Nghiên cứu đánh giá các giải pháp kết cấu, công nghệ chế tạo và thi công cầu giản thép dùng trong dự án khôi phục các cầu đường sắt tuyến hà nội và tp hồ chí minh

Trong dự án này có nhiều cầu phải vượt qua những con sông với điều kiện địa chất, thuỷ văn phức tạp.Yêu cầu của dự án là khôi phục lại những cầu cũ trên cơ sở của tuyến đường sắt hiện có

PHầN Mở ĐầU

CƠ Sở KHOA HọC THựC TIễN Và MụC ĐíCH CủA luận án

Tuyến đường sắt Thống nhất với chiều dài trên 1,700km nối liền thủ đô Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh là một tuyến đường sắt có vai trò kinh tế quan trọng và ý nghĩa chính trị đặc biệt Sau hơn 100 năm đưa vào khai thác và trải qua hai cuộc chiến tranh tàn phá ác liệt thêm vào đó là công tác duy tu bảo dưỡng còn nhiều hạn chế dẫn đến nhiều cầu đường sắt đã bị xuống cấp làm ảnh hưởng đến khả năng khai thác và an toàn chạy tàu

Để đáp ứng với sự phát triển của đất nước và nhu cầu đi lại ngày càng tăng của nhân dân, Tổng Công ty đường sắt Việt Nam đã quyết định đầu tư cho Dự án khôi phục các cầu đường sắt tuyến Hà Nội - Thành phố Hồ Chí Minh bằng nguồn vốn vay ODA của chính phủ Nhật Bản Đây là một dự án lớn và được chia làm nhiều giai đoạn do Ban quản lý các dự án đường sắt thuộc Tổng công ty đường sắt làm chủ đầu tư, Tư vấn của dự án là Liên doanh giữa Công ty tư vấn giao thông vận tải Nhật Bản (JTC) và Công ty tư vấn quốc tế Thái Bìng Dương (PCI) hợp tác với Công ty tư vấn đầu tư và xây dựng đường sắt (RICCC)

Đến nay dự án đã thực hiện được hai giai đoạn trong đó giai đoạn I có 9 cầu

là Chợ Thượng, Chánh Hoà, Giã Viên, Bạch Hổ, Trường Xuân, Bầu Tai, Gành, Đà Rằng, Sông Cái với tổng chiều dài 2,776.85m và giai đoạn II có 10 cầu là Mỹ Chánh, Phú Bài, Nong, Phong Lệ, Kỳ Lam, Chiêm Sơn, Rù Rì, Bồng Sơn, Sông Chùa, Thạch Tuân với tổng chiều dài 2,432.51m Hiện nay, các cầu đường sắt của giai đoạn I và II đã được hoàn thành, đảm bảo chất lượng và đưa vào khai thác đạt hiệu quả kinh tế cao

Trong dự án này có nhiều cầu phải vượt qua những con sông với điều kiện địa chất, thuỷ văn phức tạp.Yêu cầu của dự án là khôi phục lại những cầu cũ trên cơ sở của tuyến đường sắt hiện có, mặt khác chiều cao kiến trúc của hệ mặt cầu mới bị khống chế do đó phải sử dụng các kết cấu giàn thép với chiều cao hệ mặt cầu thấp

có khẩu độ khác nhau được thiết kế theo tiêu chuẩn của Nhật Bản

ở giai đoạn I và II của Dự án đã sử dụng hai dạng kết cấu là giàn có thanh biên thông thường (Nội lực trong thanh biên mạ hạ chỉ có thành phần lực dọc trục)

và giàn có thanh biên cứng (Thanh biên mạ hạ ngoài chịu kéo còn chịu mômen và lực cắt) Đây là những loại giàn có thanh biên song song, không bố trí thanh đứng,

có nhiều ưu điểm so với các kết cấu giàn trước đây và phù hợp với điều kiện thực

tế của đường sắt Việt Nam Việc lựa chọn loại kết cấu giàn phụ thuộc vào yêu cầu của Dự án cũng như phải cân nhắc giữa yếu tố kỹ thuật và yếu tố kinh tế do đó mục tiêu của luận án là nghiên cứu và đánh giá các giải pháp kết cấu đã được sử dụng ở giai đoạn I và II của Dự án làm cơ sở cho việc lựa chọn một cách hợp lý các kết cấu giàn trong giai đoạn thiết kế

Ngoài ra việc lựa chọn nhà sản xuất dầm thép cũng có ảnh hưởng đến tiến độ thi công và giá thành xây dựng công trình do đó luận án sẽ tổng kết lại công tác gia công dầm ở giai đoạn I,II và đưa ra những đề xuất trong việc lựa chọn nhà máy sản xuất dầm cũng như hoàn thiện công nghệ gia công dầm ở Việt Nam

Một điểm khác biệt của dự án này so với các dự án cầu đường bộ là vừa thi công phải đảm bảo chất lượng, tiến độ, mặt khác còn phải bảo đảm giao thông và

an toàn chạy tàu do đó cần phải lựa chọn các phương án thay thế giàn để không

ảnh hưởng đến việc chạy tàu của ngành đường sắt Vì vậy trong luận án sẽ tổng kết lại các phương án thi công hợp lý đã được áp dụng ở giai đoạn I,II và phạm vi ứng dụng của từng phương án làm cơ sở lựa chọn phương án thi công thay thế giàn sao cho phù hợp với điều kiện thực tế của từng cầu

