Giải pháp thi công cầu máng trên kênh chính bắc hồ chứa nước krông pách thượng tỉnh đắk lắk bằng phương pháp ván khuôn đúc hẫng kết hợp với bê tông dự ứng lực cường độ cao

LỜI CAM ĐOAN Họ và tên học viên: Phạm Đức Lâm Lớp cao học: 23C11-CS2 Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Giải pháp thi công cầu máng trên kênh c

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: Phạm Đức Lâm

Lớp cao học: 23C11-CS2

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Giải pháp thi công cầu máng trên kênh chính Bắc hồ chứa nước Krông Pách Thượng, tỉnh Đắk Lắk bằng phương pháp ván khuôn đúc hẫng kết hợp với bê tông dự ứng lực cường độ cao”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện chích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Phạm Đức Lâm

Để có được thành quả này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu nhà trường, sự tận tình giảng dạy truyền đạt của các Giáo sư, Tiến sĩ, Giảng viên trường Đại học Thủy Lợi, các đồng nghiệp Đặc biệt là GS.TS Vũ Thanh Te đã luôn sâu sát, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế của bản thân tác giả còn ít nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài

Xin trân trọng cảm ơn!

TP Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2019

Học viên

Phạm Đức Lâm

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Mục tiêu nghiên cứu: 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 3

5 Kết quả đạt được 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU MÁNG VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG HIỆN NAY 4

1.1 Phân loại các công trình cầu máng 4

1.1.1 Khái niệm cầu máng và các bộ phận cầu máng 4

1.1.1.1 Cửa vào, cửa ra 4

1.1.1.2 Kết cấu thân máng 5

1.1.1.3 Kết cấu gối đỡ 6

1.1.2 Phân loại cầu máng 7

1.1.2.1 Phân loại theo mục đích sử dụng 7

1.1.2.2 Phân loại theo mặt cắt ngang cầu máng 8

1.2 Công tác thiết kế thi công và những tồn tại trong tổ chức thi công cầu máng hiện nay 11

1.2.1 Biện pháp thi công cầu máng truyền thống 11

1.2.2 Tồn tại, hạn chế trong biện pháp thi công cầu máng truyền thống hiện nay 12

1.3 Công nghệ đúc hẫng bê tông dự ứng lực trong thi công cầu máng kết hợp giao thông 13

1.3.1 Sơ lược về tình hình phát triển công nghệ xây dựng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực trên Thế giới và ở Việt Nam 13

1.3.2 Tổng quan về công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp liên tục 14

1.3.2.1 Công nghệ đổ bê tông tại chỗ theo phương pháp đúc đẩy - CN1 14

1.3.2.2 Công nghệ thi công theo phương pháp đúc hoặc lắp hẫng cân bằng - CN2 15

1.3.2.3 Công nghệ đổ bê tông tại chỗ treo trên đà giáo di động - CN3 17

1.3.2.4 Công nghệ thi công lắp ghép các phân đoạn dầm dưới đà giáo di động - CN4 18 1.3.3 Khả năng áp dụng công nghệ đúc hẫng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực với các công trình thủy lợi Tây Nguyên 21

Kết luận chương 1 21

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU MÁNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG 23

2.1 Các nội dung cơ bản của phương pháp đúc hẫng 23

2.1.1 Giới thiệu chung 23

2.1.2 Các sơ đồ đúc hẫng 24

2.1.3 Ưu nhược điểm của phương pháp đúc hẫng 26

2.1.4 Các sơ đồ cầu thích hợp 27

2.2 Nghiên cứu các thiết bị tạm phục vụ đúc hẫng 28

2.2.1 Bộ ván khuôn di động 28

2.2.1.1 Ván khuôn di động kiểu cổ điển 28

2.2.1.2 Ván khuôn di động kiểu tự treo 29

2.2.2 Đà giáo, trụ tạm 31

2.3 Nghiên cứu qui trình thi công đúc hẫng 31

2.3.1 Sơ đồ qui trình thi công 31

2.3.2 Thi công khối đỉnh trụ (K0) 33

2.3.2.1 Lắp đặt thanh ứng suất 33

2.3.2.2 Lắp đặt đà giáo, ván khuôn 36

2.3.2.4 Lắp đặt cốt thép, ống gen và các phụ kiện khác 40

2.3.2.5 Thi công đổ bê tông 41

2.3.2.6 Căng kéo cáp dự ứng lực 42

2.3.3 Thi công các đoạn của dầm hẫng 50

2.3.4 Thi công đoạn hợp long 52

2.3.5 Đo đạc 55

2.4 Nghiên cứu qui trình tính toán 56

2.5 Ứng dụng công nghệ vào trong công trình thủy lợi 58

2.5.1 Xây dựng cầu máng 58

2.5.1.1 Sơ đồ cầu máng 58

2.5.1.2 Mặt cắt ngang cầu máng 58

2.5.1.3 Qui trình thi công 58

2.5.2 Xây dựng một số cấu kiện khác 59

Kết luận Chương 2 59

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THI CÔNG CẦU MÁNG TRÊN KÊNH CHÍNH BẮC HỒ CHỨA NƯỚC KRÔNG PÁCH THƯỢNG, TỈNH ĐẮK LẮK BẰNG CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG 60

