Kỹ thuật lắp ghép phân đoạn trên đà giáo di động trong xây dựng cầu bê tông dự ứng lực: Phần 1

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

126
lượt xem 33
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 Tài liệu gồm nội dung chương 1 và chương 2: Công nghệ lắp ghép trên đà giáo di động - quá trình áp dụng phát triển, đặc điểm kỹ thuật và nội dung KHCN chủ yếu của công nghệ LG.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật lắp ghép phân đoạn trên đà giáo di động trong xây dựng cầu bê tông dự ứng lực: Phần 1

PGS.TS. ĐẶNG m GIA NẢl CÔNG NGHỆ l Ắ p g h é p p h â n đ o ạ■ n TRÊN DÀ GIÁO DI DỘNG TRONG XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG Dự ÚỈIG Lựủ ■ ■ ■ (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ N Ô I-2 0 1 1
LỜI NÓI ĐÂU C ùng với xu th ế đ õ i mới p h á t triến của đất nước, N gành giao thông vận tải Việt N a m trong nhữ ng năm qua đã giành được nhiều th à n h tích trong lĩnh vực xây dự ng các công trình hạ tầng G T V T từ cấp truyền thống đến hiện đại, theo đó đội ngũ cán hộ K H C N của N gành đã từng bước vươn lên nắ m hắt có hiệu quả n h ữ n g tiến bộ kỹ thuật tiên tiến của thê'giới vờ áp d ụ n g ih à n h công trong nhiều công trình to lớn của đất nước. Trong những th à n h công đó chúng ta kh ô n g th ể không nhắc đến những thành tựu tuyệt vời của N g à n h xây dựng cầu đ ạ t được, đặc hiệt nhữnq công trinh cầu bê tông cốt thép d ự ứng lực (B TC TD U L) thi công hằng các phương pháp công nqhệ hiện đại. T ừ nhữ ng kết cấu kiểu d ầ m giản đơn thi còng theo các giải pháp công nghệ truyền thống căng trước trên bệ cô định hoặc tỉìi công nhĩùig nhịp dầrn k h ấ u độ nhỏ bằng p h ư ơ n g p h á p đ ú c tạ i chỗ trên đà giáo, Ii^ày nay VỚI các công ngh ệ mới, tiên tiến n h ư đúc hẫng, đúc đấy... cho phép chúng ta co th ế xây d ự ng các cõng trìn h cầu có kh â u độ nhịp lớii, vượt xa ỊÍIỚI họn kìiau đọ nhịp của dầ m giản đơn truyền thống. Đối với công nghệ lắp ghép phản đoạn trên đà giáo di động (LG), nhiều nước tiên tiến trên th(ígiới dã áp dụng nó đ ế tríếìi khai xãy d ự n g nhữ ng công trìn h cầu B T C T D U L có (Ịiiy mô chiểu dài lớn irén các tuyến đường sắt, đường bộ cao tốc và các công írinh cầu trong lòng nội đó thành phố. Cơ sở cho việc áp d ụ n g n h ă m m ang lại hiệu quá kin h tế, kỹ thu ậ t cao cùa công nghệ này th ể hiện ở chỗ: Bảo đảm ở mức độ cao về an toàn công trinh trong quá trình thi công, các công đoạn thi công được tách bạch độc lập nên p h á t h u y cao khả n ă n g công nghiệp hóa, hiện đại hóa, tốc độ thí công nhanh (3 - 5 ngày Inhịp) nên r â t th ích hỢp đố i VỚI những cầu xây d ự n g trong th à n h p h ô ' trước y êu cầu cần p h ả i hảo đảm giao thông hỉnh thường cho các phương tiện giao thông trong mọi tỉn h huống... ở nước ta, công nghệ LG được N gành G TV T tập trung nghiên cứu hắt đầu từ giữa n h ữ n g năm 2000, theo đó N gành đã đầu tư kinh p h í cho triển khai đề tài cấp Bộ trọng điếm "Nghiên cưu áp dụng công nghệ LG trong xây dựng cầu B T C T D U L nhịp trung từ 40 - 60m ở Việt Nam". Trong quá trin h thực hiện ìih iệ m ưụ ngh iên cứu đ ề tài đ ã tậ p hỢp nhiều chuyên gia, các n h à k h o a hục có
uy tín của N g à n h củng tham gia. Mộĩ s5'sán p h á m K H C N cua đẻ íài như: Ỉ\ỘI d u n g K H C N của công nghệ LG, các chi dẫn vẻ chế tạo, vận chuyến và ìắp g h é p p h ả n đoạn lá nhữiĩiị sản p h ả m th ậ t sự có gia trị, nỏ ^iúp cho nỉ^ườỉ kỹ s7/‘ có cơ sở kh o a học trong việc phân tích ỉựa chọn đề xuất phương án thiết k ế cẩu với tín h k h ả th i và hiệu quả kinh tế k v th u ậ t cao. Cuốn sách được hiên soạn dựa trên kết qua ngỉiièn cứu đề tài- và các ỉiguổn tài liệu trong và ngoài niừk cập nhật được trong thời gỉcin qua. Trong các c h ư ơ n g m ụ c củ a cuốn sách, tác g iả đ ã đê cậ p k h á đ-ầy đ ủ và có hệ thốỉìíị n h ữ n g nội d u n g K H C N đối với từng vấn đề cụ thể. Với cách trình bày như vậy, tác g iả kỳ ưọng cuốn sách sẽ m ang lại tiện ích cho các nhà tư vcín dẻ dàng n ắ m hắt tốt các nội dung K H C N chủ yếu của công nghệ LG. Ngoài ra, cuốn sách có th ể đ ư ợ c dừng làm tài liệu giảng dạy ớ trường Đại học cho các lớp cuôĩ kh ó a và các độc giả quan tăm. Tác g iả chãn th à n h cảm ơn tập th ế cán bộ K H C N đã có nhiều nội dung đón g góp cho đ ề tàiy đặc biệt P G S.T S Phan Vị Thủy, Th.s B ùi X uân Học, Th.H Đ ặ n g V iệt Đức và Th.s Nguyễn Thái K hanh đã th a m gia thực hiện các đề mục của đ ề tà i với các kết quả thật sự có ỷ nghĩa. C hính từ nhữ ng kết quả này tác g iả mới có điều kiện đ ế phân tích và hiên Hoạn thành các chương mục của cuốn sách. Cuối cũng chúng tôi m ong nhận được các ý kiến đóng góp bỏ ích của độc g iả về nhữ n g chồ trinh bày chưa đầy đủ của cuốn sách. H à Nội, tháng 10 năm 2010 PGS.TS Đ ặng Gia Nải
