Trong rất nhiều công nghệ để thi công cầu BTCT thì công nghệ thi công đúc hẫng có nhiều ưu điểm và được ứng dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam.. Các ưu điểm có thể kể đến :
Trang 1MỞ ĐẦU
GIỚI THIỆU CHUNG CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
Trang 2CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ
Đề tài : THIẾT KẾ CẦU BTCT DƯL ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG
Qui mô thiết kế : Vĩnh cửu
Tiêu chuẩn thiết kế : 22TCN 272-05
Sơ đồ nhịp thiết kế : 51 + 76 + 84 + 76 + 51 m
Tổng chiều dài cầu : 338 m
Trong đó:
Nhịp kế biên : 2x76 m
Trong đó:
Lề bộ hành : 2x1.5 m
Dải an toàn giữa mép trong làn xe với mép bó vỉa : 2x0.2 m Phần xe chạy : 2x3.5 m
Tải trọng thiết kế : HL93, Người 300KG/m2
Khổ thông thuyền
Chiều cao thông thuyền : 7 m Bề rộng thông thuyền : 50 m Thuỷ văn:
MNCN : +7.2m MNTT : +5.5m MNTN : +4.0m
Trang 3Giải pháp kết cấu nhịp :
Cầu dầm hộp đúc hẫng cân bằng 5 nhịp :
Nhịp chính : Dầm hộp BTCT DƯL đúc hẫng cân bằng 84 m
Sơ đồ kết cấu nhịp : 51 + 76 + 84 + 76 + 51 (m)
Điều kiện địa chất :
Lớp
SPT (m) KN/m2 (độ) T/m3
Lớp 1 Bùn sét hữu cơ màu xám xanh 9.6 8.2 6004' 1.48 0 Lớp 2 Sét cát màu xám xanh, xám vàng 6.4 14 10049' 1.85 1-13 Lớp 3 Sét màu xám vàng, dẻo cứng 10.5 31.3 21 0 28 ' 2.01 13-28 Lớp 4 Sét pha, màu nâu nhạt, cứng 2.5 12.5 7 0 10 ' 1.74 15-18 Lớp 5 Cát mịn đến trung kết cấu rất chặt 9 0 23 0 52 ' 19.9 15-50 Lớp 6
Sét màu nâu vàng, lẫn nhiều sỏi
sạn,
trạng thái cứng
Nội dung thiết kế kỹ thuật cho phương án chính
So sánh để chọn phương án chính để thiết kế chi tiết
Trang 4CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG VÀ CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ
2.1 GIỚI THIỆU VỀ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG.
Hiện nay, việc xây dựng cầu qua các sông rộng và sâu, có nhu cầu lưu thông đường thuỷ lớn và điều kiện địa chất phức tạp đang đòi hỏi phải sử dụng các loại nhịp khẩu độ lớn Trong rất nhiều công nghệ để thi công cầu BTCT thì công nghệ thi công đúc hẫng có nhiều ưu điểm và được ứng dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam Các ưu điểm có thể kể đến : hệ đà giáo phần lớn được treo trên dầm và luân chuyển nên giảm đáng kể khối lượng ván khuôn đà giáo, cơ giới hoá thi công, tăng năng suất lao động, không cản trở giao thông đường thuỷ, đường bộ phía dưới cầu trong thời gian thi công Các nghiên cứu về lí thuyết và đúc kết kinh nghiệm thực tiễn trong và ngoài nước cho thấy phạm vị ứng dụng có hiệu quả của công nghệ đúc hẫng trong khoảng từ 70m đến 150m
