Giáo trình kết cấu tính toán mố trụ cầu (ngành cầu đường)

Giáo trình kết cấu, tính toán Mố, trụ cầu gồm:Chương 1: Khái Niệm về Mố, Trụ Cầu.Chương 2: Cấu tạo Mố cầu dầm.Chương 3: Cấu tạo trụ cầu dầm.Chương 4: Tính toán Mố, Trụ cầu dầm.

Môc lôc

Trang

3.1.4 Móng của mố và trụ cầu 33

4.1 Khái niệm về tính mố, trụ cầu theo ph-ơng pháp trạng

4.2.5 áp lực ngang của đất khi hoạt tải đứng trên đoạn

4.4.3 Kiểm tra c-ờng độ và ổn định của mố, trụ 83

5.1.2 Trụ cầu vòm bê tông cốt thép, thép 104

5.2.1 Mố cầu vòm bê tông, bê tông cốt thép, thép 107

6.1.1 Trụ cầu khung chữ T - dầm đeo bằng BTCT th-ờng,

6.1.2 Trụ cầu khung chữ T bằng BTCT dự ứng lực đúc

6.2.1 Tính toán trụ cầu khung chữ T - dầm đeo 115

7.3.2 Tháp cầu ngàm vào trụ, dây bố trí di động dọc trên

7.3.3 Tháp cầu ngàm với trụ, dây đ-ợc liên kết chặt trên

Ch-ơng 1 Khái niệm về mố, trụ cầu

1.1 Khái niệm về mố, trụ, cầu

Mố, trụ là một bộ phận quan trọng của cầu, nó làm nhiệm vụ đỡ kết cấu nhịp, tiếp nhận và truyền các tải trọng tác dụng lên kết cấu nhịp của cầu xuống nền đất (hình 1.1)

Trụ cầu đ-ợc xây dựng ở giữa hai nhịp kề nhau Trụ nằm ở phần lòng sông còn có thể chịu thêm tác dụng ngang của dòng chảy, lực va đập của tàu bè, cây trôi Để giảm tác dụng ngang của dòng chảy và tránh hiện t-ợng xói d-ới bệ móng, trụ cầu phải có hình dạng hợp lý sao cho dòng chảy ít bị cản trở nhất Ngoài ra, với mố, trụ cầu xây dựng ở vùng n-ớc mặn hoặc n-ớc có tác nhân xâm thực thì cần phải có các giải pháp phòng tránh để đảm bảo tuổi thọ công trình

đảm bảo cho xe chạy êm thuận khi vào và ra khỏi cầu Ngoài ra, trong một số tr-ờng hợp, mố cầu còn là công trình điều chỉnh dòng chảy và chống xói lở cho

bờ sông Do giá trị của tải trọng ngang tác dụng lên mố về phía sông và về phía nền đ-ờng th-ờng khác nhau nên cấu tạo của mố theo ph-ơng dọc cầu th-ờng không đối xứng, trong khi đó trụ cầu th-ờng có cấu tạo đối xứng theo cả hai ph-ơng (xem hình 1.1)

1.2 Phân loại mố, trụ cầu

Mố, trụ cầu rất đa dạng, để phân loại, ng-ời ta th-ờng căn cứ vào vật liệu làm mố, trụ; đặc điểm chịu lực của mố, trụ; hình thức thi công xây dựng mố, trụ v.v

1.2.1 Phân loại theo vật liệu

Mố, trụ cầu có thể đ-ợc xây dựng bằng gạch, đá, đúc bằng bê tông, bê tông cốt thép (BTCT) hay bằng thép

1.2.2 Phân loại theo hình dạng kết cấu

Theo hình dạng, có thể chia mố, trụ thành mố, trụ nặng và mố, trụ nhẹ

Mố, trụ nặng là loại có kích th-ớc lớn, kết cấu toàn khối đ-ợc làm bằng đá xây, bê tông, bê tông đá hộc Loại kết cấu này vững chắc, ổn định, nh-ng khối l-ợng lớn dẫn đến tốn vật liệu, kéo theo tốn kém cho cả kết cấu móng Mố, trụ nặng th-ờng đ-ợc sử dụng ở các cầu nhịp lớn hoặc cầu treo, cầu vòm

Mố, trụ nhẹ có kết cấu thanh mảnh hơn, có thể gồm các hàng cột, hàng cọc hoặc t-ờng mỏng đ-ợc làm bằng bê tông cốt thép Với kết cấu loại này, khối l-ợng vật liệu sẽ giảm đi đáng kể

1.2.3 Phân loại theo đặc điểm chịu lực

Theo độ cứng dọc cầu có thể chia mố, trụ thành hai loại: mố, trụ cứng và

mố, trụ dẻo

Mố, trụ cứng th-ờng gặp trong hầu hết công trình cầu, là loại có kích th-ớc lớn, độ cứng lớn, có thể bỏ qua biến dạng khi chịu lực Mố, trụ cứng có khả năng

độc lập tiếp nhận toàn bộ tải trọng ngang truyền từ kết cấu nhịp hoặc nền đất đắp

đến mố, trụ Mố, trụ dẻo là loại có kích th-ớc nhỏ, độ cứng nhỏ, th-ờng đ-ợc dùng trong các cầu nhịp ngắn ( 10  12m) khi lòng sông không sâu hay dùng cho cầu dẫn Kết cấu nhịp trong tr-ờng hợp này là những dầm đơn giản, kê cố

định trên đỉnh trụ, mố Biến dạng dọc cầu đ-ợc đảm bảo nhờ độ mềm dẻo của trụ,

mố Khi chịu tác động của lực ngang theo ph-ơng dọc cầu, toàn bộ cầu sẽ làm việc nh- một khung và tải trọng ngang sẽ truyền đến mố, trụ thông qua kết cấu nhịp và phân phối cho các trụ, phụ thuộc vào độ cứng của chúng Trụ dẻo th-ờng

có dạng trụ cọc, trụ cột hoặc t-ờng mỏng (hình 1.2)

Hình 1.2 Trụ dẻo

a Trụ cọc; b Trụ t-ờng mỏng; c Trụ cột; 1 Dầm mũ; 2 Cọc;

3 Cột; 4 Móng; 5 Thân trụ

1.2.4 Phân loại theo hệ thống kết cấu nhịp

Với các hệ thống kết cấu nhịp khác nhau thì đặc điểm truyền áp lực xuống

mố, trụ cũng khác nhau

Đối với cầu dầm, áp lực truyền xuống mố, trụ chủ yếu theo ph-ơng thẳng

đứng, do đó, cấu tạo của mố, trụ t-ơng đối đơn giản

Trong cầu hệ khung, trụ, mố tham gia chịu lực cùng với kết cấu nhịp, tại các thiết diện của trụ xuất hiện mô men uốn khá lớn nên cấu tạo phức tạp hơn và th-ờng phải bố trí nhiều cốt thép

Cầu vòm và cầu treo là các kết cấu có lực đẩy ngang nên mố, trụ phải có kích th-ớc lớn, nặng nề Nhất là với cầu treo, để chịu đ-ợc lực nhổ, mố neo th-ờng là một công trình rất đồ sộ và tốn kém Để giảm bớt khối l-ợng vật liệu

mố neo, trong một số tr-ờng hợp, khi điều kiện địa chất cho phép, ng-ời ta neo

mố vào nền

1.2.5 Phân loại theo ph-ơng pháp xây dựng

Theo ph-ơng pháp xây dựng, mố, trụ đ-ợc phân thành các loại: toàn khối, bán lắp ghép và lắp ghép

Mố, trụ toàn khối là loại đ-ợc xây dựng ngay tại vị trí công trình Trong các tr-ờng hợp xây dựng cầu vòm, cầu treo hoặc cầu trên các sông lớn có thông thuyền thì giải pháp toàn khối là thích hợp nhất

Trụ bán lắp ghép gồm những khối vỏ bằng bê tông cốt thép và bê tông lấp lòng Trụ lắp ghép là các trụ (mố) đ-ợc cấu tạo bằng các khối bê tông đúc sẵn hoặc các khung thép

1.3 Vật liệu dùng để xây dựng mố, trụ cầu

Mố, trụ cầu và móng của chúng chủ yếu đ-ợc làm bằng bê tông, bê tông đá hộc, bê tông cốt thép, ngoài ra còn đ-ợc làm bằng gạch, đá và các vật liệu khác D-ới đây trình bày tiêu chuẩn của các vật liệu hay gặp nhất trong xây dựng mố, trụ cầu đ-ờng ô tô

Đối với tất cả các bộ phận chịu lực của mố, trụ đều dùng bê tông có mác

200 trở lên Mác bê tông đối với các bộ phận này đ-ợc quy định nh- sau:

