Giáo trinh Xây dựng cầu (Phần 2)

128 trang hapham 1560

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trinh Xây dựng cầu (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_xay_dung_cau_phan_2.pdf

Nội dung text: Giáo trinh Xây dựng cầu (Phần 2)

Chương 5 XÂY DỰNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP 5.1. Xây dựng kết cấu nhịp cầu dầm bê tông cốt thép toàn khối 5.1.1. Đặc điểm xây dựng kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép toàn khối Cầu bê tông cốt thép thi công đúc toàn khối cần một khối lượng công tác rất lớn để xây dựng công trình tạm phục vụ thi công. Chế tạo và lắp dựng giàn giáo ván khuôn tốn kém sức lao động, thời gian thi công kéo dài, giá thành đắt. Kinh nghiệm cho thấy, nếu dùng giàn giáo gỗ thì khối lượng gỗ chiếm khoảng gần 5% thể tích không gian gầm cầu. Ván khuôn gỗ chiếm từ 0,3  0,4m3 cho 1m3 bê tông. Nếu dùng các loại giàn giáo khác cũng không kém phức tập và tốn kém. Nhiều khi giàn giáo hoặc giá vòm cũng thực sự là công trình đồ sộ, không kém gì nhịp cầu bê tông cần đúc toàn khối. Vì vậy dầm cầu bê tông cốt thép đổ tại chỗ chỉ dùng trong trường hợp cá biệt, có yêu cầu riêng hoặc xây dựng cầu ở vùng sẵn vật liệu cát, sỏi, đá và gỗ Hiện nay trong xây dựng cầu bê tông cốt thép đổ tại chỗ đã áp dụng nhiều tiến bộ khoa học - công nghệ để giảm bớt khối lượng thi công như dùng giàn giáo giá vòm chuyên dụng, giàn giáo di động, giàn giáo treo. Thậm chí dùng các biện pháp thi công không cần giàn giáo như sử dụng kết cấu bán lắp ghép, phương pháp đúc đẩy hoặc dùng ván khuôn trượt. Phương pháp dùng giàn giáo treo đổ bê tông hẫng được ứng dụng rộng rãi ở các nước. Hiện nay ở Việt Nam đã sử dụng trong thi công phổ biến cho các cầu lơn như: Cầu Phú Lương, Cầu Tiên Cựu, Cầu Sông Gianh, Cầu Hoàng Long, Cầu Tân Đệ, Cầu Thanh Trì, Cầu Bãi Cháy, Cầu Phù Đổng, Cầu Vĩnh Tuy v.v Phương pháp thi công dùng giàn giáo treo đổ bê tông hẫng có nhiều ưu điểm đối với cầu dầm liên tục nhiều nhịp, cầu treo, cầu khung T có chiều dài nhịp từ 50m trở lên. Kết cấu bán lắp ghép chỉ sử dụng một phần là cấu kiện đúc sẵn, còn lại là đổ bê tông tại chỗ, nên có nhiều hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật, khắc phục nhược điểm của hai loại kết cấu trên, đồng thời phát huy những ưu điểm sẵn có của chúng. Do đó rất thông dụng ở nhiều nước. Ở nước ta kết cấu bán lắp ghép đã được sử dụng có hiệu quả đầu tiên Cầu Tam Canh và một số cầu đường ô tô ở Tỉnh Vĩnh Phúc. Phương pháp đúc đẩy cũng là công nghệ xây dựng tiên tiến, tiết kiệm được kinh phí thi công các công trình phụ tạm là giàn giáo và ván khuôn, đồng thời thu hẹp được bãi đúc và công nghệ xây dựng cầu, tập trung được khâu quản lý sản xuất. 5.1.2. Xây dựng cầu dầm bê tông cốt thép trên giàn giáo Xây dựng cầu dầm bê tông cốt thép toàn khối trên giàn giáo bao gồm các công việc sau: làm giàn giáo, lắp dựng ván khuôn, đặt cốt thép, đổ và đầm bê tông, bảo dưỡng bê tông, tháo dỡ ván khuôn và giàn giáo. Vật liệu làm giàn giáo bằng gỗ, thép hoặc kết hợp gỗ và thép. Giàn giáo phải đủ cường độ, độ cứng và ổn định theo yêu cầu. Chẳng hạn độ biến dạng của các thanh giàn giáo không được vượt quá giới hạn cho phép, nếu không sẽ dẫn đến hậu quả rất lớn như sự cố sập nhịp cầu dẫn Cầu Cần Thơ. 73
