CHƯƠNG II XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
2.3. Thi công kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép theo biện pháp đúc hẫng cân bằng
2.3.3. Công nghệ đúc hẫng
2.3.3.1. Thép cường độ cao:
- Cáp, bó cáp dự ứng lực: Thường sử dụng loại tao xoắn 7 sợi có độ tự chùng thấp với đường kính chuẩn là 0,5 inches (12,7mm) hoặc 0,6 inches (15,2mm) được bó thành các bó cáp có từ 3, 7, 12, … tao cáp.
- Thanh thép cường độ cao: Thường được sử dụng trong các công trình tạm hơn là công trình chính. Thanh cường độ cao thường được dùng để nối cứng tạm thời đốt K0 với trụ cầu trong thi công đúc hẫng cân bằng, có đường kính danh định là D32, D38, D40, …. Ví dụ đặc tính của thanh cường độ cao D32:
+ Đường kính danh định : 32 mm + Khối lượng danh định : 6,31 kG/m + Diện tích mặt cắt danh định : 804,2 mm2
+ Giới hạn chảy : 95 kG/mm2 = 950Mpa
+ Giới hạn bền : 120 kG/mm2 = 1.200Mpa
+ Độ dãn dài tối thiểu : 5%
+ Độ tự chùng tối đa : 1,5%
+ Tải trọng phá hoại tối thiểu : 96,5 T
Kèm theo các phụ kiện khác như đai ốc, bản đệm, ốc hãm, cút nối. Khi sử dụng thanh cường độ cao phải lưu ý: Không được hàn, không được để chạm mát khi hàn, không được uốn cong thanh, va chạm mạnh làm vỡ ren, không để rỉ, do thanh chỉ chịu lực kéo đúng tâm. Phải kiểm tra kéo thử trước khi đưa vào sử dụng với tải trọng thử 60% lực kéo đứt, trong mọi trường hợp đều không được sử dụng quá 80% tải trọng phá hoại tối thiểu.
- Mấu neo, kích, ống chứa cáp, bát neo, ống bảo vệ cáp ngoài HDPE, máy luồn cáp: Tất cả các thiết bị này cần phải thí nghiệm, kiểm tra chặt chẽ theo đúng tiêu chuẩn của dự án trước khi đưa vào sử dụng. Các yêu cầu nghiêm ngặt được quy định cụ thể trong Tiêu chuẩn thiết kế
cầu 22TCN272-05 hoặc các Tiêu chuẩn riêng khác theo quy định của dự án.
2.3.3.2. Xe đúc:
- Vai trò: treo đà giáo để đúc hẫng các đốt đúc. Nó chịu tải trọng của đốt đúc và tải trọng thi công. Các xe đúc được thiết kế có trọng lượng xe và ván khuôn khoảng 80T, trong đó: bộ ván khuôn có trọng lượng 2030T và trọng lượng xe đúc khoảng 5560T
- Những dạng xe đúc:
Dạng khung giàn (hình thoi, thuộc dạng dàn treo trên ):
Hình 2.34. Cấu tạo xe đúc giàn hình thoi
Kết cấu chịu lực chính gồm hai mặt phẳng dàn hình thoi vươn hẫng phía trước đà giáo, hai dàn chủ liên kết với nhau bằng liên kết dọc trên và liên kết dọc dưới.
Trên thanh biên trên gác hai dầm ngang để lắp các thanh treo.
Dàn chủ di chuyển trên một khung sàn gọi là dầm ray vì trên khung này có hàn bốn vệt đường ray để dàn chủ chạy trên đó.
Dàn chủ xe đúc cùng với dầm ray được neo vào bê tông nắp hộp nhờ các thanh Bar (thường gọi là Maccaloy).
Loại giàn tam giác chạy trên (thuộc dạng dàn treo trên ): tương tự dàn hình thoi
Hình 2.35. Cấu tạo xe đúc giàn tam giác
Kết cấu chịu lực và nguyên lý hoạt đông tương tự như xe đúc giàn hình thoi nêu trên.
Xe đúc dạng dầm công xon:
Hình 2.36. Cấu tạo xe đúc dạng dầm công xon
Kết cấu chịu lực chính là hai dầm công xon di chuyển trên ray dọc theo chiều dài dầm đúc, khi làm việc thì neo vào bê tông dầm.
Đà giáo treo vào phần hẫng của xe bằng hệ thống thanh neo và kích.
