Bài giảng Thi công cầu: Chương 2 - GV. Phạm Hương Huyền

Bài giảng Thi công cầu: Chương 2 - GV. Phạm Hương Huyền trình bày các nội dung chính sau: Thi công mố trụ cầu và đường đầu cầu, xây dựng kết cấu mố trụ cầu, xây dựng đường hai đầu cầu. Mời các bạn cùng tham khảo.

PHẦN II

THI CÔNG MỐ TRỤ CẦU

VÀ ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

Chương 1

XÂY DỰNG KẾT CẤU MỐ TRỤ CẦU

1.1 CÔNG TÁC VÁN KHUÔN

1.1.1 YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI VÁN KHUÔN

- Phải đảm bảo độ cứng, chắc, bền trong mọi giai đoạn thi công

- Phải ít dính bám với bê tông

- Đúng hình dạng và kích thước theo thiết kế

- Kết cấu ván khuôn phải dễ tháo lắp để không gây hư hỏng cho bê tông

- Không gây khó khăn cho công tác cốt thép và đầm bê tông

- Phải đảm bảo độ kín khít, độ bằng phẳng tại vị trí giáp nối các bộ phận

Do yêu cầu chặt chẽ như trên nên cần phải lựa chọn vật liệu làm ván khuôn thật chu đáo và đảm bảo chất lượng Nếu ván khuôn làm bằng gỗ thì chọn loại gỗ không bị mục, mọt, có độ ẩm 1832% để làm giảm độ biến dạng của ván khuôn trong thi công Nếu ván khuôn làm bằng thép nên chọn loại thép CT3 hoặc loại thép có chỉ tiêu

cơ lý tương đương

Các sai số khi lắp đặt ván khuôn phải được các bên liên quan kiểm tra nghiệm thu và sai số cho phép lấy như sau:

- Tim thân trụ so với vị trí thiết kế ±20mm

- Đường tim mũ trụ với tim mố trụ thiết kế ±10mm

Thi công trên từng đoạn công trình, ván khuôn được kéo trượt trên mặt bê tông

đã đổ trước để thi công đoạn sau mà không cần tháo lắp phức tạp

Ván khuôn này có ưu điểm thi công nhanh nhưng chê tạo phức tạp và chỉ sử dụng cho các cầu kiện có cùng kích thước tiết diện hay tối thiểu dũng cùng kiểu dáng

1.1.3 CẤU TẠO VÁN KHUÔN

1 Ván khuôn cố định

Ván khuôn cố định thường được làm bằng gỗ và dùng đổ bê tông các mố, trụ có kết cấu phức tạp, khối lượng ít Cấu tạo ván khuôn gồm ván lát, hệ thống khung nẹp,

bu lông giằng và bu lông liên kết

Ván lát làm bằng gỗ dày 25cm, rộng 18-20cm Đối với kết cấu phức tạp, lượn tròn thì chọn loại ván có bề rộng nhỏ hơn 510cm Bề mặt ván lát phải phẳng, nhẵn và ghép xít với nhau

Ván lát có thể được lắp ghép đứng hoặc ngang Thông thường với kết cấu có kích thước lớn, có các đầu lượn tròn thì người ta thường ghép đứng; còn các móng nhỏ thì người ta ghép ngang

Các thanh nẹp ngang, nẹp dọc được làm bằng các thanh gỗ xẻ có tiết diện chữ nhật cạnh từ 520cm Nẹp được bố trí vuông góc với ván lát và bố trí khoảng cách từ 0.72 m/thanh

Hình II-1.1 Các bộ phận ván khuôn cố định

a) Ván khuôn đứng; b) Ván khuôn ngang; c) Ván khuôn đầu cong

1: Ván; 2: Nẹp ngang; 3: Trụ đứng; 4: Thanh giằng;