CHƯƠNG 1

TổNG QUAN Và NHữNG YÊU CầU CHUNG CủA Dự áN KHÔI PHụC CáC CầU ĐƯờng sắt tuyến hà nội – tp hồ chí minh trong giai đoạn I – ii

1.1 Sơ lược lịch sử về tuyến đường sắt Hà Nội – TP Hồ Chí Minh

Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống đường sắt nước ta đã trải qua những giai đoạn khó khăn, ác liệt với nhiều biến động lịch sử và thăng trầm của

đất nước Tuyến đường sắt đầu tiên ở Việt Nam được xây dựng vào năm 1881 và hoàn thành vào năm 1885 nối liền Sài Gòn và thị trấn Mỹ Tho dài 70km và sau đó

Hà được hoàn thành vào năm 1927 và đoạn cuối cùng Đà Nẵng – Nha Trang hoàn thành vào năm 1936 Vào thời điểm đó thời gian chạy tàu từ Hà Nội vào Sài Gòn là 40 giờ 20 phút với tốc độ là 43km/h

Hệ thống đường sắt của nước ta đã bị tàn phá nặng nề trong suốt cuộc Chiến tranh thế giới lần thứ hai Vào năm 1954, Hiệp định Giơnevơ được ký kết và nước

ta bị chia cắt làm 2 miền Bắc – Nam tại vĩ tuyến 17 ở miền Nam, tuyến đường sắt Huế – Sài Gòn với chiều dài 1041km đã được Mỹ xây dựng lại sau đó nó tiếp tục bị chiến tranh tàn phá vào những năm 1961 – 1964 Trong giai đoạn từ 1967

đến 1969, có 3 đoạn đường sắt đã được khôi phục và đưa vào khai thác là vùng lân cận Sài Gòn, đoạn Nha Trang – Qui Nhơn và đoạn Đà Nẵng – Huế

ở miền Bắc, đường sắt đã thực sự là phương tiện vận chuyển quan trọng trong việc cung cấp vũ khí và lương thực cho bộ đội trong cuộc kháng chiến chống lại đế quốc Mỹ xâm lược ở miền Nam Từ năm 1963 đến năm 1972 đây là thời kỳ chiến

tranh bước vào giai đoạn gay go, ác liệt đã có nhiều cầu, đường và nhà ga trên tuyến đường sắt Hà Nội – Vinh đã bị đế quốc Mỹ oanh tạc và tàn phá nặng nề Trong chiến tranh, công tác duy tu bảo dưỡng và phát triển hệ thống đường sắt gặp rất nhiều khó khăn Nhiều cầu đường sắt đã bị phá huỷ sau đó được sửa chữa và khôi phục lại tạm thời để phục vụ chiến tranh bằng những dầm thép định hình chế tạo sẵn Mùa xuân năm 1975 Sài Gòn được giải phóng, đất nước được thống nhất, nhân dân ta lại bắt tay ngay vào công việc khôi phục lại tuyến đường sắt Bắc – Nam Ngành đường sắt đã phải xây dựng lại 475 cây cầu, 150 nhà ga, đắp trên 4 triệu m3 đất , đá balát và đặt lại gần 700km đường sắt Vào ngày 31/12/1976, tuyến đường sắt Bắc – Nam chính thức được khánh thành và đây được coi như là một biểu tượng của sự thống nhất đất nước

Sau chiến tranh, do đất nước còn gặp nhiều khó khăn và trình độ công nghệ lạc hậu nên công tác duy tu bảo dưỡng và khôi phục tuyến đường sắt Bắc – Nam còn hạn chế Nhiều công trình đã bị xuống cấp nhanh không đảm bảo an toàn cao trong chạy tàu Qua khảo sát, trên toàn tuyến có trên 100 cầu yếu với tổng chiều dài hơn 17000m phải hạn chế tốc độ

Để đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội của đất nước và nhu cầu đi lại ngày càng tăng của nhân dân, Tổng công ty đường sắt đã tiến hành khôi phục các cầu trên tuyến đường sắt Hà Nội – TP Hồ Chí Minh bằng nguồn vốn vay ODA của chính phủ Nhật Bản

1.2 Các dạng kết cấu giàn cũ đã được thay thế trong giai đoạn I và II

Các giàn thép cũ trên tuyến đường sắt Hà Nội – TP Hồ Chí Minh rất phong phú và đa dạng về kết cấu và khẩu độ Sau đây là những dạng kết cấu giàn chính

đã được thay thế trong giai đoạn I và II của dự án

1.2.1 Các loại giàn kín chạy dưới

1.2.1.1 Giàn mạ cong (Hình 1.1)

Loại giàn này có ở cầu Phú Bài (km706+752m) với L=51.12m và cầu Nong (km708+743m) của Dự án

và dưới cũng đều bằng đinh tán

Loại giàn này có ở các cầu sau của dự án:

+ Cầu Bạch Hổ (km687+450m) với L=59.8m

+ Cầu Giã Viên (km687+680m) với L=50.6m

+ Cầu Mỹ Chánh (km651+084m) với L=46.6m (nhịp T3)

Hình 1.1 Sơ đồ giàn chủ giàn mạ cong

Hình 1.2 Sơ đồ giàn chủ giàn Prah

Giàn kruup của Đức được sản xuất để đền bù Pháp sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất Các giàn này có khẩu độ L=50m, chiều rộng giàn 4,7m, chiều cao giàn 6.0m, kết cấu nhịp giản đơn có thanh biên song song và sử dụng loại thép có

cường độ thấp do đó hầu hết các giàn kruup của Đức đều yếu và phải tăng cường thêm một trụ ở vị trí giữa nhịp Các thanh trong giàn đều được tổ hợp từ các loại thép bản và thép góc liên kết bằng đinh tán Liên kết các thanh của giàn chủ, hệ mặt cầu, hệ liên kết dọc trên và dưới cũng đều bằng đinh tán