Từ 1977, phương pháp lắp hẫng cầu khung T dầm đeo thuộc sơ đồ kết cấu tĩnh định đã được áp dụng để thi công ở nhiều tỉnh thành ở nước ta (cầu An Dương ở Hải Phòng, cầu Bình ở Quảng Ninh, Cầu Nông Tiến ở Tuyên Quang,…)
Cây cầu đầu tiên được lựa chọn để thực hiện mục tiêu chuyển giao và ứng dụng công nghệ đúc hẫng có sơ đồ kết cấu siêu tĩnh là cầu Phú Lương trên quốc lộ 5, tỉnh Hải Dương Cầu chính có sơ đồ nhịp 64.84+2x102+64.84m bằng bêtông ứng suất trước, mặt cắt ngang gồm 2 hộp riêng biệt vách đứng, mỗi hộp rộng 11m tổng bề rộng cầu 23m đối tác chuyển giao là Hãng tư vấn VSL- Thuỵ Sĩ (nay thuộc tập đoàn Bouyge – Pháp) Đơn vị tiếp nhận về thiết kế là Tổng công ty TVTKGTVT; Đơn vị tiếp nhận về xây dựng là Tổng công ty xây dựng công trình giao thông 1
Sau khi đã tham khảo các kinh nghiệm thiết kế, giải quyết thi công cầu Phú Lương và kinh nghiệm tư vấn giám sát cầu sông Gianh các kĩ sư tư vấn trong nước đã mạnh dạn
đi từng bước vững chắc trong việ triển khai thiết kế, giám sát xây dựng nhiều cầu dầm hộp dạng liên tục, bêtông ứng suất trước thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng.Khẩu độ nhịp chính tư ø61m, 63m, 70m, 78m, 85m, 90m, 100m, 102m, 110m,
Trang 5120m, 130m, 135m, và lớn nhất ở cầu Hàm Luông Bến Tre Các cầu dầm hộp đã được xây dựng trong nước ta thời gian qua có mặt cắt ngang gồm hai, ba vách đứng hoặc hai vách xiên, bề rộng cầu thay đổi từ 9 m đến 23m với ứng suất trước nằm trong hoặc nằm ngoài bê tông
2.2 VẬT LIỆU :
2.2.1 Bê tông dầm :
Sử dụng bê tông có tỉ trọng thông thường
Có hệ số giãn nở vì nhiệt: c =10.8 x 10-6/oC
Cường độ chịu nén: f’c =50MPa
c 25KN / m
E 0.043 f 38007MPa
Hệ số Poisson: 0.2
2.2.2 Cốt thép thường:
Cường độ Rs = 300 (MPa)
Modun đàn hồi Es = 200000 (MPa)
Giới hạn chảy fy = 420 (MPa)
2.2.3 Cốt thép dự ứng lực:
Mác thép M270
Dùng tao 12 sợi 15.2mm
Đường kính danh định: Ap = 140mm2
Cường độ kéo đứt: fu =1860MPa
Cường độ kéo chảy fy =0.9xfu = 1674MPa
Môđun đàn hồi: Ep 197000MPa
Lực kích : fpj = 0.74xfu=1376.4MPa
2.2.4 Ống gen:
Có dạng nữa cứng và được mạ kẽm toàn bộ
2.2.5 Neo:
Trang 6 Dùng neo sống.