ChưoTig 1 CÔNG NGHỆ LẮP GHÉP TRÊN ĐÀ GIÁO DI ĐỘNG - QUÁ TRÌNH ÁP DỤNG PHÁT TRIỂN l.l. VÀI NÉT VỂ S ự RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN c ô n g n g h ệ LẮP g h é p TRONG LỈNH v ự c XÂY DỤNG C Ẩ ư BÊTÔNG Dự ÍĨNG Lực Trong những năm của thập niên 30, Eugene I-reyssinet đã bắt đầu hình thành những khái niệm đầu tiên về cấu kiện phân đốt bê tông đúc sẵn lắp ghép. N hưng thật không may, chiến tranh thế giới lần thứ 2 bùng nổ vào năm 1939 đã làm gián đoạn các công trình nghiên cứu của ông. Sau chiến Iranh, cho đến năm 1946 ông mới có điều kiện thể hiện các ý tưởng của mình thông qua việc Ihiết kê và thi công công trình cầu lẳp ghép đầu tiên trên thế giới - cầu Luzancy bấc qua sông Marnc. Đây là cây cầu vòm bê tông dự ứng lực (BTDƯL) đầu tiên Irện thê giới, theo dó các phân đốt dầm được láp chép trên hệ cột chống đà giáo tạm thời và sử dụne (vậl liệu) vừa bê tông làm chất chèn khe tại các vị trí ghép nối các phân đốt. Không lâu sau đó đã có thêm 5 cây cầu vòm bê tông cốt thép khẩu độ nhịp 74m bắc qua sông Marne. Từ cuối những năm thập kỷ 40 J. Muller đã nghiên cứu và áp dụng công nghệ lấp ghép thành công cho 3 cầu vòm bê tông dự ứní2, lực trên tuyến cao tốc La Guaira - Caracas (Venezuela). Tiếp sau đó. vào năm 1962, Muller đã thiết kế và áp dụng thành công công nghệ lắp ghép các phân đoạn dầm hộp hê tông liên kết bằng mối nổi keo Epoxy. Kết cấu dạng hộp bê tông dự ứng krc có nhũng đặc điểm mang tính lợi thế hơn so với dạng chữ I do khả năng chốnơ xoắn tốt và bảo đảm tính toàn khôi liên tục giữa các phân đôt, cũng như đạt được các tiêu chí về hình dáng kiến trúc đẹp, hài hòa với môi trường xung quanh. Và từ những công trình mang tính thử níỊhiệm ban đầu này, các nước trên thế giới đã tiếp tục xây dựng nhiều dạng cầu bê tông dự ứng lực lắp ghép có quy mô lớn với những giải pháp công nghệ ngày càng hiện đại và thật sir mang lại hiệu quả kỳ thuật, kinh tế hĩai hiệu. Trong mục 1.2 trình bày nhữnR giải pháp công nghệ đặc trưng mang tính truyền thống đã và đang được áp dụna phổ biến trong xây dựng các công trình cầu bê tông dự ứng lực bằng công nghệ lắp ghép.
1.2. ÁP DỤNG Ý TƯỞNG LẮP GHÉP TRONG CẮC GIẢI PHÁP C Ô N (; N ÍỈH Ệ TRUYỀN THỐNG 1.2.1. Công nghệ lắp ghép trên hệ đà giáo cố định Công nghệ lắp ghép phân đoạn trên hệ đà giáo cố định lần đầu tiên được áp dụnạ để thi công cầu Luzancy. Cơ chế vận hành của giải pháp công nghệ được thể hiện ở hình 1.1, theo đó; Hệ đà giáo chống đỡ chịu lực phục vụ côna tác lắp ghép. Sau khi thi công xong trong 1 nhịp đà giáo sẽ được di chuyển đến nhịp tiếp theo để chốníỉ đỡ phần trọng lượng phân đốt lắp ghép như đã làm đối với các nhịp trước. Trong một số trường hợp có thể đặt hệ thống đà giáo chống đỡ trong phạm vi cho một nhịp, một số nhịp, thậm chí cà cầu. Công nghệ lắp ghép trên hệ đà giáo cố định có một số đặc điếm kỹ thuật sau: C h u y ể n vị Iri hệ đà giảo nâng đỡ Hình 1.1: Sơ đồ minh họa cơ chế lắp ghép phân đốt trữn đà giáo cố định Công nghệ lắp ghép trên hệ dà giáo co định có những đăc điểm mang tính lợi ihế sau: - Cơ chế vận hành công tmhộ đơn giản. - Đà giáo được sử dụng lặp lại nhiều lần, vì vậy nâng cao hiệu quả kinh tế. - Có thê triển khai trên nhiều mũi thi công để đầy nhanh tiến độ thi công. Tuy nhiên những hạn chế sau đây cần được chú ý: - Công nghệ cổ điển, phải sử dụng một khối lượng lớn đà giáo bàng thép. - Đối với các công trình tm cao > lOm và nền đất yếu sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế và an toàn công trình. - Chỉ thích hợp với cầu cạn. Không thể vận dụng để thi công cầu vượt sông. 1.2.2. Công nghệ lắp hẫng tịnh tiến (Progressive Placement Method) Công nghệ lắp hẫng tịnh tiến lần đầu tiên được áp dụng ở Pháp để thi công các cầu bê tông dự ứng lực như: Rombas, cầu St.Cloud qua sông Seine, cầu St.Audré de Cubzac qua sông Dordogne, đường cao tốc trên cao B3 South (gần Paris) và 3 cầu đường sắt. ờ Mỹ năm 1984, lần đầu tiên cầu cạn Linn Cove phía Bắc Carolina được áp dụna công nghệ lắp hẫng tịnh tiến để thi công. Cơ chế vận hành của công nehệ được thể hiện ở hình 1.2, theo đó: - Hệ thống thiết bị công nghệ thi công di chuyển tịnh tiến theo 1 hướng từ đầu đến cuối cầu.