- Mác 400: dùng cho các loại ống vỏ mỏng, cọc bê tông cốt thép ứng suất

tr-ớc dài hơn 12m;

- Mác 300: dùng để chế tạo các loại kết cấu ứng suất tr-ớc (kể cả cọc ứng

suất tr-ớc có chiều dài nhỏ hơn 12m); cọc bê tông cốt thép th-ờng có chiều dài lớn hơn 7m; mố, trụ lắp ghép hoặc bán lắp ghép trong phạm vi có mực n-ớc thay đổi;

- Mác 200: dùng cho các loại cấu kiện chịu lực khác bằng bê tông và BTCT

th-ờng (kể cả bệ móng và cọc BTCT th-ờng có chiều dài nhỏ hơn 7m)

1.3.2 Cốt thép

Cốt thép dùng trong các bộ phận của mố, trụ th-ờng bao gồm các chủng loại sau:

- Thép thanh tròn, AI có đ-ờng kính từ 6 đến 40 mm;

- Thép thanh có gờ, nhóm AII có đ-ờng kính từ 10 đến 40 mm; nhóm AIII

có đ-ờng kính từ 6 đến 40 mm; nhóm AIV có đ-ờng kính từ 10 đến 20 mm;

nhóm AV có đ-ờng kính từ 10 đến 20 mm;

- Thép c-ờng độ cao đ-ợc dùng trong BTCT ứng suất tr-ớc;

Đ-ờng kính tối thiểu của cốt thép trong các bộ phận chịu lực của mố, trụ BTCT đ-ợc quy định nh- sau:

- Cốt thép chủ trong kết cấu BTCT th-ờng: dmin = 12 mm;

- Cốt đai và thép phân bố: dmin = 6 mm;

- Cốt thép ứng suất tr-ớc dạng thanh: dmin = 12 mm;

- Cốt thép ứng suất tr-ớc sợi đơn: dmin = 2  3 mm;

- Cốt thép ứng suất tr-ớc dạng bó sợi: dmin = 4  5 mm;

1.3.3 Đá xây

Đá dùng để xây mố, trụ cầu là các loại đá tự nhiên, chất l-ợng tốt, không bị nứt nẻ, phong hóa, có c-ờng độ chịu nén lớn hơn 600 kg/cm2; kích th-ớc nhỏ nhất của đá hộc là 25 cm Những trụ bằng bê tông đá hộc, với loại đá có c-ờng độ lớn hơn 400 kg/cm2 thì l-ợng đá không đ-ợc lớn hơn 20% khối l-ợng bê tông

Đối với các công trình có vốn đầu t- của n-ớc ngoài, ng-ời ta dùng tiêu chuẩn AASHTO để thiết kế Vật liệu dùng xây dựng mố, trụ cầu theo tiêu chuẩn AASHTO nh- sau:

- Bê tông làm mố, t-ờng chắn, bản quá độ, dùng loại C có c-ờng độ chịu nén từ 21 đến 28MPa Các bộ phận khác của mố, trụ đều dùng loại B có c-ờng độ chịu nén 28MPa;

- Cốt thép tròn trơn có giới hạn chảy là 240MPa;

- Cốt thép có gờ có giới hạn chảy là 400 MPa;

1.4 Các kích th-ớc cơ bản của mố, trụ

Hình dạng và các kích th-ớc cơ bản của mố, trụ cầu đ-ợc xác định từ các

điều kiện địa chất, thủy văn, chiều cao của cầu, chiều dài nhịp cầu và các yếu tố khác Tuy nhiên, một số kích th-ớc cơ bản nh- cao độ đỉnh móng, cao độ đỉnh

mố, trụ, kích th-ớc mũ trụ trên mặt bằng của cầu dầm, chiều dài tối thiểu của các

gờ bậc đ-ợc xác định chủ yếu theo điều kiện cấu tạo và khai thác cầu; cách xác

định chúng đ-ợc trình bày ở d-ới đây:

1.4.2 Cao độ đỉnh mố, trụ

Cao độ đỉnh trụ đ-ợc xác định theo hai yêu cầu sau:

1 Đáy kết cấu nhịp cũng nh- đỉnh trụ phải cao hơn mực n-ớc cao nhất tính toán (MNCN) tối thiểu là 0,5m

2 Vị trí đáy kết cấu nhịp đ-ợc xác định từ chiều cao tĩnh không d-ới cầu

đối với cầu v-ợt, cầu cạn hay chiều cao tĩnh không thông thuyền với nhịp thông thuyền và có cây trôi Do kết cấu nhịp đ-ợc kê trên gối cầu nên cao độ đỉnh mố, trụ sẽ thấp hơn đáy kết cấu nhịp một đại l-ợng bằng chiều cao gối cầu Cao độ

đỉnh mố, trụ đ-ợc chọn chính là cao độ lớn hơn đ-ợc xác định theo hai yêu cầu

kể trên Trên những vùng không có n-ớc, để đảm bảo độ bền của kết cấu nhịp,

đáy kết cấu nhịp phải đặt cao hơn mặt đất tối thiểu là 1 mét

1.4.3 Kích th-ớc mũ mố, trụ trên mặt bằng

Chiều rộng nhỏ nhất (theo ph-ơng dọc cầu) và chiều dài (theo ph-ơng ngang cầu) của mũ trụ đ-ợc xác định theo hình 1.3 và các công thức d-ới đây

15 20 b  cm 2

b b b b

bp 3 2 0 (15  20) + b 1 ; (cm)

Hình 1.3 Xác định kích th-ớc mũ trụ

1 Kết cấu nhịp; 2 Thớt gối; 3 Tấm kê gối; 4 Mũ trụ; 5 T-ờng đỉnh

trong đó:

bP, ap- chiều rộng và chiều dài mũ trụ;

n- số khoảng cách giữa tim các dầm chủ;

b3- khoảng cách giữa hai đầu dầm cạnh nhau hoặc đầu dầm và t-ờng đỉnh

mố, với gối cố định không nhỏ hơn 5 cm, với gối di động;

a2- khoảng cách giữa tim các dầm kề nhau theo ph-ơng ngang cầu;

Trị số b1 lấy tùy thuộc chiều dài nhịp:

Trị số a1 lấy tùy thuộc loại kết cấu nhịp (cm):

- Kết cấu nhịp bản, a1 = 20 (cm);

- Đối với mọi kết cấu nhịp khác với gối phẳng và gối tiếp tuyến a1 = 30 cm;

- Nh- trên, với gối con lăn và con quay a1 = 50 cm

1.4.4 Xác định một số kích th-ớc khác

Chiều cao t-ờng đỉnh của mố h1 đ-ợc xác định bằng tổng chiều cao xây dựng của kết cấu nhịp (tính từ đáy dầm tại mố đến cao độ phần xe chạy), chiều cao gối cầu và chiều dày tấm kê gối (hình 1.3b)

Chiều dày t-ờng đỉnh của mố nặng (ngang với cao độ mũ mố) đ-ợc chọn bằng (0,5  0,6)h1 và bề dày phía trên t-ờng đỉnh không nhỏ hơn 0,5m

Kích th-ớc thiết diện thân trụ cầu phụ thuộc vào nhiều điều kiện: hình dạng

mố, trụ, chiều cao mố, trụ, trị số tải trọng, vật liệu Vì vậy, tùy tr-ờng hợp cụ thể

sẽ đ-ợc xác định theo quy trình hoặc theo kinh nghiệm thiết kế

Theo quy trình, chiều dày xà mũ của các trụ cọc, mũ trụ và dầm mũ của các loại mố, trụ khác, không đ-ợc nhỏ hơn 0,4m để đảm bảo phân bố tải trọng từ kết cấu nhịp đến các bộ phận hoặc các khối xây thân trụ Chiều dày t-ờng của các khối BTCT thiết hiện hình hộp rỗng không đ-ợc nhỏ hơn 15 cm (nếu các khối này không đ-ợc lấp đầy bằng bê tông) và không nhỏ hơn 1/15 chiều cao thiết diện khi không có bản ngăn ngang

Chiều dày thành trụ ống không nhỏ hơn các trị số sau:

Đ-ờng kính trong của ống d (m) Chiều dày t (cm)

0,4 0,6 1,2 - 3,0 4,0 - 5,0

8

10

12

14 Theo kinh nghiệm thiết kế, chiều dày trụ nặng bê tông hoặc bê tông đá hộc, tại mặt cắt đỉnh móng không nên nhỏ hơn 1/5  1/6 chiều cao Chiều dày t-ờng tr-ớc của các mố có t-ờng cánh hoặc thân mố vùi (tại mặt cắt đỉnh móng) không nên nhỏ hơn 0,35  0,4 chiều cao đất đắp Chiều dày t-ờng của các khối bê tông rỗng không nên nhỏ hơn 25  30 cm

