CHƯƠNG II XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
2.2. Thi công kết cấu nhịp bê tông cốt thép theo biện pháp lắp ghép phân đoạn
2.2.1. Đặc điểm chung:
Trong số rất nhiều công nghệ thi công cầu BTCT, công nghệ thi công lắp ghép phân đoạn có nhiều ưu điểm và đã được ứng dụng rộng rãi trên khắp thế giới cũng như ở Việt nam. Từ những năm 1977, phương pháp lắp ghép phân đoạn cầu khung T - dầm đeo thuộc hệ sơ đồ tĩnh định đã được áp dụng tại Việt Nam để thi công các cầu: Rào, Niệm, An-Dương ở Hải Phòng.
Sự cố sập cầu Rào là một bài học kinh nghiệm lớn cho kỹ sư ngành cầu về triển khai thực hiện công nghệ.
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ xây dựng, kỹ sư cầu Việt Nam đã nắm bắt được các công nghệ thi công tiên tiến, trong đó đã làm chủ được công nghệ dự ứng lực bằng thép cường độ cao để ứng dụng trong thi công các công trình cầu lớn.
Một số công trình cầu lớn thi công theo công nghệ lắp ghép phân đoạn đã được thực hiện trong thời gian gần đây như: Cầu Kiền - Hải Phòng áp dụng công nghệ lắp hẫng hệ dầm cứng BTCT và đã hoàn thành đưa vào khai thác năm 2003, Cầu trên tuyến Metro Bến Thành - Suối Tiên và cầu Tân Vũ - Lạch Huyện áp dụng công nghệ lắp ghép phân đoạn trên đà giáo.
2.2.2. Đặc điểm công nghệ và ưu nhược điểm:
- Đặc điểm: Phương pháp lắp ghép phân đoạn là phương pháp chia kết cấu nhịp thành nhiều đốt, từng đốt được đúc sẵn và chở đến công trường lắp nối lại với nhau tại vị trí nhịp nhờ cốt thép DƯL kéo sau cùng với mối nối chống cắt. Có ba biện pháp thi công chính trong công nghệ lắp ghép phân đoạn là: Lắp hẫng hoặc bán hẫng; cắt khúc xâu táo; nối ghép trên đà giáo trụ tạm.
- Ưu điểm:
Kiểm soát tốt chất lượng các đốt dầm do được đúc ngay trên bãi.
Không cản trở giao thông dưới cầu trong quá trình lắp ghép.
Tiến độ thi công nhanh.
- Nhược điểm:
Yêu cầu kỹ sư và nhân công có tay nghề cao.
Trong quá trình lắp dầm cần điều chỉnh dầm với công nghệ cao.
Khi lắp dầm phải đảm bảo ổn định cho toàn bộ kết cấu nhịp và từng bộ phận kết cấu nhịp.
Mối nối giữa các khối lắp ghép có thể là mối nối khô, mối nối ướt và cốt thép dự ứng lực phải đảm bảo đúng yêu cầu thiết kế đề ra.
Yêu cầu thiết bị thi công chuyên dụng, khả năng mang tải lớn.
2.2.3. Chế tạo các đốt dầm:
Các đốt dầm thi công theo công nghệ lắp ghép phân đoạn (đối với biện pháp lắp hẫng và cắt khúc xâu táo) đòi hỏi ăn khớp với độ chính xác cao giữa đốt sau với đốt trước. Hiện nay, có hai biện pháp phổ biến đúc các đốt dầm là: Kề đầu gián đoạn và Xen kẽ kế tiếp.
2.2.3.1. Biện pháp kề đầu gián đoạn (Segment - Short line):
- Các đốt dầm được đúc trong xưởng hoặc trên bãi đúc tại công trường theo một dây chuyên cố định.
- Các đốt dầm được đúc trên một bệ đúc cố định được cấu tạo từ các thanh thép hình đảm bảo chắc chắn, ổn định trong quá trình đúc các đốt dầm.
- Bệ đúc được gắn cố định trên nền bãi hoặc di động trên hệ thống trượt chắc chắn. Ván khuôn đáy gắn liền với bệ đúc và có thể điểu chỉnh cao độ bằng các kích thủy lực, ván khuôn thành gắn khớp cố định với bệ đúc để có thể tháo lắp dễ dàng, ván khuôn trong được tháo lắp thủ công theo tiến trình thi công đốt đúc. Bệ đúc gắn cố định một bên ván khuôn đầu, một đầu còn lại sử dụng đốt đúc trước đó để làm ván khuôn.
- Sau khi đúc hoàn thành đốt đúc đầu tiên, sử dụng kích hoặc các thiết bị tời kéo gắn trên bệ đúc để vận chuyển đốt đúc lên phía trên trừ một khoảng rộng đủ để đúc đốt dầm tiếp theo.