- Trong thi công sử dụng phần nhịp được lắp ghép để làm đường vận chuyến (đường trượt) thiết bị. - Quá trình lắp ghép chỉ diễn ra ở tại nhịp hẫng. Do độ cứng của phần cánh hẫng yếu nên phải sử dụng trụ tạm. Hìnỉt 1.2: Sơ đồ minh họa cơ chế vận hành công nghệ lắp ghép hẫng tịnh tiến Theo M athivat (1983) công nghệ lắp hẫng tịnh tiến có một số đặc điểm kỹ thuật mang tính lợi thế sau: - Trong quá trình lắp ghép chỉ sử dụng luân phiên một số chủng loại thiết bị mà kliông cần thiết phải bổ sung thay đổi. - Công tác kiểm soát chắt lượng thuận lợi. - Thích ứng đối với những cầu cạn dạng cong bàng. Cũng giống như những công nghệ truyền thống khác, công nghệ lắp hẫng truyền thống có m ột số tồn tại sau: - Giới hạn khẩu độ nhịp chỉ từ 30 - 50m. - Trong quá trình thi công phải xây dụng thêm trụ tạm để nâng cao độ cứng chống uốn cho dầm làm việc theo sơ đồ cong son (so sánh với công nghệ đúc hẫng truyền thống). - Thời gian thi công chậm so với lắp hẫng cân bằng vì chi triển khai được trên 1 mũi thi công. - Sử dụng các bó cáp dự ứng lực tạm thời để xử lý trong thi công. - Tại nhịp đầu tiên, trong một số trường họp phải dùng công nghệ khác vì dầm chưa đủ có độ cứng đáp ứng khả năne làm việc cong son của nhịp này. - Không phù hợp đối với nhừna công trình cầu vượt sông. 1.2.3. Công nghệ lắp ghép cân bằng đối xúng bằng giàn treo di động Công nghệ lắp ghép cân bằng đối xứng qua trụ bằng dàn treo (tự trượt) lần đầu tiên được M uezỉler và Bem ard áp dụng để thi công một số cầu ở dự án đưòng trên cao (Viaduct) Oleron vào những năm 1964 - 1966.
Hình 1.3, Hệ giàn írượt áp dụnọ; trong (hi công câu Oỉeron Cơ chế vận hành của giải pháp công níihệ được thế hiện ớ hình 1.4, theo dó: Dám ngang treo phía sau Dấm ngang treo phía trưỡc Dàn chinh Dầm ngang dỡ phia sau Dầm ngang dờ phia Irươc ỵ Chân chống sau m m Chán chóng phia trư'^c Hình 1.4: Sơ đồ minh họa cơ chc vận hành côỉiíi Iigliệ lắp ghép càn bằiìiỉ (lồi xíniỊi bãníỊ giàn treo cìi dộnọ, - Thiết bị công nghệ bao gồm 1 hộ giàn dùng đẻ treo và di chuyến phân đoạn plụic vụ công tác lắp ghép. Cơ chế lắp ghép theo nguyên tắc lắp hẫng đối xứng qua trụ. - Giàn treo được đặt trên 3 vị trí tại đỉnh trụ cầu liền kề. Quá trình lắp hẫne trướe hết được thực hiện tại vị trí trụ giữa. Sau khi lắp ghép \ à hợp long xong các phần cánli lăp hẫng cùa nhịp trước và phần cánh hẫng của nhịp liền kề, giàn treo sẽ được di chuyển đến nhịp tiếp theo, và công tác lắp ghép tiếp tục được thực hiện tại vị trí trụ giữa như đã làm đối với các nhịp trước. Công nghệ lắp hẫng cân bằng đối xứng có một số UII điểm sau; - Thời gian thi công nhanh vì khối lượng công việc được triển khai trên nhiều mũi thi công. - Rất phù họp đối với những cầu có chiều cao trụ lớn (>10m). - Khoảng không dưới cầu thông thoáng. - Có thể được áp dụng để thi công cầu vượt sông. Các hạn chế khi áp dụng công nghệ lắp hẫng cân bằng thể hiện ờ chỗ:
- Do khẩu độ nhịp lấp ghép lớn nên dàn treo cần được cấu tạo có độ cứng lớn để chốim uổn, vì vậy đầu tư ban đầu sẽ rất lón. 1.2.4. Công nghệ lắp hẫng truyền thống C ông nghệ lắp hẫng cân bằníí đối xứng từ lâu đã trở thành công nghệ truyền thống ớ các nước trên thế giới. Cơ chế vận hành của công nghệ được minh họa ờ hình 1.5, theo đó: Khung chiu íực Đoạn đầu nhịp thi công Ván khuòn Kich neo Dán ngang phía Irươc bẳng bộ ván khuòn đúc hâng Ván khuòn đúc hẫng đúc hẵng / Dấm cuốn Dám treo / Mố cẩu ngoái hợp long cnnn Ván khuòn Ván khuònđúc hợp long doạn đẩu nhịp Dầm đờ ngang phía trưó'c |Dầm đờ ngang phia sau Hình 1.5: Sơ đô minh họa cơ chê vận hành cóng nghệ ỉăp háng (ruyêu thông cân băng - Thiết bị công nghệ bao gồm 1 bộ xe lắp hẫng (2 xe lắp hẫng) cân bằng hoặc nhiều bộ dược lắp trên 2 phía của đốt Ko, dối xímg qua tim các trụ (đốt Ko được đặt trước lên trụ). Các phân đoạn đốt dầm được vận chuyến đến công trường sau đó dùng