GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ĐẨY CẦU DẦM LIÊN TỤC BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC 1 1. Cầu bêtông phân đoạn 1 2. Nội dung cơ bản của phương pháp đúc đẩy 1 3. Ưu – nhược điểm của phương pháp đúc đẩy 2 4. Điều kiện áp dụng 3 5. Các sơ đồ kết cấu phù hợp 3 6. Các phương pháp đẩy dầm 3 6.1. Phương pháp đẩy dầm trực tiếp trên đường trượt 3 6.2. Phương pháp nâng đẩy dầm 4 6.3. Phương pháp kéo đẩy 4 I. CÁC BƯỚC THI CÔNG 5 1. Chuẩn bị mặt bằng 5 2. Bố trí bãi đúc dầm 5 3. Bệ đúc dầm 6 4. Các công tác ván khuôn, đặt cốt thép và đúc đốt dầm 6 4.1. Công tác ván khuôn 7 4.2. Công tác cốt thép 8 4.3. Đúc đốt dầm 8 5. Căng kéo cốt thép dự ứng lực 9 5.1. Nguyên tắc chung 9 Thiết bị căng kéo 10 5.2. Căng kéo bó thép dự ứng lực: 10 5.3. Bơm vữa lấp lòng bó thép 10 6. Lắp đặt hệ thống đẩy dầm 11 6.1. Mũi dẫn 11 6.2. Trụ tạm 13 6.3. Thiết bị dẫn hướng 15 6.5. Hệ chống kích nâng trên các trụ 18 6.6. Các hạng mục phụ trợ khác 18 7. Tiến hành đẩy đẩy dầm 20 7.1. Các dạng kích đẩy thông thường và yêu cầu 20 7.2. Công tác đẩy dầm 20 7.3. Kiểm tra trong quá trình đẩy dầm 23 8. Hạ dầm xuống gối: 25 8.1. Các quy định chung 25 8.2. Thiết Bị Hạ Dầm 26 8.3. Trình Tự Kích Hạ Dầm 27 II. NHỮNG TIỀN ĐỀ TỪ VIỆC XÂY DỰNG CẦU BTCT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LAO DỌC TOÀN KHỐI 28
Cầu bêtông phân đoạn
Vào thế kỉ XIX, việc xây dựng cầu thép đã giới thiệu phương pháp thi công hẫng, cho phép lắp đặt từng thanh từ trụ cầu mà không cần dàn giáo, giúp vượt qua các nhịp lớn Đến cuối thế kỉ XIX và đặc biệt trong những năm 50 của thế kỉ XX, kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) và bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) đã được áp dụng chủ yếu cho các công trình cầu nhịp lớn, bắt đầu với phương pháp thi công hẫng Sau chiến tranh thế giới thứ hai, nhu cầu xây dựng cầu trên toàn cầu tăng cao, với cầu Ulrich tại Đức vào năm 1951 dẫn đầu cho 300 cầu bê tông ứng suất trước Châu Âu đã tiên phong trong công nghệ cầu bê tông phân đoạn đổ tại chỗ đúc hẫng cân bằng Hầu hết các công nghệ thi công và dạng kết cấu phân đoạn hiện nay đã được phát triển từ những năm 1960 đến 1970, trong đó cầu phân đoạn thi công hẫng hợp long bằng chốt cho phép cầu biến dạng tương thích với tải trọng thiết kế.
Sơ đồ cầu liên tục yêu cầu phát triển lý thuyết ứng xử của bê tông khi cầu chịu tải trọng vượt thiết kế, đồng thời ứng dụng các mô hình tính toán vật liệu phù hợp Sự phát triển này trùng với việc áp dụng các chương trình máy tính phân tích kết cấu, dẫn đến sự ra đời của cầu bê tông phân đoạn đổ tại chỗ theo phương pháp hẫng, bắt nguồn từ Pháp và Đức, sau đó lan rộng ra toàn cầu Nhiều công nghệ thi công đã được phát triển, bao gồm thi công từng nhịp, thi công trình tự và thi công đẩy, trong đó công nghệ đúc đẩy, đặc biệt là đúc đẩy theo chu kỳ, đã được áp dụng thành công ở nhiều quốc gia Cầu Rio Caroni ở Venezuela, hoàn thành năm 1963, là công trình cầu đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ này Đến đầu năm 1990, khoảng 200 cầu bê tông dự ứng lực đã được xây dựng trên toàn cầu bằng công nghệ đúc đẩy theo chu kỳ, với các nước như Đức, Pháp, và Italia là những nơi áp dụng phổ biến, bao gồm các công trình nổi bật như cầu Var ở Nice và tuyến đường sắt cao tốc Paris – Lyon với 9 cầu.