Xe đúc còn làm việc như một cần cẩu công xon.
Dạng giàn đỡ dưới:
Hình 2.37. Cấu tạo xe đúc dạng giàn đỡ dưới
Kết cấu chịu lực là một dàn thép có biên đa giác đỡ dưới đáy dầm.
Dàn được treo lên mặt dầm bê tông bằng hai thanh treo ở hai bên và điều chỉnh bằng một hệ thống kích
Khi di chuyển đuôi dàn lăn theo đáy dầm, khi làm việc thì các bánh xe được thay thế bằng các điểm kê.
Cấu tạo xe đúc dạng khung giàn:
Hình 2.38. Cấu tạo xe đúc dạng khung giàn
Loại xe đúc này thường gặp trong các cầu có bề rộng cầu lớn, nguyên lý hoạt động giống xe đúc hình thoi.
- Di chuyển xe đúc:
Khi làm việc xe đúc được cố định nhờ dầm ray neo vào dầm bê tông.
Khi di chuyển: tháo neo, kích thuỷ lực đặt ở 2 ổ trục nâng khung lên đồng thời nâng dầm ray lên, dầm ray neo trên khung do đó phải neo khung lại, đẩy dầm ray lên phía trước. Sau đó, hạ dầm ray xuống rồi neo dầm ray xuống dầm bê tông và lấy kích thuỷ lực đẩy khung.
2.3.3.3. Đà giáo mở rộng trụ:
- Đà giáo mở rộng trụ được lắp về hai phía thân trụ theo phương dọc cầu để đúc tại chỗ đốt trên đỉnh trụ Ko của dầm bê tông.
- Kích thước đà giáo mở rộng trụ:
Chiều dài đà giáo theo phương ngang cầu: bằng chiều rộng đáy hộp dầm cộng thêm về mỗi bên 2m.
Chiều rộng đà giáo theo phương dọc cầu: toàn bộ chiều rộng đà giáo phải đủ để đúc tại chỗ toàn bộ chiều dài đốt Ko và chiều rộng dành cho làm sàn công tác mỗi phía 2m. Độ mở rộng về mỗi phía đỉnh trụ của đà giáo xác định theo công thức:
0
1 2
k 2 Tr
L L B (m)
Trong đó:
L0 - Chiều dài đốt K0
BTr - chiều rộng đỉnh trụ.
- Các dạng kết cấu đà giáo mở rộng trụ:
Dạng dầm đỡ gác trên trụ tạm:
Hình 2.39. CHình 2.39. Các dạng kết cấu mở rộng trụ
Sử dụng MIK làm trụ tạm và các thanh dầm I định hình làm dầm kê vì vậy kết cấu phải gia công chế tạo.
Sơ đồ đơn giản dễ kiểm toán được nội lực trong kết cấu, ổn định chống lật tốt.
Nhược điểm: khối lượng vật liệu lớn, chi phí móng tạm lớn, biến dạng của trụ tạm và móng tạm lớn và khó kiểm soát.
Phạm vi sử dụng: cầu thấp, móng đơn giản hoặc trong thời gian thi công không bị ngập nước.
Dạng công xon có thanh chống xiên xuống bệ móng
Bộ phận chịu lực chính là thanh ngang và thanh chống xiên đỡ thanh ngang và chống xuống tựa lên đỉnh bệ trụ.
Chi tiết chôn sẵn trong thân trụ chỉ chịu cắt, thanh chống xiên chịu nén và chiều dài tự do lớn nên thường sử dụng thanh dầm I.
Độ cứng lớn, biến dạng nhỏ và dễ kiểm soát, trụ cầu không chịu mô men trong giai đoạn thi công Ko.
Nó có cấu tạo riêng biệt, đơn chiếc nên khó sử dụng cho công trình có trụ cao hơn hoặc thấp hơn vì thế giá thành cao, thời gian gia công và chế tạo lâu.
áp dụng: trụ mảnh, mức nước thi công thấp, móng nổi trên mặt nước.
Có hai kiểu: loại chế tạo theo thiết kế riêng, ít chi tiết và thanh ngang có khả năng chịu uốn, và loại được lắp ráp bằng các thanh vạn năng UYKM.