3.1 Giới thiệu chung về Dự án hồ chứa nước Krông Pách Thượng, tỉnh Đắk Lắk 60

3.1.1 Quy mô xây dựng: 61

3.1.1.1 Công trình đầu mối: 61

3.1.1.2 Hệ thống kênh hợp phần hồ chứa nước Krông Pách Thượng: 62

3.1.2 Các chỉ tiêu thiết kế 66

3.1.3 Kết cấu công trình 67

3.2 Tính toán thi công kết cấu nhịp 69

3.3 Một số yêu cầu về vật liệu 72

3.3.1 Yêu cầu kỹ thuật 72

3.3.1.1 Cáp dự ứng lực 72

3.3.1.2 Thép thanh ứng suất trước 73

3.3.1.3 Thép thường 74

3.3.1.4 Ống gen 74

3.3.1.5 Neo và bộ nối 75

3.3.1.6 Xi măng 75

3.3.1.7 Cốt liệu thô- đá dăm 75

3.3.1.8 Cốt liệu nhỏ - cát 76

3.3.1.9 Nước trộn bê tông 77

3.3.1.10 Chất phụ gia 77

3.3.1.11 Vật liệu bôi trơn ván khuôn 77

3.3.2 Kiểm tra chất lượng và bảo quản 78

3.3.2.1 Thép sợi cường độ cao 78

3.3.2.2 Thép thường 79

3.3.2.3 Neo bó thép cường độ cao 79

3.3.2.4 Kiểm tra ống gen 80

3.3.2.5 Xi măng 80

3.3.2.6 Các nguyên vật liệu khác 81

3.4 Chọn loại xe đúc 81

3.4.1 Các bộ phận của xe đúc 81

3.4.2 Chọn loại xe đúc phù hợp quy mô công trình 82

3.5 Đề xuất qui trình thi công kết cấu nhịp 83

3.5.1 Trình tự thi công 83

3.5.2 Thi công bước 1 87

3.5.3 Thi công bước 2 98

3.5.3.1 Trình tự lắp xe đúc như sau: 98

3.5.3.2 Chỉnh xe đúc 101

3.5.3.3 Đổ bê tông 102

3.5.3.4 Tiến hành đúc đoạn gần bờ dài 11m trên hệ đà giáo cố định 103

3.5.3.5 Lắp đặt đà giáo và thử tải 103

3.5.3.6 Làm các công tác trên đỉnh mố M1 và mố M2 103

3.5.3.7 Lắp dựng ván khuôn bản đáy và ván khuôn ngoài 104

3.5.3.8 Lắp cốt thép thường và ống chứa cáp (ống tạo lỗ) 104

3.5.3.9 Đổ bê tông đáy dầm 104

3.5.3.10 Bảo dưỡng bê tông đáy dầm 105

3.5.3.11 Lắp đặt cốt thép và ván khuôn thành phía trong 106

3.5.3.12 Đổ bê tông thành dầm 106

3.5.3.13 Bảo dưỡng bê tông thành dầm 106

3.5.3.14 Đặt ván khuôn và cốt thép cánh dầm 106

3.5.3.15 Đổ bê tông cánh dầm 106

3.5.3.16 Bảo dưỡng bê tông cánh dầm 106

3.5.3.17 Tháo dở ván khuôn 107

3.5.3.18 Đúc mẫu thí nghiệm 107

3.5.4 Thi công bước 3 107

3.5.4.1 Thi công khối hợp long 107

3.5.4.2 Thi công đốt K0 trên các đỉnh trụ T2,T3,T4 112

3.5.5 Thi công bước 4 112

3.5.6 Thi công bước 5 112

3.6 Công nghệ kéo căng các loại cốt thép dự ứng lực 112

3.6.1 Công tác chuẩn bị 113

3.6.2 Trình tự căng cáp 113

3.6.2.1 Lắp đầu neo: Vị trí của đầu neo 113

3.6.2.2 Đặt nêm (Chốt neo) 114

3.6.2.3.Lắp bản lỗ đệm đầu kích 114

3.6.2.4 Lắp kích 114

3.6.2.5 Căng cáp 114

3.6.2.6 Đo độ giãn dài của bó cáp 115

3.6.2.7 Tháo kích 116

3.6.2.8 Bơm vữa 116

3.7 Một số sự cố thường gặp trong thi công dầm DƯL và cách khắc phục 117

3.7.1 Một số sự cố thường gặp trong thi công dầm DƯL 117

3.7.2 Các cách khắc phục sự cố nêu trên như sau: 117

3.7.3 Một số lưu ý khi tháo các bó cáp: 118

3.8 Các lưu ý về an toàn lao động trong thi công 118

3.8.1 Khi lắp, vận hành và tháo xe đúc 118

3.8.2 Khi đổ bê tông 118

3.8.3 Khi căng kéo dự ứng lực 119

Kết luận Chương 3 119

KẾT KUẬN KIẾN NGHỊ 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ mặt cắt dọc cầu máng 4

Hình 1.2 Cửa vào, cửa ra của cầu máng 5

Hình 1.3 Mặt cắt ngang thân máng 5

Hình 1.4 Kết cấu thân máng hình thang và chữ U có giằng ngang 6

Hình 1.5 Kết cấu gối đỡ 6

Hình 1.6 Các kiểu trụ đỡ 7

Hình 1.7 Cầu máng dẫn nước vỏ mỏng trên kênh chính Tây hồ chứa nước Ea Súp Thượng, tỉnh Đắk Lắk 7

Hình 1.8 Cầu máng BTCT Phước Hòa: Cầu máng kết hợp dẫn nước thủy lợi và đường quản lý vận hành 8

Hình 1.9 Cầu máng Magdeburg (Đức): kết nối kênh đào Elbe-Havel đến Mittelland cắt ngang qua sông Elbe ở Đức; kết hợp kênh dẫn nước và giao thông cho tàu bè đi lại 8

Hình 1.10 Mặt cắt ngang máng chữ nhật 9

Hình 1.11 Mặt cắt ngang máng chữ U không thanh giằng và có thanh giằng 10

Hình 1.12 Thi công cầu giao thông bằng phương pháp đúc đẩy 15

Hình 1.13 Thi công cầu giao thông theo công nghệ đúc hẫng cân bằng 16

Hình 1.14 Thi công tuyến Mê trô Sài gòn theo phương pháp lắp hẫng 17

Hình 1.15 Thi công tuyến đường vành đai 2 Hà Nội theo phương pháp đà giáo di động 18 Hình 1.16 Công nghệ lắp ghép các đoạn dầm dưới đà giáo di động - Các phân đoạn dầm đúc sẵn được lao lắp dưới hệ đà giáo di động 19

Hình 2.1 Đúc hẫng đối xứng từ trụ ra 2 phía 23

Hình 2.2 Đà giáo thép di động 24

Hình 2.3 Đà giáo chống di động 24

Hình 2.4 Thiết bị đúc di động 24

Hình 2.5 Sơ đồ thi công hẫng được áp dụng rộng rãi hiện nay 26

Hình 2.6 Các dạng mặt cắt ngang điển hình của cầu bê tông cốt thép đúc hẫng 27

Hình 2.7 Bộ ván khuôn di động kiểu cổ điển 29

Hình 2.8 Ván khuôn di động kiểu tự treo 31

Hình 2.9 Sơ đồ qui trình thi công hẫng 32

Hình 2.10 Liên kết dầm với trụ bằng các thanh thép cường độ cao 34

Hình 2.11 Các thanh ứng suất cường độ cao 35

Hình 2.12 Đà giáo thi công mở rộng khối đỉnh trụ 36

Hình 2.13 Bố trí ván khuôn cho khối đỉnh trụ 37

Hình 2.14 Bố trí đà giáo thi công khối đỉnh trụ 37

Hình 2.15 Khối kê tạm trên đỉnh trụ và sau khi tháo bỏ 38

Hình 2.16 Cấu tạo gối cầu 40

Hình 2.17 Lắp đặt các ống gen 41

Hình 2.18 Cắt cáp trước khi lắp neo 44

Hình 2.19 Vấu neo cáp nhịp 45

Hình 2.20 Đo độ giãn dài cáp 47

Hình 2.21 Thi công các đốt đối xứng qua tim trụ 51

Hình 2.22 Đà giáo ván khuôn khối hợp long 52

Hình 2.23 Thanh ứng suất ổn định dầm theo phương nằm ngang 52

Hình 2.24 Ván khuôn khối hợp long 53

Hình 3.1 Sơ đồ cắt dọc cầu máng 68

Hình 3.2 Mặt cắt ngang cầu máng 69

Hình 3.3 Sơ đồ tính toán ổn định khi thi công 70

Hình 3.4 Sơ đồ bố trí thanh 32 trên mặt bằng đỉnh trụ 72

Hình 3.5 Mặt cắt dọc xe đúc 82

Hình 3.6 Mặt cắt ngang xe đúc 83

Hình 3.7 Sơ đồ thi công bước 1 85

Hình 3.8 Sơ đồ thi công bước 2 85

Hình 3.9 Sơ đồ thi công bước 3 86

Hình 3.10 Sơ đồ thi công bước 4 86

Hình 3.11 Sơ đồ thi công bước 5 87

Hình 3.12 Sơ đồ ván khuôn đốt Ko 91

Hình 3.13 Lắp xe đúc bước 2 99

Hình 3.14 Lắp xe đúc bước 3 99

Hình 3.15 Lắp xe đúc bước 4 100

Hình 3.16 Lắp xe đúc bước 5 101

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Tóm tắt các đặc điểm chủ yếu của các giải pháp công nghệ 19

Bảng 3 1 Cấp công trình và tần suất thiết kế 61

Bảng 3 2 Các thông số cơ bản của hồ chưa 61

Bảng 3 3 Chỉ tiêu thiết kế cho kênh đắp 65

Bảng 3 4 Bảng tính toán ổn định khi thi công 71

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong hơn một thế kỷ qua, công nghệ xây dựng trên thế giới có những bước phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là công nghệ thi công bê tông cốt thép, kết cấu khung dầm dự ứng lực; nhiều công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủy điện đã được xây dựng trên vùng đất những địa hình, địa chất phực tạp với tiến độ hoàn thành đáng kinh ngạc; đặc biệt công nghệ thi công dầm bê tông cốt thép dự ứng lực được ứng dụng một cách rộng rãi, đem lại lợi ích to lớn cho phát triển kinh tế, xã hội Không nằm ngoài xu thế phát triển, trong hơn 30 năm qua Việt Nam đã nhanh chóng hội nhập, tiếp thu và nắm vững công nghệ dầm bê tông dự ứng lực trong xây dựng các công trình giao thông như cầu giao thông, nhà cao tầng, tạo sự kết nối mạnh mẽ giữa các vùng kinh tế trọng điểm với các vùng khó khăn về giao thông, tạo động lực phát triển

Thủy lợi là một trong số những công trình phúc lợi, có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ nguồn tài nguyên nước và môi trường, phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai Trong sản xuất nông nghiệp, thủy lợi có đóng góp rất lớn trong việc ổn định và phát triển nông nghiệp Việt Nam, đặc biệt là đối với những vùng miền rất khó khăn về nguồn nước tưới như Tây Nguyên Những năm qua, nhiều công trình thủy lợi lớn trên địa bàn Tây Nguyên đã được Nhà nước quan tâm đầu tư và phát huy hiệu quả như hồ

A Jun Hạ, Ea Súp, Krông Búk Hạ, Đắk Yên, Ia Mlá… góp phần mang lại cuộc sống

ổn định, đời sống ấm no cho các đồng bào dân tộc nơi đây cũng như ổn định an ninh, chính trị vùng biên giới