Cấu tạo giàn giáo phải đơn giản để dễ tháo lắp và sử dụng được nhiều lần. Mối nối phải thật khít để giảm biến dạng không đàn hồi, khe nối không được hở quá 1mm. Sai số kích thước không vượt quá 10mm, sai số khoảng cách giữa các tim giàn giáo không vượt quá 30mm. Giàn giáo được chọn tuỳ theo kết cấu, chiều dài nhịp, chiều cao cầu, vật liệu và thiết bị thi công sẵn có Giàn giáo có nhiều dạng như giàn giáo cố định, giàn giáo di động. a. Cấu tạo giàn giáo cố định Giàn giáo cố định loại đơn giản nhất là giàn giáo kiểu cột đứng, khoảng cách giữa các cột thay đổi từ 2  4m (hình 5.1a). Khi cầu cao, cột đứng phải bố trí dày, do đó tốn gỗ đồng thời trong thời gian thi công thuyền bè không qua lại được, cho nên cũng có thể dùng giàn giáo thanh chống xiên dạng tam giác hoặc hình thang (hình 5.1b và c). Khoảng cách giữa các cột sẽ tăng từ 6  8m. a) b) c) Hình 5.1 Sơ đồ cấu tạo giàn giáo gỗ Mặt cắt ngang giàn giáo có cấu tạo tuỳ theo bề rộng cầu và số lượng dầm chủ. Các cột đứng luôn luôn phải bố trí ứng với dầm chủ. Hình 5.2 giới thiệu cấu tạo một loại giàn giáo gỗ cố định tính từ trên xuống có các bộ phận sau: ván đáy dầm chủ, dầm ngang, dầm dọc, thiết bị hạ giàn giáo và palê gồm xà mũ, cột đứng, chân chống và các thanh ốp chéo. Các vì palê có thể kê trực tiếp trên nền đất tốt, nếu nền đất yếu phải kê trên nền cọc. 74
a) b) H×nh 5.2 MÆt c¾t ngang giµn gi¸o a) Khi cÇu réng vµ cao b) Khi cÇu hÑp vµ thÊp Trường hợp nhịp cầu lớn và sông có thông thuyền thì sử dụng giàn giáo bằng thép hình chữ I sẽ hợp lý hơn. Tuy nhiên vì thép hình khan hiếm và đắt tiền, cần sử dụng thép hình kích thước có sẵn, tốt nhất là để nguyên, không khoan, cắt mà đặt so le trên palê, để sử dụng lại. Nếu cần có thể nối dài theo kiểu liên kết chồng, ốp gỗ hoặc bê tông và bu lông. Trong thời gian thi công nếu cần có khổ thông thương gầm cầu lớn, người ta thường dùng giàn giáo dầm I có thanh tăng cường dàn thép, thông thường ở nước ta hay dùng giàn giáo bằng thanh thép “vạn năng” УИКМ của Liên Xô cũ hoặc các chi tiết của cầu quân dụng Bailey là tiện lợi nhất, vì có thể dễ dàng lắp thành dàn hay trụ tạm phục vụ thi công. Giàn giáo thép “vạn năng” УИКМ của Liên Xô cũ có đầy đủ các tính năng sử dụng rộng rãi có loại 25 linh kiện, 61 linh kiện gồm các thanh vạn năng được làm bởi các thép góc, thanh nặng nhất 76,4daN, các bản nút nặng 93daN, các ụ chân (đầu bò) nặng 260,3daN. Các thép hình I để làm dầm ngang có thể nặng tới 1154daN. Các thanh thép đều bằng thép CT3, thanh ghép có thể tổ hợp từ 1 đến 6 thép góc. Bản nối và bản giằng có 26 loại. Các thanh liên kết bằng bu lông có đường kính 22 và 27mm. Thanh vạn năng có thể lắp thành giàn, trụ, tháp cầu và nhiều hình thức kiên kết khác với khoang 2m. Bảng 5.1 giới thiệu các đặc trưng tiết diện, năng lực chịu tải trọng của kết cấu thanh vạn năng УИКМ. Hình 5.3 và hình 5.4 giới thiệu cấu tạo giàn giáo bằng thanh vạn năng và khuôn Bailey. Hình 5.5 và hình 5.6 là dạng cấu tạo trụ tạm bằng thanh vạn năng và khuôn Bailey. Khi lắp dựng giàn giáo chuyên dụng bằng thanh vạn năng hoặc khuôn Bailey rất tiện lợi cho việc lắp dựng và tuỳ theo khẩu độ, chiều cao cầu ta có thể lắp dựng thành nhiều dạng khác nhau thành các kết tạm phục vụ tiện ích cho cả thi công mố, trụ và dầm bê tông cốt thép và có thể lắp thành giá lao dầm. Bảng 5.1 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA KẾT CẤU THANH VẠN NĂNG УИКМ Khoảng Nội lực giới hạn (tấn) Bộ Hình dạng Thành phần cách Độ phận Chịu Chịu Theo liên mặt cắt mặt cắt tim nút mảnh  dàn nén kéo kết (cm) 1L 200 85 8 8,5 38,9 ng và 125 125 10 400 170 8,5 38,9 đứ thanh thanh 2L 200 53 78 78 89,6140 75
