NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆTHI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒIBÊ TÔNGNGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆTHI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒIBÊ TÔNGNGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆTHI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒIBÊ TÔNGNGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆTHI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒIBÊ TÔNGNGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆTHI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒIBÊ TÔNGNGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆTHI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒIBÊ TÔNGNGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆTHI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒIBÊ TÔNGNGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆTHI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒIBÊ TÔNG
Trang 1KHOA KINH TẾ VẬN TẢI NGÀNH KINH TẾ XÂY DỰNG
BÀI TI U LU N ỂU LUẬN ẬN TẢI TPHCM
T CH C ĐI U HÀNH S N XU T Ổ CHỨC ĐIỀU HÀNH SẢN XUẤT ỨC ĐIỀU HÀNH SẢN XUẤT ỀU HÀNH SẢN XUẤT ẢI TPHCM ẤT
ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI
BÊ TÔNG
GVHD: THS PHẠM QUANG VŨ
NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 8
Trang 2MỤC LỤC
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 3
PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG …4
I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 4
I.1 Giới thiệu chung 4
I.2 Một số công trình cầu vòm ống thép nhồi bê tông ở Việt Nam 5
II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 6
II.1 Trình tự thi công cơ bản 6
II.2 Những vấn đề lưu ý khi thi công 7
II.3 Công nghệ chủ đạo được sử dụng 8
II.4 Trình tự thi công lắp đặt và căng cáp thanh kéo 14
II.4.1 Ưu và nhược điểm công nghệ 18
III. DỰ ÁN CẦU ĐÔNG TRÙ 21
III.1 Tổng quan về cầu Đông Trù 21
III.1 Những điểm nỗi bật từ kết cấu cầu vòm 22
Trang 3Ph n I: Đ T V N Đ ần I: ĐẶT VẤN ĐỀ ẶT VẤN ĐỀ ẤT ỀU HÀNH SẢN XUẤT
I.1 Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông
I.2 Lý do chọn đề tài:
- Cầu vòm là dạng kết cấu đã được xây dựng từ lâu, nhưng biện pháp thi công nặng nền
và phải dùng dàn giáo chống đỡ rất phức tạp Hiện nay với các công nghệ thi công hiệnđại, cầu vòm đã được nghiên cứu và cải thiện để khắc phục những khuyết điểm trên, đặcbiệt là tận dụng sự liên hợp làm việc giữa thép và bê tông Trên thực tế có rất nhiều biệnpháp gia công, trong viết này giới thiệu về công nghệ thi công cầu vòm ống thép nhồi bêtông
- Cầu vòm là một trong những dạng cầu có những nét khá độc đáo và có vẻ đẹp riêng Từ
xa xưa đã có những cầu vòm bằng đá, gạch xây, bằng bê tông với rất nhiều dạng khácnhau đã được nghiên cứu và xây dựng
- Ngày nay cầu vòm được cải thiện rất nhiều, những dạng cầu vòm hiện đại hơn, vượtnhịp lớn hơn đã và đang được xây dựng ở khắp nơi trên thế giới Ở Thượng Hải – TrungQuốc đã khánh thành cầu vòm LUPU vượt nhịp 550m là cầu vòm dài nhất thế giới chođến hiện nay
Tại Hà Nội :Cây cầu nối xã Đông Hội (huyện Đông Anh) với phường Ngọc Thụy (quậnLong Biên) của Hà Nội có tên Đông Trù bắc qua sông Đuống khởi công năm 2006, dựkiến khánh thành vào tháng 10 Là cầu vòm ống thép đầu tiên của việt nam
Tại TP HCM, chủ đầu tư Phú Mỹ Hưng đã chọn và xây dựng ba chiếc cầu vòm ống thépnhồi bê tông trên Đại lộ Nguyễn Văn Linh làm biểu tượng riêng cho khu đô thị mới NamSài Gòn
Ngoài các cầu vòm đã xây dựng, hiện nay dự án nâng cấp và mở rộng đường Nam KỳKhởi Nghĩa - Nguyễn Văn Trỗi quận 3 – Quân Phú Nhuận TP HCM, Chủ đầu tư là Khu
Trang 4quản lý giao thông đô thị số 1 - Sở GTCC TP HCM cũng chọn kết cấu dạng vòm ốngthép nhồi bê tông cho cầu Công lý Sau khi hoàn thành sẽ góp phần tăng thêm vẻ đẹp vàtạo nét riêng cho tuyến đường cũng như cả TP HCM.