Neo của hảng VSL kiểu EC
2.2.6 Thanh dự ứng lực:
Dùng thép loại 2, có gờ Φ40
Diện tích thanh: A =1256.6 mm2
Cường độ chịu kéo: fu =1035 MPa
Giới hạn chảy: fy = 0.8xfu =828 MPa
Môđun đàn hồi: Ep 207000MPa
2.2.7 Xe đúc ,ván khuôn:
Tổng trọng lượng (gồm cả ván khuôn): CE = 80T
Độ lệch tâm e = 1 m so với cuối đốt phía trước
2.3 TIẾN ĐỘ VÀ TRÌNH TỰ THI CÔNG:
Tiến độï thi công của hai bên cánh hẫng là như nhau và bốn trụ cùng thi công đồng thời Quá trình thi công hẫng thường được tiến hành từ mỗi trụ ra đối xứng đều 2 phía theo dọc tim cầu Nếu là cầu khung thì phần trên trụ là đốt K0 được nối cứng ngay từ đầu với kết cấu nhịp Nếu là cầu dầm thì bên trên đỉnh trụ đặt gối kê tạm bằng BTCT, trên đó đúc đốt dầm trên trụ rồi kéo căng các thanh hoặc bó thép cốt thép DUL tạm thời để liên kết cứng tạm thời kết cấu nhịp với trụ nhằm đảm bảo ổn định chống lật trong suốt quá trình thi công hẫng Đoạn dầm sát mố của nhịp biên có thể lắp ghép hay đúc tại chỗ trên dàn đà giáo cố định
Sau khi thi công hẫng xong thì phải hợp long theo một trình tự được dự kiến kỹ lưỡng Trước hết hợp long nhịp biên, nối đoạn thi công trên đà giáo cố định với một cánh hẫng Tháo dỡ giá đỡ và các gối kê tạm rồi kề dầm lên gối chính thức Tiếp theo sẽ hợp long để nối các phần cánh hẫng còn lại với nhau theo thứ tự từ biên vào giữa để tạo thành hệ dầm siêu tĩnh có số bậc siêu tĩnh tăng dần sau mỗi lần hợp long
Đốt trên đỉnh trụ K0
Các đốt hẫng còn lại
Đốt trên đà giáo
Hợp long biên
Trang 7 Hợp long kế biên
Hợp long giữa
Hoàn thiện
Trình tự thi công ảnh hưởng rất lớn đến nội lực trong kết cấu khi thi công
Ta hợp long 2 nhịp biên trước rồi sau đó hợp long nhịp kế biên, rồi đến nhịp giữa Trình tự thi công như trên thì mức độ nguy hiểm cuả kết cấu rất thấp do điều chỉnh độ vồng kết cấu lúc hợp long, mặt khác hợp long biên trước sẽ có thể di chuyển máy móc vật liệu từ bờ ra dễ dàng
Cách căng kéo cáp:
Neo dùng đều là neo sống
Việc căng kéo cáp phải đảm bảo tính đối xứng qua tim dọc cầu
Căng từng đầu một
2.4 CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU NHỊP
2.4.1 Nguyên tắc lựa chọn phương án cầu
- Thiết kế cầu phải phù hợp với quy hoạch tổng thể
- Mặt cắt ngang cầu phù hợp với mặt cắt ngang đường và phải dựa trên kết quả điều tra lưu lượng xe và tính toán dự báo nhu cầu vận tải trong khu vực
- Bảo đảm khổ tĩnh không thông thuyền và tĩnh không xe chạy cho các đường chạy dưới
- Sơ đồ nhịp cầu chính xét đến việc ứng dụng công nghệ mới nhưng có ưu tiên việc tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong nước
- Thời gian thi công ngắn, thi công thuận tiện, đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công
- Hạn chế tối đa tác động tới môi trường
- Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng
- Kiểu dáng kiến trúc phù hợp với cảnh quan khu vực xây dựng
- Đạt hiệu quả kinh tế cao, giá thành rẻ
2.4.2 Phương án 1
Trang 8CẦU DẦM HỘP BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC
ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG
Cầu được bố trí theo sơ đồ: 51 + 76 + 84 + 76 + 51 m
Cầu gồm 4 trụ T1, T2, T3, T4 và 2 mố M0, M5
Trên cả 4 trụ đều đúc hẫng cân bằng
Đường cong đứng R = 5000m
Độ dốc dọc cầu: 3%
Độ dốc ngang cầu: 2%
Tiêu chuẩn thiết kế
Quy trình thiết kế : 22TCN – 272 – 05 Bộ Giao thông vân tải
Tải trọng thiết kế : HL93, đoàn Người bộ hành 3.10-3MPa
Kết cấu phần trên:
Cầu được thi công theo phương pháp đúc hẫng cầu bằng đối xứng
Dầm tiết diện hình hộp có chiều cao tại gối 5.0 m, tại giữa nhịp và phần nhịp biên có chiều cao 2.0 m Cao độ đáy dầm thay đổi theo quy luật parabol bậc 2 đảm bảo yêu cầu chịu lực và mỹ quan
Mặt cắt ngang cầu dạng hình hộp vách đứng, phần cánh hẫng của hộp 2500 mm, sườn dầm có chiều dầy 500 mm, bản nắp hộp không thay đổi dầy 300 mm, bản đáy hộp thay đổi từ 800 mm tại gối đến 300 mm tại giữa nhịp
Trang 93500 3500
11000
3000
3000
2200 300
2500
500
0 1000 1500 1/2 MỈT C¾T TR£N TRơ 1/2 MỈT C¾T GI÷A NHIP
2500
Hình 1.2 - Mặt cắt ngang kết cấu nhịp
Kết cấu phần dưới
- Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp, dùng bê tông có :
+) f’c = 35 (MPa)
+) c = 25 (kN/m3)
E 0.043 f 31799 (MPa)
- Trụ cầu chính: được dựng trên móng cọc khoan nhồi: D = 1.50 m
- Phương án móng: Móng cọc đài cao
- Mố cầu dùng loại mố U BTCT, dùng bê tông có :
+) f’c = 35 (MPa)
+) c = 25 (kN/m3)
E 0.043 f 31799 (MPa)
- Mố của kết cấu nhịp dẫn được đặt trên móng cọc khoan nhồi: D = 1.20 m
Trang 10-37.7246 -31.892 5 -21.2924 -18.392 3 -8.392 +8.108
2
3
4
5
6
1
-13.539
+2.461
-7.139
-35.539
-32.039 -24.039
+4.293
-7.365
-21.307
4-24.507
6
3
-36.691 5
1
+3.758
-11.393
3
-22.842 4 -25.754
5
-41.807 6
1
6040 020
2004060 2004060
604020 0 604020 0
-40.916
1
MNCN +7.30 MNTT +5.50 MNTN +1.00
CĐ CHUẨN 0.00
-50.083
2
3
4
5
6
1
-13.861
+2.139
-7.461
-35.861
-26.861 -24.361
6040
020 +1.27
+3.77
+3.85
+6.35
+8.16 +10.16
CĐTN (m) Khoảng cách lẻ (m) Khoảng cách cộng dồn (m) Tên cọc
CĐTK (m) CĐTK (‰)
Km 0+15 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
5.75 17.43 20.00 12.18 7.82
20 40
10 12 14
60 72
20.00 8.18 11.82 12.18 7.82 8.18 11.82 5.67
M1
6.18 20.00 20.00 10.18 20.00 20.00 14.18 20.00 20.00 17.51
HLKB HLG HLKB
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 35
13.82 9.82 5.82 2.
Km 0+200
34 37
4.67
19 27
10 14 23 30
Khổ thông thuyền 9m x 60m
-35.301
1
3
6 -32.871 5
-21.871 4-20.271 -7.071 +5.635
-37.724
6 CỌC KHOAN NHỒI
+3.85 +8.16 +10.16
-43.730
-41.149
-36.840
BỐ TRÍ CHUNG PHƯƠNG ÁN 1
TỶ LỆ : 1/500
640050 51000 76000 84000350900 76000 51000 506400
8 6 6 5 4 3 2 -2 -5 -4 0 2 3 3 5 5 8.
