết kế cấu tạo mui dẫn và đặc biệt là mối nối với dầm BTCT do
ta bố trí các trụ tạm trung gian trong quá trình lao kéo trên đường trượt. Trụ tạm thường đặt ở vị trí khoảng (0,5÷0,7)L phụ thuộc vào chiều cao trụ tạm và địa chất tại vị trí đặt trụ. Việc sử dụng trụ tạm có thể có hiệu quả đến mức không cần phải bố trí cáp DƯL thi công mà chỉ cần thép thường là đủ chịu lực.
- Trong trường hợp các nhịp cầu có khẩu độ lớn, từ 80 đến hơn 100m, người ta thường kết hợp giữa mui dẫn và trụ tạm trong quá trình thi công lao dầm BTCT trên đường trượt.
- Các trụ tạm có cấu tạo dạng khung thép, khi tính toán cần xét đến trường hợp trụ chịu tải lệch tâm, nên mô hình hóa kết cấu không gian.
- Ngày nay, các kết cấu mui dẫn với các loại thép tinh chế đã có thể đảm bảo lao nhịp cầu lớn nên việc sử dụng trụ tạm hoặc kết hợp trụ tạm cần so sánh bài toán kinh tế do chi phí xây dựng trụ tạm khá đắt đỏ.
c. Hệ cột tháp - dây treo xiên tăng cường:
- Để điều chỉnh mômen phát sinh trong dầm BTCT trong quá trình lao kéo trượt trên đường trượt đối với các dầm khẩu độ lớn, người ta còn sử dụng biện pháp kết hợp mui dẫn và hệ cột tháp – dây xiên tăng cường. Lắp đặt hệ cốt tháp ngay trên dầm BTCT tại vị trí hẫng lớn nhất của dầm BTCT, sau đó kéo cáp xiên liên kết đỉnh tháp với đầu dầm BTCT, trong quá trình lao kéo dầm sẽ điều chỉnh lực căng trong dây xiên tương ứng với biến thiên nội lực trong dầm.
- Trên thực tế, giải pháp này ít được áp dụng trong thi công do hiệu năng của nó mang lại không cao, như không có tác dụng trong đoạn dầm không bố trí dây xiên, việc giảm mômen âm phát sinh trong dầm lúc thi công không đáng kể so mới việc sử dụng mui dẫn, hơn nữa việc sử dụng hệ dây xiên làm phân bố lại đột ngột lực cắt trong suốt chiều dài dầm BTCT nên cần phải xét đến trong tính toán thiết kế.
2.4.5.2. Bãi chuẩn bị:
- Mặt bằng tổ chức thi công các đốt dầm và đẩy ra nhịp được gọi là bãi chuẩn bị, gồm những hạng mục chính như sau:
Bệ đúc để đúc các khối dầm và căng kéo cốt thép.
Các ụ trượt để đẩy các khối dầm vào đường trượt.
Hệ thống kích đẩy.
Các vật tư thiết bị khác như: ván khuôn, gia công cốt thép, vữa, kích, ...
- Bệ đúc đặt ở vị trí cách ụ trượt trên mố cầu một khoảng bằng chiều dài mui dẫn (0,5÷0,7)L.
- Bệ đúc đỡ toàn bộ tải trọng đốt dầm và các thiết bị thi công nên phải đảm bảo ổn định, không nén lún trong quá trình thi công và đẩy dầm. Thường bệ đúc được chế tạo trên nền móng cọc và chất tải khử lún, nghiệm thu các bên trước khi đưa vào sử dụng.
- Ụ trượt đảm bảo chịu được tải trọng thẳng đứng các đốt dầm và tải trọng ngang khi đẩy các đốt dầm trên đường trượt, để tạo độ vồng đường trượt sau mố thường có độ dốc 10÷15%.
- Bố trí đủ không gian để thi công đúc dầm BTCT, lắp đặt mái che đảm bảo an toàn, chất lượng trong thi công.
2.4.5.3. Ván khuôn:
- Bộ ván khuôn đúc dầm gồm ván khuôn ngoài, ván khuôn đáy và ván khuôn trong được ghép lại với nhau.
- Ván khuôn ngoài liên kết khớp với bệ đúc dầm để thuận tiện trong việc tháo lắp thi công các đốt tiếp theo.
- Ván khuôn đáy được đặt trên hệ dầm I có gắn kích hoặc tăng đơ nâng hạ để hạ ván khuôn đáy khỏi dầm. Tại các vị trí đặt ụ trượt, ván khuôn đáy được khoét lỗ và đặt các tấm tôn đảm bảo kín khít không làm hỏng ụ trượt.
- Ván khuôn trong được thiết gồm nhiều mảnh ghép độc lập và liên kết với nhau thành 5
mảnh đặc trưng tùy thuộc vào cấu tạo hình học của lòng dầm hộp miễn sao tiện lợi trong việc tháo, di chuyển và lắp đặt từng cụm ván khuôn cho khối đúc tiếp theo.
2.4.5.4. Gối trượt:
- Gối trượt tạm thời đỡ dầm tại những vị trí ụ trượt, trụ chính, và trụ tạm, gối trượt phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Chịu được áp lực tại gối kê.
Có hệ số ma sát nhỏ.
Cho phép dầm có chuyển vị xoay.
Cố định vào đỉnh trụ hoặc ụ trượt.
- Mặt gối trượt bố trí tấm nhựa trượt bằng cao phân tử Ftoplast hoặc Teflong có cường độ chịu ép mặt 45÷50Mpa, hệ số ma sát f1 = 0,03÷0,05.
2.4.5.5. Bộ phận điều chỉnh hướng đẩy:
- Trong quả trình đẩy trượt, để đảm bảo cho kết cấu nhịp di chuyển thẳng hướng cần phải có bộ phận khống chế hướng đẩy.
- Cấu tạo bộ điều chỉnh hướng đẩy gồm một kích thủy lực và bánh xe lăn bằng thép, toàn bộ được bố trí trên đà giáo mở rộng trụ và hướng vuông góc với thành dầm. Trong quá trình lao đẩy, bánh xe thép lăn dọc theo thành ngoài dầm hộp, chỉ khi nào xảy ra trường hợp lệch hướng mới sử dụng kích đẩy để điều chỉnh hướng dầm.