125 125 10 400 91 66,8 78 89,6140 200 48 156 156 156161 4L 125 125 10 400 81 145 156 156161 1L 141,5 81 4,2 4,4 23,4 90 90 9 283 138 3,6 4,4 23 2L 283 85 40,7 41,3 46,7 90 90 9 4L Thanh xiên xiên Thanh 283 85 84,2 90,2 53,793,5 90 90 9 2L 283 100 11,1 13,8 14,6 75 75 8 1L 200 135 3,2 3,7 10,4 75 75 8 400 270 3,7 10,4 200 85 34,7 36,1 14,641,5 ng 2L ằ 75 75 8 400 148 15,8 36,1 14,641,5 Thanh gi Thanh 200 74 72,2 72,2 29,258,4 4L 75 75 8 400 124 41,5 72,2 29,258,4 76
a) 2m 2m 2m 2m m 2 2m b) c) Hình 5.3 Một số dạng giàn giáo thép chuyên dụng УИКМ a) - Giàn giáo 1 tầng; b) - Giàn giáo 2 tầng; c) - Giàn giáo 3 tầng a) b) Hình 5.4 Một số dạng giàn giáo chuyên dụng bằng khuôn Bailey a) - Panô một tầng; b) Panô hai tầng 77
Hình 5.5 Trụ ghép bằng thanh vạn năng УИКМ Hình 5.6 Trụ ghép bằng khuôn Bailey 78
b. Cấu tạo ván khuôn Khi chiÒu cao dÇm h 1,5m A - A 1/2(B - B) B 2 A 630/2 80 4 8 2 5 9 3 7 1 3 1 7 6 10 170/2 170 200 10 B A Khi chiÒu cao dÇm h >1,5m C - C 1/2(D - D) D C 630/2 80 170/2 170 200 D C 7 5 7 9 8 Hình 5.7 Ván khuôn kết cấu nhịp dầm a) - Khi chiều cao dầm h = 1,5m (khi h 1,5m 1 - Gỗ ngang; 2 - Khung ngoài; 3 - Khung trong; 4 - Ván đáy bản; 5 - Ván thành 6 - Ván đáy dầm; 7 - Thanh đứng; 8 - Bu lông giằng; 9 - Văng chống; 10 - Nêm gỗ Ván khuôn cầu dầm bê tông đúc toàn khối có thể làm bằng gỗ, thép hoặc kết hợp gỗ - thép. Yêu cầu đối với ván khuôn là đủ độ cứng và cường độ, đơn giản dễ chế tạo, dễ tháo lắp và sử dụng được nhiều lần. Ván khuôn phải khít để tránh rò rỉ vữa xi măng khi đổ bê tông. 79
Tuỳ theo số lượng nhịp có thể chọn ván khuôn gỗ hoặc thép. Đối với ván khuôn thép sử dụng được nhiều lần, do đó tổng giá thành hạ. Cấu tạo kết cấu ván khuôn gỗ được giới thiệu trên hình 5.7 Ván khuôn gỗ đúc dầm bê tông cốt thép gồm các bộ phận sau: - Ván lát: Dày từ 3 đến 5cm, khoảng cách các nẹp đứng từ 70 đến 100cm. Ván khuôn có thể chia đoạn để chế tạo sẵn, như vậy sẽ lắp ghép được nhanh. Để đảm bảo bề dày sườn dầm bê tông cần bố trí các bu lông giằng luồn qua lỗ của thanh chống bằng bê tông. - Khung chống: Đó là những thanh gỗ liên kết với nhau bằng đinh hoặc bu lông thành từng mảng không biến hình, dựng thẳng đứng thành từng bộ, cách nhau khoảng 70 đến 100cm. Ván khuôn đáy và khung chống được đặt trên gỗ ngang. Khi dầm cao và bầu dầm có bố trí nhiều cốt thép có thể mở cửa sổ trên sườn dầm để đổ và đầm bê tông (có thể kiểm tra cốt thép và bê tông tươi qua cửa sổ). Đổ bê tông đến cửa sổ phải bịt lại để tiếp tục đúc phần trên. c. Công tác cốt thép và đổ bê tông - Công tác cốt thép Cốt thép được chế tạo thành từng lưới, thành khung sườn với kích cỡ phụ thuộc vào phương tiện vận chuyển và cẩu lắp. Lưới và khung thép được chế tạo trong phân xưởng cốt thép nhờ các khuôn mẫu và phải đảm bảo độ chính xác. Độ cứng của khung cốt thép nhờ hàn các thanh và cốt thép xiên. Sườn cốt thép rời đặt trong ván khuôn cần phải phù hợp với cấu tạo ván khuôn và không có biến dạng dư. Lớp bảo vệ cốt thép được bảo đảm bằng các miếng đệm vữa xi măng có bề dày bằng lớp bảo vệ. Trong miếng đệm có đặt sợi thép nhỏ để buộc vào cốt thép chủ. Khoảng cách giữa các miếng đệm tuỳ theo đường kính của thanh cốt thép. Trước khi đổ bê tông