7 cầu đã sử dung công nghệ này
Nội dung cơ bản của phương pháp đúc đẩy
Kết cấu nhịp BTCT DƯL được sản xuất theo từng đốt với chiều cao cố định trên bệ đã được xây dựng sẵn tại đoạn đầu cầu sau mố Sau khi hoàn thành đúc, các đốt này sẽ được kết nối thành một hệ thống liên tục với các đốt dầm đã được đúc trước đó thông qua các cáp thép DƯL Kết cấu nhịp mới sẽ được đẩy ra sông để tiếp cận các trụ cầu và bờ sông đối diện.
Quá trình thi công bao gồm nhiều lần lặp lại công tác đúc và đầy, giúp tạo ra kết cấu nhịp một cách dần dần Phương pháp này được biết đến với tên gọi là phương pháp đúc đẩy.
Công nghệ này du nhập vào nước ta vào những năm 1990 và cho đến nay vẫn còn sử dụng.
Ưu – nhược điểm của phương pháp đúc đẩy
+ Việc đúc các đốt dầm trong điều kiện công xưởng hóa, dễ kiểm tra hiệu chình nhịp kịp thời để đẳm bảo chất lượng đúc dầm.
+ Việc đúc dầm không chịu ảnh hưởng của khí hậu, nước lũ, mùa thời tiết.
+ Dầm và trụ có thể tiến hành thi công song song, nhờ đó có thể rút ngắn thời gian thi công chung của cả công trình cầu.
+ Công trường chiếm ít mặt bằng thi công, không đòi hỏi nhiều nhân công.
+ Không cần các thiết bị thi công loại lớn.
+ Các khe nối tiếp giữa các đốt dầm đảm bảo khít chặt.
Quá trình tu chỉnh và ghép nối các cấu kiện lắp lẫn trở nên đơn giản hơn, tạo ra một kết cấu thống nhất Điều này không chỉ nâng cao mức độ an toàn mà còn cải thiện khả năng kiểm tra các công việc liên quan.
Khả năng công nghiệp hóa trong sản xuất được nâng cao, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc tập trung hóa sản xuất tại chỗ, đặc biệt là trong quy trình sản xuất các phân đoạn dầm.
Việc áp dụng các hệ kết cấu dạng dầm liên tục cùng với trang thiết bị cốt thép DƯL dài liên tục đã nâng cao chất lượng khai thác Điều này giúp khắc phục những điểm nối thường gặp trong kết cấu lắp ghép, vốn dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường mưa nắng.
Việc đúc từng phân đoạn ngắn giúp dễ dàng tạo hình dáng cho nhịp dầm, cho phép áp dụng linh hoạt trong xây dựng các nhịp thẳng và nhịp dầm cong, phù hợp với địa hình đặc biệt như thung lũng, triền núi hoặc các công trình cầu thành phố và nút giao thông.
Việc xây dựng công trình phụ trợ như kết cấu hệ trượt, dẫn hướng và trụ tạm đòi hỏi nhiều vật liệu và công sức Đặc biệt, thiết kế và thi công bãi đúc cùng bệ đúc trên đường dẫn vào cầu phía sau mố là cần thiết, tuy nhiên, sau khi hoàn thành, các cấu kiện xây dựng của bệ đúc sẽ không thể tái sử dụng, dẫn đến tình trạng bội chi và tốn kém.
Do điều kiện sử dụng trang thiết bị và đặc thù riêng, chiều cao dầm không thể thay đổi để phân bố tĩnh tải phù hợp với sơ đồ chịu lực của kết cấu dầm siêu tĩnh liên tục, điều này hạn chế khả năng vượt khẩu độ lớn.
Việc lao đẩy nhịp dầm qua các vị trí khác nhau trên toàn bộ chiều dài cầu dẫn đến việc sơ đồ chịu lực thường xuyên thay đổi, điều này gây ra chi phí cao cho các công việc tháo lắp và hiệu chỉnh bó cáp trong quá trình đẩy.
Điều kiện áp dụng
Công nghệ này được áp dụng khi phạm vi mặt bằng thi công hẹp, giúp tiết kiệm chi phí giải tỏa đền bù và rất phù hợp cho các công trình xây dựng trong thành phố.
Khi thiết kế kết cấu dạng dầm liên tục với bó thép DƯL dài, cần áp dụng các phương pháp đảm bảo chất lượng cho công trình, nhằm đáp ứng yêu cầu khai thác lâu dài.