Tuy nhiên, hiện nay công nghệ xây dựng các công trình thủy lợi còn nhiều những hạn chế, thiếu sự đột phá trong thiết kế, thay đổi vật liệu xây dựng, công nghệ xây dựng lạc hậu; thời gian thi công thường bị kéo dài; diện tích mất đất canh tác để phục vụ xây dựng lớn dẫn đến khó khăn trong công tác đền bù giải phóng mặt bằng

Thực tế, Tây Nguyên là vùng đất có điều kiện tự nhiên khá phức tạp, địa hình dốc, nhiều sông suối, thung lũng sâu; đất có tính trương nở, tan rã mạnh, địa tầng không đồng đều Khi thiết kế xây dựng hệ thống dẫn nước tưới từ hồ chứa đến vùng tưới

ngoài xây dựng hệ thống kênh dẫn nước, tư vấn thiết kế còn phải nghiên cứu các công trình trên kênh (như cầu máng, xi phông, ) để vận chuyển nước qua sông, suối và thung lũng sâu Theo công nghệ cũ, các công trình cầu máng dẫn nước thường thiết kế

có nhịp ngắn (dài từ 15m đến 20m) nhiều trụ đỡ nên phải xử lý nền móng trụ, dẫn dòng và biện pháp thi công phù hợp, đặc biệt khi thi công qua các khe sâu, biện pháp thi công các trụ và thân cầu máng là hết sức khó khăn do địa hình và bố trí vật tư, thiết

bị, nhân lực phù hợp Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển công nghệ xây dựng trong lĩnh vực thủy lợi là một đòi hỏi cấp thiết

Qua thực tế trên, cần nghiên cứu xây dựng các công trình Cầu máng có nhịp lớn, ít trụ

để đem lại hiệu quả về tiến độ, chất lượng, an toàn công trình Xuất phát từ những lý

do nêu trên, đề tài: “Giải pháp thi công cầu máng trên kênh chính Bắc hồ chứa

nước Krông Pách Thượng, tỉnh Đắk Lắk bằng phương pháp ván khuôn đúc hẫng kết hợp với bê tông dự ứng lực cường độ cao” là một vấn đề hết sức phù hợp và cấp

thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu công nghệ thi công dầm bê tông cốt thép dự ứng lực bằng phương pháp đúc hẫng Dựa vào các kết luận rút ra từ các nghiên cứu trên để lập ra qui trình tính toán, công nghệ xây dựng các cầu máng bê tông cốt thép dự ứng lực bằng phương pháp đúc hẫng để xây dựng công trình cầu máng trên kênh chính Bắc hồ chứa nước Krông Pách Thượng, tỉnh Đắk Lắk

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ thi công dầm bê tông cốt thép dự ứng lực bằng phương pháp đúc hẫng

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu giải pháp thi công Cầu máng trên kênh chính Bắc

hồ chứa nước Krông Pách Thượng, tỉnh Đắk Lắk nói riêng và các tỉnh Tây Nguyên nói chung bằng công nghệ bê tông dự ứng lực kết hợp với van khuôn đúc hẫng

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

- Cách tiếp cận: Thông qua việc nghiên cứu các công trình đã xây dựng, các tài liệu của một số cơ quan nghiên cứu, khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý xây dựng cầu bằng công nghệ đúc hẫng ở trong nước và trên thế giới

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Điều tra thu thập tài liệu về một số công trình thi công bằng công nghệ đúc hẫng ở nước ta và trên thế giới

+ Phương pháp nghiên cứu lý luận: Tổng hợp, phân tích các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học thông qua các tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu đã được công

bố Áp dụng để tính toán xây dựng qui trình thi công cầu máng trong công trình thủy lợi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU MÁNG VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG HIỆN NAY

1.1 Phân loại các công trình cầu máng

1.1.1 Khái niệm cầu máng và các bộ phận cầu máng

Cầu máng là kết cấu thường gặp trong công trình thủy lợi Trong những trường hợp kênh dẫn phải vượt qua thung lũng, sông suối có thể dùng cầu máng để đảm bảo việc dẫn nước trong kênh

Cầu máng có các bộ phận chính: cửa vào, cửa ra, thân máng và gối đỡ (xem hình 1.1)

Tường cánh của cửa vào và cửa ra thường làm theo hai kiểu: kiểu lượn cong và kiểu

mở rộng hoặc thu hẹp dần Cửa lượn cong nước chảy vào, chảy ra thuận, nhưng khi thi công khó khăn hơn Góc mở rộng của tường cánh có ảnh hưởng đến dòng chảy vào và

ra khỏi máng Thường lấy tỷ số giữa chiều rộng và chiều dài là 1/4 đến 1/3 Sơ bộ chiều dài đoạn cửa vào, cửa ra lấy bằng 4 lần cột nước trong kênh Sân phòng thấm thường làm bằng đất sét, ở trên có lát đá để phòng xói cũng có khi ở dưới nền cửa vào, cửa ra làm chân khay hoặc đóng ván cừ

Hình 1.2 Cửa vào, cửa ra của cầu máng

h: Chiều sâu nước trong kênh; L1: Chiều dài đoạn cửa vào; L2: Chiều dài đoạn cửa

ra

1.1.1.2 Kết cấu thân máng

Thân máng làm nhiệm vụ chuyển nước, mặt cắt ngang dạng chữ nhật, bán nguyệt, parabol hoặc chữ U , có cấu tạo kín hoặc hở Vật liệu được dùng để xây dựng máng

có thể là gỗ, gạch đá xây, bê tông cốt thép hoặc xi măng lưới thép Tiết diện máng phải

đủ chuyển nước, độ nhám nhỏ tránh tổn thất đầu nước, vật liệu thân máng phải bền và

bộ của thân máng, cần bố trí các thanh giằng ngang, các sườn gia cường dọc (còn gọi

là tai máng), tại hai đầu mỗi nhịp máng nên bố trí sườn ngang (hình 1-4) Với cầu máng có mặt cắt ngang nhỏ, để dễ dàng cho việc thi công có thể không bố trí các thanh giằng ngang, song nếu cần có thể tăng thêm chiều dày thành máng

Gi»ng ngang

S-ên däc S-ên ngang

S-ên däc

Gi»ng ngang

Hình 1.4 Kết cấu thân máng hình thang và chữ U có giằng ngang

Khi có nhu cầu đi lại trên mặt máng, có thể bố trí đường cho người đi, trường hợp này các cấu kiện cầu máng cần được kiểm tra thêm với tải trọng 250daN/m2 Với cầu máng lớn qua sông suối có thể kết hợp làm cầu giao thông trên đỉnh

1.1.1.3 Kết cấu gối đỡ

Gối đỡ thân máng gồm có gối đỡ ở bên (mố bên) và gối đỡ ở giữa (trụ giữa hay trụ đỡ) Mố bên thường dùng kiểu trọng lực (hình 1.5), còn trụ giữa khi chiều cao trụ không lớn cũng hay dùng kiểu trọng lực, khi chiều cao của trụ lớn thường dùng kiểu khung hoặc kiểu hỗn hợp

Hình 1.5 Kết cấu gối đỡ

1 Mố biên kiểu trọng lực; 2 Cửa vào; 3 Thân máng; 4 Phần đất đắp; 5 Thiết bị thoát nước; 6 Mặt đất tự nhiên; 7 Trụ giữa

Trụ giữa kiểu trọng lực có thể bằng gạch xây, bằng đá xây hoặc bê tông, thường dùng

có các trụ có chiều cao dưới 10m, trọng lượng bản thân của trụ kiểu trọng lực thường rất lớn, do đó đòi hỏi nền phải có sức chịu tải cao (hình 1.6a) Trụ đỡ kiểu khung có hai loại: khung đơn và khung kép, khung đơn thường dùng cho các trụ cao dưới 15m (hình 1.6b), còn trụ kép thường dùng khi các trụ có chiều cao từ 15 đến 20m (hình

1.6c) Móng của mố và trụ có thể đặt trực tiếp lên nền tự nhiên, khi nền yếu có thể đặt trên nền cọc