phải lập biên bản nghiệm thu cốt thép về chủng loại, kích thước và cách bố trí đặt trong ván khuôn so với thiết kế. Trường hợp có sai sót phải sửa cho đúng thiết kế, sau đó hai bên A và B ký vào biên bản nghiệm thu. - Công tác đổ bê tông Khi thi công kết cấu nhịp đúc tại chỗ, bê tông cũng cần đổ liên tục và tận lượng dùng biện pháp cơ giới, tốt nhất là dùng máy bơm đẩy bê tông. Phần dầm có bố trí cốt thép dày nên dùng cốt liệu nhỏ. Vận chuyển từ trạm trộn đến nơi đổ không được để bê tông phân tầng. Bề dày mỗi lớp đổ từ 10  40cm. Bê tông có thể đổ theo lớp nằm ngang hoặc lớp xiên. Tốc độ đổ bê tông phải bảo đảm sao cho khi lớp đổ sau thì lớp đổ trước bắt đầu ninh kết (hình 5.8). Trường hợp cầu nhịp ngắn, có thể đổ theo lớp nằm ngang trên cả chiều dài nhịp, vì khối lượng cần đúc không lớn lắm. Dầm ngang và dầm dọc được đúc cùng một lúc, khi đến bản mặt cầu tiến hành đổ từ dầm dọc sang hai bên. Trong trường hợp cầu nhịp lớn nếu đổ bê tông theo lớp nằm ngang không thể cung cấp đủ bê tông, có thể đổ theo lớp nghiêng một góc từ 20 đến 280 so với phương nằm ngang theo hướng từ hai đầu dầm vào giữa. Phương pháp đổ theo lớp nghiêng có ưu điểm là diện tích mặt bằng đổ sẽ hẹp, khối lượng từng mẻ trộn bê tông có thể ít, lượng máy móc sử dụng không nhiều. Khi chiều cao dầm lớn hơn 1,5m hoặc cốt thép trên bản mặt cầu khá dày, sườn dầm và bản mặt cầu sẽ không đổ liền cùng một lúc. Trước tiên đổ dầm dọc và dầm ngang, sau đó lắp đặt cốt thép bản mặt cầu và đổ bê tông phần bản. Trường hợp mặt cầu rộng, có thể chia ô theo hướng ngang và bố trí khe công tác (khe nối thi công) trên dầm ngang để tránh cho bê tông khỏi nứt do giàn giáo bị biến dạng trong quá trình đổ bê tông. Trước khi đổ bê tông, phải chất tải trên giàn giáo để khử biến dạng dư do lún của giàn giáo. Chẳng hạn chất tải bằng cát, đá, hoặc đổ đầy nước (nếu ván khuôn kín ). Đổ bê rông đến đâu, tháo tải trọng đến đó, nhược điểm của phương pháp chất tải là tốn công sức và thời gian thi công kéo dài. 80
§æ theo líp b»ng A 1/2(A - A) A §æ theo líp nghiªng B 1/2(B - B) B H−íng ®æ bª t«ng §æ bª t«ng phÇn bÇu dÇm vµ s−ên dÇm Cöa sæ Cöa sæ Hình 5.8 Phương pháp đổ bê tông kết cấu nhịp 1 - Cửa sổ; 2 - Ván khuôn Đối với cầu dầm liên tục và cầu dầm hãng đúc tại chỗ, thường ở giữa nhịp giàn giáo có biến dạng lớn; trái lại ở điểm tựa, độ lún không đáng kể (hoặc không lún), vì lún không đều, bê tông sẽ bị nứt ở chỗ gẫy góc của độ võng. Vì vậy, khi đổ bê tông phải để khe công tác ở trên đỉnh trụ (kể cả trụ tạm). Khe công tác còn có tác dụng làm giảm ứng suất do co ngót của bê tông. Bề rộng khe công tác lấy khoảng 0,8 đến 1m. Mỗi đoạn cũng phải đổ bê tông từ hai đầu vào như ở hình 5.9. Khi đổ bê tông ở khe công tác, cần phải làm nhám bề mặt bê tông cũ bằng cách đục, tẩy và rửa sạch để bảo đảm liên kết tốt giữa các khối bê tông. 4 5 3 6 2 5 1 5 2 6 35 4 Hình 5.9 Trình tự đổ bê tông (từ 1 đến 6) các đoạn dầm liên tục 81