Hiện nay ở Việt Nam chưa có quy trình cụ thể, hướng dẫn gia công và chế tạo ống théptrong xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông Do đó việc nghiên cứu về công nghệ chếtạo vòm này là rất thiết thực và cần thiết
I.3 Mục đích nghiên cứu:
Hiện nay công nghệ thi công cầu vòm ống thép cũng còn tương đối mới với Việt Nam Vìvậy mục đích của việc nghiên cứu này là để đưa công nghệ này gần hơn với sinh viênngành xây dựng Chứng ta sẽ nghiên cứu về lịch sử hình thành, quy trình công nghệ thicông chi tiết, ưu nhược điểm của công nghệ này và các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượngcông trình
Ph n II: N I DUNG NGHIÊN C U CÔNG NGH THI CÔNG ần I: ĐẶT VẤN ĐỀ ỘI DUNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG ỨC ĐIỀU HÀNH SẢN XUẤT Ệ THI CÔNG
C U VÒM NG THÉP NH I BÊ TÔNG ẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG ỒI BÊ TÔNG
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP
NHỒI BÊ TÔNG I.1 Giới thiệu chung:
Cầu vòm ống thép có kết cấu bên ngoài là ống thép và lõi bên trong là bê tông được nhồichặt Ống thép được xem như một lớp võ để bảo vệ bê tông, ống thép có thể là hình trònhay là đa giác Cường độ bê tông có mac trung bình hoặc cao
Cho tới nay, cầu vòm ống thép được thiết kế vượt nhip nhờ sự chất lượng của bê tôngngày càng cao Bê tông không còn co ngót và khả năng chịu nén cao hơn, Hơn nữa, hìnhdạng vòm cầu trở nên mềm mại hơn, thanh mãnh nhờ có sự làm việc hợp lý của vật liệu
mà đại diện tiêu biểu là kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông
Trang 5I.2 Một số công trình cầu vòm ống thép nhồi bê tông ở Việt Nam
- Cầu Đông Trù: Đây là cầu ống thép đầu tiên ở Việt Nam Cây cầu nối xã Đông Hội
(huyện Đông Anh) với phường Ngọc Thụy (quận Long Biên) của Hà Nội có tên Đông Trù bắc qua sông Đuống khởi công năm 2006
Cầu Đông Trù có chiều dài 1.140m, với 8 làn xe, ngoài hệ thống đường dẫn hai đầu, cầugồm 3 nhịp chính trong đó 2 nhịp biên dài 80m và nhịp giữa sông dài 120m, áp dụngcông nghệ mới là cầu vòm ống thép nhồi bê tông lần đầu tiên được áp dụng tại Việt Nam
- Cầu Rồng: Đây là cây cầu vòm ống thép hình dáng rồng được đánh giá độc đáo Nhịp
chính cao và dài nhất của cầu Rồng bắc qua sông Hàn (Đà Nẵng) vừa được hợp longthành công Đây là cây cầu vòm ống thép hình dáng rồng được đánh giá độc đáo và lớnnhất Việt Nam
Trang 6
-CHƯƠNG II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM
ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG II.1 Trình tự thi công cơ bản:
Tuỳ thuộc đặc điểm của từng cầu sẽ thiết kế những bước thi công cụ thể, tuy nhiên trình
tự thi công cơ bản của một cầu vòm có thể được chia ra thành các bước như sau:
Bước 1: Trước khi tiến hành lắp đặt vòm phải thực hiện phần việc chuẩn bị