Liên kết vào thân trụ bằng các tiếp điểm chôn sẵn. Bản tiếp điểm trên liên kết bằng thanh Maccaloy vào thân trụ vì nó chịu kéo, nút dưới cũng có thể bằng thanh CĐC nếu ma sát do ƯST do thanh này tạo ra lực ma sát lớn hơn lực cắt do thanh xiên truyền xuống. Để dễ kiểm soát nút dưới nên cho tựa lên đoạn dầm chôn sẵn vào trong thân trụ.
Để tạo mặt bằng đà giáo các công xon phải ghép từ 34 mặt phẳng dàn và các mặt phẳng này liên kết với nhau bằng các liên kết ngang và giằng chéo. Trên thanh ngang kê các dầm dọc để phân bố nội lực cho các mặt phẳng. Bên trên các dầm dọc lát sàn để lắp dựng ván khuôn hộp dầm và tạo mặt bằng thi công.
- Thiết kế đà giáo mở rộng trụ
Tính toán đà giáo theo sơ đồ phẳng, tải trọng tác dụng lên đà giáo phải được phân cho một mặt phẳng dàn theo hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy. Tính nội lực tập trung tại nút rồi tính nội lực các thanh.
Tải trọng tác dụng:
Trọng lượng bản thân
Trọng lượng bê tông và trọng lượng khung cốt thép của đốt dầm (trừ phần thẳng với đỉnh trụ).
Trọng lượng ván khuôn.
Tải trọng do vữa rơi.
Tải trọng thi công.
Tải trọng gió ngang (0,125 kN/m2 và 0,5 kN/m2).
Sơ đồ tính:
Hình 2.40. Sơ đồ tính kết cấu mở rộng trụ
Nội dung tính duyệt:
Tính theo cường độ vật liệu kết cấu đà giáo.
Tính duyệt độ võng của đà giáo.
Tính duyệt liên kết đà giáo với thân trụ.
(không duyệt võng: vì phải khử biến dạng dư trước).
2.3.3.4. Ván khuôn hộp dầm:
Hình 2.41. Cấu tạo ván khuôn hộp dầm - Ván khuôn ngoài
Ván đáy được chế tạo có kích thước cố định, ván đáy là sàn.
Ván thành kẹp vào ván đáy, khi đến vị trí thay đổi chiều cao dầm thì phải thay đổi một số mảnh.
- Ván khuôn trong
Kết hợp với trình tự đổ bê tông, chia bê tông nhịp dầm thành nhiều phần: đúc bê tông ở ván đáy trước. Dựa vào tấm ván đáy để dựng tấm bên trong, chống ván khuôn bên trong lên ván đáy.
Để ghép ván khuôn bên trong và bên ngoài ta dùng bu lông xuyên táo xiết hai mặt, có ống chống phía trong, có bọc nhựa để dễ tháo.
- Ván đáy tại đỉnh trụ.
Dùng gạch, cát, vữa mác thấp để lót.
Đảm bảo dễ phá bỏ sau khi thi công dầm.
Phần giữa ở mặt đáy của khối bê tông kê tạm là lớp vữa dày tối thiểu 3,5cm.
lớp vữa này sẽ được khoan phá để tháo dỡ các khối bê tông kê tạm. Mặt trên của khối bê tông kê tạm được phủ một lớp vải nhựa dày 2mm để ngăn cách khối với khối bê tông đỉnh trụ.
2.3.3.4. Đảm bảo ổn định kết cấu nhịp trong quá trình đúc hẫng:
- Đặc điểm: Việc thi công đúc hẫng kết cấu nhịp vươn dài ra hai phía trụ luôn tiềm ẩn nguy cơ mất cân bằng trong suốt quá trình thi công do không thể đảm bảo tải trọng hai phía luôn cân bằng nhau, những tai biến trong thi công có thể gây sập đổ hoàn toàn kết cấu nhịp. Vì thế, chúng ta phải neo giữ kết cấu nhịp vào đỉnh trụ để đảm bảo ổn định trong quá trình đúc hẫng cân bằng.
- Phương pháp giữ ổn định kết cấu nhịp:
Sử dụng kết cấu cầu khung T, trụ và kết cấu nhịp là liên kết ngàm.
Sử dụng kết cấu đà giáo mở rộng trụ, hoặc trụ tạm kê đỡ (ít sử dụng do tốn kém chi phí, mức độ ổn định thấp).
Sử dụng thanh Bar (Macaloy) neo tạm kết cấu nhịp vào trụ (phổ biến).