- Áp dụng khi DNXD không có các thiết bị thi công loại lớn và không có nhiều nhân công.
Các sơ đồ kết cấu phù hợp
Phương pháp đúc đẩy được sử dụng phổ biến trong thi công các kết cấu nhịp dầm liên tục nhiều nhịp, với chiều dài nhịp thường từ 30 đến 62 m, chủ yếu là nhịp L 50 m Chiều cao của dầm thường được giữ cố định dọc theo cầu để thuận tiện cho việc đẩy dầm trượt trên các ụ trượt Tuy nhiên, cũng có những trường hợp đặc biệt mà dầm được đúc với chiều cao thay đổi.
Các phương pháp đẩy dầm
Phương pháp đẩy dầm trực tiếp trên đường trượt
Khi phản lực lên mố nhỏ, lực kéo trước được tạo ra bởi hai cặp kích thủy lực đặt trên mặt ngoài của mố Giữa mỗi cặp kích, các dây kéo được bố trí và cố định vào mặt sau của từng phân đoạn đúc kế tiếp bằng các chốt tự kẹp Các bộ phận kẹp được gắn chặt vào bản đáy dầm hộp thông qua bulông CĐC hoặc gá thủy lực.
Các thanh trượt của kích đặt theo cặp được nối trực tiếp với dây kéo Hành trình của dây kéo đạt tới > 100cm.
Bằng thủy lực các thanh trượt và dây kéo sẽ được đẩy dần về phía sau đồng thời giải phóng được các bộ nẹp kiểu nêm.
Phương pháp nâng đẩy dầm
Lực ngang được tạo ra từ một kích đặt vào trụ và đầu kia tì lên kích đứng khác Kích đứng này chuyển động trên tấm đệm Telfon.
Phương pháp kéo đẩy
Sau mỗi chu trình đẩy, cần chuyển hệ kích và dầm gánh về phía cuối kích kéo để bắt đầu chu trình mới Đồng thời, sau mỗi chu kỳ hoạt động của kích, hệ kích cũng phải được di chuyển lên phía trước đúng bằng bước kích Do đó, mỗi chu kỳ đẩy đòi hỏi thực hiện một số thao tác quan trọng.
Lựa chọn phương pháp đẩy dầm BTCT cần phù hợp với thiết bị và vật tư hiện có, đồng thời đảm bảo an toàn cho người và thiết bị Cần tránh tình trạng dầm BTCT bị nứt hoặc vỡ cục bộ tại các điểm tỳ kích đẩy và vị trí nối ghép giữa các đốt.
CÁC BƯỚC THI CÔNG
Chuẩn bị mặt bằng
Vị trí mặt bằng cần được đặt phía sau mố và trục trung tâm phải trùng với đường tim cầu Mặt bằng phải có đủ diện tích cho công tác đúc bê tông, đẩy đốt dầm, chuẩn bị vật tư, thiết bị, lắp dựng cốt thép và các công việc liên quan Đảm bảo mặt bằng ổn định trong suốt quá trình thi công dầm, có khả năng thoát nước nhanh khi mưa lớn và lũ lụt, đồng thời cần duy trì độ thoáng và sạch sẽ trong quá trình bảo quản và thi công cốt thép thường và thép DƯL.
Bố trí bãi đúc dầm
Bãi đúc dầm được thiết kế trong khu vực thi công, nằm phía sau mố, với chiều dài đủ lớn để tập kết vật liệu và chuẩn bị cốt thép cho bệ đúc Chiều dài bãi đúc nên từ 3 – 4 lần chiều dài phân đoạn hoặc 1,6 – 1,8 lần chiều dài nhịp lớn nhất Để bảo vệ khỏi tác động xấu từ môi trường, cần có mái che chắn.
Bệ đúc dầm
Bệ đúc dầm được xây dựng trên bãi đúc dầm, nằm sau mố và trên nền đường đắp đầu cầu Bệ này có đường tim và độ dốc phù hợp với đường tim kéo dầm cũng như độ dốc của dầm cầu Đây là mặt bằng để thực hiện nhiều công việc trong quá trình thi công kết cấu nhịp, bao gồm đúc các đốt dầm, căng kéo cốt thép dự ứng lực và kích đẩy kết cấu nhịp dầm qua sông.
Bệ này phải chịu trọng lượng của chính nó, trọng lượng các đốt dầm và lực đẩy từ các kích thủy lực liên kết với bệ Độ chính xác và ổn định của các đốt dầm đúc trên bệ phụ thuộc vào tiêu chuẩn kỹ thuật của bệ, bao gồm độ bền và khả năng không biến dạng hình học của kết cấu dưới tác động của tải trọng trong mọi giai đoạn thi công.