Bước 2: Lắp đặt chân vòm lên trụ (hoặc mố)
Bước 3: Liên kết chân vòm với dầm ngang đầu và đổ bê tông chân vòm
Bước 4: Cẩu lắp 4 cung vòm biên của 2 cánh vòm, một đầu của cung vòm biên tựa trênkhung trụ tạm và đầu còn lại tựa trên chân vòm
Mỗi cánh vòm chia làm 2-3 đoạn cung vòm (hoặc nhiều hơn) với chiều dài tuỳ theo tínhtoán (phụ thuộc sơ đồ tổ chức thi công, thiết bị thi công, mặt bằng công trường…)
Mỗi cánh vòm có thể cẩu lắp cùng lúc 2 cung vòm biên từ 2 đầu của cánh vòm hoặc cẩulắp bên này xong qua cẩu lắp bên kia Không nên lắp dựng đồng thời các đoạn vòm biêncủa 2 cánh vòm cùng một bên đầu cầu sẽ không an toàn trong thi công (tránh va đập).Bước 5: Cẩu lắp cung vòm giữa và hàn liên kết các đoạn bằng đường chịu lực (công nghệhàn chịu lực khác với hàn thông thường)
Bước 6: Lắp dựng hệ giằng ngang nối 2 cánh vòm
Bước 7: Lắp đặt thanh kéo
Bước 8: Tạo lực căng trong thanh kéo làn thứ 1
Bước 9: Bơm nhồi bê tông vào ống thép
Bước 10: Tạo lực căng trong thanh kéo lần 2
Lưu ý: Bơm bêtông tiến hành cùng 1 lúc tại vị trí 4 chân vòm bơm ngược lên trên đỉnhvòm Trong quá trình bơm nếu xảy ra nghẽn bê tông tại chân vòm thì sẽ bơm từ vị trí dựphòng tại đỉnh vòm Mục đích bơm ngược để đạt độ đồng nhất tốt trong lõi bêtông
Bước 11: Bơm bê tông cho hệ giằng ngang
Bước 12: Treo cáp thanh treo và dầm ngang đợt I, tiến hành thi công cùng lúc từ phía 2
bờ Sau đó tiến hành căng kéo cáp DƯL dầm ngang như các dầm bê tông dự ứng lựcthôngthường
Trang 7Bước 13: Tạo lực căng trong thanh kéo lần 3.
Bước 14: Treo dầm ngang đợt II (số dầm còn lại), cũng thi công 2 bờ cùng 1 lúc Căngcáp DƯL của dầm ngang
Bước 15: Tạo lực căng trong thanh kéo lần 4
Bước 16: Lắp đặt dầm mặt cầu (hoặc dầm dọc giữa)
Bước 17: Tạo lực căng trong thanh kéo lần 5
Bước 18: Lắp đặt dầm dọc biên (2 biên)
Bước 19: Tạo lực căng trong thanh kéo lần 6
Bước 20: Thi công bản mặt cầu bêtông cốt thép
Bước 21: Tạo lực căng trong thanh kéo lần 7
Bước 22: Thi công phần lan can, lắp đặt nắp hộp bằng bê tông để bảo hộ cáp thanh kéo.Bước 24: Tạo lực căng trong thanh kéo lần 8
Bước 25: Thi công lớp bêtông nhựa mặt cầu
Bước 26: Căng chỉnh lần cuối (lần 9) đúng theo thiết kế và dự phòng độ biến dạng donhiệt độ Kết hợp khoá neo, cắt cáp lắp đặt nắp bảo hộ đầu neo cáp thanh kéo
Bước 27: Sơn vòm
Bước 28: Thử tải cầu
II.2 Những vẫn đề lưu ý khi thi công:
-Thiết bị cẩu cần tiến hành kiểm tra, đồng thời phải cho hoạt động thử, trước hết áp dụngcách dùng cẩu nâng thử cung vòm để thử nghiệm tính năng của cẩu, chủ yếu là thử cácthong số hãm, phanh, xoay chuyển và góc ngắm chiều cao của cẩu
-Sau khi bố trí xong điểm cẩu cho các cung vòm, khi cẩu lên ở tốc độ chậm đồng thời chú