Tuy nhiên, trong các tr-ờng hợp riêng, nếu công nghệ chế tạo kết cấu hoàn thiện thì các đề nghị trên có thể thay đổi Ví dụ, khi chế tạo các kết cấu BTCT bằng ph-ơng pháp li tâm, c-ờng độ bê tông tăng lên đến 1,3 lần so với ph-ơng pháp thông th-ờng, độ chặt của bê tông cũng tăng lên đáng kể thì chiều dày t-ờng của kết cấu có thể chọn nhỏ hơn đề nghị nêu trên

Ch-ơng 2 Cấu tạo mố cầu dầm

2.1 Các bộ phận của mố cầu

Nh- đã nêu ở phần tr-ớc, mố cầu có các chức năng cơ bản sau: đỡ kết cấu nhịp, chịu tải trọng thẳng đứng và nằm ngang từ kết cấu nhịp truyền xuống, là bộ phận chuyển tiếp đảm bảo cho xe chạy êm thuận từ đ-ờng vào và ra cầu Ngoài

ra, mố còn làm nhiệm vụ của một t-ờng chắn, đảm bảo ổn định của nền đ-ờng

đầu cầu Trong nhiều tr-ờng hợp, mố còn có chức năng chống xói lở cho bờ sông

Để đảm bảo đ-ợc các chức năng kể trên, mố cầu th-ờng bao gồm các bộ phận chủ yếu sau đây (hình 2.1)

- T-ờng đỉnh, là bộ phận chắn đất sau dầm chủ hoặc dầm mặt cầu, có chiều cao từ mặt cầu tới mũ mố;

- Mũ mố, là bộ phận kê đỡ kết cấu nhịp và trực tiếp chịu áp lực từ kết cấu nhịp truyền xuống;

- T-ờng tr-ớc hay t-ờng thân mố, làm nhiệm vụ t-ờng chắn đất, đỡ t-ờng

Ngoài các bộ phận cơ bản trên đây, mố cầu còn có thể có các bộ phận khác nh-: bản quá độ, bản giảm tải, t-ờng tai, bản chắn

2.2 Cấu tạo mố nặng

2.2.1 Mố chữ nhật

Mố chữ nhật là dạng mố cầu đơn giản nhất đ-ợc làm bằng gạch, đá xây hoặc bê tông có dạng hộp chữ nhật đặc, trên mố kê dầm chủ (hình 2.2) Mố chỉ gồm hai bộ phận là thân mố (1) và móng mố (2) Toàn bộ mố đ-ợc chôn trong nền đất

Hình 2.2 Mố chữ nhật

Mố chữ nhật có khối l-ợng lớn, tốn vật liệu, tiếp nối giữa đ-ờng và cầu không êm thuận Ngoài ra, các bộ phận bằng thép của phần kết cấu nhịp vùi trong nền đất dễ bị ăn mòn Loại mố này chỉ đ-ợc áp dụng cho các cầu nhịp nhỏ, nền

đắp thấp, và phù hợp nhất là cho các cầu qua kênh, m-ơng

Khi lớp địa chất tốt nằm gần mặt đất tự nhiên có thể sử dụng mố kê cho cầu

Mố kê là một dạng mố chữ nhật có chiều cao thấp (hình 2.3) Trong loại mố này, thân mố đồng thời giữ vai trò mũ mố để đỡ kết cấu nhịp Để tránh hiện t-ợng đất phủ lên đầu dầm và gối cầu, gây ẩm -ớt cho các bộ phận này, mố kê đ-ợc cấu tạo t-ờng đỉnh và t-ờng tai Ngoài ra, để giữ ổn định cho nền đ-ờng đắp đầu cầu, khi cần thiết, mố còn đ-ợc cấu tạo thêm t-ờng cánh

Hình 2.3 Mố kê

1 T-ờng đỉnh; 2 Thân mố; 3 Móng; 4 T-ờng cánh; 5 T-ờng tai

Với cấu tạo nh- đã nói ở trên, mố kê có thể đáp ứng tốt các yêu cầu về khai thác cũng nh- kinh tế, kỹ thuật Tuy nhiên, loại mố này chỉ áp dụng đ-ợc khi

điều kiện địa chất thuận lợi

Nhìn chung, mố chữ nhật là loại kết cấu có phạm vi sử dụng hạn chế do tốn nhiều vật liệu Trong thực tế, với các cầu khổ hẹp, đôi khi ng-ời ta sử dụng mố chữ nhật có cấu tạo hoàn chỉnh hơn (hình 2.4) Mố có cấu tạo t-ờng đỉnh, chiều dài mố đủ để phần đuôi mố chôn vào đ-ờng đầu cầu, đảm bảo điều kiện ổn định khi chịu lực Bề mặt thân mố đ-ợc tạo dốc để tăng dần độ cứng từ nền đ-ờng vào cầu, tạo sự êm thuận cho xe ra, vào cầu

Hình 2.4 Mố chữ nhật

Khi mố có chiều cao lớn và khổ rộng, để giảm bớt vật liệu cho mố chữ nhật, ng-ời ta khoét rỗng phần thân mố, nh- vậy, mố chữ nhật trở thành mố chữ U

1 T-ờng đỉnh; 2 Mũ mố; 3 T-ờng tr-ớc; 4 Móng; 5 T-ờng cánh;

6 Đá kê gối; 7 Ta luy 1/4 nón; 8 Kết cấu thoát n-ớc sau mố

Mũ mố chịu trực tiếp áp lực truyền từ kết cấu nhịp nên th-ờng đ-ợc làm bằng bê tông cốt thép mác 200  250 Chiều dày của t-ờng thân mố thay đổi theo chiều cao và mặt tr-ớc th-ờng cấu tạo thẳng đứng (hình 2.5) Chiều dày chân t-ờng khoảng 0,35 đến 0,4 chiều cao đất đắp T-ờng cánh của mố làm nhiệm vụ giữ cho khối đất ở bên trong mố đ-ợc ổn định T-ờng cánh đ-ợc làm thẳng góc

và liền khối với t-ờng thân mố, chiều dày t-ờng cánh giảm dần từ d-ới lên và cùng tựa lên bệ móng với t-ờng thân mố Để giữ ổn định cho đỉnh khối đất một phần t- nón và nối tiếp chắc chắn giữa đ-ờng với cầu, đuôi t-ờng cánh phải nằm sâu trong nền đ-ờng đầu cầu tối thiểu 0,65 m khi chiều cao đất đắp nhỏ hơn 6 m

và 1,0 m khi chiều cao đất đắp lớn hơn 6 m

Chiều rộng của mố có thể lấy bằng chiều rộng mặt cầu, tuy nhiên, để tiết kiệm vật liệu, chiều rộng mố th-ờng chỉ lấy bằng chiều rộng phần đ-ờng cho xe chạy Khi đó, phần đ-ờng cho ng-ời đi trên mố sẽ có dạng bản mút thừa ngàm vào t-ờng cánh

Để đảm bảo thoát n-ớc cho mố, ng-ời ta phải cấu tạo các rãnh thoát n-ớc Rãnh thoát n-ớc có cấu tạo nh- sau:

- Lớp đất giữa hai t-ờng cánh ở độ cao trên MNCN 0,5 m đ-ợc đắp bằng đất sét dính kết, không thấm n-ớc, đầm lèn chặt, dày 0,3 m và dốc về phía nền đ-ờng

để n-ớc chảy tới rãnh thoát n-ớc ngầm đặt nằm ngang ở thân nền đ-ờng sau mố Cửa rãnh ngang thoát n-ớc đặt ở phía hạ l-u, cao hơn MNCN 0,2 m Trên lớp sét, rải một lớp đá hộc dày 35 cm, trên lớp đá hộc là lớp đá dăm hoặc sỏi dày 30 cm

và trên cùng là đất đắp Phần tiếp xúc giữa thân mố với đất đắp phải quét lớp phòng n-ớc, nếu là mố bê tông thì quét hai lớp nhựa đ-ờng; Nếu là mố xây thì sau khi trát một lớp vữa xi măng mác 50 rồi quét thêm hai lớp nhựa đ-ờng