tời để nâng lên đến vị trí lắp ghép. Sau khi các cánh khung T lắp ghép xong, tiếp tục hợp long các cánh khung hẫng. Mối nổi lắp ghép thường sử dụng mối nối khô, kết dính bằng keo Epoxi hoặc bê tông mịn có chiều rộng 7cm ^ 12cm. Các phân đoạn được chế tạo theo giải pháp kỹ thuật “in oản” để khi lắp ghép đảm báo mối nối kín khít. Công nghệ lắp hẫng truyền thống có một số ưu điểm sau: - Tốc độ thi công nhanh do triển khai dược nhiều mũi thi công trong cùng thời điểm. - Tốc độ thi công nhanh hơn so với đúc hẫng truyền thống. - Khẩu độ nhịp lớn từ 70 -í- 150m hoặc lớn hơn. - Thích hợp với những cầu vượt sông. Hạn chế của công nghệ lắp hẫng cân bàng thể hiện ờ chỗ; - Giá thành đắt hon so với công nghệ đúc hẫng truyền thống do chi phí đúc phân đoạn dầm và vận chuyển nó đến công trường phát sinh. 1.2.5. Công nghệ lắp ghép tuần tự hoàn chỉnh cho từng nhịp t«ên đà giáo (span by span - SPS) Công nghệ lắp ghép phân đoạn tuần tự hoàn chinh cho tùng nhịp trên đà giáo hẫng (SPS) lần đầu tiên được áp dụng để thi công ở cầu Long Keys (1982). Đây là cây cầu bê tông dự ứng lực lắp ghép lớn nhất thế giới vào thời điểm đó. Cơ chế vận hành công nghệ SPS thể hiện ở hình 1.6, theo đó:
H ình 1.6. Sơ đồ minh họa cơ chê vận hành công nghệ span-by-span - Đ à giáo dạng dàn bắt đầu được đặt lên trên 2 đỉnh trụ tại nhịp đầu tiên. Dùng cấu đố nâng lần lượt từng phân đoạn dầm đặt lên đà giáo. Sau khi lắp ghép xong cho 1 nhịp, tiếp tục luồn bó cáp dự ứng lực và căng xâu táo toàn bộ các đốt dầm để tạo thành nhịp cầu hoàn chỉnh. Cũng có một vài giải pháp kỹ thuật được áp dụng theo hướng này như: Có thể lắp ghép hoàn chỉnh một số phân đoạn trên mặt đất, sau đó dùng cẩu nâng cá nhóm vào vị trí theo sơ đồ thiết kế. Sau khi thi công hoàn thàiứi nhịp đầu tiên, tiếp tục di chuyển đà giáo đến nliịp tiếp theo. Các công việc lắp đặt và căng kéo liên kết các phân đốt của nhịp này và những nhịp tiếp theo được lặp lại như đã làm ở nhịp 1. Kểt cấu nhịp dầm sẽ đạt được khà năng tự đỡ hoàn toàn sau khi đúc các mối nối hợp long trên Irụ (đối vứi dầm siêu luih) vả căng kéo bỏ cáp dự ứng lực tạo lièn kết dọc. Theo Levintor (1995j công nghệ SPS có một số đặc điểm mang tính lợi thế sau: - Nhịp dầm được thi công trên cao, không tiếp xúc với mặt đất, vì vậy công nghệ này có thể áp dụng để thi công các cầu virợt sông. - Có thể sử dụng phần nhịp dầm đã thi công xong để vận chuyển phân đoạn dầm tiếp theo. Mặc dầu vậy công nghệ SPS vẫn tồn tại những hạn chế như: - Việc di chuyển đà giáo phải dùng hệ nổi (khi cầu vượt sông) và cần cẩu. - Chiều cao của đà giáo làm thu hẹp khoảng không phía dưới gây ảnh hưỏTig đến giao thông thủy. 1.3. TÌNH HÌNH ÁP DỤNG CÒNG NGHỆ LẮP GHÉP TRONG XÂY DỤNG CẦU ở VIỆT NAM Đầu những năm của thập kỷ 80, kết cấu lắp ghép bằng các phân đoạn dầm hộp bê tông dự ứng lực có quy mô vừa phải với chiều dài 3,5m lần đầu tiên được áp dụng ở các cầu: Rào, N iệm và An Dương (Hải Phòng). Các cầu này được thiết kế và xây dựng chủ yếu với dạng khung T nhịp đeo có khẩu độ nhịp chính 63 theo định hình của Liên Xô 10
(cũ). Khi xây dựng các cầu này, việc lắp ghép các phân đoạn chủ yếu dùng loại bó cáp 24 sợi 05 cường độ cao của Liên Xô, đặt phía trên bản mặt hộp và neo vào phía đầu phân đoạn dầm. Mối nối giữa các phân đoạn được sử dụng loại vật liệu chèn khe keo lỉpoxi. Ngoài ra cũng vào thời điểm này cầu Hoàng Thạch dạng dầm bê tông dự ứng lực kiểu tiết diện T chế tạo theo công nghệ lắp ghép phân đốt (7 đốt) đã được xây dựng. Sự kiện cầu Rào đổ năm 1986 đã làm gián đoạn quá trình phát triển loại cầu lắp ghép bê tông dự ứng lực ở Việt Nam bởi các nhà quản lý nghi ngờ chất lượng kết cấu lắp ghép dùng mối nối không phù hợp trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam, Mãi đến năm 2003, sau khi xây dựng xong cầu Kiền - Loại cầu dây văng có dầm chủ bê tông dự ứng lực lắp