Loại giàn này có ở các cầu sau của dự án: Cầu Trường Xuân

(km926+525m), cầu Gành (km1088+540m), cầu Đà Rằng (km1199+838m), cầu Sông Cái (km1311+125m), cầu Phong Lệ (km800+639m), cầu Kỳ Lam

(km817+037m), cầu Chiêm Sơn (km819+802m), cầu Rù Rì (km838+191m), cầu Bồng Sơn (km1017+953m), cầu Sông Chùa (km1198+695m) và cầu Thạch Tuân (km1212+227m)

1.2.1.4 Giàn do Việt Nam chế sửa từ các loại kết cấu có sẵn

Loại giàn này do Việt Nam thiết kế và chế sửa từ các loại kết cấu có sẵn của loại giàn T66 và VN71 để đáp ứng nhu cầu thay thế các nhịp giàn có khẩu độ 46.6m và 62m trong giai đoạn khôi phục tuyến đường sắt Thống nhất năm 1976

Có 2 loại giàn do Việt Nam chế sửa từ các loại kết cấu có sẵn đó là:

- Loại giàn T66 chồng: là kết cấu chế tạo từ giàn T66 tổ hợp thành loại giàn

Hình 1.3 Sơ đồ giàn chủ giàn Kruup

và liên kết dầm ngang vào giàn chủ bằng đinh tán còn liên kết dầm dọc với dầm ngang bằng bu lông tinh (Hình 1.4)

1.2.2 Loại giàn hở chạy dưới (Giàn VN71, VN64) (Hình 1.6)

Các loại giàn này do Việt Nam thiết kế và Trung Quốc chế tạo cho đường ô tô Trong thời kỳ chiến tranh và khôi phục đường sắt Thống Nhất do thiếu dầm nên

đã cải tạo giàn VN64 và VN71 để đưa vào dùng cho các cầu đường sắt Loại giàn này thiết kế nguyên thuỷ cho xe ô tô H13, X60 với khẩu độ 45m, chiều rộng giàn 4.7m và chiều cao giàn là 4m Khi loại giàn này đưa vào đường sắt thường áp dụng với các khẩu độ từ 25m đến 50m

Hình 1.4 Sơ đồ giàn chủ giàn T66 chồng

Hình 1.5 Sơ đồ giàn chủ giàn VN71 chồng T66

Giàn VN64 và VN71 là những giàn bán vĩnh cửu, có dạng kết cấu nhịp giản

đơn, dầm ngang chỉ có ở nút phụ có thanh đứng và 2 dầm ngang đầu giàn ở nút chính Do loại giàn này thiết kế cho cầu ô tô nên khi đưa vào đường sắt hệ mặt cầu yếu Giàn VN64 và VN71 có mô đuyn khoang và chiều cao giống nhau chúng khác nhau ở các điểm sau:

+ Giàn VN64: Thép làm kết cấu là loại thép CT3 cầu, các thanh được tổ hợp bằng đinh tán Liên kết của giàn chủ bằng bu lông tinh Liên kết của hệ mặt cầu và

hệ liên kết dọc bằng đinh tán

+ Giàn VN71: Thép làm kết cấu là loại thép hợp kim thấp, các thanh mạ được

tổ hợp bằng đinh tán, các thanh xiên và thanh đứng được tổ hợp bằng hàn, hệ mặt cầu dùng loại I đúc Toàn bộ liên kết giàn chủ, hệ mặt cầu và hệ liên kết dọc dưới bằng bu lông tinh

Loại giàn này có ở các cầu sau của dự án:

+ Cầu Chánh Hoà (km511+291m) với L=45m

+ Cầu Mỹ Chánh (km651+084m) với L=46.6m (nhịp T2)

+ Cầu Nong (km708+743m) với L=35m (nhịp T1-T2)

Tất cả các cầu cũ khôi phục trong giai đoạn I và II được xây dựng trong

khoảng thời gian từ năm 1899 đến năm 1935 Các giàn của Pháp và Đức sử dụng loại thép có cường độ thấp, cấu tạo lạc hậu và bị nước mặn ăn mòn nên nó bị han

Hình 1.6 Sơ đồ giàn VN64-71

qua cầu dưới 30km/h Ngoài ra trong gần 100 năm đưa vào khai thác các cầu này

đã bị chiến tranh tàn phá nặng nề thêm vào đó là công tác duy tu bảo dưỡng còn nhiều hạn chế cho nên chúng đã bị xuống cấp làm ảnh hưởng đến khả năng khai thác và an toàn chạy tàu

Sau đây là bảng tổng hợp các dạng kết cấu giàn cũ đã được thay thế ở giai

đoạn I và II của dự án khôi phục các cầu đường sắt tuyến Hà Nội – TP Hồ Chí Minh

1.3 Tổng quan về Dự án khôi phục các cầu đường sắt tuyến Hà Nội – TP Hồ Chí Minh

Dự án khôi phục các cầu đường sắt tuyến Hà Nội – TP Hồ Chí Minh là một

dự án quốc tế lớn sử dụng nguồn vốn vay ODA của chính phủ Nhật Bản do Ban quản lý các dự án đường sắt thuộc Tổng công ty đường sắt làm chủ đầu tư Tư vấn của dự án là Liên doanh giữa Công ty tư vấn giao thông vận tải Nhật Bản (JTC) và Công ty tư vấn quốc tế Thái Bình Dương (PCI) hợp tác với Công ty tư vấn đầu tư

và xây dựng đường sắt (RICCC) Cho đến nay dự án đã thực hiện được hai giai

đoạn

Giai đoạn I khôi phục 9 cầu đường sắt với tổng chiều dài 2776.85m gồm 52 nhịp giàn thép có khẩu độ từ 44.9m đến 61.3m Toàn bộ mố trụ được gia cố, bọc thêm BTCT và được tăng cường bằng cọc khoan nhồi đường kính 1.2m Riêng cầu Sông Cái và cầu Bầu Tai được làm mới hoàn toàn