Nón mố đ-ợc đắp bằng đất thoát n-ớc, đầm lèn chặt Độ dốc ta luy nón mố

đ-ợc xác định nh- sau: Từ chiều cao 6 m đến vai đ-ờng không đ-ợc dốc quá 1: 1,

đoạn còn lại không đ-ợc dốc quá 1: 1,25 Nón mố phải đ-ợc gia cố mặt ngoài bằng cách xây đá hộc hoặc lát bằng các bản bê tông Nón mố cũng có thể đ-ợc gia cố bằng rọ đá dày 25  30 cm, bên d-ới rọ đá là lớp vải địa kỹ thuật

Trong phạm vi không bị ngập n-ớc và có độ dốc không quá 1: 1,5 với chiều cao nhỏ hơn 6 m thì mái dốc nón mố có thể gia cố bằng lát cỏ

Mố chữ U cho phép giảm đáng kể khối l-ợng vật liệu so với mố chữ chật trong khi các chỉ tiêu kỹ thuật khác vẫn đ-ợc đảm bảo, vì thế, dạng mố này đ-ợc

áp dụng khá rộng rãi Hiện nay phạm vi áp dụng loại mố này có phần thu hẹp do

sử dụng mố bằng BTCT tiết kiệm vật liệu hơn

Một dạng khác của mố chữ U là mố có t-ờng cánh xiên đ-ợc áp dụng khi chiều cao đất đắp từ 4 đến 6 m Mố này đ-ợc cấu tạo giống mố chữ U, chỉ khác là hai t-ờng cánh đ-ợc đặt xiên góc với t-ờng tr-ớc (hình 2.6)

Hình 2.6 Mố có t-ờng cánh xiên

Vì diện tích chắn đất giảm và không chịu áp lực ngang do hoạt tải gây ra nên khối l-ợng làm t-ờng cánh xiên sẽ giảm đi T-ờng cánh xiên còn có tác dụng h-ớng dòng chảy êm thuận, tránh xói lở nền đ-ờng nên không cần cấu tạo nón

mố Do mố có t-ờng cánh xiên có chiều dài móng lớn, sự chịu lực của t-ờng tr-ớc và t-ờng cánh khác nhau nhiều, để tránh nứt do lún không đều, t-ờng tr-ớc

và t-ờng cánh th-ờng đ-ợc cấu tạo độc lập (kể cả phần móng của chúng)

Mặc dù tiết kiện đ-ợc vật liệu làm t-ờng cánh nh-ng mố có t-ờng cánh xiên làm việc kém hơn mố có t-ờng cánh dọc, nhất là điều kiện ổn định chống lật của t-ờng tr-ớc Vì vậy, mố có t-ờng cánh xiên hiện nay ít đ-ợc áp dụng, trừ một số tr-ờng hợp khi làm cầu v-ợt trong thành phố để đảm bảo giao thông d-ới cầu và yêu cầu về mỹ quan

Khi chiều cao đất đắp lớn hơn 6 m, mố chữ U không còn thích hợp do khối l-ợng vật liệu làm mố quá lớn Để giảm bớt khối l-ợng vật liệu làm mố, ng-ời ta

sử dụng mố vùi

2.2.3 Mố vùi

Trong mố vùi (hình 2.7), toàn bộ mố đ-ợc vùi trong đất của đ-ờng đầu cầu Hai t-ờng cánh th-ờng làm ngắn và nhẹ đ-ợc ngàm vào t-ờng tr-ớc Chiều dài của t-ờng cánh chỉ cần đủ để đảm bảo độ chôn sâu vào nền đ-ờng theo quy định

Hình 2.7 Mố vùi

1 T-ờng đỉnh; 2 Mũ mố; 3 T-ờng thân mố; 4 Móng;

5 T-ờng cánh; 6 Đá kê gối

T-ờng cánh làm việc chịu uốn theo ph-ơng thẳng đứng d-ới tác dụng của trọng l-ợng bản thân và theo ph-ơng ngang do áp lực đất gây ra Vì thế, t-ờng cánh của mố vùi đ-ợc làm bằng bê tông cốt thép có kích th-ớc tăng dần từ trên xuống, cốt thép đ-ợc bố trí theo dạng l-ới, đ-ờng kính thanh từ 14 đến 16 mm

Do có t-ờng cánh nhỏ, ít cải thiện đ-ợc điều kiện chống lật của mố nên thân

mố th-ờng có chân choãi ra phía sông để đ-a điểm đặt tổng hợp lực về phía sau móng mố, đồng thời, nếu nón đất tr-ớc mố đ-ợc gia cố chống xói lở thì sẽ tạo ra

áp lực đất nằm ngang ng-ợc chiều với áp lực đất nằm ngang phía l-ng mố Các giải pháp trên làm tăng ổn định lật của mố

Do áp lực đất tăng dần từ trên xuống nên chiều dày t-ờng thân mố cũng

đ-ợc làm tăng dần từ trên xuống với độ nghiêng của mặt tr-ớc từ 3:1 đến 2:1, ở mặt sau từ 12:1 đến 5:1 độ dốc ta luy của khối phần t- nón ở phần tiếp giáp với mặt bên của mố lấy bằng 1:1 tới 1: 1,25, phần ngập n-ớc của khối một phần t- nón mố có độ dốc không v-ợt quá 1: 1,5 Điểm giao nhau của khối một phần t- nón với mặt tr-ớc của mố vùi phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0,5 m để không bị xói lở đỉnh ta luy Khi cấu tạo mố vùi cần tuân thủ những quy định sau đây:

- Khoảng các từ mặt trên của mũ mố đến mặt trên của mái dốc nón mố không đ-ợc nhỏ hơn 0,3 m để tránh đất và n-ớc m-a bắn vào gối cầu Trong tr-ờng hợp nón mố nằm sát mũ mố thì cần làm t-ờng che hai bên mũ mố để ngăn

đất cho gối cầu

- Để đảm bảo độ êm thuận từ đ-ờng vào cầu, các loại mố vùi đều phải cấu tạo bản quá độ bằng BTCT Cấu tạo bản quá độ đ-ợc trình bày ở mục nối tiếp giữa đ-ờng với cầu

Khi khối đất đắp phía tr-ớc đủ lớn và đ-ợc gia cố chống xói lở tốt, thân mố vùi hoàn toàn nằm trong đất nên tác dụng chắn đất của t-ờng tr-ớc không còn cần thiết nh- ở mố chữ U Do đó, để tiết kiệm vật liệu, ng-ời ta thay thế t-ờng tr-ớc bằng cách các t-ờng mỏng, đặt dọc theo cầu để đỡ mũ mố, t-ờng cánh và t-ờng đỉnh Các mố nh- vậy đ-ợc gọi là mố vùi t-ờng (trên hình 2.8 giới thiệu cấu tạo mố vùi t-ờng có chiều cao đất đắp gần 16m, dùng cho cầu có nhịp nhỏ hơn 30m với hai t-ờng dày 1,2 m bằng BTCT, chân các t-ờng đ-ợc nối liền để truyền lực lên bệ móng đều hơn

Số l-ợng các t-ờng trong mố vùi t-ờng có thể nhiều hơn 2 tùy thuộc vào chiều rộng và tải trọng của cầu để mũ mố không bị uốn quá lớn, khoảng cách giữa hai t-ờng không nên v-ợt quá 4 m

Hình 2.8 Mố vùi t-ờng

So với mố chữ U, mố vùi có khả năng tiết kiệm vật liệu hơn, nhất là khi chiều cao mố lớn Nh-ng do mô đất tr-ớc mố lấn ra phía sông làm thu hẹp dòng chảy nên phải kéo dài nhịp cầu để đảm bảo khẩu độ thoát n-ớc, dẫn đến tăng chi phí để làm phần kết cấu nhịp Do đó, khi lựa chọn ph-ơng án mố cần phải so sánh một cách đầy đủ các ph-ơng diện để chọn ra một ph-ơng án hợp lý nhất

2.3 Cấu tạo mố nhẹ

Việc sử dụng BTCT làm cho mố có kết cấu thanh mảnh, hình thức cấu tạo phong phú và khối l-ợng nhỏ hơn nhiều so với mố xây nên đ-ợc gọi là mố nhẹ Một số dạng cơ bản của mố nhẹ hay sử dụng trong thực tế đ-ợc trình bày trong phần d-ới đây

2.3.1 Mố chữ U có t-ờng mỏng

Mố gồm có mũ mố và các t-ờng mố bằng BTCT đ-ợc liên kết toàn khối với nhau (hình 2.9) Bệ mố cũng bằng BTCT có chiều dày phụ thuộc vào kết cấu móng của mố Khi bệ mố có vai trò nh- móng trên nền thiên nhiên thì chiều dày

bệ mố có thể dày từ 0,4 m đến 1 m Mũ mố là bản BTCT nối với t-ờng đỉnh, tựa lên t-ờng tr-ớc và các t-ờng chống