ghép - chúng ta mới có dịp để phân tích, đánh giá lại loại hình kết cấu này với những đặc điểm lợi thế rõ rệt của nó. Ngoài ra trong chiến lược phát triển xây dựng cơ sở hạ tầng GTVT, một số đề tài nghiên cứu cấp Ngành đã được triển khai, theo đó những kết quả ban đầu cho thấy kết cấu lắp ghép phân đoạn có thể áp dụng có hiệu quả ở Việt Nam trên cơ sở thiết kế mối nối và sử dụng vật liệu làm mối nối liên kết họp lý như các nước tiên tiến trên thế giới đã làm. 1.4. PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ LẮP GHÉP PHÂN ĐOẠN TR ÊN Đ À GIÁO DI ĐỘNG TRÊN C ơ s ở VẬN DỤNG CÁC ĐẶC ĐIỂM LỢI THỂ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ LẢP GHÉP TRUYÈN THỐNG 1.4.1. Sự ra đời của công nghệ lắp ghép phân đoạn trên đà giáo di động Sự ra đời của công nghệ lắp ghép phân đoạn trên đà giáo di động (launching gantriy- LG) bắt nguồn từ ý tưởng lắp ghép theo nguyên tắc “hẫng” và nguyên tắc thi công tuần tự trên từng nhịp (span-by-span) như đã trình bày ở mục 1.2. Tuy nhiên giữa chúng có sự khác nhau cơ bản: - Đối với công nghệ lắp hẫng truyền thống, xe lắp hẫng được đảm bảo về khả năng ổn định treo ở đầu hẫng cánh dầm nhờ độ cứng của đoạn dầm cánh hẫng đã lắp xong. Trong khi đó ở công nghệ LG, độ cứng của toàn bộ phần kết cấu lắp ghép được bảo đảm nhờ độ cứng của hệ thống dàn đẩy (đà giáo đẩy) thông qua các thanh đeo (đẩy trên) hoặc giá đỡ (đẩy dưới). - Xét về nguyên tắc, giữa công nghệ LG và công nghệ SPS có sự giống nhau là thi công hoàn thành cho từng nhịp. Tuy nhiên thay vì phải dùng cẩu để di chuyển đà giáo từ nhịp này sang nhịp khác như đối với công nghệ SPS thì ở công nghệ LG đà giáo được di chuyển bằng hệ thống kích đẩy hoặc trượt. Qua phân tích các đặc điểm của một số giải pháp công nghệ lắp ghép, có thể nêu lên một số đặc điểm m ang tính lợi thế của công nghệ LG như sau: - Trong quá trình tính toán thiết kế kết cấu nhịp dầm (kể cả giai đoạn thi công và khai thác), bài toán kết cấu không phức tạp như kết cấu bê tông dự ứng lực đổ tại chỗ do giảm tối đa các yếu tố ảnh hưởng từ co ngót và từ biến. 11
- Do các công đoạn thi côn>z dược phân chia khá rành mạch nên tạo khả năng hạp 1>' hóa và công nghiệp hóa sản xuát ở mức độ cao. Vì vậv có thể rút ngắn thời gian thi công, ở công nghệ lắp ghép nói chung và công nghệ LG nói riêng, có thể hinh ihành các loại hình công việc tương đối độc lập với nhau như: - Chế tạo và vận chuyển phân đoạn đốt dầm - Cẩu lắp phân đoạn đốt dầm \ ào vị trí + Tạo mối nối liên kết các phân đoạn - Lắp đặt và căng kéo bó cáp dự ứno krc + Di chuyển đà giáo. - Hệ thống kết cấu đà giáo di động được sử dụng theo chu trình tương tự nên khả năng nâng cao trinh độ tay nghê của đội ngũ cán bộ kỳ thuật, công nhân và nâng cao độ chuẩn xác trong quá trình vận hành công nghệ. - Với công nghệ LG cho phép bảo đảm được khoảng không phía dưới cho các phương tiện giao thông thủy bộ, đặc biệt đối với các thành phố lớn có mật độ giao thông cao. - Công nghệ LG dễ dàng áp dụng cho các loại cầu có sơ đồ kết cấu nhịp ỉiiản đơn hoặc liên tục, các loại mặt cắt hộp đơn hoặc hộp kép có khấu độ nhịp thông thường từ 35 H- 60m. Chiều dài cầu thường được áp dụng từ 500m đến «2000m . Tuy nhiên trong những trường hợp cầu có chiều dài lớn hàng chục Km, có thể triến khai nhiều mũi thi công bằng việc sử dụng nhiều hệ thông đà «iáo di động. - Áp dụng công nghệ LG tạo kha năntí đẩv nhanh tiến độ thi cônu, thôrm thườiiR chu kỳ từ 2 đến 3 ngày thi công xong 1 nhịp (khẩu độ nhịp trunti bình từ 40 ^ ốOm), vì vậy công nghệ LG rất phù hợp trong nhữnu điều kiện vị trí xây dựng cầu nằm trong tliành phố, theo đó cần thiết phải thi công nhanh để làm thông thoáng mặt bằng thi công, nhằm đáp ứng điều kiện giao thông bình thường khu vực. Bên cạnh các đặc điểm mang tính lọd thế, công nghệ LG cũng tồn tại một số hạn chế: - Do đặc thù của kết cấu