5: Giá; 6: Đinh liên kết; 7: Bulông

Hình II- 1.2 Cấu tạo thanh giằng

1: Đầu mút bộ phận giằng; 2: Ecu; 3: Long đen

Các bu lông giằng làm từ thép tròn 1420 và được bố trí ở tất cả các nút giao của nẹp ngang, nẹp dọc (nẹp đứng) hoặc cách nút tuỳ thược vào kết quả tính toán Bulông giằng sẽ được bỏ lại trong bê tông sau khi gỡ ván khuôn Để đảm bảo tháo dỡ ván khuôn dễ dàng không gây sứt vỡ bê tông người ta có thể dùng hàn để cắt phần bu lông thừa ra sau sau khi gỡ ván khuôn hoặc sử dụng loại bu lông hình côn có cấu tạo như hình vẽ Đoạn bên ngoài bu lông hình côn sau khi tháo ra người ta trám vữa mác cao vào lỗ bê tông bị khuyết

Đối với chi tiết thân mố, trụ có cột tròn hay lượng tròn, người ta sử dụng loại ván lát có chiều rộng nhỏ Nẹp ngang được chế tạo từ những thanh gỗ xẻ dày 5cm mặt trong lượn tròn theo hình dạng cong của kết cấu; các nẹp ngang được đặt so le chồng lên nhau và liên kết với nhau bằng đinh đóng còn phần tiếp giáp với phần thẳng thì dùng bu lông liên kết

Khi đổ bê tông thân mố, trụ cần chôn sẵn các bu lông hoặc neo bằng thép tròn

xung quanh chu vi thân mố, trụ tại các vị trí đặt các thanh chống đứng của ván khuôn

để định vị ván khuôn

Trình tự lắp đặt ván khuôn như sau: lắp các thanh nẹp trên bề mặt của bệ trụ, cố

định vào các neo chờ sẵn tạo thành một khung cố định khép kín theo chu vi thân kết

cấu Tiếp theo là lắp các ván khuôn đầu lượn tròn và cố định với nẹp ngang ở trên bề

mặt của mố, trụ, sau đó dựng một số thanh nẹp đứng, nẹp ngang tạo thành một khung

cứng bao xung quanh Kế tiếp là lắp đặt các thanh ván lát và điều chỉnh cho đúng vị trí

rồi tiếp tục lắp nốt các thanh nẹp còn lại, đặt thanh chống và bắt chặt các bu lông

giằng Công việc cuối cùng là kiểm tra vị Trí của ván khuôn đã chính xác chưa, sau đó

bịt các khe hở và bôi trơn bằng tưới nước cho ván lát chờ đổ bê tông

2 Ván khuôn lắp ghép

Đối với trụ, mố cầu có chiều cao lớn người ta thường sử dụng ván khuôn lắp ghép

Ván khuôn lắp ghép này có thể làm bằng gỗ hoặc bằng thép nhưng theo xu hướng hiện nay

thường làm bằng thép vì loại này có thể tận dụng thi công nhiều lần và sử dụng cho nhiều kết

cầu được đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn Các tấm liên kết với nhau bằng bu lông và bản

néo

Hình II- 1.3 Lắp ghép ván khuôn cố định

1: ván; 2: nẹp ngang; 3: nẹp cong; 4: trụ đứng; 5: thanh giằng; 6: thanh chéo; 7: thanh chống ngang; 8: móng; 9: bulông neo

Hình II-1.4 Ván khuôn lắp ghép

a) Ván ngang; b) Ván đứng; 1-13: Số thứ tự các tấm lắp ghép

Ván khuôn lắp ghép bằng gỗ sử dụng tấm ván có kích thước axb được lựa chọn sao cho phù hợp với kích thước kết cấu và điều kiện vật tư hiện có Diện tích một tấm thường là 412m2 Ngoài ván lát, nẹp ngang, nẹp dọc ván khuôn lắp ghép còn có nẹp chéo để giữ cho các tấm lắp ghép không bị biến hình khi tháo lắp