Chiều dày của t-ờng tr-ớc th-ờng từ 0,15 đến 0,4m Khác với mố nặng hình chữ U, do t-ờng tr-ớc bằng BTCT có khả năng chịu uốn nên chiều dày sẽ giảm đi nhiều Các t-ờng chống có tác dụng nh- những s-ờn tăng c-ờng để tăng khả năng

Hình 2.9 Mố chữ U có t-ờng mỏng

1 T-ờng tr-ớc; 2 T-ờng cánh; 3 T-ờng chống; 4 Móng; 5 Bản quá độ

chịu lực cho t-ờng tr-ớc và tăng độ cứng chung cho mố T-ờng chống có chiều dày từ 20 đến 40 cm Để giảm khối l-ợng t-ờng cánh và bệ mố, t-ờng cánh phía trên đ-ợc cấu tạo có phần hẫng Chiều dài của t-ờng cánh bao gồm phần tựa trên

bệ mố (khoảng một nửa chiều cao đất đắp) và phần hẫng đủ để vùi t-ờng cánh vào nền đ-ờng tối thiểu 0,75 m Trên ph-ơng ngang, cấu tạo thêm t-ờng liên kết t-ờng cánh với t-ờng chống tạo thành một khoang kín làm tăng khả năng chịu lực của t-ờng cánh Nh- vậy, cần bố trí các lỗ thoát n-ớc cho phần đất đắp trong khoang kín Cánh mố có chiều dày lớn hơn chiều dày của t-ờng tr-ớc để tăng c-ờng khả năng ổn định của mố Chiều dày t-ờng cánh th-ờng từ 40 đến 60 cm Trị số phần hẫng của bệ mố về phía nhịp cầu đ-ợc xác định theo điều kiện chống lật của mố và th-ờng lấy bằng 1/5 đến 1/3 chiều dài phần bệ mố còn lại Các bộ phận của mố BTCT đều đ-ợc cấu tạo bằng các l-ới cốt thép với đ-ờng kính các thanh là 8 đến 16 mm, mắt l-ới có kích th-ớc 10 x 10 đến 20 x 20 cm

Mố chữ U t-ờng mỏng tuy có khối l-ợng nhỏ nh-ng so với mố nặng cùng loại thì tốn nhiều cốt thép, thi công phức tạp và mất nhiều thời gian nên ít đ-ợc áp dụng trong thực tế

2.3.2 Mố vùi t-ờng mỏng

Khác với mố vùi bằng đá xây, trong mố vùi t-ờng mỏng, ng-ời ta cấu tạo thân mố bằng các t-ờng mỏng bằng BTCT Mũ mố đ-ợc cấu tạo nh- một dầm BTCT tựa trên các t-ờng dọc Số l-ợng, khoảng cách giữa các t-ờng phụ thuộc vào chiều rộng của cầu và chiều cao của mố Trên hình 2.10 là ví dụ cấu tạo mố vùi t-ờng mỏng lắp ghép có chiều cao đất đắp 10 m Thân mố gồm 5 t-ờng mỏng dày 35 cm đặt cách nhau 2,25 m Xà mũ cao 0,6 m bằng BTCT và đ-ợc chia thành hai khối lắp ghép T-ờng thân mố lắp ghép với bệ mố và xà mũ thông qua các hốc hình chóp cụt T-ờng đỉnh và bản kê gối cũng đ-ợc chia thành các khối lắp ghép

Hình 2.10 Mố vùi t-ờng

Để giảm bớt khối l-ợng mố mà vẫn đảm bảo đ-ợc khả năng làm việc của

mố, ng-ời ta khoét rỗng thân của các t-ờng dọc và sẽ tạo thành mố chân dê

2.3.3 Mố chân dê

Mố chân dê là loại mố vùi với thân mố là hai hàng cột, một cột đứng và một cột xiên ở phía tr-ớc (hình 2.11) Nếu mố có móng là móng cọc thì cấu tạo mố

chân dê rất đơn giản Khi đó không cần cấu tạo bệ mố mà các hàng cọc của móng

đ-ợc kéo dài và liên kết trực tiếp với xà mũ Hàng cọc tr-ớc th-ờng đ-ợc đóng với độ xiên 1/4 đến 1/7 Để đảm bảo liên kết chắc chắn giữa cọc với xà mũ và khắc phục sai lệch khi đóng cọc, xà mũ th-ờng đ-ợc đổ bê tông tại chỗ

2.4 Nối tiếp giữa đ-ờng với cầu

Kết cấu nối tiếp giữa đ-ờng với cầu phải đảm bảo cho xe chạy êm thuận, không xuất hiện lực xung kích khi xe ra, vào cầu và khu vực đ-ờng đầu cầu không bị lún, sụt

Có nhiều cách để nối tiếp cầu với đ-ờng tùy theo sơ đồ kết cấu nhịp và tùy theo kết cấu phần kê đỡ kết cấu nhịp

Tr-ờng hợp cầu nhịp ngắn, kết cấu nhịp tựa trên trụ đỡ qua bản đệm mà không cần gối và có thể coi chúng không có chuyển vị t-ơng đối (hình 2.12a), có

thể đ-a thẳng dầm vào phần đất đắp Để giữ cho dầm không bị n-ớc ăn mòn, phần đầu dầm nằm trong nền đất đắp đ-ợc quét môt lớp nhựa đ-ờng nóng chảy Phía d-ới lớp phủ mặt đ-ờng phải cấu tạo một lớp đệm bằng sỏi cát dày ít nhất là

70 cm và dài 2 m để khỏi xảy ra lún ở khu vực đầu cầu

Khi cầu có cấu tạo mố thì chuyển tiếp từ đ-ờng vào cầu có thể có bản quá

độ (hình 2.12b) hoặc qua lớp đệm dốc bằng đất á cát hoặc cát (hình 2.12c) Phần

đỉnh mố phải cấu tạo lớp phòng n-ớc Để thoát n-ớc, sau mố phải có một lớp đất sét nện chặt dày 20 cm, độ dốc 10% h-ớng về phía nền đ-ờng và kéo dài qua mép ngoài bệ mố khoảng 1,0 m và kết thúc là một rãnh ngầm theo ph-ơng ngang

đ-ờng bằng đá hộc xếp khan Rãnh ngầm dốc từ tim đ-ờng ra hai bên và ở trên MNCN ít nhất 25 cm

Hình 2.12 Nối tiếp giữa đ-ờng và cầu

Với dầm mút thừa (không có mố), ở cuối dầm có cấu tạo vai kê để đỡ bản quá độ (hình 2.12d) Đất đắp và thoát n-ớc cũng t-ơng tự nh- các tr-ờng hợp nói trên

Bản quá độ đ-ợc làm bằng bê tông cốt thép, chiều dày từ 14 đến 20 cm dài 1,5 đến 2,5 m có khi đến 4 m và đặt nghiêng về phía đ-ờng với độ dốc 10% Một

đầu của bản quá độ đ-ợc chốt trên vai kê của dầm mút thừa hoạc vai kê trên mố bằng các chốt thép, đầu còn lại gối lên dầm kê bằng BTCT đặt trên móng bằng đá hộc Thông th-ờng, bản quá độ đ-ợc thi công lắp ghép với chiều rộng các tấm từ 0,8 đến 1,0 m và phủ kín chiều rộng phần xe chạy của đ-ờng

Ch-ơng 3 Cấu tạo trụ cầu dầm

3.1 Các bộ phận của trụ cầu

Trụ cầu gồm các bộ phận chính là mũ trụ, thân trụ và bệ trụ tựa trên móng (hình 3.1) Nếu trụ đặt trên nền thiên nhiên thì bệ trụ làm luôn nhiệm vụ của móng

Hình 3.1 Các bộ phận cơ bản của trụ cầu

1 Mũ trụ; 2 Thân trụ; 3 Bệ trụ; 4 Móng; 5 Đá kê gối

3.1.1 Mũ trụ

Mũ trụ là bộ phận trực tiếp chịu áp lực truyền xuống từ kết cấu nhịp nên th-ờng đ-ợc làm bằng BTCT mác 200 đến 300 Kết cấu nhịp tựa lên mũ trụ thông qua gối cầu Tại vị trí kê gối cầu lên mũ trụ phải cấu tạo "đá kê" bằng BTCT có chiều cao tối thiểu 15 cm với các l-ới cốt thép chịu lực cục bộ đ-ờng kính 8 đến