Chiều dài bệ cần đủ lớn để thi công một đốt dầm và đặt một đốt khác đã đúc xong từ chu kỳ trước Thông thường, chiều dài này phải đủ để đúc đốt dài nhất, tương ứng với chiều dài nhịp lao hẫng dài nhất Độ lún của nền đắp đầu cầu có ảnh hưởng quyết định đến sự thay đổi vị trí của bệ.
Bệ chịu ứng lực sẽ thay đổi theo thời gian, với các kết cấu chịu lực được làm bằng bê tông cốt thép hoặc thép Các ứng lực lớn nhất thường xuất hiện ngay dưới vị trí liên kết của các thiết bị đẩy, do đó phần cuối của bệ cần được tăng cường Để đảm bảo bệ đủ cứng và không bị biến dạng hay lún, có thể cần đặt bệ trên các móng cọc đóng sâu vào nền đường đầu cầu Ngoài ra, có thể thay thế hệ dầm thép của bệ bằng hệ dầm bê tông cốt thép đúc tại chỗ, tuy nhiên điều này có thể tốn kém hơn do phải bỏ lại sau mỗi lần thi công.
Bệ đúc cần được thiết kế hợp lý để thuận tiện cho việc nâng hạ ván khuôn và lắp đặt thiết bị thi công, đồng thời cần chú ý đến công tác thoát nước trong khu vực bệ đúc.
Chiều cao của bệ cần phải được thiết kế hợp lý so với mặt đất, nhằm đảm bảo việc hạ tháo ván khuôn đáy của các đốt đã đúc xong diễn ra dễ dàng và thuận tiện cho quá trình lao dọc.
Các công tác ván khuôn, đặt cốt thép và đúc đốt dầm
Ván khuôn được thiết kế linh hoạt, cho phép điều chỉnh kích thước để phù hợp với chiều dài của phân đoạn đúc Thông thường, ván khuôn được chế tạo từ các đoạn ngắn liên kết bằng bulong Để cố định ván khuôn ngoài, cần có bộ khung xương cứng, giúp giữ vị trí nhờ hệ thanh chống vững chắc Hệ thanh chống này có thể điều chỉnh bằng kích thủy lực hoặc tăng đơ, cho phép nâng hoặc hạ theo yêu cầu Đối với ván khuôn trong, sau khi bê tông đạt cường độ thiết kế, việc tháo dỡ cần thực hiện thuận tiện bằng cách sử dụng tăng đơ hoặc kích thủy lực để giảm lực chống đỡ và tách liên kết Cuối cùng, xe goong được sử dụng để vận chuyển thiết bị ván khuôn ra khỏi lòng hộp, vì vậy cần tháo dỡ đường goong để chuẩn bị cho phân đoạn đúc tiếp theo.
Bộ ván khuôn dùng để đúc đốt dầm bao gồm : ván khuôn trong, ván khuôn ngoài và ván khuôn bịt đầu
Sàn đỡ ván khuôn cần đảm bảo khả năng nâng hạ dễ dàng, thuận tiện và chính xác, đồng thời phải an toàn khi di chuyển kích đẩy để tránh hư hỏng ván khuôn Nền móng của sàn đỡ phải không bị lún trong quá trình đúc và bảo dưỡng bê tông Các điểm kê và kích của sàn đỡ cần ổn định và không được biến hình tổng thể, với độ võng cục bộ không vượt quá L/400.
Ván khuôn cần được lắp dựng theo trình tự công nghệ đúc bê tông theo thiết kế, và khi tháo dỡ, phải tuân thủ yêu cầu thiết kế để đảm bảo tính ổn định và chịu lực của các bộ phận chưa được tháo Trong quá trình lắp ghép ván khuôn, cần chú ý đến sự biến dạng do nhiệt hàn Khi lắp đặt, sử dụng kích ép để ván khuôn vào sườn và vách của đoạn dầm đã được đẩy ra trước đó, đồng thời cần khảo sát cao độ đáy dầm và tim dầm đã đúc, nhằm đảm bảo sự bằng phẳng liên tục giữa các đốt dầm và toàn bộ chiều dài dầm sau này.