Hình II-1.5 Cấu tạo tấm ván khuôn lắp ghép gỗ phẳng

a) Ván ngang; b) Ván đứng

Hình II-1.6 Cấu tạo tấm ván khuôn lắp ghép gỗ và chi tiết nối lắp ghép

4 Nẹp cong Ván khuôn lắp ghép bằng gỗ có nhược điểm là các chỗ liên kết vẫn phải sử dụng bản néo bằng thép và bu lông gây phức tạp trong thi công, còn ván khuôn bằng thép cấu tạo đơn giản hơn và liên kết cũng đơn giản hơn như hình 1.7

Hình II- 1.7 Ván khuôn lắp ghép thép kích thước 2x1m

Hình II- 1.8 Ván khuôn lắp ghép thép tại hiện trường

3 Ván khuôn trượt

Ván khuôn được sử dụng để độ bê tông các trụ cầu có chiều cao lớn và có mặt cắt ngang không thay đổi như cột tháp cầu dây văng

Hình II- 1.9 Ván khuôn trượt đúc cốt tháp cầu Rạch Miễu

Ván khuôn trượt gồm bộ phận ván khuôn, bộ phận di chuyển và các thiết bị phụ trợ thi công Ván khuôn được làm bằng thép bản loại dày 36mm và được tăng cường bằng các sườn thép góc Bộ phận di chuyển thường làm bằng các thanh thép tròn trơn dẫn hướng đường kính 2432mm cắm trong lòng kết cấu kéo dài suốt từ dưới lên trên Chuyển động dọc theo các thanh cốt thép là kích ren hoặc kích thuỷ lực, hệ kích này được gắn chặt vào hệ ván khuôn và các thiết bị phụ trợ Khi hệ thống di chuyển sẽ kéo toàn bộ ván khuôn lên và để giúp cho hệ thống không bị tụt xuống thì kích thường có hai bộ phận: bộ phận neo vào cốt thép giúp cho kích không bị tụt và làm cơ sở để kích

di chuyển lên trên; bộ phận di chuyển cũng như kích thông thường bằng kích răng hoặc thủy lực

Các thiết bị phụ trợ gồm hệ đà giáo treo, cần cẩu cung cấp bê tông và các thiết

bị đảm bảo an toàn khác

Hình II-1.10 Ván khuôn trượt đổ bê tông cột tháp cầu Mỹ Thuận

1.2 SƠ SỞ TÍNH TOÁN VÁN KHUÔN

1.2.1 TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN VÁN KHUÔN

1 Tải trọng thẳng đứng

A Khối lượng bản thân của ván khuôn, đà giáo: được xác định trên cơ sở bản vẽ

thiết kế thi công Trọng lượng đơn vị của gỗ sấy khô lấy theo TCVN1072-71 và thường bằng 500750kg/m3 đối với các loại gỗ nhóm III đến nhóm VI

B Trọng lượng đơn vị của vữa bê tông mới đổ: đối với bê tông có cốt liệu đá dăm,

sỏi sạn nguồn gốc từ nham thạch sau khi đầm chặt tính bằng 2.4 tấn/m3,

C Trọng lượng đơn vị của cốt thép: tính toán theo số liệu thiết kế nhưng trong trường

hợp không có số liệu thì tính bằng 100kg/m3 bê tông

D Tải trọng do người và dụng cụ thi công:

Khi tính toán ván mặt tấm đan và các kết cấu trực tiếp đỗ chúng lấy bằng

250kg/m2

Khi tính toán thanh nẹp sau ván lát lấy bằng 150kg/m2

Khi tính toán các cột đỡ lấy bằng 100kg/m2

* Chú ý: Cần phải kiểm tra lại ván mặt và các dầm đỡ chúng dưới tải trọng tập

trung do trọng lượng người và dụng cụ thi công là 130kg hoặc áp lực của bánh xe rùa chở vữa bê tông là 350kg truyền lên hai bánh hoặc một lực tập trung nào khác tuỳ theo biện pháp đổ bê tông nhưng không nhỏ hơn 130kg để đảm bảo an toàn lao động khi công nhân với dụng cụ thi công cá nhân đi lại trên ván khuôn Nếu tấm ván <150mm thì lực tập trung nói trên chia cho 2 tấm kề nhau