10 mm, mắt l-ới 5  10 cm

Khi trên đỉnh trụ bố trí hai loại gối có chiều cao khác nhau thì bố trí đá kê cũng có chiều cao khác nhau hoặc bố trí đá kê gối nằm trong hốc chìm của mũ trụ để đảm bảo cao độ đỉnh dầm ở hai nhịp liền kề bằng nhau Trong hốc chìm phải chèn kín bằng vải tẩm nhựa và có lỗ thoát n-ớc (hình 3.2)

Khi kết cấu nhịp kê trực tiếp lên mũ trụ (trụ dẻo) tại vị trí kê dầm, bề mặt

mũ trụ phải bằng phẳng và đ-ợc tăng c-ờng các l-ới cốt thép chịu lực cục bộ Mặt trên của mũ trụ phải tạo độ dốc để thoát n-ớc không nhỏ hơn 1/10

và bề mặt đ-ợc láng vữa xi măng, tốt nhất mái dốc đ-ợc đúc cùng một lúc với mũ trụ

Hình 3.2 Bố trí đá kê gối trên trụ

Trên mặt bằng, kích th-ớc mũ trụ th-ờng lớn hơn thân trụ mỗi bên 10 cm để tạo gờ, đảm bảo cho n-ớc ở mũ trụ khi chảy xuống không thấm vào phần tiếp giáp giữa mũ trụ và thân trụ, mặt d-ới của gờ có thể tạo dốc ng-ợc 1/10 hoặc tạo

"gờ giọt n-ớc" Nếu thân trụ đặc thì mũ trụ chỉ chịu ép cục bộ mà không chịu uốn, khi đó, chiều dày mũ trụ th-ờng lấy lớn hơn 0,4 m và bố trí các l-ới cốt thép chịu lực cục bộ tại vị trí đặt gối L-ới cốt thép đ-ợc làm bằng các thanh thép có

đ-ờng kính 8  12 mm, mắt l-ới 5  12 cm, khoảng cách các l-ới 8  10 cm Trong mũ trụ đặt cốt thép cấu tạo có đ-ờng kính 10  14 mm cách nhau 15  20

cm Trên hình 3.3 thể hiện cách bố trí cốt thép trong mũ trụ thân đặc

Hình 3.3

a) Bố trí cốt thép mũ trụ thân đặc; b) Cốt thép mũ trụ thân hẹp

Nếu trụ thân hẹp hoặc đ-ợc tạo bởi các cột thì mũ trụ sẽ có dạng nh- một dầm mút thừa hoặc dầm liên tục Khi đó mũ trụ phải bố trí cốt thép chịu lực trên cơ sở tính toán theo sơ đồ làm việc Thiết diện mũ trụ đ-ợc cấu tạo đảm bảo điều kiện chịu lực đồng thời kết hợp với yêu cầu về cấu tạo

3.1.2 Thân trụ

Thân trụ có nhiệm vụ truyền tải trọng xuống bệ trụ, đồng thời còn chịu áp lực nằm ngang theo ph-ơng dọc và ngang cầu Trong các lực nằm ngang nguy hiểm có lực va chạm do cây trôi, ở các nhịp có tàu thuyền qua lại, còn có thể phải chịu cả lực va của tàu, thuyền

Thân trụ có thể đ-ợc xây bằng đá, làm bằng bê tông và BTCT thiết diện đặc hoặc rỗng

Hình dạng mặt cắt ngang thân trụ phụ thuộc vào điều kiện dòng chảy d-ới cầu Dạng mặt cắt chữ nhật (hình 3.4a) đ-ợc áp dụng cho cầu cạn, cầu v-ợt và cũng có thể áp dụng cho phần thân trụ nằm trên MNCN của các trụ nằm trong phạm vi dòng chảy do có hình dạng dễ thi công mặc dù điều kiện thoát n-ớc không tốt Để cải thiện điều kiện thoát n-ớc d-ới cầu, tránh tạo xoáy n-ớc quanh trụ, giảm xói lở lòng sông và hạ chiều cao n-ớc dâng ở th-ợng l-u cầu, hai đầu trụ có thể vát nhọn (hình 3.4b) hoặc tròn (hình 3.4c) Với dòng chảy mạnh (suối, sông ở vùng núi), mặt cắt thân trụ có thể có dạng một đầu nhọn một đầu tròn hay nh- các hình ở hình vẽ (3.4d và 3.4e)

Kích th-ớc thân trụ đ-ợc xác định theo tính toán phụ thuộc vào vật liệu làm trụ, chiều cao, loại trụ và tải trọng tác dụng lên trụ

Trong thực tế, th-ờng gặp nhất là các loại trụ có thân đ-ợc xây bằng đá hoặc làm bằng bê tông toàn khối Do có khối l-ợng lớn, loại trụ này còn đ-ợc gọi là trụ nặng Trụ nặng có -u điểm là vững chãi, ổn định, khả năng chịu lực tốt nh-ng tốn vật liệu

Để giảm khối l-ợng vật liệu làm trụ, ng-ời ta thu hẹp kích th-ớc thân trụ (trụ thân hẹp) hoặc phần thân trụ ở trên mực n-ớc cao nhất có cấu tạo ở dạng cột BTCT

Trụ có thân cột BTCT (trụ cột) th-ờng gặp ở các loại cầu cạn, cầu v-ợt

đ-ờng có chiều dài nhịp trung bình hoặc cầu qua sông ít cây trôi, không có yêu cầu thông thuyền lớn

Khi cầu có nhiều nhịp và chiều dài nhịp nhỏ (10  12 m), chiều cao cầu không lớn có thể sử dụng trụ dẻo là trụ có độ cứng nhỏ, do một hoặc hai hàng cọc

BTCT tạo thành

Trong cầu khung, trụ đ-ợc liên kết cứng với kết cấu nhịp và cùng tham gia chịu lực với kết cấu nhịp nh- một khối thống nhất Do phải chịu mô men uốn lớn nên phải bố trí nhiều cốt thép và có thể sử dụng BTCT ứng suất tr-ớc làm thân trụ

Hình 3.4 Các dạng mặt cắt ngang thân trụ

Với cầu dẫn hoặc cầu v-ợt qua đ-ờng, đặc biệt là các cầu trong thành phố,

do yêu cầu đảm bảo không gian d-ới cầu và các yêu cầu về mỹ quan, thân trụ có thể cấu tạo theo các hình dạng đặc biệt (hình 3.5)

Hình 3.5

3.1.3 Bệ trụ

Bệ trụ có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ xuống nền đất thông qua kết cấu móng Nếu trụ đặt trên nền thiên nhiên thì bệ trụ làm luôn vai trò của móng

Bệ trụ có thể đ-ợc làm bằng đá xây, bê tông hoặc BTCT

Khác với bệ mố, bệ trụ có thể không nằm sâu trong đất Với móng cọc, trong nhiều tr-ờng hợp nếu đ-a bệ trụ lên cao thì việc thi công sẽ dễ dàng hơn Trên mặt bằng, kích th-ớc bệ trụ đ-ợc xác định tùy thuộc vào loại móng Thông th-ờng, kích th-ớc đỉnh bệ lớn hơn thân trụ mỗi bên khoảng 0,4  0,5 m

3.1.4 Móng của mố và trụ cầu

Trong cầu, móng là bộ phận nằm phía d-ới bệ và có nhiệm vụ truyền tải trọng từ mố, trụ xuống nền đất Các loại móng th-ờng gặp trong cầu là móng trên nền thiên nhiên, móng cọc, móng cọc ống, móng giếng chìm v.v Học viên

đã đ-ợc nghiên cứu vấn đề này trong môn học "Nền và móng" Tài liệu có thể dùng để tham khảo thêm cho phần này là tài liệu [4] trong phần tài liệu tham khảo của giáo trình này

3.1.5 Lát mặt mố, trụ cầu

Đối với mố, trụ bằng bê tông, đá xây hoặc bê tông ít cốt thép, tại các vị trí

có mực n-ớc lên xuống (từ MNCN đến MNTN) cộng thêm 1 m, xét đến hiện t-ợng ẩm -ớt, bào mòn và tác động va chạm của tàu bè, cây trôi, cần có biện pháp bảo vệ mặt ngoài để mố, trụ không bị phá hoại bằng cách lát mặt ngoài mố, trụ bằng đá Đá lát mặt phải là loại đá chống phong hóa tốt, có c-ờng độ không nhỏ hơn 600kg/cm2

Lát mặt ngoài mố, trụ còn là hình thức trang trí cho cầu Lát mặt ngoài mố, trụ bê tông có thể đ-ợc thực hiện bằng hai ph-ơng pháp

