Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ XANH
TRONG CÔNG TRÌNH CẦU BÊ TÔNG
Đặng Việt Đức
Trường Đại học Thủy lợi, email: dangvietduc@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU của nhịp cầu thường được thiết kế không nhỏ
hơn 70m, là bán kính cong nhỏ nhất theo tiêu
Kết cấu công trình cầu ngày nay không chỉ
chuẩn Đường cấp III đồng bằng [1]. Với khẩu
thuần túy được thiết kể để vượt qua một
độ nhịp từ 40m và độ cong lớn (bán kính cong
khoảng không trên tuyến như sông ngòi, eo
< 100m), dạng dầm BTCT DƯL mặt cắt hộp
biển, hẻm núi, vực sâu, thung lũng với các
là phù hợp nhất cho kết cấu nhịp cầu cong.
tiêu chí chính là an toàn và kinh tế. Các yếu
Yêu cầu đặt ra cần thiết phải có công nghệ
tố về thẩm mỹ kết cấu công trình, hài hòa với
thi công cầu bê tông nhịp dầm hộp liên tục
cảnh quan và bảo tồn tính nguyên dạng của
đảm bảo về tiến độ cũng như thỏa mãn các
thiên nhiên ngày càng được chú trọng xem
yêu cầu về bảo tồn tính nguyên dạng của
xét. Cầu cong tạo sự tối ưu về hướng tuyến,
thiên nhiên.
về sự chuyển đổi và phân làn dòng xe trong
các nút giao cắt khác mức. Cầu cong còn có 2. DỰ ÁN THAM KHẢO VÀ ĐỀ XUẤT
thể là đường trên cao (cầu cạn) uốn lượn theo
các sườn núi có độ dốc quá lớn để tránh bạt
mái taluy làm đường. Các giải pháp xây dựng
công trình đường như bạt núi tạo taluy cho
nền đường, xử lý đất yếu cho nền đường,
trong nhiều trường hợp trở nên không khả thi
hoặc không thể đáp ứng yêu cầu về yếu tố
bảo tồn môi trường. Trên thực tế đã có nhiều
nút giao cắt khác mức, các tuyến đường đèo
mới áp dụng kết cấu cầu cong như nút đầu
cầu Chương Dương phía Hà Nội, nút giao
Vành đai 3 với đường cao tốc Hà Nội - Hải
Phòng, tuyến tránh mới vượt đèo Pha Đin,
Cầu Cốc Pài - Hà Giang, đường Hồ Chí Minh
đoạn vượt trên cao qua khu bảo tồn rừng Cúc
Phương. Dạng dầm bê tông mặt cắt hộp có
khả năng kháng uốn tốt với cả phân bố mô
men âm và dương, có sức kháng xoắn tốt hơn
nhiều so với dạng mặt cắt hở do vậy đặc biệt
phù hợp với kết cấu nhịp liên tục và kết cấu Hình 1. Lắp hẫng tịnh tiến cho kết cấu
nhịp cầu cong bằng có bán kính nhỏ. Các nhịp cầu BTCT DƯL Linn Cove
thông số thiết kế về tuyến của công trình cầu Với hướng tuyến công trình phức tạp trong
cũng phải tuân thủ tiêu chuẩn chung của dự án điều kiện địa đồi núi, lại phải tuân thủ các
tuyến đường tổng thể. Bán kính cong bằng quy định về bảo tồn môi trường bảo tồn thiên
190
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
nhiên, dự án thiết kế và xây dựng cầu Linn lắp ghép các phân đốt, vật liệu keo epoxy
Cove sẽ cho đội ngũ tư vấn những bài học hết cũng sẽ được áp dụng, phủ trên toàn bộ bề
sức quý báu. Cầu Linn Cove nằm trên tuyến mặt tiếp xúc để tăng thêm độ kín khít, chống
giao thông thuộc Bắc Carolina - Mỹ đi qua lại các yếu tố ăn mòn cốt thép cường độ cao
khu bảo tồn thiên nhiên quốc gia Blue Ridge đi qua khu vực mối nối [4].