Giai đoạn I gồm có 2 gói thầu Gói thầu 1 gồm có 2 cầu là Đà Rằng và Sông Cái có tổng giá trị hợp đồng là trên 163 tỷ đồng do Liên danh Rinkai – Matsuo – Cienco.1 thi công trong 28 tháng Gói thầu 2 gồm có 7 cầu là Chợ Thượng, Chánh Hoà, Bạch Hổ, Giã Viên, Bầu Tai, Trường Xuân và Gành có tổng giá trị hợp

đồng là trên 202 tỷ đồng do Liên danh Mitsui – Thăng Long thi công trong 26 tháng

Số tiền dư sau đấu thầu của dự án khôi phục 9 cầu đường sắt ở giai đoạn I tiếp tục được sử dụng để khôi phục các cầu ở giai đoạn II

Giai đoạn II khôi phục 10 cầu đường sắt với tổng chiều dài 2432.51m gồm 45 nhịp giàn thép có khẩu độ từ 43m đến 58.1m Hầu hết mố trụ được làm mới hoàn toàn với đường kính cọc khoan nhồi từ 1.2m đến 1.8m

Giai đoạn II gồm có 2 gói thầu Gói thầu 3 gồm có 5 cầu là Mỹ Chánh, Phú Bài, Nong, Phong Lệ và Kỳ Lam có tổng giá trị hợp đồng trên 149 tỷ đồng do Liên danh Rinkai – Matsuo – Cienco.1 thi công trong 20 tháng Gói thầu 4 gồm có 5 cầu là Chiêm Sơn, Rù Rì, Bồng Sơn, Sông Chùa và Thạch Tuân có tổng giá trị hợp

đồng trên 176 tỷ đồng do Liên danh Thăng Long – Cienco.1 thi công trong 20 tháng

Các giàn trong giai đoạn I và II là những giàn có thanh biên song song,

không bố trí thanh đứng Các thanh trong giàn được chế tạo với độ chính xác cao trong nhà xưởng, được sơn phủ bằng những lớp sơn có khả năng chống gỉ cao và liên kết bằng bu lông cường độ cao loại tự cắt đầu khi xiết đủ lực Toàn bộ các cầu

được thiết kế với tải trọng T15-D, tốc độ tàu hàng là 80km/h và tốc độ tàu khách là 110km/h cho khổ đường sắt đơn 1000mm Đây là loại kết cấu giàn mới có nhiều

ưu điểm so với kết cấu giàn trước đây và phù hợp với điều kiện thực tế của đường sắt Việt Nam

Hiện nay, tất cả các cầu đường sắt của giai đoạn I và II đã được hoàn thành

đúng tiến độ, đảm bảo chất lượng, nâng cao tốc độ chạy tàu và đạt hiệu quả kinh tế cao trong quá trình khai thác

Sau đây là vị trí của các cầu đã được khôi phục ở giai đoạn I và II của Dự án khôi phục các cầu đường sắt tuyến Hà Nội – TP Hồ Chí Minh (Hình 1.7)

1.4 Những yêu cầu chung của Dự án khôi phục các cầu đường sắt tuyến

Hà Nội – TP Hồ Chí Minh trong giai đoạn I và II

Dự án khôi phục các cầu đường sắt tuyến Hà Nội – TP Hồ Chí Minh là Dự

án sử dụng nguồn vốn vay ODA của chính phủ Nhật Bản do đó để sử dụng có hiệu quả nguồn vốn vay này thì Dự án phải đáp ứng được các yêu cầu chủ yếu sau:Xuất phát từ tình hình thực tế là phần giàn thép và mố trụ của các cầu đã xuống cấp còn phần đưòng sắt ở 2 đầu cầu vẫn còn sử dụng tốt do đó yêu cầu của

Dự án đặt ra là chỉ khôi phục lại các cầu cũ trên cơ sở của tuyến đường sắt hiện có Chúng ta không tiến hành cải tuyến do kinh phí cho việc khảo sát, thiết kế, giải phóng mặt bằng, xây dựng là rất lớn và thời gian thi công bị kéo dài làm ảnh

hưởng đến hiệu quả của nguồn vốn đầu tư

Kết cấu nhịp mới phải có khẩu độ tương đương với các nhịp giàn cũ nhưng có chiều cao hệ mặt cầu thấp để đảm bảo thoát nước vào mùa lũ, khả năng thông thuyền và hạn chế việc vuốt dốc do nâng cao độ nền đường sắt đầu cầu

Các kết cấu giàn được sử dụng trong Dự án phải có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, thi công, thuận tiện trong việc duy tu bảo duỡng, phù hợp với trình độ công nghệ của Việt Nam, đáp ứng được sự phát triển của tải trọng trong tương lai, có giá thành hợp lý và đảm bảo các yêu cầu về mặt mỹ quan