d. Tính toán giàn giáo Giàn giáo để xây dựng cầu bê tông cốt thép đổ tại chỗ chịu tải trọng của bê tông và cốt thép của kết cấu nhịp, người công tác, các thiết bị đổ bê tông và áp lực gió. Căn cứ vào các tải trọng này và trọng lượng bản thân của đà giáo ván khuôn mà tính duyệt giàn giáo về cường độ và biến dạng. Khi sử dụng các kết cấu vạn năng thì được phép căn cứ vào khả năng chịu lực của từng thanh riêng biệt mà tổ hợp lại theo yêu cầu tính toán. Các tải trọng thẳng đứng tác dụng lên giàn giáo gồm có: - Trọng lượng bê tông mới đổ (2500kG/m3), với bê tông cốt thép (2600kG/m3) - Trọng lượng bản thân của ván khuôn gián giáo, lấy theo bản vẽ giả định hoặc có sẵn (trọng lượng đơn vị của gỗ lấy khoảng 700  750kG/m3). - Trọng lượng của phương tiện dùng cho việc vận chuyển bê tông lấy bằng 50kG/m2 (theo bề mặt nằm ngang của diện tích đổ bê tông), còn trọng lượng của máng đổ hoặc phễu chứa bê tông thì coi như lực tập trung, xác định theo tình hình thực tế. - Trọng lượng người làm việc và các tải trọng ngẫu nhiên khác, đặt trên những đoạn ván lát quy định lấy bằng 200kG/m2 đối với giàn giáo giá vòm nhịp khẩu độ l < 60m và 100kG/m2 đối với nhịp l 60m. Cùng với lực thẳng đứng giàn giáo và giá vòm còn phải chịu lực gió nằm ngang tác dụng thẳng góc với bề mặt hứng gió của giàn giáo: W qFcgK1K 2 (5.1) Trong đó: q - Cường độ gió (kG/m2) Fcg - Diện tích chắn gió tính toán ( Fcg Fv ), lấy theo diện tích đường viền của kết cấu chiếu lên mặt phẳng thẳng góc với hướng gió nhân với hệ số đặc của kết cấu (hệ số chắn gió ). Hệ số này được xác định: diện tích chắn gió đặc = 1,0; giàn giáo giá vòm có cột dày = 0,4  0,5; lan can = 0,3  0,8. K1 - Hệ số động lực gió, khi tính giàn giáo giá vòm thép lấy K1 = 1,4 K2 - Hệ số tính đến tác dụng thêm của nhiều dàn chắn gió Khi khoảng cách các dàn nhỏ hơn chiều cao dàn trước mặt K2 = 1,0 Khi khoảng cách bằng hoặc lớn hơn, nhưng không quá 2 lần chiều cao dàn trước mặt: K2 1 0,5 n 1 Khi khoảng cách bằng hoặc lớn hơn 2 lần chiều cao dàn trước mặt: K2 n (với n - là số lượng dàn) Các tải trọng và lực nói trên, khi tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất (cường độ và ổn định) thì nhân với hệ số biến đổi tải trọng và hệ số xung kích (bảng 5.2). Khi tính ổn định vị trí thì không xét đến hệ số xung kích đối với trọng lượng cần trục. Bảng 5.2 HỆ SỐ BIẾN ĐỔI TẢI TRỌNG n Tổ hợp tải trọng TT Loại tải trọng Cơ bản Bổ sung Tải trọng cố định 1 Trọng lượng bản thân kết cấu tạm 1,1 và 0,9 1,1 và 0,9 Trọng lượng bản thân kết cấu lắp (khi tính kết cấu 2 1,1 và 0,9 1,1 và 0,9 lắp) 3 Áp lực do trọng lượng đất 1,2 và 0,9 1,2 và 0,9 Tải trọng tạm thời 4 Trọng lượng bản thân kết cấu lắp (khi tính K.cấu tạm) 1,2 1,0 5 Tải trọng của phương tiện nâng và chuyển ;ực của tời 1,3 1,0 82
kéo và hãm khi kéo trên con lăn, lực kích nâng 6 Trọng lượng người và thiết bị 1,4 1,0 7 Áp lực nước chảy 1,0 và 0,75 1,0 và 0,75 - Kết cấu lắp - 1,0 8 Lực gió tính cho - Kết cấu tạm 1,5 1,2 9 Lực va xô của tàu, thuyền - 0,8 Ghi chú bảng 5.2 - Trị số n lấy giá trị lớn hoặc bé hơn 1 dùng cho tải trọng cố định và áp lực nước chảy, sao cho chúng làm tăng trị số tính toán của lực tổng hợp. - Khi tính những bộ phận chịu lực gió trực tiếp như: giằng gió, neo thì lực gió trong tổ hợp cơ bản dùng n = 1,5; các tổ hợp khác n = 1,2. Hệ số xung kích lấy như sau: - Trọng lượng của phương tiện vận chuyển, cần trục và trọng lượng cấu kiện trên cần trục, chúng làm tăng lực tính toán tổng cộng thì lấy bằng 1,2 lúc làm giảm thì lấy bằng 0,85; đối với cấu kiện nặng trên 20 tấn thì lấy tương ứng bằng 1,1 và 0,95. - Khi kiểm tra giàn giáo và giá vòm về ổn định vị trí thì hệ số điều kiện làm việc lấy bằng 0,8. Để tính toán giàn giáo, ta dùng phương pháp tính thông thường, coi như những sơ đồ giản đơn của kết cấu gỗ và