Hình 1.6 Các kiểu trụ đỡ

a Trụ kiểu trọng lực; b Trụ kiểu khung đơn; c Trụ kiểu khung kép

1.1.2 Phân loại cầu máng

1.1.2.1 Phân loại theo mục đích sử dụng

- Cầu máng thủy lợi: những công trình đơn thuần phục vụ điều tiết thủy lợi

Hình 1.7 Cầu máng dẫn nước vỏ mỏng trên kênh chính Tây hồ chứa nước Ea Súp

Thượng, tỉnh Đắk Lắk

- Cầu máng thủy lợi kết hợp giao thông: Ngoài nhiệm vụ điều tiết, dẫn nước thủy lợi; cầu máng có thể kết hợp làm cầu giao thông phục vụ quản lý vận hành và đi lại của người dân trong vùng

Hình 1.8 Cầu máng BTCT Phước Hòa: Cầu máng kết hợp dẫn nước thủy lợi và đường quản lý vận hành

- Cầu máng phục vụ giao thông thủy:

Hình 1.9 Cầu máng Magdeburg (Đức): kết nối kênh đào Elbe-Havel đến Mittelland cắt

ngang qua sông Elbe ở Đức; kết hợp kênh dẫn nước và giao thông cho tàu bè đi lại

1.1.2.2 Phân loại theo mặt cắt ngang cầu máng

* Thân máng có mặt cắt hình chữ nhật

a) Máng chữ nhật không có thanh giằng ngang

Thành bên của loại cầu máng này dưới tác dụng của áp lực nước sẽ chịu lực như một bản công xôn Khi thành máng cao thì mômen uốn ở đáy vách máng sẽ lớn, do đó lượng thép dùng trong thân máng sẽ lớn Nhưng loại máng này có kết cấu đơn giản, dễ thi công, nên vẫn được dùng trong các cầu máng loại nhỏ

b) Máng chữ nhật có thanh giằng ngang

Đối với cầu máng loại vừa và lớn cần bố trí thêm các thanh giằng ngang trên đỉnh máng để tăng khả năng chịu lực theo phương ngang của máng, khoảng cách giữa các thanh giằng ngang từ 1~3m Sự có mặt của các thanh giằng ngang cải thiện được điều kiện chịu lực của thành bên và đáy máng theo phương ngang, do đó có thể giảm bớt được lượng cốt thép

Hình 1.10 Mặt cắt ngang máng chữ nhật

a Không thanh giằng; b Có thanh giằng;

c) Kích thước mặt cắt ngang của cầu máng chữ nhật

Chọn sơ bộ như sau:

- Mặt cắt sườn ngang trong thân máng có chiều cao hs = 15~30cm, bề rộng bg= 12~20cm, sườn ngang tại gối chọn kích thước lớn hơn

* Thân máng có mặt cắt ngang hình chữ U

Hình dạng máng chữ U thường dùng hiện nay có đáy là nửa trụ tròn, có thêm hai thành bên thẳng đứng (hình 1.11) Cũng tương tự như máng chữ nhật, để tăng độ cứng thân máng thường được gia cường bằng các sườn dọc (tai máng) theo phương ngang và bằng các các thanh giằng ngang theo phương dọc Do đó máng chữ U cũng được phân thành hai loại: loại không có thanh giằng ngang (hình 1.11a) và loại có thanh giằng ngang (hình 1.11b)

Chọn sơ bộ kích thước mặt cắt ngang thân máng hình chữ U theo các số liệu sau đây:

- Chiều cao đoạn thẳng đứng của thành máng f=(0,1~0,3)Do (1-3)

- Kích thước tai máng thường chọn như sau:

Để thỏa mãn điều kiện chống nứt theo phương ngang, đoạn đáy máng thường làm dày hơn, kích thước phần này có thể lấy như sau:

để giảm sức người, tăng hiệu suất lao động, đẩy nhanh tiến độ công trình

1.2.1 Biện pháp thi công cầu máng truyền thống

Trong lĩnh vực thủy lợi, biện pháp thi công cầu máng hiện nay được áp dụng rộng rãi gồm các bước sau:

* Công tác chuẩn bị: Gồm xây dựng nhà chỉ huy; bãi tập kết vật liệu thi công, bãi tập kết máy móc thiết bị, bãi đúc cọc và kho tàng vật tư

* Công tác thi công:

- Xây dựng đường thi công từ các bãi tập kết vật liệu, bãi tập kết xe máy, bãi đúc cọc kết nối dọc theo chiều dài xây dựng cầu máng

- Xây dựng đê quây dẫn dòng thi công

- Xây dựng các mố và trụ cầu máng: Khoảng cách các trụ cầu máng hiện nay trung bình từ 15m đến 20m Xử lý nền bằng biện pháp đóng cọc bê tông cốt thép hoặc khoan cọc nhồi; Lắp dựng thép trụ, sử dụng ván khuôn thép, đà giáo bằng thép đặt trên nền

cứng đảm bảo chịu lực để lắp dựng ván khuôn thép Sử dụng xe cơ giới chuyên dụng vận chuyển bê tông tươi từ trạm trộn để đổ bê tông Bê tông được đổ theo các blog và ván khuôn được tháo dỡ khi bê tông đã đủ thời gian ninh kết theo quy định

- Xây dựng thân cầu máng: Thân cầu máng được đổ liên tục theo khoang dài từ 15m đến 20m; hai đầu khoang được thiết kế gối lên hai trụ nối tiếp Sau khi hoàn thành các trụ cầu máng, tiến hành xử lý nền để lắp dựng đà thép chịu lực, lắp dựng ván khuôn thép cho thân cầu máng song song với lắp dựng thép thân cầu máng Sử dụng xe cơ giới chuyên dụng vận chuyển bê tông tươi từ trạm trộn để đổ bê tông Bê tông được đổ lần lượt (đáy – thân – sàn cầu) hoặc đổ đồng thời; ván khuôn và đà giáo được tháo dỡ khi bê tông đã đủ thời gian ninh kết theo quy định Thông thường bố trí tối thiểu 2 bộ ván khuôn và đà giáo để thi công cầu màng; Tùy theo khối lượng và tiến độ công trình

có thể tăng thêm số lượng ván khuôn và đà giáo

- Thu dọn công trình: Sử dụng xe máy cơ giới chuyên dụng để phá đê quây, khơi dòng chảy lòng sông (suối); phá đường thi công, bãi đúc dầm, bãi tập kết vật liệu và nhà chỉ huy để trả lại hiện trạng đất mượn để xây dựng công trình

1.2.2 Tồn tại, hạn chế trong biện pháp thi công cầu máng truyền thống hiện nay

Biện pháp thi công cầu máng theo công nghệ truyền thống có ưu điểm là kỹ thuật không phức tạp; không khó khăn trong xử lý phát sinh; giá thành xây dựng thấp Tuy nhiên, theo thời gian biện pháp thi công truyền thống bộc lộ nhiều tồn tại hạn chế như: + Diện tích mất đất tạm thời lớn (để làm đường thi công, kho bãi tập kết vật liệu, đê quây ); thời gian hoàn trả mặt bằng chậm làm ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của người dân vùng xây dựng công trình

+ Khó khăn trong việc xử lý nền và lắp dựng đà giáo tại các vị trí dốc đứng và lòng suối sâu: Do địa hình lòng suối biến đổi liên tục, địa chất phức tạp nên sử dụng đà giáo chịu lực tại các vị trí lòng suối có thể gây lún, đổ mất an toàn trong thi công; đồng thời việc xử lý nền tại vị trí đặt đà giáo không tốt sẽ ảnh hưởng đến an toàn chịu lực của công trình

+ Địa chất nền tại các vị trí xây dựng trụ phức tạp: Do khoảng cách các khoang (đốt) cầu máng truyền thống dài trung bình từ 15m – 20m nên các trụ cầu máng cũng phải xây dựng với khoảng cách tương ứng Do địa chất lòng suối biến đổi phức tạp dẫn đến khó khăn trong khảo sát thiết kế Thực tế cho thấy, trong quá trình thi công mở móng trụ cầu máng, địa chất thường bị sai khác thiết kế dẫn đến công trình phải tạm dừng để

tư vấn thiết kế phải điều chỉnh Đối với những cầu máng lớn, nhiều nhịp việc xử lý phát sinh nền móng càng phức tạp và lâu dẫn đến công trình bị chậm tiến độ và tăng tổng mức đầu tư

+ Dẫn dòng thi công: Công trình cầu máng thường bắc qua sông suối sâu nên thường phải dẫn dòng thi công; tuy nhiên với địa hình dốc và đất có tính trương nở cao nên việc sử lý nền đê quây không tốt có thể sẽ làm xói mòn chân đê gây vỡ đê quây ảnh hưởng đến an toàn thi công trong mùa mưa lũ