lắp ehép, nên các phân đoạn đốt dầm được liên kết ép mặt vào nhau nhờ lực căng ép của bó cáp dự ứng krc và lóp keo (hoặc mối nối bằng bê lông đổ tại chỗ), và tại vị trí mối nối không có sự liên tục của cốt thép thường nên làm t;iảm khả năng chống cắt và xoắn. - Đầu tư ban đầu lớn do giá thành thiết bị, máy móc, bệ đúc, ván khuôn và vận chuyèn tương đối cao, vì vậy công nghệ LG chi mang lại hiệu quả cao đối với những dự án xây dựng có quy mô lớn. - Quá trình vận hành thiết bị công nghệ láp ehép và lắp íỉhép đòi hỏi trình độ tay nghề của công nhân và kỳ sư rất cao. 1.4.2. Tình hình áp dụng công nghệ LG trên thế giói Công nghệ LG trên thực tế còn rất mới mẻ. ờ một số nước phát triển, trong những năm thập kỷ 90 và đầu những năm 2000, các hãng lớn như: NRS (Nauy), Structuras 12
(ú c), Roe-Ro (Đức), Preyssinet (Pháp). VSL (Thụy Sỹ),... đà có những công trình cầu bê tông dự ứng lực được triển khai bàng việc áp dụng CNĐL. Có thể nêu lên một số công trình tiêu biểu để thấy rõ triến vọng phát triên cùa cône nghệ LG: - Tại Mỹ: c ầ u Boston Massachusetts có tổng chiều dài 4km, kết cấu dầm loại hộp đơn. Giải pháp công nghệ sử dụne công nghệ LG đà giáo chạy trên, c ầ u Spagetti Bowl có tổng chiều dài 4km, kết cấu dầm loại hộp đơn, khấu độ nhịp 65m, cầu cong với bán kính Rmin = 130m sử dụng giải pháp công nghệ LG đà giáo chạy trên. - Tại Singapore: c ầ u Senkaníi & Panegol ne\v towns trên tu>'ến C180, LRT Systems có tống chiều dài 20km, kết cấu dầm loại hộp đơn, khâu độ nhịp 40m, cầu cong với Rm,n = 75m, trong thi công sử dụng giải pháp công nghệ LG có 2 đà giáo chạy dưới. - Tại Malaysia: c ầ u M iddle Ring Road - Missing Link - Kualalumpur có tổng chiều dài 3,2km, kết cấu dầm dạng 1 hộp đơn, khẩu độ nhịp 45m. trong thi công sử dụng giải pháp công nghệ LG có 2 đà giáo chạy trên, cầu cong với Rm;n = 500m. c ầ u Light Rail Transit 2 - K ualalum pur có tổng chiều dài 30km, kết cấu dầm loại 1 hộp đơn, khẩu độ nhịp 30m, cầu cong với Rmin = lOOm, trong thi công sử dụng giải pháp công nghệ LG có 5 đà giáo chạy dưới. - Tại Bangladesh: cầu Paksey có tổng chiều dài l,9km trong thi công sừ dụng công nghệ LG có 1 đà giáo chạy trên. - Tại Thái Lan: cầu trên cao từ Bangna di Chan Buro cỏ tổng chiều dài 54km, Ịchẩu độ nhịp chính 45m, khổ rộng 6 ỉàn xc, lổng mức đầu tu 0.7 tỷ Puro, cầu Wat Nakorn có khẩu độ nhịp 42m, cầu cong với Rm,„ = lOOm, trong thi công sử dụng công nghệ LG có 1 đà giáo chạy trên v.v... Có thể những thông tin trên chưa dầy đù nhưng qua đó cũng có thể nhận thấy khả năng và triển vọng áp dụng loại công nghệ LG trong tương lai là rất lớn. ơ nước ta trên thực tê chưa có một công trình cầu bê tông dự ứng lực nào áp dụng CNĐL đê thi công, có chăng cũng mới chi vận dụng giải pháp lăp ghép đê xây dựng một số cầu như Niệm, An Dương, Rào (Hải Phòng) thi công bàng công nghệ lắp hẫng cân băng, xây dựng trong những năm thập kỷ 80 và gần đây cầu Kiền có kết cấu cầu dây văng đầu tiên ở Việt Nam trong thi công áp dụng công nghệ lắp hẫng. Ngoài ra ở một số dự án cầu bằng các nguồn vốn ODA trên thực tế đã vận dụng nguyên tắc của công nghệ đà giáo di động để thi công các cầu dẫn của các cầu Thanh Trì, Thủ Thiêm và sắp tới là cầu dẫn Đông Trù - Hà Nội (Dự án Đưòng 5 kéo dài). Trong tương lai, khi xây dựng các tuyến giao thông nội đô, các tuyến đường bộ, đường sắt cao tốc, cũng như nhiều tuyến đường cao tốc khác chắc chắn công nghệ LG sẽ được áp dụng bởi những đặc điểm m ang tính lợi thế như đã trình bày ở trên. 13
Chưong 2 ĐẶC ĐÍỂ VI KỸ THUẬT VÀ NỘI DUNG KHCN CHỦ YẾU ƠỈIA CÔNG NGHỆ LG 2.1. MÔ TẢ TỔ N (; QLÁT NCUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA CÔNG NGHỆ LG 2.1.1. Co chế vận hành v ề nguyêiì tắc. cơ chê 'v'ận hiành của cônsí nghệ LG có đặc điểm tương đồng \'ới công nghệ Đà giáo di độrm (Í)GDĐ ), theo dó quá trình vận hành công nghệ tuần tự theo các bước công nghệ chù yếu sau (híình 2.1): - Sau khi đã lắp dựng đà giáíO, tiến liành lao lắp các phân đoạn đầu tiên (hình 2,1 a). - Căng kéo bó cáp dự ửiag lụrc liên kết các phân đoạn dầm (hình 2 .Ib). - Lao dọc đà giáo cỉến n.liỊp t.iếp thet) (hình 2.1c). b) c) I I M i Hỉiili 2.1. Tuờrii íựlnực lìiệiĩ cck bước câng nghệ chù yêu 14