thép, xác định hệ số lực tính toán trong tổ hợp cơ bản và tổ hợp bổ sung tương ứng với tình hình làm việc của giàn giáo để tính duyệt về cường độ và độ ổn định và căn cứ vào lực tiêu chuẩn để kiểm tra biến dạng. Tính độ cao kiến trúc của giàn giáo: Để đảm bảo sau khi tháo dỡ giàn giáo ván khuôn, đáy của dầm chủ đúng với cao độ thiết kế, thi ban đầu ban đầu trước lúc đổ bê tông ván khuôn đáy dầm trên giàn giáo phải cao hơn cao độ thiết kế của đáy dầm. Độ cao hơn đó gọi là độ vồng dự trữ của giàn giáo. Độ vồng này được xác định bởi các yếu tố cơ bản sau: - Biến dạng đàn tính của cọc hay cột giàn giáo (1) σl δ (5.2) 1 E Trong đó:  - Ứng suất nén trong cọc hay cột (kG/cm2) l - Chiều cao cột tính từ đáy xà mũ đến mặt đất (m) E - Môđun đàn hồi của vật liệu (kG/cm2) - Biến dạng của dầm dọc hay dàn gối giản đơn trên giàn giáo tính cho tại giữa nhịp (2) + Khi là dầm đặc và tiết diện ngang thay đổi: 5ql 4 3 δ2 1 α (5.3) 384EJmax 25 + Khi là dàn: 5ql 4 3 δ2 1 α μ (5.4) 384EJmax 25 Trong đó: q - Lực rải đều trên dầm hay dàn (kG/m) l - Khẩu tính toán của dầm hay dàn (m) E - Môđun đàn hồi của vật liệu (kG/cm2) Jmax - Mômen quán tính lớn nhất của tiết diện dầm (dàn). 83
J J Hệ số: α max 0 J0 J0 - Mômen quán tính của tiết diện đầu dầm (dàn).  - Hệ số xét đến ảnh hưởng biến dạng do thanh bụng của dàn. Đối với dàn có hai biên song song phụ thuộc vào tỷ số chiều cao h và khẩu độ l. Bảng 5.3 HỆ SỐ  XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG h 1 1 1 1 Tỷ số: l 12 10 8 7 Hệ số  1,20 1,27 1,35 1,40 - Biến dạng không đàn tính của các mối nối và các mặt tiếp xúc của các bộ phận giàn giáo (3) δ3 0,2k 0,1k' (5.5) Trong đó: k - Số chỗ tiếp xúc giữa gỗ với gỗ k' - Số chỗ tiếp xúc giữa thép với gỗ - Biến dạng của thiết bị hạ đà giáo (4) + Đối với nêm thì tính như 3 + Đối với thùng cát: 4 = 0,5cm - Độ lún của nền (5) + Khi cột kê trực tiếp trên đất: 5 = 1cm + Đối với cọc đạt độ chối: 5 = 0 - Độ võng do trọng lượng bản thân của kết cấu nhịp (6), lấy theo số liệu thiết kế Độ vồng dự trữ tại một điểm được xác định: Δ δi δ1 δ2 δ3 δ4 δ5 δ6 (5.6) Đối với giàn giáo của cầu dầm, thường chỉ tính với những nhịp khẩu độ trên 10m và chỉ tính tại vị trí giữa nhịp max sau đó dùng phương pháp nội suy đường thẳng hoặc parabol để tính trị số độ vồng tại các vị trí xác định. Nếu độ vồng dự trữ tại vị trí giữa nhịp là max và tại gối bằng 0, khẩu độ nhịp là l và giả thiết độ vồng dự trữ biến đổi theo đường parabol bậc 2, thì độ vồng dự trữ tại một vị trí bất kỳ cách gối một đoạn là x được xác định bởi công thức tính toán sau: 4Δ 2 4Δ 4Δ x Δ max x max x max x 1 (5.7) l 2 l l l Căn cứ vào các giá trị tính toán được tại các vị trí, trong thực tế để dễ kiểm tra và xác định chúng một cách dễ dàng, người ta thường chuyển sang tính cao độ tại các vì cọc sau khi biết độ vồng dự trữ tại các vị trí đó. e. Tháo dỡ ván khuôn và hạ giàn giáo Khi bê tông đạt đến một cường độ nhất định, có thể tháo ván khuôn. Đối với các loại ván khuôn thành có thể tháo sớm, khi cường độ bê tông đạt trên 25kG/cm2. Sau khi tháo ván khuôn phải kiểm tra kỹ mặt ngoài và làm biên bản nghiệm thu, đánh giá chất lượng bê tông. Khi cường độ bê tông đạt trên 70% cường độ thiết kế có thể hạ giàn giáo. Thiết bị hạ bao gồm: nêm gỗ, ngựa gỗ, hộp cát hoặc kích (hình 5.10) 84