E Tải trọng do đầm rung: tải trọng do đầm rung lấy bằng 200kg/m2 bề mặt

2 Tải trọng nằm ngang

F Tải trọng gió tiêu chuẩn: đối với tính toán thi công lấy tải trọng gió bằng 50% so

với tiêu chuẩn khi thiết kế

G Ap lực ngang của bê tông mới đổ: tác dụng vào thành ván khuôn

Ap lực ngang của bê tông tươi tác dụng lên thành ván khuôn phụ thuộc độ sệt, trọng lượng cốt liệu, phương pháp đổ và đầm bê tông => áp lực ngang thay đổi trong phạm vi rộng

Sau một thời gian đông cứng của bê tông áp lực ngang này giảm dần dần và mất

đi nhưng biến dạng trong ván khuôn do áp lực đó vẫn giữ nguyên

Biểu đồ áp lực ngang của bê tông tươi như sau:

Hình II- 1.11 Biểu đồ áp lực ngang của bê tông tươi

a) áp lực bê tông theo lý thuyết; b) khi không có đầm rung; c)khi có đầm rung

Chiều cao H của biểu đồ áp lực phụ thuộc vào thời gian đông kết của bê tông, khi tính toán bê tông có thể lấy thời gian đông kết của bê tông tươi là 4h kể từ lúc trộn => H=4h với h là chiều cao bê tông đổ trong 1 giờ

Khi đổ bê tông khối lớn hay tường mỏng thì áp lực ngang của bê tông tươi tính như sau:

q Rn

Trong đó :

q: Ap lực ngang trên mặt bê tông (kg/cm2)

γ: Trọng lượng đơn vị của vữa bê tông mới đổ đầm chặt (kg/m3)

n: hệ số vượt tải

R: Bán kính tác dụng của đầm dùi (R= 0.75m) hoặc đầm rung ngoài (R1 = 1.00m)

H Tải trọng do chấn động: phát sinh khi đổ vữa bê tông vào ván khuôn kết cấu đang

đổ, lấy theo Bảng II.1-1:

Bảng II.1-1

TẢI TRỌNG CHẤN ĐỘNG KHI ĐỔ BÊ TÔNG (kg/m 2 ) Phương pháp đổ bê tông vào ván khuôn Tải tọng ngang tác dụng vào ván khuôn

- Đổ bằng máy, ống vòi voi hoặc từ ống của

- Đổ trực tiếp từ thùng chứa có dung tích:

1.2.2 TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN VÁN KHUÔN

Tổ hợp tải trọng tính toán ván khuôn được tổ hợp như Bảng II.1-2:

Bảng II.1-2

Tên bộ phận ván khuôn Tính duyệt cường độ Loại tải trọng (mục 1) Tính duyệt biến dạng

1.2.3 HỆ SỐ TẢI TRỌNG

Khi tính toán ván khuôn, đà giáo và các bộ phận về mặt độ cứng thì lấy tải trọng tiêu chuẩn để tính (n=1)

Khi tính ván khuôn, đà giáo và các bộ phận về cường độ thì cần phải dùng tải trọng tính toán để tính Tải trọng tính toán = tải trọng tiêu chuẩn x hệ số vượt tải Các hệ số vượt tải lấy như sau:

+ Khối lượng của đà giáo, ván khuôn n = 1.1

+ Khối lượng của vữa bê tông và cốt thép n = 1.2

+ Các tải trọng khác n = 1.3

Khi xét đến các tác động tạm thời của các tải trọng và tải tọng gió trong một tổ hợp thì tất cả các tải trọng (trừ trọng lượng bản thân) đều phải nhân với hệ số tải trọng n=0.9