+ Thời gian thi công công trình thường bị kéo dài do các yếu tố khách quan như ảnh hưởng của mưa lũ, công tác giải phóng mặt bằng chậm, phát sinh thiết kế do thay đổi địa chất tại các vị trí trụ cầu máng

Thực tế xây dựng các công trình cầu máng như trên đòi hỏi cần có các giải pháp hiệu quả hơn nữa về thiết kế và tổ chức thi công để nâng cao chất lượng và tiến độ công trình Vì thế vận dụng công nghệ thi công bê tông bằng ván khuôn đúc hẫng kết hợp với bê tông dự ứng lực cường độ cao trong ngành giao thông là một giải pháp phù hợp,

có thể áp dụng vào xây dựng công trình cầu máng

1.3 Công nghệ đúc hẫng bê tông dự ứng lực trong thi công cầu máng kết hợp giao thông

1.3.1 Sơ lược về tình hình phát triển công nghệ xây dựng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực trên Thế giới và ở Việt Nam

Trải qua gần một thế kỷ, kể từ khi kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực được phát minh, thế giới đã chứng kiến nhiều thành tựu tuyệt vời trong lĩnh vực xây dựng công trình, đặc biệt là các công trình cầu bằng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực Từ những kết cấu kiểu dầm giản đơn thi công bằng phương pháp công nghệ truyền thống căng trước trên bệ cố định hoặc căng sau rồi lao lắp vào vị trí, ngày nay với nhiều công nghệ mới

tiên tiến như đúc đẩy, đúc hẫng (lắp hẫng), đúc trên đà giáo di động, lắp trên đà giáo di động có thể xây dựng được những nhịp cầu lớn, vượt xa giới hạn khẩu độ nhịp của dầm giản đơn truyền thống, đem lại hiệu quả rất lớn về các mặt kinh tế, kỹ thuật cũng như vẻ đẹp kiến trúc công trình

Ở nước ta vào đầu những năm 90, các công nghệ thi công cầu tiên tiến như phương pháp đúc đẩy, đúc hẫng đã được áp dụng rộng rãi kết hợp với các nhà thầu lớn của nước ngoài và được tạo điều kiện cho các Tổng công ty xây dựng giao thông trong nước nhập công nghệ và tiếp thu, làm chủ công nghệ Tiếp theo những năm sau đó, hàng loạt các công trình cầu bê tông cốt thép dự ứng lực khẩu độ lớn, thi công bằng công nghệ hiện đại ra đời

1.3.2 Tổng quan về công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp liên tục

Do kết hợp khả năng chịu nén của bê tông với khả năng chịu kéo cao của cốt thép đặc biệt là cốt thép cường độ cao cùng với ưu điểm dễ dàng tạo mặt cắt kết cấu chịu lực hợp lý và giá thành hạ, kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực đã được áp dụng chủ yếu trong các công trình cầu trên thế giới Để đạt mục tiêu về khả năng vượt nhịp lớn, kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp liên tục được áp dụng rộng rãi và đã có rất nhiều nghiên cứu có tính đột phá về thiết kế kết cấu gắn với công nghệ thi công, đây là hai mặt không thể tách rời Có thể thấy rằng kết cấu nhịp bê tông cốt thép dự ứng lực với quá trình phát triển từ dạng dầm bản đặc, rỗng rồi đến dạng mặt cắt chữ I, chữ T, rồi mặt cắt hình hộp hầu như đã hoàn thiện về mặt kết cấu Do vậy trong thời gian qua, các nghiên cứu chuyển sang chủ yếu về mặt vật liệu và đặc biệt là công nghệ thi công Hiện nay, việc chế tạo kết cấu bê tông nhịp cầu bê tông cốt thép dự ứng lực được tiến hành theo hai phương pháp chủ yếu là phương pháp lắp ghép và phương pháp đổ bê tông tại chỗ như sau:

1.3.2.1 Công nghệ đổ bê tông tại chỗ theo phương pháp đúc đẩy - CN1

Đúc đẩy thuộc phương pháp đổ bê tông tại chỗ, hệ thống ván khuôn và bệ đúc thường được lắp đặt, xây dựng cố định tại vị trí sau mố Chu trình đúc được tiến hành theo từng phân đoạn, khi phân đoạn đầu tiên hoàn thành được kéo đẩy về phía

trước nhờ hệ thống như: kích thủy lực, mũi dẫn, trụ đẩy và dẫn hướng… đến vị trí mới

và bắt đầu tiến hành đúc phân đoạn tiếp theo cứ như vậy cho đến khi đúc hết chiều dài kết cấu nhịp Mặc dù công nghệ có ưu điểm: thiết bị di chuyển cấu kiện khá đơn giản, tạo được tĩnh không dưới cho các công trình giao thông thủy bộ dưới cầu và không chịu ảnh hưởng lớn của lũ nhưng công trình phụ trợ lại phát sinh nhiều như: bệ đúc, mũi dẫn và trụ tạm… Chiều cao dầm và số lượng bó cáp DƯL nhiều hơn so với dầm thi công bằng công nghệ khác, mặt khác chiều cao dầm không thay đổi để tạo đáy dầm luôn phẳng nhằm đẩy trượt trên các tấm trượt đồng thời chiều dài kết cấu nhịp bị hạn chế do năng lực của hệ thống kéo đẩy Cầu thi công bằng công nghệ này có kết cấu nhịp liên tục với khẩu độ nhịp lớn nhất hợp lý khoảng từ 35 - 60m Với công nghệ này khả năng tái sử dụng hệ thống ván khuôn, bệ đúc và kết cấu phụ trợ cao Trong thời gian qua chúng ta đã áp dụng công nghệ này ở một số công trình cầu với khẩu độ nhịp lớn nhất là 40m ÷ 42m như: cầu Mẹt - QL.1A - Tỉnh Lạng Sơn, cầu Hiền Lương - QL.1A - Tỉnh Quảng Trị, cầu Quán Hầu - Tỉnh Quảng Bình

Hình 1.12 Thi công cầu giao thông bằng phương pháp đúc đẩy

1.3.2.2 Công nghệ thi công theo phương pháp đúc hoặc lắp hẫng cân bằng - CN2

Đúc hẫng thực chất thuộc phương pháp đổ bê tông tại chỗ theo phân đoạn từng đợt trong ván khuôn di động treo trên đầu xe đúc Công nghệ này thường áp dụng cho kết cấu có mặt cắt hình hộp với khẩu độ nhịp lớn từ 60m - 200m Đặc điểm của công nghệ

là việc đúc các đốt dầm theo nguyên tắc cân bằng, sau đó nối các nhịp giữa có thể

bằng các chốt giữa, dầm treo hoặc liên tục hóa Trong quá trình thi công trên mỗi trụ đặt hai xe đúc, mỗi xe di chuyển và đúc một nửa nhịp mỗi bên theo phương dọc cầu Tùy theo năng lực của xe đúc mà mỗi phân đoạn đúc có thể dài từ 3,5m - 7m hoặc có thể lớn hơn Từng đốt sẽ lặp lại công nghệ từ đốt thứ nhất và chỉ điều chỉnh ván khuôn theo tiết diện, độ vồng thiết kế

Hình 1.13 Thi công cầu giao thông theo công nghệ đúc hẫng cân bằng

Cũng tương tự như vậy, công nghệ lắp hẫng cân bằng chỉ có khác biệt là các phân đoạn dầm được đúc sẵn và được lao lắp cân bằng do vậy yêu cầu cao hơn về kỹ thuật thực hiện các mối nối với chất lượng và độ chính xác của hai mặt giáp nhau, sự trùng khớp các lỗ luồn cáp DƯL và chất lượng thi công lớp đệm liên kết (keo epoxy, vữa polymer…) Cũng như các công trình thi công theo phương pháp lắp ghép, công nghệ lắp hẫng cân bằng có tiến độ thi công rất nhanh Công nghệ thi công theo phương pháp đúc hoặc lắp hẫng cân bằng phù hợp với cầu có khẩu độ nhịp lớn và tĩnh không dưới cầu cao, với công nghệ này chiều cao dầm và số lượng bó cáp đòi hỏi cao hơn, nhiều hơn so với dầm thi công bằng công nghệ khác nhưng tiến độ thi công nhanh, công trường gọn gàng và thiết bị phục vụ thi công không đòi hỏi đặc biệt Ở nước ta trong thời gian qua, công nghệ thi công đúc hẫng cân bằng được áp dụng khá phổ biến với khẩu độ nhịp lớn nhất là 120m: cầu Lai Vu - QL.5 -

tỉnh Hải Dương, cầu Gianh - QL.1A - tỉnh Quảng Bình, cầu Bến Lức - QL.1A - tỉnh Long An …