Ph-ơng pháp thứ nhất đ-ợc thực hiện nh- sau: Các phiến đá đ-ợc sắp xếp sẵn trong ván khuôn tr-ớc khi đổ bê tông Chiều cao mỗi đợt lát phụ thuộc chiều cao đổ bê tông của mỗi đợt

Hình 3.6 Lát mặt thân mố, trụ

Ph-ơng pháp thứ hai là lát sau khi đổ bê tông Ph-ơng pháp này sẽ đẩy nhanh tốc độ lát mặt Các viên đá dùng để ốp mặt ngoài đ-ợc gắn vào trụ nhờ các thanh neo bằng thép chôn sẵn trong bê tông Đầu các thanh neo có móc để móc vào các lỗ đã khoan sẵn trên đá ốp Khe hở giữa các viên đá đ-ợc chèn kín bằng vữa tốt

Để gia cố mặt ngoài của mố, trụ bê tông, nhiều tr-ờng hợp, ng-ời ta thay lớp đá lát bằng các l-ới cốt thép đặt ở mặt ngoài của mố, trụ L-ới cốt thép này gồm các thanh có đ-ờng kính 10  14 mm, đặt cách nhau 10  20 cm sẽ tăng c-ờng khả năng chịu lực và chống nứt do co ngót và thay đổi nhiệt độ gây ra cho

mố, trụ

ở các loại mố, trụ bằng đá xây, với mục đích gia cố mặt ngoài của mố, trụ, lớp đá xây tiếp xúc với n-ớc phải là loại đá tốt và khe hở giữa các viên đá phải

đ-ợc chèn kỹ bằng vữa mác cao

3.2 Cấu tạo trụ toàn khối

Trụ cầu toàn khối là loại trụ cầu có các bộ phận gắn liền với nhau thành một khối kết cấu liền khối, đ-ợc xây hoặc đúc liền từ d-ới lên trên tại vị trí xây dựng công trình

Về cấu tạo, các loại trụ này có thể đặc hoặc rỗng, thân rộng, thân hẹp hoặc thân cột

Vật liệu để làm trụ có thể là đá xây, bê tông đá hộc, bê tông và BTCT Trụ cầu toàn khối là loại trụ có kích th-ớc lớn, bền chắc, thi công đơn giản Nh-ợc điểm của loại này là tốn thời gian thi công do phải xây dựng tuần tự từ d-ới lên, do đó sẽ phụ thuộc vào thời tiết và tốn nhiều đà giáo và ván khuôn Mặc

dù vậy, với các cầu qua sông lớn, qua thung lũng và cầu có chiều dài kết cấu nhịp lớn, trụ toàn khối vẫn đ-ợc áp dụng phổ biến

3.2.1 Trụ nặng

Trụ nặng có dạng một t-ờng dày đỡ kết cấu nhịp Chiều dài của thân trụ theo h-ớng ngang cầu đ-ợc lấy ngắn hơn mũ trụ mỗi bên từ 10  15 cm hoặc lấy bằng chiều dài mũ trụ (hình 3.7) Do trụ có thân đặc nên mũ trụ chỉ chịu ép mặt

Hình 3.7 Trụ nặng

Nếu chiều cao trụ không lớn (chiều cao nhỏ hơn 12 m) và chiều dài nhịp

đến 40 m, thì thân trụ có thể làm thẳng đứng, thiết diện không thay đổi từ trên xuống d-ới để dễ thi công Chiều rộng thân trụ (theo ph-ơng dọc cầu) th-ờng lấy bằng 1/5 chiều cao của nó

Với trụ có chiều cao lớn, vách trụ có thể làm nghiêng với độ dốc 20/1  40/1 để mở rộng kích th-ớc của bệ trụ theo yêu cầu chịu lực

Trong các cầu có dầm liên tục thi công bằng ph-ơng pháp đúc hẫng, kích th-ớc theo ph-ơng dọc cầu có thể lấy từ 2,5  3 m và phải đảm bảo đ-ợc ổn định chống lật cũng nh- chịu đ-ợc uốn trong quá trình đổ bê tông không đối xứng của các phân đoạn

Để giảm bớt khối l-ợng vật liệu làm thân trụ, ng-ời ta thu hẹp kích th-ớc thân trụ theo ph-ơng ngang cầu, khi đó, chiều rộng thân trụ nhỏ hơn nhiều so với

mũ trụ nên mũ trụ có dạng mút thừa Loại trụ này đ-ợc gọi là trụ thân hẹp

do chịu uốn, làm mũ trụ sẽ tốn nhiều BTCT hơn

Trên hình 3.8 trình bày cấu tạo của trụ thân hẹp

Hình 3.8 Cấu tạo trụ thân hẹp

Các trụ thân hẹp hiện nay đang đ-ợc áp dụng rộng rãi cho các cầu trên

đ-ờng ô tô có nhịp từ 15 m đến 40 m

Khi trụ có chiều cao lớn, có thể cấu tạo phần thân trụ trên mực n-ớc cao nhất ở dạng cột BTCT (hình 3.9) Bằng cách này sẽ cho phép tiết kiệm vật liệu làm thân trụ, đồng thời vẫn đảm bảo an toàn cho trụ khi chịu lực va chạm của tàu thuyền

Hình 3.9

3.2.3 Trụ thân cột

Trong các cầu nhịp nhỏ và trung (L = 15  40 m), để giảm bớt khối l-ợng vật liệu làm trụ, ng-ời ta còn sử dụng trụ toàn khối thân cột bằng BTCT thiết diện hình tròn hoặc chữ nhật đặc hoặc rỗng có kích th-ớc thân cột từ 0,8 đến 2 m hoặc lớn hơn nữa Th-ờng gặp nhất là loại trụ có hai cột (hình 3.10a), khi cầu rộng, số l-ợng cột có thể tăng lên để mũ trụ không phải chịu uốn quá lớn, khoảng cách giữa các cột của trụ th-ờng là 4  6 m và cần bố trí hợp lý với vị trí đặt gối cầu trên xà mũ

ở các cầu v-ợt, với mục đích tạo không gian tốt hơn cho tuyến đ-ờng ở d-ới cầu, ng-ời ta còn sử dụng loại trụ chỉ có một cột (hình 3.10b, c)

Hình 3.10 Trụ thân cột

Đối với trụ thân cột, mũ trụ làm việc nh- một dầm chịu uốn có thiết diện chữ nhật hoặc chữ T với chiều cao khoảng 1  1,5 m Cốt thép của cột trụ cũng nh- mũ trụ đ-ợc xác định trên cơ sở tính toán theo sơ đồ làm việc của trụ cầu Để

đẩy nhanh tốc độ xây dựng trụ cầu, trong nhiều tr-ờng hợp, ng-ời ta sử dụng các

trụ cầu lắp ghép và bán lắp ghép

3.3 Cấu tạo trụ lắp ghép và bán lắp ghép

Thông th-ờng, khi xây dựng cầu, phải thi công xong mố, trụ mới lắp đặt

đ-ợc kết cấu nhịp Với mố, trụ toàn khối, thời gian thi công sẽ kéo dài, nhất là phải đợi kết cấu đạt đủ c-ờng độ chịu tải Vì vậy, rút ngắn đ-ợc thời gian thi công

mố, trụ sẽ cho phép tăng tiến độ xây dựng cầu Để đáp ứng yêu cầu này, ng-ời ta

đã áp dụng công nghệ lắp ghép để thi công trụ Trụ thân rộng có thể lắp ghép từ các khối bê tông, bê tông cốt thép đặc hoặc rỗng Các khối lắp ghép đ-ợc phân khối theo ph-ơng ngang hay cả hai ph-ơng Khi phân khối theo ph-ơng thẳng

đứng cần bố trí sao cho các mối nối không cùng nằm trên một mặt phẳng Kích th-ớc các khối phụ thuộc vào ph-ơng tiện vận chuyển và thiết bị cẩu lắp

Các khối lắp ghép đ-ợc đúc bằng bê tông mác 200 nếu là khối đặc hoặc M250  M300 nếu là khối rỗng Các khối rỗng, sau khi lắp đặt sẽ đ-ợc nhồi đầy bằng cát hoặc bê tông mác thấp Liên kết giữa các khối lắp ghép có thể thực hiện bằng vữa xi măng, keo dán đối với các khối đặc hoặc bằng bu lông, hàn hoặc mối nối BTCT đổ tại chỗ đối với các khối rỗng

Để thuận tiện cho việc tiêu chuẩn hóa các khối lắp ghép, cấu tạo thân trụ th-ờng có thiết diện không đổi, nếu chiều cao thân trụ lớn thì có thể chia thành nhiều tầng có các thiết diện khác nhau