Mountain thuộc miền Bắc Carolina (Mỹ) Giải pháp trụ cầu móng nông được thiết kế
trong đó có khoảng 5miles (8km) là Dãy Núi đặt trực tiếp trên nền đá thiên nhiên để giảm
Ông (Grandfather). Khu vực công trình đi bớt công tác đào phá bề mặt nền tự nhiên.
qua có địa chất thuộc loại cổ nhất trên thế Thân trụ cũng được lắp từ các phân đốt đúc
giới đồng thời là khu du lịch khám phá cảnh sẵn được vận chuyển đến từ vị trí bãi đúc đến
quan tự nhiên hàng đầu của vùng Carolina. vị trí công trường và lắp ghép, có khả năng
Đến năm 1979, quyết định về tuyến giao liên kết tốt từ hệ khóa chống cắt và thép
thông qua khu vực bảo tồn mới được Cơ quan cường độ cao ứng suất trước. Để không phải
Đường bộ Liên Bang đưa ra với những yêu xây dựng đường mòn lối mở, phần kết cấu
cầu tiên quyết: Tuyến phải là dạng kết cấu nhịp đã hoàn thiện được bố trí sử dụng thành
công trình cầu cạn, nằm trên cao và tách biệt đường công vụ, đồng thời phục vụ vận
hẳn với bề mặt thiên nhiên, tim tuyến của chuyển các phân đốt dầm và phân đốt trụ từ
công trình phải uốn lượn hài hòa với bề mặt bãi đúc đặt cách công trường khoảng 1.6 km
địa chất địa mạo của khu vực. Công trình cầu (1 dặm) đến vị trí lắp ghép. Đã có 7 trụ cầu
cao phải đáp ứng yêu cầu bảo vệ tuyệt đối được xây dựng mà không phải phá đá, cưa
cảnh quan môi trường thiên nhiên, hạn chế tối cây lớn, đào đắp mở đường công vụ mặt đất,
đa công tác đào phá đá hoặc đắp lên bề mặt địa khoan sâu xây dựng móng - bệ trụ, giảm
hình. Nhằm đạt được mục tiêu đặt ra, phương thiểu các tác động xâm hại đến hiện trạng tự
án nhịp dầm bê tông cốt thép dự ứng lực nhiên trong khu vực.
(BTCT DƯL) mặt cắt hộp đơn và trụ cầu thi Cầu Linn Cove đã đạt 2 giải thưởng lớn
công lắp ghép phân đốt được thông qua [2]. của Liên bang. Đặc biệt nhất là “Phần thưởng
Giải pháp lắp hẫng tịnh tiến (progressive Tổng Thống” năm 1984 và giải thưởng cho
placement) đã được thống nhất áp dụng cho Cơ quan Quản lý giao thông của Bang cho
dự án, nguyên lý làm việc của công nghệ thiết kế xuất sắc nhất cũng vào năm 1984.
được trình bày trong tài liệu tham khảo [3]. Sau đó cầu Linn Cove cũng nhận được rất
Đây là giải pháp lắp hẫng các phân đốt dầm nhiều các giải thưởng từ các cơ quan của
bê tông đúc sẵn về một hướng, với mục đích Bang và Liên Bang Mỹ. Tất cả các giải
tạo nên một phần kết cấu hoàn chỉnh từ vị trí thưởng này đều ghi nhận về công tác thiết kế
mố, tận dụng làm đường công vụ để vận kết cấu công trình đặc biệt hài hòa với cảnh
chuyển nguyên vật liệu, thiết bị thi công và quan tự nhiên của khu vực, thiết kế phương án
các phân đốt dầm và phân đốt trụ đến vị trí tổ chức thi công vượt qua những thách thức,
lắp hẫng dầm và lắp ghép cho thân trụ. Ưu trở ngại của điều kiện địa hình tự nhiên để xây
điểm nổi trội của giải pháp thi công này là dựng thành công một công trình đảm bảo đầy
tiến độ thi công rất nhanh do các phân đốt đã đủ các thông số kỹ thuật. Giải pháp thi công
được đúc từ trước, công tác lắp ghép hẫng đã đặc biệt chú ý đến yếu tố bảo tồn điều kiện
các phân đốt nhanh hơn đáng kể so với công nguyên dạng của môi trường thiên nhiên.
tác đổ bê tông tại chỗ cho phân đốt đúc hẫng.