Hình 1.14 Thi công tuyến Mê trô Sài gòn theo phương pháp lắp hẫng

1.3.2.3 Công nghệ đổ bê tông tại chỗ treo trên đà giáo di động - CN3

Công nghệ này thuộc phương pháp đổ bê tông tại chỗ Sau khi thi công xong một nhịp, toàn bộ hệ thống ván khuôn và đà giáo được lao đẩy tới nhịp tiếp theo và bắt đầu công đoạn thi công như nhịp trước, cứ như vậy theo chiều dọc cầu cho đến khi hoàn thành kết cấu nhịp Với công nghệ này trong quá trình thi công ta vẫn tạo được tĩnh không dưới cầu cho giao thông thủy bộ, mặt khác không chịu ảnh hưởng của điều kiện địa hình, thủy văn và địa chất khu vực xây dựng cầu

Kết cấu nhịp cầu có thể thực hiện theo sơ đồ chịu lực là dầm đơn giản và liên tục nhiều nhịp với chiều cao dầm có thay đổi hoặc không thay đổi Chiều dài nhịp thực hiện thuận lợi và hợp lý trong phạm vi từ 35 - 60m Số lượng nhịp trong một cầu về nguyên tắc là không hạn chế vì chỉ cần lực đẩy dọc nhỏ để đẩy đà giáo ván khuôn và không lũy tiến qua các nhịp Tuy nhiên các công trình phụ trợ của công nghệ này còn khá cồng kềnh: dàn đẩy, trụ tạm, mũi dẫn và hệ đà giáo ván khuôn cồng kềnh để đảm bảo

độ cứng lớn khi thi côngđúc bê tông dầm

Hình 1.15 Thi công tuyến đường vành đai 2 Hà Nội theo phương pháp đà giáo di động

1.3.2.4 Công nghệ thi công lắp ghép các phân đoạn dầm dưới đà giáo di động - CN4

Công nghệ này tương tự như CN3 nhưng có một số thay đổi khác biệt khắc phục được các hạn chế của CN3 Nội dung của giải pháp công nghệ này là các phân đoạn dầm được đúc sẵn, lao lắp toàn bộ nhịp vào vị trí bằng cách treo giữ từng phân đoạn dưới

đà giáo di động sau đó mới căng cáp DƯL liên tục hóa các phân đoạn dầm với nhau Chu trình lặp đi lặp lại cho từng nhịp cho đến khi hoàn thành Giải pháp công nghệ này có được các ưu điểm như CN3, thêm vào đó có thể đẩy nhanh tiến độ hơn nữa vì việc đúc các phân đoạn dầm hoàn toàn độc lập với quá trình lao lắp kết cấu nhịp Hệ

đà giáo di động chỉ có tác dụng lao giữ các đốt dầm đúng vị trí nên gọn nhẹ hơn, không quá lớn như hệ đà giáo của CN3 phải phục vụ cho quá trình đúc toàn bộ bê tông kết cấu nhịp

Hình 1.16 Công nghệ lắp ghép các đoạn dầm dưới đà giáo di động - Các phân đoạn

dầm đúc sẵn được lao lắp dưới hệ đà giáo di động Qua phân tích các công nghệ chính trong thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực, có thể tóm tắt các đặc điểm chủ yếu ở Bảng 1.1 như sau:

Bảng 1 1 Tóm tắt các đặc điểm chủ yếu của các giải pháp công nghệ

4 Thiết bị,

đà giáo

Hệ kích đẩy phức tạp

Xe đúc dầm đơn giản

Đà giáo nặng nề Đà giáo lao

Khó đảm bảo chất lượng bê tông

Khó đảm bảo chất lượng bê tông

Đảm bảo chất lượng bê tông

+ CN1: Công nghệ đổ bê tông tại chỗ theo phương pháp đúc đẩy

+ CN2: Công nghệ thi công theo phương pháp đúc hoặc lắp hẫng cân bằng + CN3: Công nghệ đổ bê tông tại chỗ treo trên đà giáo di động

+ CN4: Công nghệ thi công lắp ghép các phân đoạn dầm trên đà giáo di động Tổng chiều dài cầu không giới hạn: xét về mặt lý thuyết

Trong số các công nghệ trên, công nghệ CN1 và CN2 đã được áp dụng phổ biến

ở nước ta, riêng công nghệ CN3 và CN4 đang ở những bước đầu nghiên cứu áp dụng

ở Việt Nam

1.3.3 Khả năng áp dụng công nghệ đúc hẫng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực với các công trình thủy lợi Tây Nguyên

Tây Nguyên nằm ở cuối dãy Trường Sơn, phía Bắc giáp tỉnh Quảng Nam, phía đông giáp các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, phía Nam giáp các tỉnh Đồng Nai, Bình Phước, phía Tây giáp với tỉnh Attapeu (Lào), tỉnh Ratanakiri và Mondulkiri (Campuchia) Đặc điểm địa hình, địa chất, thủy văn tạo cho Tây Nguyên phát triển tốt các loại cây nông nghiệp (lúa gạo, ) và cây công nghiệp (cà phê, cao su, hồ tiêu, ) Vì thế, các công trình hồ chứa phục vụ điều tiết nước có ý nghĩa rất quan trọng đối với nhu cầu sử dụng nước trong vùng Với địa hình, địa chất phức tạp cùng với những tồn tại hạn chế của công nghệ cũ thi công cầu máng

đã được nêu ở trên, việc tìm giải pháp xây dựng mới là một yêu cầu cấp thiết; trong đó

áp dụng các công nghệ mới trong đầu tư xây dựng để giảm chi phí, đẩy nhanh tiến độ công trình rất được khuyến khích triển khai

Với công nghệ thi công dầm bê tông dự ứng lực bằng công nghệ đúc hẫng, trên địa bàn Tây Nguyên nói chung và dự án hồ chứa nước Krông Pách Thượng nói riêng, Cầu máng thường được xây dựng để dẫn nước qua các địa hình dốc, hiểm trở, sông suối sâu, khó khăn về mặt bằng xây dựng nên việc áp dụng công nghệ trên cho việc thi công thân cầu máng với mặt cắt ngang là dầm hộp rỗng là hoàn toàn phù hợp

Việc ứng dụng công nghệ đúc hẫng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực cho cầu máng trên kênh chính Bắc hồ chứa nước Krông Pách Thượng sẽ mang lại hiệu quả cao trong việc giảm giá thành xây dựng, giảm diện tích mất đất và chi phí giải phóng mặt bằng cũng như thời gian xây dựng công trình

Kết luận chương 1

Giữa thế kỷ XX, công nghệ bê tông đúc hẫng ra đời đã đánh dấu một mốc quan trọng trong thi công cầu bê tông cốt thép Với hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và tính thẩm mỹ cao nên công nghệ thi công đúc hẫng đã nhanh chóng được công nhận và áp dụng rộng rãi trên thế giới Sau hơn 30 năm hội nhập, Việt Nam đã nhanh chóng nắm bắt công nghệ

và áp dụng rộng rãi cho các công trình giao thông, dân dụng, thủy điện với quy mô vừa và lớn Hiện nay, với trình độ kỹ thuật và điều kiện kinh tế cho phép, xu hướng áp

dụng công nghệ bê tông đúc hẫng để xây dựng các công trình có nhịp lớn ngày càng phát triển; các công trình cầu giao thông lớn đã và đang áp dụng công nghệ này đã góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội

Đối với nông nghiệp, để phát triển ngành nông nghiệp một cách bền vững, bắt kịp với các nước tiên tiến về khoa học kỹ thuật và công nghệ hiện đại, nhà nước đặc biệt quan tâm đầu tư xây dựng những công trình thủy lợi mang tính tập trung và hiệu quả cao như đập dâng nước, như hồ chứa thủy lợi, trạm bơm tưới tiêu tập trung, Trong đó, các công trình thủy lợi thường có nhiều hạng mục công việc, khối lượng thi công lớn, thời gian thi công dài, chịu tác động mạnh của các yếu tố địa hình, địa chất, thủy văn

