CẦU ĐÁ, CẦU BÊ TÔNG, CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Chương 1: CẦU ĐÁ VÀ CẦU BÊ TÔNG
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU ĐÁ VÀ CẦU BÊ TÔNG
Cầu đá được xây dựng bằng đá tự nhiên hay nhân tạo (như gạch nung hay gạch bêtông), còn cầu bêtông được xây dựng bằng bêtông đổ liên khối tại chỗ, không có cốt thép. Vì đá và bêtông chịu nén tốt, chịu kéo kém nên cầu đá và bêtông thường có dạng vòm.
Vành vòm là bộ phận chịu lực chính. Đường cong nối trọng tâm giữa các tiết diện vành vòm gọi là trục vòm. Trục vòm có dạng sát với đường cong áp lực do tải trọng tính toán gây ra.
Chỗ tiếp giáp vành vòm và mố trụ là chân vòm. Tiết diện trong mặt cắt đối xứng của vành vòm gọi là tiết diện đỉnh vòm.
Khoảng cách (giữa trọng tâm hai tiết diện chân vòm gọi là nhịp tính toán. Khoảng cách f từ trọng tâm tiết diện đỉnh vòm đến đường thẳng nối trọng tâm hai chân vòm gọi là đường tên,
l
f gọi là độ dốc của vành vòm.
Vành vòm truyền áp lực cho mố trụ tại chân vòm rồi từ mố trụ qua móng vào đất nền. Ngoài thành phần thẳng đứng, áp lực còn có thành phần nằm ngang, vì vậy mố trụ cấu tạo đặt biệt hơn mố trụ cầu dầm. Tỉ số
l
f càng lớn thì lực đNy ngang càng nhỏ. Thực tế thường lấy
l f =
7 1 ÷
4
1. Cầu vòm đá và bêtông đa số làm không khớp. Trên vành vòm là kết cấu đỡ phần xe chạy.
1.2. CÁC DẠNG CƠ BẢN CỦA CẦU VÒM ĐÁ VÀ BÊ TÔNG
Căn cứ vào kết cấu trên vòm người ta phân cầu đá và cầu bê tông thành 3 dạng cơ bản sau:
1. Dạng vòm đắp bằng cát to, sỏi hay đá dăm:
Thường dùng cho cầu 1 nhịp không lớn lắm ( Hình 1.1 ). ở mép ngoài vành vòm xây tường chắn theo dọc cầu, mố cũng xây tường cánh chắn đất tạo thành đoạn chuyển tiếp từ
đường vào cầu. Để nước không thấm được vào khối xây, cần phủ lớp phòng nước lên mặt trên vành vòm và mặt trong của các tường chắn đất.
Đá dăm
Vành vòm
Mè Tường chắn đất trên vành vòm
Hình 1.1. Dạng trên vòm đệm bằng cát, sỏi hay đá dăm
2. Dạng trên vòm lát bằng đá hộc hay bê tông
Loại này mặt ngoài xây bằng đá tốt, có cường độ và độ cứng cao làm lớp áo bảo vệ và tạo dáng đẹp. Đối vòm có độ dốc lớn và vòm nhiều nhịp dùng dạng này là thích hợp. Lớp phòng nước phủ lên mặt phần xây lát có độ dốc (1.5÷2)% để dẫn nước vào ống thoát nước. Mố cầu dạng lát đá. Trên vòm, ngoài tường cánh còn xây tường trước liền với tường cánh để chịu áp lực ngang của đất. Trên chân vành vòm làm khe biến dạng. Lớp phòng nước phủ liên tục qua khe biến dạng.
3. Dạng kết cấu trên vòm rỗng
Dạng này dùng cho cầu nhịp lớn và đặc biệt đường tên f lớn là hợp lý băng cách làm các vòm con theo dọc hay theo ngang cầu. Thường làm vòm con theo dọc cầu ( tức là lỗ vòm hướng ngang cầu ) để tạo dáng đẹp. Vòm con tựa lên tường thẳng đứng xây trên vành vòm chính. Giữa các vòm con chèn bê tông và có khe biến dạng, trên đó phủ lớp phòng nước. Với loại vòm này thì kết cấu trên vòm nhẹ giảm được tĩnh tải vòm.
Vòm con
Vành vòm T−êng
Hình 1.2.Dạng trên vòm rỗng
Để giảm nhẹ kết cấu trên vòm người ta còn làm vòm chính hẹp có bề rộng nhỏ hơn mặt xe chạy: b = l/15 và b không nhỏ hơn 3m. Mặt xe chạy là bản BTCT hai mút thừa . Cũng có thể làm hai vành vòm chính hẹp đặt song song, khoảng cách giữa chúng đặt các vòm lớn.
Cầu bê tông có đặc điểm và các dạng cơ bản tương tự như cầu đá, nhưng phương pháp thi công khác ở chỗ đổ bê tông tại chỗ trên đà giáo.
1.3. CẤU TẠO CHI TIẾT CẦU VÒM ĐÁ VÀ BÊ TÔNG
1. Yêu cầu đối với vật liệu:
Vành vòm chịu lực và mố trụ xây bằng đá tự nhiên có hình dạng theo thiết kế (hoặc bằng các viên gạch bê tông hay gạch nung) với vữa xi măng. Riêng vành vòm thường dùng các viên đá đẽo hình nêm.
Đá tự nhiên dùng để xây phải có đủ cường độ ( không nhỏ hơn 400÷600 kG/cm2), không bị nứt nẻ, không bị phong hoá và ổn định đối với nước biển khi xây dựng các công trình gần biển. Các loại đá có chất lượng tốt hay dùng là: Granít, Điozít, Bazan, cũng có thể dùng đá trầm tích như đá vôi, Đôlômít…
Vữa để xây dùng xi măng Pooclang, mác vữa M ≥ 100.
Nếu dùng bê tông thì mác bê tông M ≥ 200 đối với vành vòm và M ≥ 150 đối với mố trụ.
2. Cấu tạo chi tiết:
Khi chiều dày vành vòm nhỏ có thể dùng các viên đá hình nêm có chiều cao viên đá bằng chiều dày vành vòm, mạch vữa hướng tâm.
Khi chiều dày vành vòm lớn, các viên đá được xây thành từng lớp theo chiều cao và so le tránh trùng mạch.
Mố trụ xây theo các lớp nằm ngang, phần dưới của mố nằm trên nền đá thường xây lớp nghiêng.
ở chỗ tiếp giáp giữa vành vòm và mố trụ, giữa các lớp nghiêng với các lớp nằm ngang ở mố hay giữa tường chắn trên vòm với vành vòm chính người ta dùng các viên đá gia công đặc biệt theo mặt cắt có hình nhiều cạnh.
Mặt ngoài cầu đá đa số xây 1 lớp áo để bảo vệ khối xây không bị tác động của không và tạo vẻ đẹp. Khi xây lớp áo tiến hành đồng thời với khối xây chính để nó dính chặt
thành 1 khối vững chắc. Chất lượng đá phải tốt, mặt ngoài phải phẳng, chiều dài khác nhau giữa các viên đá xen kẽ để khối xây gắn chắc.
Lớp phòng nước làm bằng vật liệu không thấm, bền, dẻo, dai gồm lớp vải tNm nhựa cách nước và lớp phòng nước có lưới thép như cầu BTCT. Người ta đặt lớp cách nước lên trên lớp vữa xi măng tạo dốc cho bề mặt khối xây (1.5÷2)cm. Vải cách nước đặt cho mép ngoài lượn lên và các lớp xếp chờm lên nhau. Cấu tạo ống thoát nước như trong cầu BTCT.