Trụ có thể đ-ợc lắp ghép toàn bộ khi có móng trên nền thiên nhiên Khi sử dụng móng cọc, bệ trụ th-ờng đ-ợc đúc tại chỗ để đảm bảo tốt sự liên kết giữa các cọc, phần lắp ghép chỉ đ-ợc thực hiện ở thân và mũ trụ

Trên hình 3.11 trình bày cấu tạo trụ thân rộng (trụ nặng) lắp ghép từ các khối bê tông đặc đ-ợc phân khối theo cả hai ph-ơng Các khối đ-ợc liên kết với nhau theo ph-ơng ngang bằng mạch vữa xi măng dày 2 cm, mối nối thẳng đứng bằng BTCT đổ tại chỗ bằng cách bố trí cốt thép chờ nằm ngang trong các chỗ nối Ngoài ra, trên bề mặt các khối, ng-ời ta cấu tạo các hốc để hàn nối cốt thép chờ

ở khối nằm d-ới với cốt thép chờ ở khối bên trên, sau đó đổ bê tông kín để bảo vệ cốt thép Mũ trụ đ-ợc lắp ghép bởi hai khối và liên kết với nhau bằng mối nối BTCT đổ tại chỗ Trên mũ trụ cấu tạo các hốc nối BTCT đổ tại chỗ để nối mũ trụ với thân trụ giống nh- nối các khối thân trụ với nhau

Đối với trụ thân hẹp, do kích th-ớc thân trụ nhỏ nên các khối th-ờng đ-ợc phân theo ph-ơng nằm ngang Trên hình 3.12 giới thiệu cấu tạo của trụ thân hẹp lắp ghép

Hình 3.11 Trụ nặng lắp ghép

1 Mối nối thẳng đứng; 2 Mối hàn cốt thép; 3 Mối nối mũ trụ; 4 Mối nối thân

với mũ trụ; 5 Cốt thép chờ theo ph-ơng ngang

Hình 3.12 Trụ thân hẹp lắp ghép

a Trụ d-ới n-ớc;b Trụ trên cạn; 1 Bê tông cốt thép đổ tại chỗ; 2 Cát lấp lòng;

3 Cọc ván; 4 Mặt đất sau khi xói lở; 5 Bê tông bịt đáy; 6 Khe nối

Các khối lắp ghép rỗng đ-ợc liên kết với nhau bằng mạch vữa xi măng Mũ trụ đ-ợc đổ bê tông tại chỗ Liên kết giữa thân trụ với mũ trụ đ-ợc thực hiện bằng cách bố trí khung cốt thép trong lỗ rỗng của khối thân trụ trên cùng và đổ bê tông lấp lòng khối cùng với đổ bê tông mũ trụ Phần rỗng của các khối bê tông nằm bên d-ới đ-ợc độn đầy bằng cát

Trên hình 3.13 trình bày một ví dụ khác về cách nối các phân khối ngang của thân trụ Trong ví dụ này, thân trụ đ-ợc lắp ghép từ các khối BTCT dạng hộp mỏng có 3 khoang rỗng Liên kết giữa các khối cũng nh- liên kết thân trụ với mũ trụ đ-ợc thực hiện bằng cách bố trí khung cốt thép ở hai khoang rỗng ở biên của các khối và đổ bê tông tại chỗ Khi thi công bệ trụ, đặt sẵn cốt thép chờ để liên kết với thân trụ Khoang rỗng ở giữa của các khối đ-ợc lấp đầy bằng cát

Hình 3.13 Trụ BTCT lắp ghép

1 Bê tông cốt thép đổ tại chỗ; 2 Cát; 3 Khung thép; 4 Cọc

Khi thân trụ có chiều cao lớn, để tiết kiệm vật liệu, có thể phân trụ thành các phân đoạn có chiều rộng khác nhau Các phân đoạn có kích th-ớc lớn ở bên d-ới, kích th-ớc nhỏ hơn ở phía bên trên

Với các trụ có chiều cao nhỏ (H  6m), thân trụ có thể đ-ợc phân khối theo ph-ơng thẳng đứng Trên hình 3.14 thể hiện ví dụ về cấu tạo của loại trụ này

Thân trụ đ-ợc lắp ghép từ bốn khối hộp rỗng bằng BTCT rộng 105 cm, đầu d-ới chôn trong các khối đế và đổ bê tông đặc Các khối đế đặt trên bệ móng đổ tại chỗ và liên kết với bệ móng bằng vữa xi măng Liên kết giữa thân trụ với mũ trụ bằng các khung cốt thép ngắn bố trí trong lòng hai khối giữa và đ-ợc đổ bê tông tại chỗ Theo ph-ơng ngang, các khối đ-ợc liên kết với nhau bằng các thanh

bu lông bố trí ở đầu trên và d-ới của các khối

Hình 3.14 Trụ BTCT lắp ghép phân khối dọc

1 Mũ trụ đổ tại chỗ; 2 Thanh bu lông; 3 Khối đế; 4 Móng; 5 Cát

Trụ cột lắp ghép đ-ợc cấu tạo từ các đoạn ống BTCT liên kết với nhau bằng

bu lông qua mặt bích hoặc liên kết hàn Đôi khi còn sử dụng các bó thép c-ờng

độ cao căng sau qua các lỗ tạo tr-ớc trong thành ống Trong lòng ống đ-ợc đổ bê tông tại chỗ Với các cầu nhịp lớn và trung, khi chiều cao trụ H > 6 m, trụ bán lắp ghép đ-ợc áp dụng khá phổ biến Trên hình 3.15 giới thiệu kết cấu trụ đặc bán lắp ghép áp dụng cho cầu có chiều dài nhịp 40 m, khổ 7 + 2 x 1,5 m, chiều cao trụ H

= 10 m Trụ đ-ợc ghép bằng các đốt rỗng, vỏ mỏng bằng BTCT mác 300 Chiều cao mỗi đốt là 1,5 m, chiều dày thành của đốt là 10 cm bên trong thành đốt bố trí

l-ới cốt thép đ-ờng kính 6  8 mm Các đốt làm luôn nhiệm vụ của ván khuôn, bên trong đốt đổ bê tông tại chỗ mác 200 Để đảm bảo độ cứng trong quá trình vận chuyển và lao lắp, bên trong các đốt vỏ, ng-ời ta tăng c-ờng thêm các thanh chống tạm Các thanh chống này đ-ợc thu hồi trong quá trình đổ bê tông ruột trụ

khung có các thanh đứng là các trụ (mố) đ-ợc ngàm cứng ở đầu d-ới và đầu trên của thanh đứng đ-ợc liên kết chốt với các thanh ngang là kết cấu nhịp Do các trụ

và mố cùng tham gia chịu lực dọc cầu nên mố, trụ dẻo có kích th-ớc thiết diện nhỏ, kết cấu thanh mảnh, nhờ đó tiết kiệm đ-ợc vật liệu

Giữa độ cứng của trụ và chiều dài toàn cầu có sự ảnh h-ởng lẫn nhau Khi chiều dài cầu lớn, các trụ ở biên sẽ phát sinh mô men uốn do biến dạng nhiệt độ của kết cấu nhịp, nếu đảm bảo đủ yêu cầu chịu lực của các trụ này khi chịu uốn thì sẽ làm mất đi độ "dẻo" cần thiết của trụ Vì vậy, để có thể áp dụng đ-ợc mố, trụ dẻo, với các cầu có chiều dài lớn, cần chia cầu thành nhiều đoạn làm việc độc lập với nhau, mỗi đoạn nh- vậy đ-ợc gọi là một liên Mỗi liên bao gồm một số nhịp Các liên đ-ợc phân cách bởi những trụ đặc biệt đ-ợc gọi là trụ nhiệt độ Về thực chất, trụ nhiệt độ là hai trụ riêng biệt có các xà mũ riêng (hình 3.16)

Hình 3.16 Sơ đồ cầu có mố, trụ dẻo

1 Trụ bờ; 2 Trụ phân cách các liên (Trụ nhiệt độ); 3 Trụ neo

Cách chia liên cho cầu tuân thủ theo nguyên tắc sau:

- Không cần chia liên khi chiều dài toàn cầu L  60 m (hình 3.16a);

- Cầu đ-ợc chia thành hai liên khi chiều dài mỗi liên L'  40 m (hình 3.16b);

- Cầu gồm nhiều liên với chiều dài của liên biên nhỏ hơn 40 m và chiều dài liên giữa nhỏ hơn 45 m (hình 3.16c)

Khi phân liên cần chú ý đảm bảo cho chiều cao các trụ trong mỗi liên phải gần bằng nhau để tránh sự thay đổi quá lớn về độ cứng của các trụ trong mỗi liên