Vị trí xây dựng các công trình thủy lợi thường nằm tại vùng sâu, vùng xa, khó khăn về điều kiện giao thông đi lại và mặt bằng thi công xây dựng (đặc biệt là các công trình đầu mối, cầu máng dẫn nước) Cùng với việc áp dụng công nghệ thi công cũ đã bộc lộ nhiều tồn tại, hạn chế thì việc nghiên cứu tìm những hướng đột phá trong công nghệ xây dựng công trình là rất quan trọng để tiết kiệm được thời gian và chi phí

Vì thế, chúng ta có thể vận dụng các thành tựu về công nghệ của ngành giao thông về giải pháp thi công dầm bê tông cốt thép dự ứng lực bằng phương pháp ván khuôn đúc hẫng để nghiên cứu xây dựng cho các công trình thủy lợi có nhiều nhịp lớn như cầu máng là một phương án hiệu quả và tối ưu

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU MÁNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG

2.1 Các nội dung cơ bản của phương pháp đúc hẫng

2.1.1 Giới thiệu chung

Phương pháp đúc hẫng là quá trình xây dựng kết cấu nhịp dầm từng đốt theo sơ đồ hẫng cho tới khi nối liền thành các kết cấu nhịp hoàn chỉnh Có thể thi công hẫng đối xứng từ trụ ra hai phía hoặc hẫng dẫn từ bờ ra Phương pháp này có thể áp dụng thích hợp để thi công các kết cấu nhịp cầu liên tục, cầu khung hoặc cầu dây xiên có dầm cứng bê tông cốt thép Đối với cầu dầm có thể xây dựng nhịp dài từ 70m÷240m, nếu là cầu dây xiên dầm cứng nhịp có thể dài từ 200m÷350m

Khi thi công theo phương pháp đúc hẫng, kết cấu nhịp bê tông cốt thép được đúc tại chỗ trên đà giáo di động theo từng đốt nối liên tiếp nhau đối xứng qua trụ cầu Cốt thép thường của các đốt được liên kết với nhau trước khi đổ bê tông để đảm bảo tính liền khối và chịu cắt tốt của kết cấu Sau khi bê tông đốt dầm đủ cường độ cần thiết thì các đốt dầm này được liên kết với các đốt đã đúc trước đó nhờ cốt thép DƯL Phần cánh hẫng của kết cấu nhịp đã được thi công xong phải đảm bảo đủ khả năng nâng đỡ trọng lượng bản thân của nó và của các đốt dầm thi công sau đó cùng với trọng lượng

đà giáo ván khuôn và các thiết bị phục vụ thi công

Hình 2-1

Hình 2.1 Đúc hẫng đối xứng từ trụ ra 2 phía

2.1.2 Các sơ đồ đúc hẫng

Hiện nay, người ta thường sử dụng các sơ đồ đúc hẫng điển hình như sau:

+ Sơ đồ 1: Có thể dùng một dàn thép bắc qua và tựa trên các trụ làm đà giáo treo ván khuôn phía dưới để đúc các đốt dầm

Hình 2.2 Đà giáo thép di động + Sơ đồ 2: Có thể dùng một đà giáo chống di động trên mặt đất hoặc trên cầu tạm đỡ ván khuôn bên trên để dúc các đốt dầm

Hình 2.3 Đà giáo chống di động + Sơ đồ 3: Dùng bộ đà giáo ván khuôn di động treo ngay vào phần kết cấu nhịp đã thi công xong Theo sơ đồ này, thì phần kết cấu nhịp đã thi công xong ngoài việc phải chịu tải trọng bản thân và thiết bị thi công còn phải chịu tải trọng của ván khuôn, đà giáo tác dụng lên cánh hẫng

Hình 2.4 Thiết bị đúc di động

Trong thực tế, tùy theo điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn mà có thể sử dụng một trong ba sơ đồ hoặc kết hợp cả ba sơ đồ để việc thi công được thuận lợi và an toàn Hiện nay, việc đúc hẫng có thể được tiến hành từ đỉnh trụ ra hai phía hoặc từ bờ ra + Đúc hẫng từ trụ ra hai phía: Đây là hình thức phổ biến nhất của phương pháp đúc hẫng, thường được áp dụng để thi công các nhịp giữa của cầu Nguyên lý chung là từ đoạn dầm đầu tiên đã được neo chắc chắn trên đỉnh trụ, kết cấu nhịp được đúc hẫng vươn dài ra hai phía theo nguyên tắc đảm bảo tính đối xứng qua tim trụ để giữ ổn định chống lật đổ Các bó cáp dự ứng lực cũng được bố trí theo nguyên tắc đối xứng cả trên phương diện mặt bằng cũng như qua tim trụ Thi công theo kiểu này có ưu điểm là lợi dụng được tính đối xứng, tự cân bằng ổn định, tốc độ thi công nhanh Trong quá trình thi công cần xét đến các tình huống mà tải trọng của hai cánh hẫng không cân bằng như:

- Khi đặt lệch thiết bị thi công

- Khi xảy ra sự cố ở một số đốt đang đúc của một bên cánh hẫng

- Khi đổ bê tông không đều ở hai bên của cánh hẫng

- Thời điểm lắp đặt dầm đeo ở một bên của cáng hẫng

- Tải trọng gió tác dụng chủ yếu vào phía dưới một bên cánh hẫng có thể gây ra mô men uốn rất lớn gây bất lợi cho trụ

Với các nhịp dài chừng 70m ÷ 120m chỉ cần neo chắc chắn kết cấu nhịp vào trụ là đảm bảo ổn định Với nhịp dài hơn có thể phải dùng thêm một vài trụ tạm để giảm nhỏ chiều dài cánh hẫng nhằm giảm trị số độ võng ở đầu mút hẫng và ứng lực ở mặt cắt gần trụ Trường hợp đúc hẫng toàn bộ kết cấu nhịp mà chiều dài cánh hẫng hai bên không bằng nhau thì có thể dùng thêm một trụ tạm hoặc đối trọng để cân bằng Ngoài

ra còn có một số giải pháp khác như có thể thiết kế trụ thành hai thân song song cách nhau một đoạn để đảm bảo chống lật đồng thời thu ngắn cánh hẫng (cầu Choisy le Roi

ở Pháp), cũng có thể thay thế các trụ tạm bằng các dây văng tạm thời

+ Đúc hẫng các kết cấu nhịp từ bờ ra: Ở các nhịp sát bờ khoảng không dưới cầu không cao lắm có thể dùng hệ đà giáo ván khuôn cố định để đúc tại chỗ toàn bộ nhịp sát bờ

Nhịp giữa sông sẽ được đúc hẫng nối tiếp từ trụ sát bờ ra và nhờ trọng lượng của nhịp sát bờ giữ ổn định chống lật Nhịp bờ sẽ được căng kéo cốt thép hoàn chỉnh trước khi đúc nhịp giữa Kiểu này thích hợp cho các cầu có ba nhịp mà nhịp giữa có chiều dài lớn để vượt qua lòng dẫn chính của dòng sông ( cầu Abtozabogcuku ở Nga có kết cấu nhịp 36,4 + 148 + 36,4m, các nhịp bờ được thu ngắn và có kích thước lớn để đủ trọng lượng làm đối trọng cho thi công hẫng nhịp giữa)

Đối với cầu có một nhịp cần có các biện pháp đảm bảo ổn định như dằn đầu nhịp vào

mố bằng đối trọng đủ lớn hay neo giữ chúng bằng các cáp dự ứng lực tạm thời

Hình 2.5 Sơ đồ thi công hẫng được áp dụng rộng rãi hiện nay

2.1.3 Ưu nhược điểm của phương pháp đúc hẫng

Việc đúc hẫng từng đốt trên đà giáo di động giảm được chi phí đà giáo Ván khuôn được dùng lại nhiều lần cùng với một thao tác lặp lại sẽ làm giảm chi phí nhân lực và nâng cao năng suất lao động

Phương pháp này thích hợp với việc xây dựng có kết cấu nhịp có chiều cao mặt cắt thay đổi, việc thay đổi chiều cao tiết diện cho phép sử dụng vật liệu kết cấu một cách hợp lý, giảm được trọng lượng bản thân nên có thể xây dựng được các nhịp cầu lớn (cầu Hamana ở Nhật Bản thi công đúc hẫng có nhịp dài tới 240m)