Sử dụng thiết bị hạ giàn giáo phải căn cứ vào khẩu độ của kết cấu nhịp, trọng lượng bản thân dầm và sơ đồ kết cấu bên trên. Ngựa gỗ và nêm dùng cho kết cấu nhịp có khẩu nhỏ, hộp cát và kích dùng cho nhịp lớn. - Nêm gỗ hai mảnh (hình 5.10a) Cấu tạo gồm hai mảnh gỗ với góc nghiêng không quá 250. Yêu cầu góc của nêm phải nhỏ hơn góc ma sát giữa gỗ với gỗ ( c Hình 5.10 Thiết bị hạ đà giáo a) - Nêm gỗ hai mảnh; b) - Ngựa gỗ; c) - Hộp cát d) - Nêm gỗ ba mảnh; e) - Nêm gỗ bốn mảnh 85
- Nêm gỗ ba mảnh (hình 5.10d) Để bảo đảm hạ giàn giáo giá vòm được êm thuận hơn có thể dùng nêm gỗ ba mảnh. Góc nghiêng của nêm phải lớn hơn góc ma sát giữa gỗ với gỗ ( > ) để cho các mảnh nêm tự trượt khi tháo. Vì thế với nêm gỗ ba mảnh có thể hạ giàn giáo bằng cách từ từ tháo bu lông hãm, khi nâng nêm thì ngược lại. Đối với nêm gỗ ba mảnh thường được sử dụng trong cầu vòm. Vị trí đặt nêm tại chân hoặc đỉnh của giá vòm. Lực tính toán tác dụng vào nêm được xác định bởi lực kéo trong thân bu lông hãm: + Khi tháo nêm: St Ptan α (5.10) + Khi nâng cao nêm: Sn Ptan α (5.11) Từ đó có thể xác định được đường kính của bu lông d1 (đã trừ ren) S d (5.12) 1 500π (Thép A - I làm bu lông lấy [] = 2000kG/cm2) Đối với nêm gỗ ba mảnh có ưu điểm là điều chỉnh được tốc độ khi nâng hạ, nhưng có nhược điểm là cấu tạo phức tạp. Để khi nâng hạ giàn giáo giá vòm nêm không chịu lực lệch tâm, thường sử dụng nêm gỗ bốn mảnh như hình 5.10e (vị trí đặt và công thức tính như nêm gỗ ba mảnh). - Ngựa gỗ (hình 5.10b) Sử dụng cho cầu dầm nhịp nhỏ hơn 20m, vị trí đặt như nêm gỗ hai mảnh. Thứ tự hạ giàn giáo được cưa theo mặt cắt I - I, II - II. Loại này cũng có cấu tạo đơn giản, nhưng có nhược điểm là không điều chỉnh được tốc độ hạ giàn giáo, vì chiều cao hạ biến đổi đột ngột với chiều cao hạ như hình vẽ. - Hộp cát (hình 5.10c) Gồm một ống thép đổ đầy cát khô và được lèn chặt, đè lên cát là trục có đường kính nhỏ hơn đường kính hộp cát là 1cm. Nguyên tắc làm việc của hộp cát tương tự như kích thuỷ lực, nhưng ở đây dùng vật liệu rời có góc nội ma sát lớn thay cho chất lỏng, như vậy sẽ tránh được tổn thất và an toàn trong quá trình sử dụng. Hộp cát hiện nay có cấu tạo đơn giản, bao gồm một hộp thép hình trụ hàn chắc chắn và một nút (piston) bằng gỗ hoặc bê tông đúc trong một ống thép mỏng, dễ dàng trượt trên thành của hộp cát. Cát dùng loại cát thạch anh hoặc silic hạt mịn và sạch để dễ chuyển động chảy và chịu được áp suất tới 200kG/cm2 không bị vỡ. Trước khi đổ cát vào hộp, cát phải rang khô và trong quá trình thi công phải lưu ý bảo vệ chống ẩm cho cát trong hộp, chẳng hạn có mái che mưa, nhồi xơ gai và trét matit hoặc bitum kín khe hở giữa hộp và nút piston, chốt chặt nút đã bố trí sẵn ở gần đáy hộp. Khi hạ giàn giáo, sau một hiệu lệnh tất cả các hộp cát được hạ cùng một lúc theo tỷ lệ nhất định bằng cách mở các van xả để cát chảy ra với một lượng nhất định được cân đo cẩn thận. để đơn giản nên hàn các tấm đáy rộng hơn hộp cát một chút, cát sẽ tự động ngừng chảy khi các “cồn cát” tích tụ đã cao tới lỗ tháo. Bằng một hiệu lệnh tiếp theo, chỉ cần quét đi những cồn cát đó, các hộp cát ở vị trí giống nhau sẽ được hạ độ cao như nhau. Dùng hộp cát để hạ giàn giáo sẽ êm thuận, nhịp nhàng và chính xác. Hộp cát được thiết kế theo yêu cầu độ cao cần hạ h và phản lực tựa. Cường độ của hộp được kiểm tra với áp lực cát trên thành hộp. Chiều cao hạ giàn giáo được tính theo công thức sau: h = f + + c (5.13) Trong đó: f - Độ võng của nhịp do trọng lượng bản thân dầm bê tông. - Biến dạng đàn hồi của giàn giáo. 86