Căn chỉnh đốt dầm đã đúc vào vị trí ván khuôn đầu theo đúng thiết kế để tiến hành đổ bê tông đốt mới nhằm đảm bảo chuẩn xác mối nối liên kết.
- Sau khi đúc xong, lần lượt các đốt dầm được cẩu chuyển sang bãi tập kết chờ lắp ghép lên kết cấu nhịp cầu chính.
- Ưu điểm: Tổ chức mặt bằng thi công gọn, phù hợp với điều kiện công xưởng và trên công trường.
- Nhược điểm: Phương pháp này đòi hỏi việc căn chỉnh với độ chính xác cao, đặc biệt khó đối với dầm có chiều cao thay đổi, việc điều chỉnh ván khuôn đáy chính xác gặp nhiều khó khăn.
- Biện pháp này đã được áp dụng thành công tại công trường xây dựng cầu Kiền - Hải Phòng khi đúc các đốt đúc phân đoạn cho dầm cứng cầu dây văng.
Hình 2.27. Bệ đúc đốt dầm theo biện pháp kề đầu gián đoạn 2.2.3.2. Biện pháp xen kẽ kế tiếp (Long line precasting beds):
- Các đốt dầm được đúc ngay trên công trường bãi đúc dầm.
- Biện pháp này áp dụng cho loại kết cấu nhịp có mặt cắt thay đổi chiều cao, trên mặt
đúc được tạo độ dốc và đường cong theo đúng thiết kế của đáy dầm.
- Tiến hành chia đốt đúc và đánh số thứ tự từ 0, 1, ..., n nếu có cả đốt K0 và từ 1, 2, ...n nếu không đúc khối K0 trên bãi. Tiến hành định vị, xác định vị trí các đốt dầm trên bệ, tiến hành đặt ván khuôn đúc các đốt đầm chẵn hoặc lẻ trước tùy vào vị trí đốt đầu và đốt cuối. Các đốt dầm đúc lần đầu cần bố trí đầy đủ ván khuôn trong, ngoài, hai đầu, sau khi hoàn thành giữ nguyên vị trí trên bệ đúc. Tiến hành bôi dầu chống dính hoặc dán nhựa chống dính lên bề mặt hai đầu các đốt dầm đã đúc để làm ván khuôn thành cho các đốt đúc sau. Cẩu chuyển các đốt dầm đến bãi tập kết theo thứ tự từ ngoài vào trong.
- Bệ đúc thường có hai loại: Sử dụng đất nện đầm kỹ để đắp bệ đúc theo đường cong đáy dầm, sau đó đổ một lớp bê tông mặt làm ván khuôn đáy, mặt bê tông đủ rộng để lắp đặt ván khuôn thành. Loại này chế tạo ván khuôn ngoài phải điều chỉnh độ cao theo độ cao của dầm, chiếm dụng mặt bằng lớn nhưng chi phí thấp. Hoặc xây dựng hai bệ bê tông hoặc khung thép theo hình dạng đáy dầm đặt dọc theo cạnh dầm BTCT, lát ván khuôn đáy và ván khuôn thành để thi công các đốt dầm, loại này tiện cho lắp dựng và tháo dỡ ván khuôn ngoài do không phải điều chỉnh độ cao, chiếm dụng mặt bằng ít tuy nhiên giá thành đắt.
Hình 2.28. Bệ đúc dầm theo biện pháp xen kẽ kế tiếp 2.2.4. Tổ chức thi công lắp hẫng và thiết bị lắp hẫng:
Lắp hẫng cân bằng là công nghệ chia dầm BTCT thành các đốt đúc và lần lượt nối lại với nhau một cách đối xứng qua mặt cắt trụ nhờ căng kéo cốt thép DƯL chịu mô men âm và liên kết chống cắt giữa các đốt. Dựa vào phương tiện thiết bị sử dụng để lắp hẫng ta chia ra làm ba phương pháp cơ bản như sau:
Lắp hẫng bằng cần cẩu công xon.
Lắp hẫng bằng giá lao.
Lắp hẫng bằng cần cẩu tay với.
2.2.4.1. Thi công lắp hẫng cân bằng sử dụng cần cẩu công xon:
- Sử dụng cẩu công xon để lắp hẫng dầm BTCT được áp dụng phổ biến nhất, phù hợp với tất thảy các điều kiện thi công trên cạn cũng như dưới nước với các chiều dài nhịp khác nhau.
Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là các đốt dầm được vận chuyển đến vị trí dưới nhịp, cẩu công xon sẽ cẩu đốt dầm lên và điều chỉnh lắp đốt dầm vào kết cấu nhịp.