Ngoài ra vật liệu bê tông cũng đạt chất lượng 3. VÍ DỤ KẾT CẤU ĐỀ XUẤT
rất cao do phân đốt có khối lượng bê tông Ví dụ tính toán được xây dựng 1 kết cấu
không quá lớn được tiến hành đúc trong nhà gồm 4 nhịp với khẩu độ 36+50+50+36 (m),
xưởng với sự kiểm soát chặt chẽ trong tất cả bố trí trên đường cong bằng có bán kính 70m
các khâu chế tạo. Trong quá trình thi công (Hình 2). 5 phân đốt bố trí trên các trụ mỗi
191
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
đốt được thiết kế với chiều dài là 2 m và các ở Hình 6. Kết quả thể hiện dầm đảm bảo an
phân đốt còn lại được thiết kế 3 m. Phương toàn với nội dung kiểm toán nứt và sức kháng
án lắp hẫng tịnh tiến được áp dụng cho giải xoắn, là 2 nội dung tính toán kiểm toán quan
pháp thi công. Mặt cắt dầm điển hình và trên trọng khi thiết kế dầm cong.
trụ được thể hiện như trên Hình 3. Kết cấu 3.00
Bao ứng suất giai đoạn khai thác
được bố trí 2 dạng cáp DƯL: lâu dài làm việc 0.00
-5000 15000 35000 55000 75000 95000 115000 135000
vị tri mặt cắt (mm)
155000 175000
-3.00
trong giai đoạn thi công và khai thác, tạm
Ứng suất Mpa
-6.00
thời chỉ có vai trò trong giai đoạn thi công. -12.00
-9.00
-15.00
50m 36m
-18.00
US thớ trên cận Max US thớ trên cận Min US thớ dưới cận Max US thớ dưới cận Min
50m
T3 M4 Hình 5. Phân bố bao ứng suất thớ trên
T2
và dưới trong giai đoạn khai thác
T1 R =70 m
36m Bao mô men xoắn giai đoạn thi công và khai thác
1.50E+10
1.00E+10
Mo 5.00E+09
Mô men N.mm
0.00E+00
-5000 15000 35000 55000 75000 95000 115000 135000 155000 175000
Hình 2. Sơ đồ kết cấu ví dụ tính toán -5.00E+09
-1.00E+10
Bao MM xoan KT max Bao MM xoan KT min
12000
-1.50E+10 Bao MM xoan TC max Bao MM xoan TC min
vị tri mặt cắt (mm)
200 385
225
Hình 6. Phân bố bao mô men xoắn
2600
300
2015
trong giai đoạn thi công và khai thác
220
3300 5400 3300
200
12000
200
4. KẾT LUẬN
600 2182 2778 480 2778 2182 600
225
Trong điều kiện chưa có dự án xây dựng
160
200
cầu nào ở Việt Nam áp dụng công nghệ lắp
2600
2015
hẫng tịnh tiến, việc đề đề xuất các giải pháp
3300 1340 2720 1340 3300
bố trí cáp DƯL, mặt cắt đã áp ứng các yêu cầu
về an toàn kết cấu trong cả giai đoạn thi công
Hình 3. Mặt cắt dầm điển hình và trên trụ
và khai thác dù với đặc điểm kết cấu có mức
Kết quả ta được mô hình phân tích theo làm việc công xôn rất lớn trong giai đoạn thi
thuật toán phương pháp phần tử hữu hạn (PP công lắp hẫng.
PTHH) với các phần tử dầm, điều kiện biên,
phần tử cáp DƯL ngoài, tải trọng hoạt tải 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
được định nghĩa bởi phần mềm Midas/Civil, [1] TCVN 4054: 2005, Đường ô tô - yêu cầu
như thể hiện trong Hình 4. thiết kế, 2005.
[2] National Park Service U.S. Department of
the Interior 1849 C St. NW Washington, DC
20240, 1997, Historic American Engineering
Record, Blue Ridge Parkway, Linn Cove
Viaduc.
[3] Đ.V.Đức, 2016, Cấu tạo và tính toán nhịp
Hình 4. Mô hình dầm cong với bố trí dầm BTCT DƯL thi công bằng công nghệ
hệ thống cáp DƯL lắp hẫng tịnh tiến, Tập san Hội nghị thường
Kết quả về kiểm toán nứt dầm thông qua niên Đại học Thủy lợi 2016.
phân bố ứng suất thớ trên và dưới được thể [4] Jean M Muller; James M Barker, 1985
Design and Construction of Linn Cove
hiện ở Hình 5. Phân bố đường bao xoắn trong
Viaduct, PCI journal. Vol. 30, No. 5.
giai đoạn thi công và khai thác được thể hiện
192
nguon tai.lieu . vn