Ngoài ra, tuyến đường sắt Thống nhất là tuyến đường sắt duy nhất nối liền thủ

đô Hà Nội và TP Hồ Chí Minh Hàng ngày, ngành đường sắt phải vận chuyển một lượng lớn hành khách và hàng hoá đi đến mọi miền của Tổ quốc thông qua tuyến

đường này do đó yêu cầu của Dự án khôi phục các cầu đường sắt là vừa phải đảm bảo tiến độ, chất lượng của công trình mặt khác lại phải đảm bảo giao thông và an toàn chạy tàu của ngành đường sắt

Trong giai đoạn I và II đã sử dụng 2 loại kết cấu giàn đó là giàn có thanh biên thông thường và giàn có thanh biên cứng Đây là những loại giàn tam giác có thanh biên song song, không bố trí thanh đứng và có chiều cao hệ mặt cầu thấp Giàn thanh biên thông thường có khẩu độ từ 43m đến 61.3m, chiều rộng giàn 4.8m, chiều cao giàn từ 8m đến 8.5m Giàn thanh biên cứng có khẩu độ là 50.0m

và 59.5m, chiều rộng giàn 4.9m, chiều cao giàn 7m Các thanh trong giàn đều

được tổ hợp từ các bản thép liên kết bằng hàn trong xưởng và được sơn phủ bằng những lớp sơn có khả năng chống gỉ cao Các liên kết trong giàn có cấu tạo đơn giản như bản tiết điểm là một phần tiết diện của thanh biên (thanh xiên đầu giàn), các thanh biên liên kết với nhau ở vị trí ngoài nút, liên kết giữa dầm dọc với dầm ngang và giữa dầm ngang với thanh biên thông qua các bản thép chờ mà không phải dùng sắt góc Các thanh liên kết với nhau bằng bu lông cường độ cao loại tự cắt đầu khi xiết đủ lực do đó rất thuận lợi cho việc lắp ráp và quản lý chất lượng Tất cả các cầu được thiết kế với tải trọng T15D tốc độ tàu khách 110km/h, tốc độ tàu hàng 80km/h cho khổ đường sắt đơn 1000mm

2.2 Cơ sở lựa chọn kết cấu giàn mới

Kết cấu giàn mới được lựa chọn dựa trên các cơ sở sau:

+ Yêu cầu của dự án đặt ra là chỉ khôi phục các cầu cũ trên cơ sở của tuyến

đường sắt hiện có và phải đảm bảo chạy tàu liên tục trong suốt quá trình thi công

do đó việc sử dụng kết cấu giàn thép mới thay thế cho các giàn thép cũ là thích hợp

+ Tất cả các cầu đường sắt cũ thiết kế cách đây gần 100 năm với tần suất lũ là 2%, nay các cầu đường sắt mới được thiết kế với tần suất lũ là 1% do đó cao độ

đáy dầm mới của hầu hết các giàn được nâng lên trong khi cao độ đỉnh ray bị khống chế do phải hạn chế việc nâng cao độ nền đường sắt đầu cầu Kết cấu giàn mới đã đáp ứng được yêu cầu này vì nó có khẩu độ tương đương với kết cấu giàn

cũ nhưng có chiều cao hệ mặt cầu thấp Ngoài ra kết cấu mới này có tĩnh không trong giàn lớn do đó nó sẽ đáp ứng được sự phát triển của đầu máy và toa xe trong tương lai

+ Tải trọng khai thác trên tuyến đuờng sắt Thống Nhất trước khi khôi phục là:

* Đoạn Hà Nội - Đà Nẵng : Sử dụng đầu máy Bỉ 6 trục x 14T/trục kéo đoàn

xe 3,6T/m

* Đoạn Đà Nẵng – Diêu Trì : Sử dụng đầu máy Tiệp 4 trục x 14T/trục

hoặc đầu máy Ân Độ 6 trục x 12T/trục kéo đoàn toa 3,6T/m

* Đoạn Diêu Trì - Sài Gòn : Sử dụng đầu máy Ân Độ 6 trục x 12T/trục kéo

đoàn toa 3,6T/m

Kết cấu giàn mới được thiết kế cho đoàn tàu T15D gồm 2 đầu máy chạy liền nhau, mỗi đầu máy có 5 trục bánh xe, tải trọng mỗi trục Z=15T kéo theo đoàn toa trọng lượng 0.36Z = 5.4T/m với tốc độ tàu khách 110km/h và tốc độ tàu hàng 80km/h do đó việc sử dụng kết cấu giàn mới này sẽ rút ngắn được thời gian chạy tàu và đáp ứng được sự phát triển của tải trọng trong tương lai

+ Kết cấu giàn mới là giàn dạng tam giác không bố trí thanh đứng đây là loại giàn kinh tế nhất vì có ít nút, các thanh trong giàn hầu như có cùng kích thước và

độ nghiêng do đó rất thuận tiện cho việc gia công và lắp ráp Các thanh được chế tạo hàng loạt trong nhà máy với độ chính xác cao đảm bảo chất lượng, cấu tạo nút giàn được đơn giản hoá và liên kết các thanh bằng bu lông cường độ cao loại tự cắt

đầu khi xiết đủ lực do đó dễ giàng trong việc kiểm soát chất lượng, rút ngắn được thời gian thi công và thuận tiện cho việc duy tu bảo dưỡng

2.3 Các sơ đồ giàn

Trong giai đoạn I và II của Dự án khôi phục các cầu đường sắt tuyến Hà Nội –

TP Hồ Chí Minh chúng ta đã sử dụng các sơ đồ giàn sau :

Giàn có thanh biên thông thường:

+ Sơ đồ giàn thanh biên thông thường khẩu độ 43m (Hình 2.1)

+ Sơ đồ giàn thanh biên thông thường khẩu độ 44.9m (Hình 2.2)

+ Sơ đồ giàn thanh biên thông thường khẩu độ 49.8m (Hình 2.3)

+ Sơ đồ giàn thanh biên thông thường khẩu độ 58.1m (Hình 2.4)

+ Sơ đồ giàn thanh biên thông thường khẩu độ 61.3m (Hình 2.5)

Giàn có thanh biên cứng:

+ Sơ đồ giàn thanh biên cứng khẩu độ 50m (Hình 2.6)

+ Sơ đồ giàn thanh biên cứng khẩu độ 59.5m (Hình 2.7)

2.4 Tiết diện thanh trong giàn

Các thanh trong giàn có dạng mặt cắt ngang chủ yếu là hình hộp, H, I và T

2.4.1 Tiết diện hộp

Các thanh biên, thanh xiên cổng cầu và các thanh xiên chịu kéo nén trong giàn đều có tiết diện hình hộp Các tiết diện này được tổ hợp từ 4 bản thép liên kết bằng hàn trong xưởng

(1)

Hình 2.8 Các dạng tiết diện hộp

(1) Tiết diện ngang thanh biên mạ hạ giàn biên cứng

(2) Tiết diện ngang thanh biên mạ hạ giàn biên thông thường

(3) Tiết diện ngang thanh biên mạ thượng và thanh xiên đầu giàn

(4) Tiết diện ngang thanh xiên chịu kéo nén

Tại gần 2 đầu thanh có bố trí các bản ngăn để cho toàn bộ phần thép phía trong lòng hộp không tiếp xúc với không khí và hơi nước làm hạn chế sự ăn mòn của môi trường ở vị trí mối nối của các thanh biên có bố trí lỗ thi công ở phía dưới đáy tiết diện hộp hoặc ở cạnh đứng đối với giàn biên cứng để thuận tiện cho việc lắp bu lông Sau khi thi công xong các lỗ này được đậy lại ngăn không cho nước mưa và các chất bẩn lọt vào gây gỉ trong lòng hộp ở vị trí mối nối

Để đảm bảo tiết kiệm thép và phù hợp với sự thay đổi nội lực thì tiết diện của các thanh có sự thay đổi bằng cách thay đổi chiều dầy của các bản thép cấu thành

tiết diện trong đó ở vị trí mối nối thanh hay vị trí bản nút sử dụng bản thép dầy hơn

Thanh tiết diện hộp có khả năng chống mất ổn định nén và xoắn tốt, thuận tiện khi lắp ráp và không gây đọng nước trong quá trình sử dụng tuy nhiên khi gia công nó đòi hỏi các nhà máy phải có trình độ và công nghệ tiên tiến để đảm bảo chất lượng của các mối hàn

2.4.2 Tiết diện H

Các thanh xiên chịu kéo trong giàn biên thông thường có tiết diện H Các tiết diện này được tổ hợp từ các bản thép liên kết bằng hàn trong xưởng ở 2 đầu thanh trên 2 bản cánh đã khoan sẵn các lỗ bu lông để liên kết với các nút giàn

Thanh tiết diện H có ưu điểm dễ gia công, lắp ráp và trong kết cấu giàn này

nó được bố trí ở vị trí thanh xiên chịu kéo cho nên nó đã khắc phục được nhược

điểm chính của thanh tiết diện H là có độ cứng chống uốn theo 2 phương không

đều nhau, dễ gây đọng nước và chất bẩn trong quá trình sử dụng

2.4.3 Tiết diện I

Tất cả dầm dọc, dầm ngang và các thanh của hệ liên kết dọc trên có tiết diện

I Các tiết diện này cũng được tổ hợp từ các bản thép liên kết bằng hàn trong

xưởng

Các thanh tiết diện I có cấu tạo đơn giản, dễ gia công và lắp ráp Riêng bản cánh trên và dưới của dầm dọc và dầm ngang sử dụng các bản thép dầy để tăng khả năng chịu uốn góp phần giảm chiều cao hệ mặt cầu và kéo dài tuổi thọ cho công trình do khu vực này thường xuyên tiếp xúc với các chất ăn mòn

Hình 2.9 : Tiết diện ngang thanh xiên chịu kéo

2.4.4 Tiết diện T

Các thanh giằng chéo của hệ liên kết dọc dưới đều có tiết diện T tổ hợp từ các bản thép liên kết bằng hàn trong xưởng

Hình 2.11 : Mặt cắt ngang thanh giằng chéo hệ liên kết dọc duới

Các thanh tiết diện T có cấu tạo đơn giản, dễ gia công, lắp ráp và không gây

đọng nước trong quá trình sử dụng

2.5 Cấu tạo của kết cấu giàn

Trong giai đoạn I và II của dự án đã sử dụng 2 loại giàn đó là giàn có thanh biên thông thường và giàn có thanh biên cứng Sau đây là cấu tạo chi tiết của các loại giàn này

2.5.1 Giàn có thanh biên thông thường

Đối với các giàn trước đây, bản tiếp điểm để liên kết các thanh biên với các thanh xiên và thanh đứng là một tấm thép rời, liên kết phức tạp và dùng nhiều bu lông nhưng đối với các giàn mới này bản tiếp điểm được hàn vào thanh biên (thanh xiên đầu giàn) và đồng thời là một phần tiết diện của thanh biên (thanh xiên đầu giàn) do đó cấu tạo tại nút đơn giản, tiết kiệm thép, sử dụng ít bu lông, đảm bảo khả năng chịu lực tốt và thuận tiện cho việc lắp ráp