Hình 2.29. Cẩu công xon chế tạo từ xe đúc
1- dầm ray, 2- neo dầm ray, 3- dầm chủ cần cẩu, 4- neo cần cẩu, 5- dầm dọc của sàn ngang, 6- dầm gánh, 7- bộ kích cáp, 8- bánh xe chuyển hướng, 9- đòn gánh cẩu, 10- thanh
treo tạm, 11- kích thủy lực, 12- thang và sàn công tác
- Cần cẩu công xon được cấu tạo từ hai thanh dầm chính, chạy trên dầm ray của phần dầm đã đúc trước đó. Chân cẩu công xon được neo bằng các thanh Bar chắc chắn vào dầm đã đúc, phần hẫng lắp đặt các thiết bị tời, kích, cáp, thanh Bar, ... để phục vụ cẩu lắp các đốt dầm vào nhịp. Sau khi hoàn thành lắp đặt một đốt đúc, cẩu công xon lại tiếp tục dịch chuyển lên phía trước trên hệ dầm ray để thực hiện chu trình lắp dầm tiếp theo. Để đảm bảo an toàn trong thời gian liên kết khối đúc với nhịp dầm, người ta tháo cáp treo mà thay bằng các thanh Bar tạm giữ đốt dầm tại vị trí thi công.
- Để nâng đốt dầm lắp ghép vào nhịp kết cấu người ta sử dụng hệ thống kích thủy lực thông tâm với bộ neo cáp hai chiều để cẩu đốt dầm vào vị trí lắp ghép. Hoặc có thể sử dụng bộ tời điện công suất lớn với hệ ròng rọc chuyển hướng để kích nâng đốt dầm vào vị trí lắp đặt.
Hình 2.30. Công xon dạng giàn tời kéo
1- giàn chủ, 2- dầm ray, 3- neo dầm ray, 4- neo giàn chủ, 5- ròng rọc chuyển hướng, 6- tời điện, 7- đòn gánh cẩu, 8- dầm công xon, 9- kích thông tâm, 10- thanh macalloy, 11- sàn
công tác treo
- Một loại cần cẩu công xon khác không dựa trên cấu tạo của xe đúc là cần cẩu CPK-65 của Nga, hoạt động theo nguyên lý mầm quay phẳng và ròng rọc, tời múp để trục nâng dầm và căn chỉnh vào bị trí, loại này ít thấy sử dụng phổ biến trong thi công các công trình cầu ở Việt Nam.
2.2.4.2. Thi công lắp hẫng cân bằng sử dụng giá lao dầm:
- Biện pháp lắp hẫng bằng giá lao đầm được áp dụng khi mặt bằng thi công không cho phép cấp dầm đến vị trí thi công, hoặc sông có thông thuyển, hoặc mặt bằng dưới kết cấu nhịp vẫn phải khai thác giao thông. Giá lao có nhiệm vụ lấy dầm ở một vị trí khác, vận chuyển đến vị trí lắp và căn chỉnh lắp đặt vào kết cấu.
- Giá lao dầm có cấu tạo dạng giàn chuyên dụng hoặc lắp ráp từ kết cấu vạn năng, giá đứng trên hai chân chống chính và hai chân kích phục vụ cho quá trình di chuyển giá. Xe cẩu chạy trên đường ray trên không vướng vào chân giá, chân giá bằng thép có thể liên kết vào nhịp dầm hoặc trụ để đỡ giá. Khi chân phụ hạ xuống thì chân chính dược nhấc lên và tời kéo đến vị trí đặt chân chống và liên kết chắc chắn, sau đó nhấc chân phụ để kết cấu giàn làm việc trên hai chân chính theo mô hình dầm giản đơn mút thừa.
- Trình tự công nghệ thi công như sau:
Bước 1: Lắp khối K0 trên điểm trụ P1, neo tạm vào đỉnh trụ bằng thanh thép cường độ cao.
Bước 2: Di chuyển giá lao dầm lên đứng trên nhịp N1, một chân đứng ở đỉnh mố, một chân đứng trên khối K0, giá lao vươn hẫng ra quá 1/2 nhịp N2.
Bước 3: Sử dụng hai xe cẩu để cẩu lấy các đốt đúc tiến hành lắp đối xứng qua trụ.
Cùng thời gian có thể tiến hành lắp khối dầm nhịp biên trên đà giáo cố định hoặc sử dụng giá lao và lắp dầm kiểu xâu táo.
Bước 4: Hợp long nhịp biên trên đà giáo treo.
Bước 5: Lắp và kéo cốt thép thớ dưới nhịp biên, di chuyển giá lên khối K0 trên trụ P2 đã được neo tạm vào đỉnh trụ. Tháo đà giáo đốt biên (nếu có).
Bước 6: Di chuyển giá lao lên nhịp N2, một chân đứng trên trụ P2 vươn dài ra quá nửa nhịp N3.
Bước 7: Tháo liên kết neo tạm trên đỉnh trụ P1, cẩu nhấc dầm thi công hẫng hai bên trụ P2.
Bước 8: hợp long nhịp N2.