Ván khuôn hộp thành đứng Ván khuôn hộp thành xiên
Khối kê tạm Gèi cÇu Cát đệm
Các giải thiết trong tính toán ổn định:
Quá trình thi công không xảy ra sự cố rơi ván khuôn, xe đúc, đốt đúc.
Chỉ cho phép thi công lệch nhau tối đa một đốt đúc.
Quy ước dấu mômen
(+): mômen gây lật
(-): mômen giữ
Sơ đồ tính: Sơ đồ tính thanh neo đỉnh trụ được mô hình theo sơ đồ dầm mút thừa kê trên hai gối trùng với vị trí thanh neo đỉnh trụ, dưới tác dụng của các tải trọng theo quy định tại điều 5.14.2.3 của Tiêu chuẩn 22TCN 272-05.
a. Tải trọng không cần bằng giai đoạn đúc hẫng (U) và hệ xe đúc ván khuôn (CE):
Trong quá trình thi công các đốt đúc hẫng, giải sử tiến độ thi công của hai cánh hẫng lệch nhau một đốt đúc (tính cho đốt đúc cuối cùng), cụ thể:
Cánh hẫng bên trái thi công đến đốt n
Cánh hẫng bên phải thi công đến đốt n-1
Vị trí trọng tâm ván khuôn xe đúc: giả thiết đặt cách mép khối đã đúc 2m
Xác định mômen gây lật tác dụng của tải trọng U và CE:
MU+ = pn.Lhn
MCE+ = Pxe.Lhxe
Trong đó:
pn: là tải trọng đốt đúc lệch cuối cùng thứ n.
Lhn: chiều dài cánh hẫng bên trái của đốt đúc thứ n đến điểm lật (giả thiết trọng tâm đốt đúc n cách mép đốt n-1 là 2m).
Pxe: trọng lượng xe đúc và ván khuôn.
Lhxe: chiều dài cánh hẫng bên trái tính từ trọng tâm xe đúc đến điểm lật.
Xác định mômen gây giữ do tác dụng của tải trọng U và CE:
M = P ị .c 2
Tim trụ Vị trí thanh neo
Cánh hẫng bên trái Cánh hẫng bên phải
Chi tiết
8x2500=20000
K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 K11
3x3000=9000
Trọng tâm xe đúc+ván khuôn Trọng tâm xe đúc+ván khuôn
35750 (Cánh hẫng bên tráii)
Vị trí thanh neo
32750 (Cánh hẫng bên phải)) 2500
12000 4x3000=1200
0
8x2500=20000 K1 K0 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K10 K9 K12 K11
Tải trọng xe đúc và ván khuôn
K7 K8
2000
MCE- = Pxe.Lhxe
Trong đó:
Pnhịp: trọng lượng toàn bộ kết cấu nhịp cân bằng cả hai cánh hẫng P ị = 2 p
Với:
pi: trọng lượng từng đốt đúc
n: tổng số đốt đúc trên một cánh hẫng.
c: khoảng cách giữa hai hàng thanh neo đỉnh trụ.
Lhxe: chiều dài cánh hẫng bên phải tính từ trọng tâm xe đúc đến vị trí neo bên trái.
b. Tải trọng chênh lệch (DIFF):
Trong thi công đúc hẫng cân bằng, lệch tải ngẫu nhiên được xác định bằng 2% tải trọng tĩnh tác dụng lên một cánh hẫng (mục 5.14.2.3.2). Do đó, tải trọng này chỉ gây ra mômen lật được xác định như sau:
M = 2%. p . l Trong đó:
pi: trọng lượng các đốt đúc.
li: khoảng cách từ trọng tâm đốt đúc thứ i đến điểm lật.
c. Hoạt tải thi công phân bố (CLL):
Tải trọng này gồm các phụ kiện thi công, máy móc và thiết bị khác ngoài thiết bị lắp dựng chuyên dùng chủ yếu, được lấy bằng q1 = 4,8x10-4Mpa trên một cánh hẫng và trên cánh kia lấy bằng q2 = 2,4x10-4Mpa.
Xác định mômen gây lật:
M = q . B.L 2 Trong đó:
B: chiều rộng cầu
L1: chiều dài toàn bộ một bên cánh hẫng bất lợi tính đến điểm lật.