Bản tiết điểm gồm 2 bản thép được bố trí vào 2 cạnh đứng tiết diện hộp của thanh biên (thanh xiên đầu giàn) và giữa 2 bản tiết điểm được hàn tăng cường bằng

1 bản thép để giữ khoảng cách cố định giữa 2 bản nút thuận tiện cho việc lắp ráp Các bản tiết điểm được hàn vào thanh biên (thanh xiên đầu giàn) ở trong xưởng còn các thanh xiên liên kết với nút giàn bằng bu lông cường độ cao ở ngoài công trường do đó chất lượng mối nối liên kết các thanh ở vị trí nút giàn rất tốt và rút ngắn được thời gian lắp ráp dầm

Tại vị trí nút giàn, các bản thép chờ dùng để liên kết dầm ngang và thanh giằng ngang của hệ liên kết dọc trên được hàn sẵn vào các thanh biên Với cách bố trí này chúng ta không phải dùng sắt góc và tốn nhiều bu lông để liên kết dầm ngang với thanh biên mạ hạ, liên kết thanh giằng ngang với thanh biên mạ thượng

do đó rất thuận tiện cho việc lắp ráp và duy tu bảo dưỡng

nó dễ bị gỉ còn thanh biên của kết cấu giàn mới có tiết diện hình hộp được tổ hợp

từ các bản thép liên kết bằng các đường hàn do đó nó làm tăng khả năng chịu lực

và tránh được tình trạng đọng nước

Các thanh biên liên kết với nhau ở vị trí ngoài nút giàn bằng bu lông cường độ cao thông qua các bản táp được đặt ở cả mặt trong và mặt ngoài của tiết diện hộp

Tại vị trí nút có bố trí các bản ngăn ỏ phía trong của thanh biên để đảm bảo sự

ổn định cho bản bụng của thanh giàn khi tiếp nhận tải trọng từ dầm ngang truyền vào thanh biên mạ hạ và từ thanh giằng ngang vào thanh biên mạ thượng

Hai đầu thanh biên ở vị trí gần mối nối có bố trí các bản ngăn để cho toàn bộ phần thép phía trong lòng tiết diện hộp không tiếp xúc với không khí và hơi nước làm hạn chế sự ăn mòn của môi trường

Bản tiếp điểm được hàn vào thanh biên và đồng thời là một phần tiết diện của thanh biên do đó cấu tạo tại nút đơn giản, tiết kiệm thép, sử dụng ít bu lông, đảm bảo khả năng chịu lực tốt và thuận tiện cho việc lắp ráp

Các bản thép chờ dùng để liên kết dầm ngang và thanh giằng ngang của hệ liên kết dọc trên được hàn sẵn vào các thanh biên tại vị trí nút do đó chúng ta không phải dùng sắt góc và tốn nhiều bu lông để liên kết dầm ngang với thanh biên mạ hạ, liên kết thanh giằng ngang với thanh biên mạ thượng, rất thuận tiện cho việc lắp ráp và duy tu bảo dưỡng

Dầm ngang

Dầm ngang được tổ hợp từ các bản thép liên kết bằng các đường hàn trong xưởng Thông thường dầm ngang của các kết cấu giàn cũ có tiết diện I, chiều cao không đổi, liên kết giữa dầm ngang và giàn chủ bằng thép góc tương đối phức tạp

và bu lông, đinh tán liên kết làm việc trong điều kiện bất lợi vì bị nhổ đầu còn dầm ngang của kết cấu giàn mới cũng có tiết diện chữ I nhưng có chiều cao thay đổi

ở khu vực phía trong của dầm ngang nơi bố trí tà vẹt và ray có chiều cao thấp hơn so với 2 đầu để làm giảm chiều cao kiến trúc hệ mặt cầu Hai đầu dầm ngang

có chiều cao lớn hơn để tăng diện tích bố trí bu lông cường độ cao thay vì phải sử dụng bản góc có liên kết phức tạp trong kết cấu giàn cũ

Cánh trên và dưới của các dầm ngang cũ thường có chiều rộng không đổi còn dầm ngang của kết cấu mới thì ngược lại do nó có bố trí thêm các tai và bản thép chờ để đưa mối nối giữa dầm ngang và dầm dọc ra xa sườn dầm ngang làm cho mối nối đó có cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp, không phải sử dụng sắt góc và nhiều bu

lông để liên kết Tuy nhiên việc gia công dầm ngang này cũng khó khăn hơn so với dầm ngang của kết cấu giàn cũ

Cánh trên và cánh dưới của dầm ngang sử dụng các bản thép dầy để đảm bảo khả năng chịu lực và kéo dài tuổi thọ do nó thường xuyên phải tiếp xúc với chất ăn mòn trong quá trình khai thác

Dầm ngang liên kết với bản thép chờ của thanh biên mạ hạ bằng bu lông cường độ cao thông qua 2 bản táp bố trí ở cả 2 mặt Mối nối này có cấu tạo đơn giản do đó lắp ráp dễ giàng hơn nhiều so với các kết cấu giàn cũ

Dầm dọc

Dầm dọc được tổ hợp từ các bản thép liên kết bằng các đường hàn trong xưởng Thông thường dầm dọc của các kết cấu giàn cũ có tiết diện I, chiều cao không đổi, liên kết giữa dầm dọc và dầm ngang bằng thép góc và vai kê tương đối phức tạp còn dầm ngang của kết cấu giàn mới cũng có tiết diện chữ I nhưng có chiều cao thay đổi