Bước 9: Kéo cốt thép cường độ cao thớ dưới nhịp N2 và tiếp tục chu trình di chuyển giá lao đến nhịp tiếp theo.
Hình 2.31. Cần cẩu CPK-65
2.2.4.3. Thi công lắp hẫng cân bằng sử dụng cần cẩu tay với:
- Đây là biện pháp đặc biệt trong thi công lắp hẫng cân bằng, lợi dụng điều kiện thuận lợi của địa hình để bố trí cần cẩu di chuyển dọc nhịp cầu để lắp ghép các khối dầm.
- Trình tự công nghệ như sau: Sử dụng một cần cẩu đủ năng lực được kiểm định chất lượng phục vụ thi công lắp ghép dầm cả hai bên trụ. Mỗi bên tiến hành lắp ghép một lần 2 đốt dầm, trong đó 1 đốt được neo và căng kéo thép DƯL, đốt còn lại được gián keo và gá tạm vào khối trước đó thông qua dầm treo để cẩu di chuyển sang phía đối diện lắp các đột dầm tương tự. Tiến trình thực hiện cho đến khi hợp long.
- Lắp ghép nhịp biên trên đà giáo, tổ chức thi công hợp long và căng kéo thép DƯL trước khi hạ đà giáo và neo tạm đỉnh trụ. Công tác hợp long các nhịp tiếp theo sử dụng biện pháp dầm hợp long.
2.2.5. Mối nối các đốt dầm và thực hiện các mối nối:
Trong lắp hẫng cân bằng, liên kết giữa các khối thực hiện bằng cốt thép DƯL căng sau với hai loại mối nối khô và ướt.
2.2.5.1. Mối nối ướt:
Là mối nối thi công tại chỗ kết cấu nhịp bằng vữa có tính năng cao, có các loại mối nối ướt như sau:
- Mối nối khe rộng 20÷50cm gọi là mối nối rộng, yêu cầu phải có thép chờ nếu không phải khoan cấy cốt thép bằng keo Epoxy.
- Mối nối khe rộng 10÷20cm là mối nối không có thép chờ nhưng phải bố trí cốt thép mối nối để chống co ngót.
- Mối nối khe hẹp nhỏ hơn 10cm gọi là mối nối hẹp, không cần sử dụng cốt thép, có thể sử dụng vữa bê tông mác cao tự đầm để liên kết. Nếu khe hở nhỏ hơn 5cm thì sử dụng vữa keo Epoxy nhồi khe có ván khuôn giữ.
Biện pháp thi công: Tạo nhám mối nối, lắp nối các ống ghen luồn cáp, dùng con kê bê tông hoặc thép để cố định khe hở mối nối, treo đốt đúc lên giá treo dầm công xon đồng thời kéo ép hai thanh PC luồn trong nắp và đáy dầm hộp để cố định khối dầm. Tiến hành lắp dựng khung cốt thép (nếu có) sau đó tiến hành đổ vữa liên kết mối nối, sau khi vữa đạt cường độ tiến hành căng kéo cáp và tháo dỡ các thanh PC liên kết tạm.
Mối nối ướt chỉ để liên kết khối K1 với K0 đúc tại chỗ trên đỉnh trụ, nếu K0 đúc chính xác hoặc lắp ghép thì có thể không cần dùng mối nối ướt.
2.2.5.2. Mối nối khô:
Được sử dụng phổ biến trong lắp hẫng, mối nối có mộng chống cắt và dán keo, bề mặt liên kết ép sít vào nhau, lớp keo dán chỉ dày khoảng 2÷3mm.
Keo được sử dụng để dán liên kết dầm là keo Epoxy, loại biến tính và loại đã xử lý biến tính. Tuân thủ chỉ dẫn kỹ thuật của dự án để mua loại kéo Epoxy thích hợp.
Biện pháp thi công: Sau khi cẩu dầm vào vị trí lắp ghép, tiến hành vệ sinh sạch sẽ mối nối bằng dung dịch Axetol rồi quét đều keo lên hai mặt mối nối. Để đảm bảo an toàn công nhân làm việc phải đứng trên khối dầm đã lắp ghép. Đưa đốt dầm vào mối nối và thay thế hệ treo bằng các thanh treo, lắp các thanh cường độ cao bằng các cút nối trên dầm đã lắp, dùng kích thông tâm kéo các thanh thép ép sát mối nối với áp lực 0,3Mpa để keo tràn đều ra hai bên.
Trong thời gian chờ keo đông kết (30 phút đến 1 tiếng) đốt dầm vẫn được treo trên hệ treo. Sau đó luồn cáp và căng kéo mới tháo hệ treo để kết cấu nhịp làm việc theo sơ đồ công xon. Hợp long các nhịp trên hệ dầm treo kết hợp điều chỉnh vị trí hợp long.