Trong trường hợp xây dựng các cầu có sơ đồ hợp lý thì quá trình đúc hẫng tạo ra sự phù hợp về trạng thái làm việc của kết cấu trong giai đoạn thi công và giai đoạn khai thác sử dụng Điều này làm giảm số lượng các bó cáp phục vụ thi công dẫn đến việc hạ giá thành công trình do không phải bố trí và căng kéo các bó cáp tạm thời

Phương pháp thi công đúc hẫng không phụ thuộc vào không gian dưới cầu do đó có thể thi công trong điều kiện sông sâu, thông thuyền hay xây dựng các cầu vượt qua thành phố, các khu công nghiệp mà không cho phép đình trệ sản xuất hay giao thông dưới công trình

Tuy nhiên các kết cấu được đúc hẫng kém ổn định, mặt bằng thi công chật hẹp, đòi hỏi phải có trình độ tổ chức cao, trang thiết bị đồng bộ, cũng như trình độ công nhân phù hợp mới đảm bảo chất lượng công trình

2.1.4 Các sơ đồ cầu thích hợp

Phương pháp đúc hẫng phù hợp với các sơ đồ cầu có trạng thái chịu mô men âm tại gối trụ, đó là các sơ đồ cầu dầm liên tục, cầu dầm hẫng, cầu khung siêu tĩnh hoặc tĩnh định, cầu treo dây xiên dầm cứng

Khẩu độ nhip kinh tế là L = 70m ÷ 150m Ở nước ta đã áp dụng để thi công các cầu khung T - dầm đeo tĩnh định, các cầu với sơ đồ siêu tĩnh với chiều dài nhịp khá lớn Phương pháp đúc hẫng thích hợp với nhiều dạng mặt cắt Dạng mặt cắt ngang hình hộp có thành thẳng đứng hay xiên và có chiều cao mặt cắt thay đổi là phù hợp nhất

Hình 2.6 Các dạng mặt cắt ngang điển hình của cầu bê tông cốt thép đúc hẫng

2.2 Nghiên cứu các thiết bị tạm phục vụ đúc hẫng

2.2.1 Bộ ván khuôn di động

Bộ ván khuôn di động có 2 nhiệm vụ:

- Đảm bảo đúng vị trí, kích thước của các đốt kết cấu nhịp trong không gian

- Treo đỡ trọng lượng của các đốt kết cấu nhịp, trọng lượng của thiết bị thi công, nhân lực và bản thân của nó trong thời gian thi công cũng như khi căng kéo cốt thép DƯL

Bộ ván khuôn di động gồm phần ván khuôn treo và một khung đỡ bằng thép được liên kết chắc chắn với phần kết cấu nhịp đã được thi công xong trước đó

Hiện nay, bộ ván khuôn di động được sử dụng gồm các loại:

- Ván khuôn di động kiểu cổ điển

- Ván khuôn di động kiểu tự treo

2.2.1.1 Ván khuôn di động kiểu cổ điển

Đối với ván khuôn di động kiểu cổ điển, thì trọng lượng của các đốt kết cấu nhịp trong lúc đổ bê tông sẽ truyền qua các thanh treo của ván khuôn lên khung đỡ rồi truyền vào đầu công xôn của phần kết cấu nhịp đã được làm xong trước đó Có thể chia làm 2 loại như sau: Ván khuôn di động có khung đỡ đặt trên đỉnh của kết cấu nhịp và ván khuôn

di động có khung đỡ đặt bên cạnh kết cấu nhịp

+ Với ván khuôn di động có khung đỡ đặt trên đỉnh của kết cấu nhịp, thì các dầm dọc chủ của khung đỡ được đặt cao trên đỉnh của các kết cấu nhịp Ván khuôn ngoài, sàn

đỡ đáy, sàn đi lại và thao tác của công nhân đều được treo vào các dầm dọc chủ của khung đỡ Ván khuôn trong được treo vào một xe goòng di động trên kết cấu nhịp Ổn định của hệ thống được đảm bảo nhờ việc neo các đầu dầm dọc chủ của khung đỡ vào đốt kết cấu nhịp đã làm xong trước đó Khi di chuyển thiết bị thì nhờ đối trọng để đảm bảo ổn định chống lật (đối trọng có thể là các thùng nước hoặc các khối bê tông) Các dầm chủ của khung đỡ có thể biến dạng lớn trong khi đổ bê tông gây ra những vết nứt ngang tại chỗ tiếp giáp của các đốt kết cấu nhịp các vết nứt này thường thấy ở mặt

trên của bản đáy hộp do biến dạng của thiết bị dưới trọng lượng bê tông của thành và bản nắp hộp

Có thể tránh được các vết nứt đó bằng cách làm cho thiết bị đủ cứng, nhưng như vậy

nó sẽ nặng hơn và sẽ tốn kém hơn Nếu thiết bị nhẹ hơn thì phải dùng vật liệu nhẹ hơn nhưng có độ cứng cao hơn để tránh biến dạng trong quá trình đỗ bê tông

Trọng lượng (không kể đối trọng) của thiết bị này thường nhỏ hơn nửa trọng lượng đốt nặng nhất của kết cấu nhịp cần đổ bê tông (khoảng 250kg cho 1m2 bề mặt ván khuôn) + Với ván khuôn di động có khung đỡ đặt bên cạnh kết cấu nhịp, thì các dầm dọc chủ của khung đỡ được đặt bên cạnh của kết cấu nhịp Nó có ưu điểm là nằm ngoài và bên cạnh đốt kết cấu nhịp nên không cản trở các thao tác khi thi công như lắp dựng ván khuôn, đặt cốt thép, đổ bê tông,… cho nên việc thi công sẽ nhanh hơn

Hình 2.7 Bộ ván khuôn di động kiểu cổ điển

2.2.1.2 Ván khuôn di động kiểu tự treo

Ván khuôn di động kiểu tự treo đã khắc phục được nhược điểm của loại ván khuôn kiểu cổ điển Trong ván khuôn di động kiểu cổ điển, trong quá trình thi công phần dầm

dọc chủ của khung chịu lực là chủ yếu còn phần ván khuôn hầu như không tham gia chịu lực tổng thể Trong ván khuôn di động kiểu tự treo, ván khuôn cùng tham gia chịu lực cùng với khung đỡ nên có các ưu điểm:

+ Tránh được khó khăn khi kiểm tra và hiệu chỉnh hình dạng của kết cấu nhịp

+ Tránh được các vết nứt tại vị trí tiếp giáp giữa các đốt do sự biến dạng khi dùng thiết

bị kiểu cổ điển

+ Tránh được những vướng víu trên bề mặt thi công

Trong giai đoạn thi công đổ bê tông, thiết bị này được liên kết chặt với phần kết cấu nhịp đã thi công xong nhờ các thanh thép DƯL Vị trí của thiết bị được hiệu chỉnh nhờ các tăng đơ nằm phía sau xuyên qua các lỗ khoét sẵn trong bê tông của đốt dầm đã đúc trước đó

Để di chuyển thiết bị tiến về phía trước vào vị trí mới cần phải có xe goòng di động trên hai đường ray đặt đúng trên hai thành bên của dầm hộp

Thiết bị này đầu tiên được dùng tại các kết cấu nhịp có chiều cao không đổi, sau đó đã được dùng cho cả các kết cấu nhịp có chiều cao thay đổi và có đến 3 thành hộp Các

bộ phận chịu lực gồm ván khuôn ngoài của các thành biên hộp và sàn đỡ đáy được tăng cứng ngang bằng 2 khung ngang ở phía trước và phía sau thiết bị cùng các dầm ngang nối giữa chúng Ván khuôn trong gồm các phần độc lập, tì vào khung ngang phía trước và treo vào phía sau của đốt kết cấu nhịp đã dúc trước đó

Việc thay đổi chiều cao mặt cắt được thực hiện bằng cách nâng hạ thẳng đứng sàn đỡ đáy ván khuôn, một đầu sàn này tì vào mặt dưới bản đáy hộp của đốt đã đúc trước đó còn đầu kia cố định vào khung ngang trước của thiết bị

Mô men lật do trọng lượng bản của thiết bị và bê tông gây ra được cân bằng nhờ 2 lực nằm ngang bằng nhau: một lực kéo đặt vào mấu thép trên và một lực nén đặt vào mấu thép dưới Lực cắt được coi như do các mấu thép trên chịu cả Vì mấu thép trên phải chịu lực rất lớn nên nó được neo vào ụ neo bê tông chế sẵn để tránh ứng suất quá cao