Đáy dầm dọc ở phía trong nơi mà các thanh giằng chéo của hệ liên kết dọc dưới chạy qua cao hơn so với đáy dầm dọc ở hai đầu do đó các thanh giằng chéo này sẽ nằm gọn trong mặt phẳng đáy giàn và có tác dụng làm giảm chiều cao hệ mặt cầu, không ảnh hưởng đến tĩnh không dưới cầu

Hai đầu dầm dọc có chiều cao bằng với chiều cao các tai của dầm ngang do

đó rất thuận tiện cho việc lắp ráp Dầm dọc liên kết với dầm ngang bằng bu lông cường độ cao thông qua các bản táp bố trí ở cả 2 mặt của cánh trên, cánh dưới và sườn dầm dọc

Cánh trên và cánh dưới của dầm dọc sử dụng các bản thép dầy để đảm bảo khả năng chịu lực và kéo dài tuổi thọ do nó thường xuyên phải tiếp xúc với chất ăn mòn trong quá trình khai thác

Chiều dài dầm dọc của kết cấu giàn mới dài hơn so với kết cấu giàn cũ do chiều cao giàn mới lớn hơn và việc chế tạo dầm dọc mới cũng khó hơn do nó có chiều cao thay đổi

Thanh xiên

Thanh xiên được tổ hợp từ các bản thép liên kết bằng các đường hàn trong xưởng Các thanh xiên chịu kéo có tiết diện H Các thanh xiên chịu kéo và nén có tiết diện hình hộp để tăng khả năng chịu lực do các thanh xiên này có chiều dài lớn Việc sử dụng các thanh xiên có tiết diện H và hình hộp sẽ làm đơn giản cho việc chế tạo vì không phải dùng các thanh giằng và bản giằng như kết cấu giàn cũ Hai đầu thanh xiên đã khoan sẵn những lỗ bu lông với độ chính xác cao ở trong xưởng và liên kết với nút giàn bằng bu lông cuờng độ cao

Góc nghiêng của thanh xiên so với phương thẳng đứng có giá trị từ 25o đến

27o Nó phụ thuộc vào chiều cao giàn, chiều dài khoang và đây là góc nghiêng hợp

lý vì nó đảm bảo nội lực trong thanh xiên nhỏ và tiết kiệm thép cho giàn chủ Kết cấu giàn mới không bố trí thanh đứng cho nên nó có cấu tạo đơn giản vì

có ít nút, tiết kiệm thép và biên giàn chủ thông thoáng hơn so với kết cấu giàn cũ

Thanh xiên đầu giàn

Thanh xiên đầu giàn là các thanh chịu nén có tiết diện hình hộp được tổ hợp

từ các bản thép liên kết bằng hàn trong xưởng Thanh xiên đầu giàn liên kết với thanh biên mạ thượng và mạ hạ bằng bu lông cường độ cao thông qua các bản táp

bố trí ở bên trong và ngoài của tiết diện hộp

Bản tiết điểm ở nút liên kết thanh xiên đầu giàn, thanh biên mạ thượng và thanh xiên là 1 phần tiết diện của thanh xiên đầu giàn do đó nó làm cho cấu tạo của nút này trở nên đơn giản, dễ lắp ráp, tiết kiệm thép, sử dụng ít bu lông mà vẫn

đảm bảo khả năng chịu lực tốt Tuy nhiên việc chế tạo thanh này tương đối phức tạp và đòi hỏi độ chính xác rất cao

Trên thanh xiên đầu giàn có hàn sẵn các bản thép chờ để liên kết với thanh cổng cầu Thanh xiên này cùng với dầm ngang đầu giàn và thanh cổng cầu tạo thành 1 khung cứng để tạo độ cứng theo phương ngang và chịu lực gió ngang

Thanh cổng cầu

Thanh cổng cầu có tiết diện chữ I được tổ hợp từ các bản thép liên kết bằng hàn trong xưởng Thanh cổng cầu có dạng vòm do đó nó đảm bảo tĩnh không trong giàn, khả năng chịu lực ngang, dễ dàng lắp ráp và có kiểu dáng mềm mại hơn so với cổng cầu của kết cấu giàn cũ

Thanh cổng cầu liên kết với bản thép chờ của thanh xiên đầu giàn bằng bu lông cường độ cao thông qua các bản táp bố trí ở cả 2 phía trên và dưới

Trong kết cấu giàn cũ thường sử dụng khung giằng ngang để liên kết biên 2 giàn chủ còn trong kết cấu giàn mới này người ta dùng thanh giằng ngang để liên kết do đó cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp và tĩnh không trong giàn được thông thoáng hơn

+ Hệ liên kết dọc dưới nằm trong mặt phẳng thanh biên dưới là một giàn gồm các thanh biên mạ hạ và các thanh giằng chéo Các thanh giằng chéo có tiết diện chữ T tổ hợp từ các bản thép liên kết bằng hàn trong xưởng Các thanh giằng chéo liên kết với thanh biên mạ hạ bằng bu lông cường độ cao thông qua các bản táp

Do chiều dài khoang lớn cho nên hệ liên kết dọc dưói rất thông thoáng thuận tiện cho việc duy tu bảo dưỡng

+ Hệ liên kết dọc hệ mặt cầu nó gồm có các dầm dọc, các sắt góc L90x90x10

và thanh giằng ngang I300 liên kết bằng bu lông cường độ cao thông qua các bản táp vào cánh trên dầm dọc