ý quan sát có khả năng bị lật không, nếu có vấn đề phải kịp thời dừng lại và gỡ tải, điềuchỉnh lại điểm cẩu
-Dây cáp giằng : khi cẩu lắp các cung vòm phải bố trí 2 dây cáp mềm giằng để khống chếcung vòm bị quay và lắc lư trên không trong quá trình cẩu lắp
-Cẩu và xà lan phải được cố định vững chắc, với xà lan phải bố trí các tời kéo, balăngđiều khiển bằng công nhân hoặc máy, để dùng khi neo và di dời xà lan trong quá trình
Trang 8cẩu lắp Khi cẩu lắp, các xà lan và cẩu phải có người chuyên môn phụ trách, phải phốihợp thống nhất, nhịp nhàng và đồng bộ.
II.3 Công nghệ chủ đạo được sử dụng:
II.3.1 Công nghệ nhồi bê tông vào ống:
Khi áp dụng rộng rãi kết cấu ống thép nhồi bê tông cần có những công nghệ sản xuấtmang tính công nghiệp để nhồi bêtông vào ống đảm bảo độ bền và tính đồng nhất cao củalõi bêtông.Việc đầm chặt bê tông vào trong ống thép được thực hiện bằng nhiều phươngpháp như: bơm áp lực đẩy lên, rung sâu, xọc, rung ngoài, bê tông tự đầm
1 Phương pháp đổ bằng bơm áp lực đẩy lên: ở vị trí thích hợp gần mặt đất của ống
thép lắp một ống đổ có van, nối liền với ống dẫn của xe bơm, xe bơm sẽ bơm bê tông liêntục từ dưới kê trên, không cần phải đầm, trong trường hợp này đường kính ống thép phảilớn hơn 2 lần đường kính của ống bơm
Yêu cầu đối với bêtông: tỉ lệ cấp phối bêtông phải tính theo cường độ thiết kế và phải xácđịnh bằng thử nghiệm, ngoài đáp ứng chỉ tiêu về cường độ còn phải chọn đúng độ sụt củabêtông Với phương pháp đổ bê tông bằng bơm đẩy, đường kính hạt cốt liệu thô có thể từ1-4cm, tỷ lệ nước/xi măng 0.4, độ sụt từ 2-4cm; khi có thiết bị đi xuyên qua giữa ống(cáp luồn xuyên qua ống) thì cốt liệu thô nên giảm xuống 0.5-2 cm và độ sụt không nhỏhơn 15cm Để đáp ứng độ sụt nói trên cần phải cho thêm một lượng phụ gia giảm nước
Để giảm độ co ngót của bê tông trong ống thép cũng cần cho thêm một lượng phụ gia nở.Hỗn hợp bê tông bơm cho cầu vòm Yajisha (Trung Quốc): bêtông mác 600, tỷ lệ nước ximăng 0.35, độ sụt bê tông 18-20cm, sau 3 ngày cường độ nén đạt được 585 kg/cm2
2 Rung sâu: rung sâu được thực hiện bằng máy đầm dùi, đưa sâu vào trong hỗn hợp bê
tông trong khi vỏ ống thép cố định Phương pháp này chỉ thực hiện được đối với nhữngcấu kiện tương đối lớn, đường kính ống trên 350mm, thời gian mỗi lần đầm không dưới
30 giây,chiều cao bêtông mỗi lần đầm không quá 2 m Phương pháp này chỉ thích hợpcho những cấu kiện đơn giản như cột, cọc
3 Xọc: xọc bê tông được tiến hành bằng tay với thanh sắt dài hơn chiều dài ống Khi
dung phương pháp này vỏ ống được giữ cố định còn bê tông được đầm chặt dưới tácdụng xọc của thanh sắt Bê tông được đầm theo phương pháp đầm này có chất lượng
Trang 9không cao Phương pháp này chỉ thích hợp cho kết cấu đơn giản, chịu tải trọng khônglớn.