Hệ thống kết cấu đà giáo như là phương tiện thiết bị phụ trợ chủ yếu dùng đế vận hành trong quá trinh thao tác công nghệ thi công, cụ thể: Các phân đoạn dầm được vận chuvên đến công trường và đưa vào vị trí lắp ghép nhờ các phương tiện thiết bị đặc chủng như: hệ cáp treo (hình 2.2) hoặc bằng hệ tay đỡ (hình 2.3). Hhih 2.2. Cúc phân đoạn được nâng đờ bằng các dây cáp treo cường độ cao (công nghệ đà giáo chạy trên lắp dưới) Hình 2.3. Các phân đoạn được đỡ bằng hệ tay đỡ (công nghệ đẩy dưới lắp trên) 1 rước khi các phân đoạn dầm liên kết với nhau, sự cần thiết phải xử lý bề mặt các piỉiân đoạn dầm tiếp xúc bằng mối nối. Mối nối thường cấu tạo bằng vật liệu chèn khe njiư keo dán Epoxi hoặc mối nổi vữa bê tông (mục III). Sau khi xử lý xong, các phân đoạn được giữ tạm thời ở trạng thái ổn định bằng cáp dự ứng lực hoặc thanh thép cường 15
độ cao (CĐC) được cấu tạo theo niỉu\ c:n lẳc dụ' ứnu lực - ngoài thông qua các mấu neo bố trí trong lòng tiết diện hộip (hình 2.4) và mặt ntỉoài phía trên tiết diện hộp (hình 2.5). Hình 2.4. Bố íri kết cấu DUL ngoài trong lòng tiết diện Hình 2.5.. Bố đri kết cấu dự ứng lực ngoài phía trên ngoải lòng tiết diện Sau ỉchi thi công hoàm chỉnh xong toàn bộ các phân đoạn cho 1 nhịp dầm, tiến hành luồn bó cáp dự ứng lự'c ( nếu phương án bố trí bó cáp trong lòng tiết diện hộp) vào các lỗ ống được bố trí sẵn h(Oặic đặt bó cáp dự ứng lực ngoài (nếu phưcmg án sử dụng dự ứng lực ngoài) và thực hiện quá trình căng kéo bó cáp dự ứng lực để tạo nên phần kết cấu dầm liên tục (liên kát phầr. kết cấu cũ và mới). Trước khi di chuyển hệ thống kết cấu đà giáo đến nhịp tiếp theo, tiến hành tháo liên kết giữa thiết bị phụ trợ với kết cấu dầm. Cơ chế vận hành cụ thẽ t:he:0 từng giải pháp của công nghệ LG (các giải pháp đẩy trên và đẩy dưới) sẽ được trinứi bàv ờ mục 2.2 và 2.3. 16
2.1.2. Một số đặc điểm kỹ thuật chủ yếu Hệ giàn giáo đẩy là bộ phận kết cẩu chủ yếu của hệ thống trang thiết bị của công nghệ LG. Các yêu cầu kỹ thuật của hệ giàn đẩy cần phải đáp ứng một số chỉ tiêu cơ bản sau: - Hệ giàn đẩy phải đủ cứng để đảm nhiệm chức năng chịu tải trọng cùa các phân đoạn dầm ở trạng thái chờ căng kéo liên kết bàng bó cáp dự ứng lực. Độ cứng giàn phải đạt được thông số thiết kế sao cho giàn không dề bị uốn. qua đó giữ được vị trí ổn định chung theo yêu cầu thiết kế về cao độ trona ciai đoạn thi công và khai thác. - Trong quá trình di chuyển, giàn đây chỉ chịu tải trọim bản thân. Chiều dài của giàn phải được cấu tạo đủ lớn sao cho trong quá trình di chuyền giàn được kê đặt ổn định lên 2 diêm. Thông thường độ dài của hệ giàn giáo đẩy được cấu tạo > 2 X L. (L: chiều dài khâu độ nhịp lăp ghép). - Đổi với công nghệ đà giáo chạy trên, dầm cứng thưÒTíg được cấu tạo dạng giàn không gian. Tuy nhiên trong một số trường họp đặc biẹt, có thế sử dụng dầm thép dạng hộp. Hình 2.6. Khớp xoay được bố trí trên hệ giàn đấy - Dối với dạng giàn cứng, các thanh xiên thường được cấu tạo bằng tổ hợp các thanh L đè thuận lợi trong việc liên kết với các nút giàn có mặt phẳng bất kỳ trong không gian. Do đặc thù của công nghệ, các thanh mạ và ihượne không những chỉ chịu các lực kéo, nén đúng tâm mà còn phải chịu uốn. Đối với các thanh mạ thưọTig và hạ khi hệ cẩu trục m ang một đốt dầm có trọng lượng lên tới 80T di chuyển đến vị trí lắp ghép sẽ phải chịu tải trọng thắng đứng gần 50T ở vị trí giữa thanh - đây là giai đoạn làm việc bất lợi nhất của thanh. Các thanh mạ hạ sẽ làm việc như các thanh chịu uốn khi cáp treo dầm không treo đúng vào các nút hoặc trong quá trình di chuyền tất cà các tiết diện của thanh m ạ hạ 17