Khi tính ổn định chống lật của ván khuôn, đà giáo phải xét đồng thời cả tải trọng gió và trọng lượng bản thân Hệ số tải trọng gió lấy bằng n=1.2, của các tải trọng chống lật lấy bằng n=0.8, còn hệ số an toàn k=1.25

1.2.3 HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN CHUNG

Ván khuôn và đà giáo được tính toán về cường độ và độ cứng theo các tổ hợp tải trọng như đã nêu trên

Khả năng chịu lực của gỗ được lấy như tính toán kết cấu gỗ cụ thể lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam như Bảng II.1-3:

Bảng II.1-3

CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN CỦA GỖ VIỆT NAM (kg/cm2)

1 Nén dọc thớ, ép mặt dọc

Rn Rem

IV

V

VI VII

25 28/25 20/20 15/15

24 25/22 18/18 13/13

IV

V

VI VII

Khi kiểm toán độ cứng của ván khuôn dưới tác dụng của tải trọng thì độ võng của ván khuôn không được vượt quá trị số sau đây:

+ Với ván khuôn có bề mặt lộ ra ngoài: f  L/400

+ Với ván khuôn có bề mặt bị che khuất: f  L/250

Trong đó:

f: độ võng của ván khuôn hoặc các bộ phận

L: Chiều dài nhịp tính toán của ván khuôn hoặc các bộ phận

Đối với ván khuôn nằm ngang (ván đáy) sẽ được tính toán với các tải trọng tính

từ mục A  E là các tải trọng rải đều trên suốt chiều dài ván khuôn

Đối với ván khuôn thành đứng, áp lực ngang của bê tông mới đổ được tính theo mục G, H Đối với ván khuôn nghiêng một góc  so với mặt phẳng nằm ngang thì tải trọng nằm ngang được tính theo hai trường hợp:

+   90o (ván nghiêng vào phía trong)thì chỉ cần tính với áp lực ngang có trị số tải trọng tính toán như mục G và H và nhân với sin()

+   90o (ván nghiêng ra phía ngoài) thì ngoài áp lực ngang có trị số tải trọng tính toán như mục G và H, cần tính thêm các tải trọng thẳng đứng nằm trong phần lăng trụ nghiêng ra ngoài theo các mục từ AE

l P m

Độ võng giữa khẩu độ:

J E

l P m

f qd

384

2 2

l

H l

H J

E

l H P m

Chú ý : Giá trị m và f của công thức trên tính cho 1m bề rộng ván khuôn

m=0.8 là hệ số xét đến sự làm việc của sơ đồ liên tục trong thực tế của các thanh

2 Tính nẹp ngang

Hình II-1.13 Sơ đồ tính nẹp ngang

Trong ván khuôn, nẹp ngang được cấu tạo là khung kín để vừa chịu moment uốn vừa chịu lực kéo (cắt) Nẹp ngang tính toán như thanh chịu uốn có khẩu độ tính toán bằng khoảng cách giữa hai nẹp dọc là a:

Khi đó moment tác dụng lớn nhất trong nẹp ngang:

2

a p m

l

H H

a p m

f qd

384

5

4



 (II.1.9) Lực kéo S tác dụng vào nẹp ngang do áp lực bê tông ở đầu lượn tròn gây ra thì nẹp ngang được tính như một thanh chịu kéo lệch tâm với độ lệch tâm

S

M

e , lực S này được dùng để tính toán liên kết giữa các nẹp ngang đầu tròn và nẹp ngang đầu tròn với phần thẳng và tính theo công thức sau:

f qd

48

2

Bulông giằng được tính toán như một thanh chịu kéo dọc trục

T  p qd.F al (II.1.14)

1.3.2 TÍNH TOÁN VÁN KHUÔN THÀNH ĐỨNG CÓ VÁN LÁT NGANG

1 Tính ván lát ngang

Hình II-1.15 Sơ đồ tính ván lát ngang và nẹp đứng

Ván lát khác với ván lát dọc là phải chịu áp lực ngang lớn nhất của bê tông mới

đổ trên suốt chiều dài Xét tấm ván lát ngang dưới cùng chịu tải trọng pmax -> moment

trong ván lát và độ võng được tính theo công thức sau (tính cho 1m bề rộng ván lát):

8

2 max a p m

M  ; .