4 Rung bên ngoài: phương pháp này áp dụng cho những cấu kiện có đường kính ống
dưới 350mm Vỏ ống thép được giữ cố định vào bàn rung, bàn rung dao động điều hoàvới một chế độ tính toán mà không làm cho cốt liệu bê tông bị phân tầng Bê tông đượcrót từ từ vào ống qua phễu cho đến khi đầy vỏ ống đang rung đồng thời được đầm nén.Đối với những cấu kiện không thể đặt vào bàn rung thì ta gắn những động cơ rung dọctheo thành ống thép nhờ vào các giá đỡ được thiết kế cố định trước trên thành ống hoặc
có thể trượt theo thành ống theo tốc độ đổ bêtông Chế độ rung được xác định bởi trị sốcủa biên độ, tần số và thời gian rung Phạm vi làm việc của máy đầm rung ngoài có hiệuquả nhất là biên độ rung ngang của ống thép là 0.3mm, biên độ đó có thể đo bằng đồng
hồ bách phân Thời gian rung không dưới 1 phút, mỗi lần đổ bêtông phải khống chế độcao còn trong phạm vi có hiệu quả của đầm rung và là 2-3m dài của ống.( hình)
5 Dùng bê tông tự đầm: bê tông tự đầm (BTTĐ) không cần phải đầm chặt mà hỗn hợp
vẫn được đổ đầy, không bị phân tầng Đặc tính này cho phép BTTĐ ứng dụng thuận lợitrong trường hợp kết cấu có cốt thép dày đặc và khó đầm chặt Tại công trình đổ bê tôngtheo lớp không cần phải đầm, vừa tiết kiệm thời gian vừa không gây tiếng ồn
Sự phát triển của BTTĐ được bắt đầu từ năm 1983 tại Nhật Bản, sau đó các nước châu
Âu như : Hà Lan, Thuỵ Điển, CHLB Đức, v,v, tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện Đếnnay đã có nhiều công trình trên thế giới sử dụng vật liệu BTTĐ và cho khả năng khai tháctốt, trong đó có cầu Waal dự ứng lực tại Hà Lan
Cấp phối cơ bản của BTTĐ cần đáp ứng được một số điều kiện quan trọng: Hàm lượngbột mịn (hạt có kích thước nhỏ hơn 0.125mm) từ 520 đến 560 kg/m3 Thường người tatăng bột mịn này bằng tro bay (FA), bột đá vôi ,v.v., Để tăng dẻo cho hỗn hợp BTTĐngười ta dung phụ gia thế hệ mới dựa trên polycarboxylates (Ví dụ về các phụ gia có ởthị trường Việt nam: Sika Vícicrete-3300 và Sika Vícicrete-10-TT) Do BTTĐ rất nhạyvới sự thay đổi lượng dùng nước cho nên người ta thường sử dụng chất ổn định (ví dụpolysacharide)
II.3.2 Lắp đặt chân vòm:
Trang 10Lắp dựng chân vòm vào vị trí mố (trụ), tăng cường chống đỡ và cố định chân vòm vào
mố (trụ) Cho đặt thêm các chân chống đỡ tại vị trí sườn vòm tiếp giáp với chân vòm đểtăng cường ổn định Tạo các liên kết tạm bằng cách hàn các bản thép giữa chân vòm vàthép chờ ở mố (trụ) để tăng cường ổn định của chân vòm trên mố (trụ)