Xác định mômen gây giữ:
M = q . B.L 2 Trong đó:
L2: chiều dài toàn bộ một bên cánh hẫng giữ ổn định tính đến điểm lật.
d. Tải trọng thiết bị thi công theo hướng dọc cầu (CLE):
Tải trọng này gồm các tải trọng tập trung do người, kích, và các thiết bị phục vụ thi công khác, để gây ra sự bất lợi giả thiết tải trọng này tập trung ở cách mép đốt đúc cuối cùng 1,5m với giả trị giả định là Q = 100kN. Tải trọng này gây là mômen lật với giá trị xác định như sau:
Mcle+ = Q.L Trong đó:
L: khoảng cách từ điểm đặt lực Q đến điểm lật.
e. Lực nâng của gió trên một cánh hẫng (WUP):
Trong thi công hẫng tải trọng này được lấy bằng qgió = 2,4x10-4 Mpa tác dụng trên diện tích sàn của một bên cánh hẫng. Tải trọng này chỉ gây ra mômen lật, được xác định như sau:
M ó= q ó. B.L 2 - Tổ hợp tải trọng:
Các mômen gây lật và gây giữ do tác động của cùng một loại tải trọng thì được cộng với nhau (giữ nguyên dấu của mômen) để xác định tác động cuối cùng của tải trọng đó lên kết cấu công trình, sau đó tổ hợp lại với nhau theo hệ số và các dạng tổ hợp như bảng dưới đây.
Hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng (bảng 5.14.2.3.3-1) Tổ hợp
tải trọng
Hệ số tải trọng
Tĩnh tải Hoạt tải Gió
DIFF U CLL CE CLE WUP
a 1,1 0 1,0 1,3 0 0
b 0 1,0 1,0 1,3 0 0
c 1,1 0 0 0 0 0,7
d 1,1 0 1,0 1,3 0 1,0
e 0 0 1,0 1,3 1,0 0
- Tính toán xác định số lượng thanh neo đỉnh trụ:
Giá trị mômen lớn nhất được xác định trên cơ sở các tổ hợp tải trọng nêu trên:
M = max(a, b, c, d, e) Số lượng thanh Bar trên một phía cần để neo giữ kết cấu nhịp:
n = M
c. A. 0,6. f Trong đó:
A: diện tích mặt cắt ngang một thanh Bar
fu: là cường độ của thanh Bar neo.
0,6: là chỉ khai thác thanh Bar đến 60% cường độ.
- Tính toán chiều sâu chôn thanh Bar neo vào đỉnh trụ:
Thanh Bar được chôn sẵn trong thân trụ bằng êcu và bản đệm ở đầu thanh Bar, toàn bộ thanh Bar được bọc trong ống thép không dính bám với bê tông trụ nhằm thu hồi lại sau khi sử dụng. Vị trí chôn neo thanh Bar được xác định như sau:
x = M
c. A ụ. γ Trong đó:
x: chiều sâu tôi thiểu chôn thanh Bar vào trụ.
Atrụ: diện tích mặt cắt ngang thân trụ.
bt: trọng lượng riêng của bê tông, thường lấy bằng 25kN/m3.
- Cấu tạo hệ thống thanh Bar neo tạm kết cấu nhịp:
Hình 2.42. Bố trí thanh neo kết cấu nhịp
Để đảm bảo ổn định cho KCN khi đúc hẫng ta dùng các thanh Maccaloy có
=3238 xuyên qua đỉnh trụ.
Các thanh được neo thông qua êcu và tấm đệm.
Các thanh được chia làm 2 đoạn: một đoạn chôn sẵn trong thân trụ đầu dưới có ren, một đoạn luồn qua mặt dầm.
Cả đoạn trong thân trụ nằm trong ống ghen, chỉ có phần đầu neo dính bám.
Có bộ phận ống nối nằm sâu trong đỉnh trụ để nối hai đoạn, ống được tiện ren hai đầu: ren phải và ren trái.
Khi ghép ván khuôn đổ Ko thì phải đặt ống ghen trước, đảm bảo khi đổ vữa không chảy vào. Để ống ghen đúng vị trí phải bố trí lưới thép nằm ngang để định vị ống ghen.
Phải bố trí lưới thép cục bộ để chống ứng suất cục bộ tại đầu trên của thanh Maccaloy.
Có hai loại thanh: thanh dài và thanh ngắn.
Đúc xong Ko thì tiến hành kéo căng các thanh neo tạm bằng kích thông tâm.
Đặc trưng thanh Macaloy: ví dụ thanh bar D36 có đường kính danh định là 36mm, diện tích mặt cắt ngang A = 1.018mm2, cường độ chịu kéo fu = 1035Mpa.