đều đi qua đỉnh trụ phụ hoặc tirụ lạm. 0 dỏ luôn có các phản lực gối thăng đứng tác động. Vì vậy giàn và các ihar.h m,i hạ cần có cắu tạo pliù hợp, ihông thường giàn dưọv cấu tạo theo kiểu hoa mai lioăc tăim cuửnu dộ cứng các thanh mạ thượng và mạ hạ đu chịu uốn kết họp kéo nén dọc tnục Co nhạni vi áp dụnu hiệu quả nhất của CNDL là ,\â\- dựng các công trình cầu cạn. cầLu \ ưẹt. các Ui\ ến uiao thông trên cao trong thành phố và uôn lượn cong theo hưó’n
2.2. CÁC (ỈIẢI PHÁP KỸ THUẬT CỦA CỎNíỉ NGHỆ LG VÀ ĐẶC ĐIỂM của TỪNG GI \ I PHÁP Hiện nay trên thế giới, đặc biệt ở nhũrm nirớc phái triển chủ vếu áp dụng 2 giải pháp cône nghệ LG: - Công nghệ LG với hệ đà giáo chạy trên - Overhead (hình 2.8): Hình 2.8. Công nghệ LG - Giai pháp đà g:áo chạy trên - Công nghệ LG với hệ đà giáo chạy dưới - Underlung (hình 2.9): Hình 2.9. Công nghệ LG với hệ í1à í-iảo chạv dưới (underhmg) 2.2.1. Hệ đà giáo chạy trên - M ô tả tổng quát: Hệ đà giáo cliạy trên được đặt phía trên mặt dầm bê tông dự ứng lực. Toàn bộ trọng lượng của hệ đà giáo và các thiết bị thi cônR khác tác động trực tiếp xuống dầm cầu và truyền xuống trụ cầu (hình 2.8 và 2.10). 19
d ầ 'n g ià n ( đ i5 g iá o d d C t n g ' 1 1 1" Ị - ( T A / í ! c c __ _ / . l. L . u d . u L a , j ' i : i .... 1.., a) Cấu tạo kết cấu dầm (lõ b) Vị trí dầm đỡ Hình 2.10. Sơ dồ cưu rạc và cơ ché vận hành của hệ đà giáo chạy trên Hệ đà giáo chạy trên có cấ u irạo gồm 2 dầm thép (dạng giàn) có kết cấu không gian dạng tam giác hoặc \ uông nằitn 2 bên và song song với nhau (hình 2.9), chiều dài cúa giàn lớn hoTi 2 lần cùa chiều dài lứiịp chính để đảm bảo khi di chuyển đến vị trí thi công mới, hệ giàn thi công luôn trượl trên ít nhất 2 điểm đỡ. Hệ cẩu trục tự hành có thể di chuyển dọc trên đưòng ray bổ trí trên 2 thanh mạ thượng của 2 giàn thi công, hệ cấu trục có tác dụng đưa phân đoạin dầm vào đúng vị trí lắp ghép. Trong quá trình di chuyến dọc, tải trọng của hệ cầu truc vá phân đốt dầm mà nó mang theo sẽ gây tác động uốn trong các thanh mạ thượng do vậy các ihanh mạ thượng này phải được thiết kế đảm báo đủ độ cứng chống uốn. Các -.hanln rnạ hạ cũng phải có độ cứng chịu uốn tốt để chịu được trọng lượng của các phân đôt dầ m khi được đưa vào vị trí thi công lắp ghép (các thanh Bar sẽ được treo vào các thanhi mạ hạ)- Trên hệ giàn thi cônỉỉ đượic cấu tạo nliiều khớp xoay trên mặt phang ngang (có thể lên đên 6 vị trí khớp trên loàn bội c.hicu dài của giàn thi công) để có thể lắp ghép cho các tuyên câu có bán kính cong bầing n.hỏ. Hệ thồng giàn thi công treo trên của hãng NRS có thê lăp ghép cho nhánh cầu C'0nig cói bán kính R’ển đến tirụ tiẽp theo. Sau khi đà giáo (giàn thi công) được đật trên 3 trụ đỡ (2 trụ đỡ chính và trụ (đõ" pihụ) sẽ liếp tục tuần tự lắp ghép đốt dầm cho nhịp mới tưong tự như nhịp trước. 20
Các trụ đõ' thường được cấu tạo như là các dầm dữ dặl năm ngang vuông góc với tim dầm BTDUL (hinh2.11). MHR. Kuữìũ Lumpur, M ă ìiy sii] Hình 2.11. Dầm đỡ được dặt nằm nganiỉ trên xà mũ trụ cầu. Đe phục vụ công tác điều chỉnh cao độ và chịu krc trong quá trình lắp ghép và di chuyển, các dầm đỡ được đặt trên hệ kích đặc chủng (hình 2.10) có công suất từ 500T - 600T (đối với các kích nằm ngoài) và s:250T (đối với các kích nằm phía trong). Có 2 giải pháp đặt dầm đỡ: + Giai pháp 1: Sử dụng dầm đỡ trước đặt trực tiếp lên clỉnh trii để thi công nhịp dầm giản đơn. ỈM R . K ụ ù la Lum pur, M a ìà ysiạ Hình 2.12. Vị trí phán đoạn dâm ciiỏi cùng và dầm đỡ dặt trên xà mũ trụ Với cách đặt dầm đỡ trước trực tiếp lên đỉnh trụ, cho phép các phân đoạn dầm được lắp ghép hoàn thành cho 1 nhịp. Do vậy xà mũ trụ phải đủ rộng để vừa đủ chỗ cho dầm đỡ và vừa đủ chỗ cho phần dầm được lắp ghép cuối cùng của nhịp (hình 2.12). 21