.

384

5

4 max

J E

a p m

2 Tính nẹp đứng

Nẹp dọc tính toán như thanh chịu uốn có khẩu độ tính toán bằng khoảng cách

giữa hai nẹp ngang là l, khi đó lực rải đều tác dụng lên nẹp dọc như sau:

a p p

Áp lực pqd tác dụng trên các ván lát, vá lát truyền xuống nẹp ngang và tác dụng trong chiều cao H khi đó xảy ra 2 trường hợp:

a Trường hợp H > l

Moment tác dụng lớn nhất trong nẹp dọc:

8

2

l P m

Độ võng của nẹp dọc:

J E

l P m

f A

384

5

2 2

l

H l

H J

E

l H P m

Moment lớn nhất: 2

b P

Độ võng lớn nhất: 3 4





E

b P

: Phụ thuộc vào chiều dài các cạnh a và b và tra theo Bảng II.1.4

E: Mođuyn đàn hồi của thép bản

+ Liên kết giữa nẹp ngang đầu tròn và nẹp ngang thẳng được tính với lực kéo S

1.4 CÔNG TÁC BÊ TÔNG TRỤ, MỐ

Thi công bê tông mố, trụ cầu gồm 3 giai đoạn:

- Sản xuất vữa bê tông

- Vận chuyển, phân phối, san đầm bê tông

- Bảo dưỡng và tháo dỡ ván khuôn

Bê tông mố, trụ cầu là bê tông khối lớn, thi công trong điều kiện sông nước do đó cần phải chọn lựa biện pháp thi công sao cho phù hợp với điều kiện thực tế công trường Để lựa chọn biện pháp thi công cần phải dựa vào các điều kiện sau:

- Điều kiện về nguồn cung cấp vật tư

- Điều kiện vận chuyển vật tư

- Khối lượng bê tông cần thi công

- Thời tiết, khí hậu khu vực công trường

- Điều kiện nhân lực, thiết bị hiện có của công ty, đơn vị

Trước khi đổ bê tông cần phải xem xét kiểm tra lại các vấn đề sau để đảm bảo cường độ, tính đồng nhất và liền khối của bê tông:

- Độ chính xác của việc lắp đặt ván khuôn, đà giáo chống đỡ đường vận chuyển

bê tông, công cụ, thiết bị đổ bê tông, độ bền, ổ định của các chỗ nối liên kết có

đủ để chịu tải trọng động khi đổ bê tông không

- Ván khuôn, cốt thép, các chi tiết khác đặt sẵn phải được vệ sinh sạch sẽ, nếu bị

gỉ sét thì phải cạo sạch Đối với ván khuôn gỗ thì trước khi đổ bê tông cần phải tưới nước và bịt kín các khe hở; đối với ván khuôn thép phải được quét chất chống dính bám và phải đảm bảo chất lượng, mỹ quan của bề mặt bê tông sau khi đổ

- Kiểm tra số lượng, tình trạng hoạt động hiện tại của các thiết bị đổ bê tông để

bố trí cho phù hợp

- Kiểm tra chất lượng vật liệu như cát, đá, xi măng có đảm bảo đúng yêu cầu thiết kế hay không

1.4.1 SẢN XUẤT VỮA BÊ TÔNG

Giai đoạn sản xuất vữa bê tông bao gồm các công việc sau đây:

1 Chọn thành phần bê tông