10 11
-41.149 -36.840
15 16 16 16 17 17 18 18 18 18 18 18 18 18 17 17 17 17 16 16 15 15
-43.730
+1.27
+3.77
+3.85
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
41950
9500 12000 64000 12000 72000 12000 64000 12000
6450 51000 76000 84000 76000
MẶT BẰNG CẦU
TỶ LỆ : 1/500
41950 9500 350900
6450 51000
+12.91
i = 1.6% i = 0.4%
i = 2.8%
32.2 28 24 20 16 12 8 4 1
i = 1.6%
i = 0.4%
i = 2.8%
28 24 20 16 12 8 4
Trang 11Phương án 2
CẦU DÀN THÉP NHỊP LIÊN TỤC Cầu được bố trí theo sơ đồ: 2x34.5m + 56m + 88m + 56m + 2x34.5m
Chiều dài toàn cầu: L = 338 m
Cầu gồm 4 trụ T1, T2, T3, T4, T5, T6 và 2 mố M0, M7
Nhịp dẫn là dầm Super T bê tông cốt thép 35 m
Độ dốc dọc cầu: 2%
Độ dốc ngang cầu: 2%
Tiêu chuẩn thiết kế
Quy trình thiết kế : 22TCN – 272 – 05 Bộ Giao thông vân tải
Tải trọng thiết kế : HL93, đoàn Người bộ hành 3.10-3MPa
Kết cấu phần trên
Dàn có chiều cao 9m, chiều dài khoang 8m Dàn loại tam giác không có thanh đứng, thanh treo
Phần nhịp dẫn là dầm Super T bê tông cốt thép 35 m, chiều cao dầm 1.7 m, mặt cát ngang cầu gồm 6 dầm
Vật liệu dùng cho kết cấu :
Bê tông loại B ( 50 MPa )
Thép cấu tạo dùng theo ASTM A 706M
Thép hợp kim thấp
Kết cấu phần dưới
Dùng loại trụ thân cột bê tông cốt thép thường đổ tại chỗ
Phương án móng: Dùng móng cọc khoan nhồi d =1.5 m đổ tại chỗ
Dùng mố chữ U bê tông cốt thép
Phương án móng: Dùng móng cọc khoan nhồi đổ tại chỗ đường kính cọc 1.2 m
Trang 12CĐ CHUẨN 0.00
-50.083
2
3
4
5
6
1
-13.861
+2.139
-7.461
-35.861
-26.861 -24.361
6040
020 +1.27
+3.77
CĐTN (m) Khoảng cách lẻ (m) Khoảng cách cộng dồn (m) Tên cọc
CĐTK (m) CĐTK (‰)
Km 0+15 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
5.51 19.49 15.51 20.00
20 40
10 12 14
60 80
10.18 6.18 13.82 14.18 5.82 5.50
M0
20.00 20.00 10.18 20.00 20.00 20.00 10.18 15.15 19.03
G
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 35
20.00 9.82
Km 0+200
5.50
14 23
Khổ thông thuyền 9m x 60m
-35.301
1
3
6 -32.871 5
-21.871 4-20.271 -7.071 +5.635
-37.724
6 CỌC KHOAN NHỒI
+3.67
+14.06 +12.06
-43.730
-41.130
-35.449
BỐ TRÍ CHUNG PHƯƠNG ÁN 2
TỶ LỆ : 1/500
8 6 5 5 4 3 2 -2 -5 -4 0 2 3 3 5 5 8.
10 11
15 16 16 17 17 17 17 18 18 18 18 18 18 17 17 17 16 16 15 15
-43.730
+1.27 +3.77
2%
2%
-49.760
-37.724 6 -31.892 5 -21.2924 -18.392 3 -8.392 +8.108
2
3
4
5
6
1
-13.539
+2.461
-7.139
-35.539
-32.039 -24.039
+4.293
-7.365
-21.307 4-24.507
6
3
-36.691 5
1
+3.758
-11.393
3
-22.842 4 -25.754
5
-41.807 6
1
6040 020
2004060 2004060
604020 0 6040
-40.916
1
MNCN +7.30 MNTT +5.50 MNTN +1.00
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
2%
MẶT BẰNG CẦU
TỶ LỆ : 1/500
i = 2%
20 18 12 8 4 1 1 4 8 12 16 19 20
+15.27 +15.29
348730
12 CỌC KHOAN NHỒI
8 CỌC KHOAN NHỒI D=1.2m, L=45m
-40.687
5500 34500 34500 56000 88000 56000 34500 34500 5500
2%
2%
510050 34500 80 34500 135 56000 88000 56000 135 34500 80 34500 505100
348730
+4.31
+17.82
i = 2% i = 2% i = 2%
8 CỌC KHOAN NHỒI D=1.2m, L=45m
T6 T5
4.49
T2
9.82
T5
9.82 20.00
T5
4.85
+15.29
+3.67
+14.06 +12.06 +15.27
+4.31 +17.82
-41.130 -40.687 -35.449