Nếu đoạn dầm đã được kiểm tra và đạt chuẩn về cao độ đáy và tim dầm, ván thành sẽ khít chặt Khi cường độ bê tông đợt 1 đạt 90%, tiến hành tháo ván khuôn thành trong dưới và lắp đặt ván khuôn thành trong trên để tiếp tục đổ bê tông cho thành trên và bản nắp hộp dầm Trong quá trình lắp đặt ván khuôn, cần kiểm tra sự xê dịch của tim ván đáy so với tim dầm và tim mặt cầu, cũng như kiểm tra lại sau khi hoàn tất lắp dựng ván khuôn.
=> Sau khi lắp dựng xong và kiểm tra cần phải lập biên bản kiểm tra ván khuôn
Thời điểm tháo dỡ ván khuôn được quy định theo thiết kế, nhưng có thể điều chỉnh tùy thuộc vào hoàn cảnh và điều kiện cụ thể của từng công trình Sự điều chỉnh này phải được thực hiện theo chỉ đạo của TVGS và cơ quan thiết kế.
Các ván khuôn không chịu lực từ tĩnh tải dầm có thể được tháo sau 24 giờ kể từ khi đổ bê tông Trong khi đó, các ván khuôn khác chỉ được tháo khi bê tông đã đạt đủ khả năng chịu lực của chính nó.
Trong quá trình tháo ván khuôn, cần tránh các phương pháp có thể gây ứng suất cao hoặc làm hư hại bề mặt bê tông Các thanh chống và cốt đỡ phải được điều chỉnh từ từ để tránh hiện tượng chịu lực tập trung Đối với sàn đỡ các kết cấu căng kéo, việc nới lỏng hoặc hạ chỉ được thực hiện sau khi hoàn thành công tác căng kéo bó thép DƯL.
Công tác cốt thép trong dầm cầu BTCT thường giống nhau, nhưng do đặc thù đúc phân đoạn, mỗi đoạn có cốt thép chờ nhô ra với chiều dài 500mm hoặc 1000mm để tránh trùng mối nối Ống chứa cáp và các đế neo cần được đặt đúng vị trí thiết kế và cố định chắc chắn bằng dây buộc Cốt thép DƯL có thể được luồn vào ống trước hoặc sau khi bê tông đã hóa cứng.
Công tác đổ bê tông đốt dầm phải tuân theo quy trình hiện hành về cốt liệu, cấp phối, trộn, vận chuyển, đổ và bảo dưỡng bê tông Việc thi công được chia thành hai giai đoạn: giai đoạn 1 thi công bản đáy và một phần thân dầm hộp, giai đoạn 2 thi công phần thân còn lại và bản mặt dầm hộp Trước khi đổ bê tông, cần kiểm tra độ sụt đảm bảo từ 8 – 12cm; nếu không đạt, phải xử lý tại trạm trộn Trong quá trình thi công, cần kiểm tra lại độ sụt sau 1 giờ với sai số cho phép = 5mm để điều chỉnh chiều cao chống nề khi cần thiết Trong trường hợp thay hành trình kích, chống nề tạm có thể sử dụng các tấm gỗ dán hoặc cốt thép, nhưng tổng chiều dày không được vượt quá 5mm và phải chịu được lực nén cục bộ theo tính toán.
Trước khi sử dụng, các thiết bị kèm theo như kích bơm dầu, ống dẫn dầu, đồng hồ áp lực và van dầu cần được thử nghiệm chịu tải Đồng thời, cần bố trí chúng ở những vị trí không bị va chạm với các vật liệu khác để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành.
Kích sử dụng trong phạm vi một trụ hoặc một mố cần phải đồng nhất về chủng loại và hoạt động theo cơ chế thủy lực, đảm bảo áp lực đầu kích và tốc độ lên xuống được điều chỉnh thống nhất.
8.3 Trình Tự Kích Hạ Dầm
Trình tự hạ dầm cần tuân thủ theo thiết kế thi công đã được phê duyệt, đảm bảo dầm đáp ứng yêu cầu chịu lực và ổn định trong suốt quá trình hạ.
Ngoài việc phải tuân theo các quy định của thiết kế cần chú ý thêm mốt số vấn đề cần lưu ý sau:
- Kích nâng phải đặt thẳng đứng, độ nghiên lệch cho phép trong mọi trường hợp của từng gian đoạn không vượt quá 1%.
Kích có vòng phòng hộ giúp thay thế hệ thống chống nề, tuy nhiên cần bố trí chống nề phòng hộ để đảm bảo an toàn khi có sự cố xảy ra do hư hỏng Lớp chống nề phòng hộ cần có độ dư từ 1-2mm để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
- Phải có thiết bị chống trượt và chống lật đổ dầm.
- Trước khi hạ dầm phải điều chỉnh mặt phẳng bản đáy đúng cao độ thiết kế.