Lắp đặt giàn trụ đỡ để đỡ một đầu của cung vòm khi lắp đặt Giàn trụ đỡ cấu tạo như trụtạm trong thi công lao lắp dầm bê tông cốt thép thông thường Giàn trụ đỡ phải đảm bảokhả năng đỡ cung vòm và đảm bảo giữ ổn định trong qúa trình lắp ráp toàn vòm
Cấy cốt thép vào vỏ ống thép sườn vòm tại các chỗ nối đầu các giằng gió ngang Để ngănkhông cho ống thép ở phạm vi nối đầu tách rời với bê tông bên trong, cho khoan lỗ vàcấy vào các thanh cốt thép trên ống ở phạm vi nối đầu giằng gió trước khi cẩu lắp lên
Các lỗ luồn cáp treo, lỗ bơm bê tông, và lỗ thoát khí khi bơm bê tông cũng được tạo sẵntại công trường trước khi cho lắp dựng vòm
Hàn các gờ thép tại các điểm móc cẩu lên trên các sườn vòm Cáp dùng để cẩu lắp phảiđược tính toán đảm bảo chịu lực và buộc cáp theo hình thức ôm vòng qua ống thép Cácđiểm móc phải sắp xếp sao cho cáp buộc trên vòm được thẳng đứng sau khi cẩu lên, các
vị trí này phải được tính toán trong hồ sơ thiết kế thi công Nhằm ngăn không cho cáptreo bị tuộc người ta cho hàn các gờ thép tại các vị trí trên và dưới của điểm móc cẩu đểchặng cáp, gờ thép có thể sử dụng các bản thép dày 20mm, chiều dài 100mm và hàn 2mặt
II.3.3 Phương pháp cẩu lắp sườn vòm
Nguyên tắc chung để cẩu lắp vòm có 2 phương pháp
Dùng xe lao để lao lắp vòm: đối với những vòm có khẩu độ vượt nhịp nhỏ hơn 40m, có
Trang 11thể sử dụng xe lao di chuyển trên sàn đạo Các cung vòm được treo vào xe lao và tiếnhành như lao lắp dầm bê tông Cũng có thể lắp dựng nguyên một sườn vòm hoàn chỉnhkhi chiều dài xe lao đủ lớn hơn chiều dài vòm Xe lao lần lượt đứng vào vị trí của mỗivòm để lắp vòm Hệ giằng gió được lắp bằng cẩu.
Dùng cẩu lao lắp vòm: đối với những vòm có khẩu độ vượt nhịp lớn, tuỳ thuộc năng lực
cẩu sử dụng có thể lắp nguyên cả sườn vòm hoặc chia vòm thành nhiều cung vòm nhỏ.Trong điều kiện cho phép làm đường công vụ thì có thể dùng một cẩu, nếu dùng xà lanthì cần hai cẩu
Đặc điểm cẩu lắp: sườn vòm là kết cấu liên tục và đối xứng do đó việc cẩu lắp cũng cần
thực hiện đối xứng Khi chia sườn vòm thành nhiều cung vòm thì việc lắp đặt phải tiếnhành đồng thời từ 2 phía của mỗi sườn vòm Lắp xong sườn vòm thứ nhất đến sườn vòmthứ hai, không nên lắp đồng thời cả 2 sườn vòm để tránh va quệt trong quá trình cẩu lắp.Khi cẩu lắp chú ý giảm bớt biến dạng do tác động của tải trọng cẩu lắp, vị trí của điểmcẩu lắp phải được xác định qua kiểm tra khả năng cường độ chịu lực và tính ổn định củabản than vòm Khi cần thiết phải có biện pháp gia cường tạm thời trong khi cẩu lắp.Trong quá trình cẩu lắp cần bịt kín các đầu ống đề phòng các vật lạ rơi vào trong ống.Ống thép sau khi lắp cần kiểm tra, những sai lệch phải trong phạm vi cho phép