c - Khoảng hở cần thiết giữa giàn giáo và dầm bê tông (thường lấy c từ 10 đến 30cm). Để tránh dầm bị rạn nứt trong qua strình hạ giàn giáo cần phải tháo cát từ từ bằng cách chia làm nhiều lần hạ, chiều cao mỗi lần hạ là h/n (n là số lần hạ). Đối với cầu dầm giản đơn, giàn giáo được hạ từ giữa nhịp vào hai gối như hình 5.11; đối với cầu dầm liên tục cũng được hạ tương tự, nhưng phải cân xứng trong toàn bộ dầm cũng như trong từng nhịp. Đối với cầu dầm hẫng, cần hạ hai bên đầu hẫng trước. Khi bê tông đạt 100% cường độ mới cho phép hoạt tải qua cầu. n1 n2 n3 n4 n5 n6 n5 n4 n3 n2 n1 i 3 7 12 18 1 2 24 17 ii 4 5 6 11 30 23 36 iii 8 9 10 16 i 29 h 15 22 iv 13 14 21 28 35 v 19 20 27 34 vi 25 26 33 vii 31 32 Hình 5.11 Trình tự hạ đà giáo Bên trái: Bước hạ; Bên phải: Giai đoạn hạ n1  n6) - Thiết bị hạ; I  VII) - Thứ tự hạ; 1  36) - Các giai đoạn hạ 5.2. Xây dựng cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực 5.2.1. Chế tạo dầm bê tông cốt thép dự ứng lực trên bệ di động theo phương pháp dây chuyền Dầm bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn thường được chế tạo trong nhà máy theo công nghệ sản xuất dây chuyền đặc biệt trên các bệ di động (kiểu toa xe). Yêu cầu đối với bệ di động là: vận chuyển dễ dàng, sử dụng luân chuyển được nhiều lần, kết cấu bền chắc an toàn, dễ dàng thi công trong mọi công đoạn dây chuyền. Bệ di động có thể cấu tạo theo nhiều cách khác nhau. Hình 5.12 giới thiệu một loại bệ căng cốt thép thẳng và gãy khúc. Cốt thép kể cả cốt thép thường sẽ được bố trí trước khi đổ bê tông. Lực căng kéo cốt thép sẽ do dầm thép đặt trên hai trục toa xe chịu. Ở đầu dầm đáy bố trí các dầm tựa kích có dạng công xon, liên kết tựa lệch tâm với dầm đáy qua một gối khớp. Đầu dưới của các dầm tựa kích được nối với nhau bằng thanh căng. 87
1 2 3 4 5 6 7182 2977 550 4070 14364 4070 550 24464 1100 1015 1100 5 804 4 1 - §Çu quay ; 2 - Gèi tùa 3 - Cèt thÐp c¨ng ; 4 - BÖ kÐo 5 - Gi¸ treo ; 6 - B¸nh xe 890 240 500  3 650 1524 Hình 5.12 Bệ căng di động cho nhịp 22m và 16m Cốt thép dự ứng lực được căng theo đường gãy khúc hoặc đường thẳng nhờ kích thuỷ lực và neo bố trí trên dầm công xon tựa kích. Các dây néo bố trí với mục đích tạo đường gãy khúc cho các bó cốt thép xiên. Ván khuôn thép được đặt trực tiếp trên dầm đáy bệ. Hình 4.13 là một loại bệ di động khác, được đặt lên hai trục bánh xe. Bó hoặc thanh cốt thép sẽ căng bằng kích thuỷ lực đặt ở đầu công xon của dầm hộp. Loại bệ này có lợi nhất để chế tạo các phiến dầm loại trung bình dài 21 đến 24m chỉ có các bó cốt thép nằm ngang cũng như để chế tạo cọc bê tông cốt thép dự ứng lực. Chế tạo dầm theo dây chuyền sản xuất, công việc phải liên tục. Ngoài các phân xưởng sản xuất theo dây chuyền như cốt thép, ván khuôn, đổ bê tông, còn phân xưởng chế tạo bó cốt thép và neo đặt ngoài và đặt trong, cũng như lưới cốt thép hàn, sườn hàn và chuẩn bị các chi tiết (gối, đệm ). Thành phẩm sản xuất dây chuyền ở một trạm, xong được chuyển đến trạm khác nhờ bệ di động. Bệ di động được kéo bằng tời điện. Trình tự các công việc sẽ như sau: Chế tạo sẵn các bó cốt thép với neo ở hai đầu, các khung sườn và lưới cốt thép hàn, chuẩn bị sẵn các mảng ván khuôn, các phụ kiện và chi tiết khác (gối dầm, móc cẩu, bản nối ). Tất cả đã được chế tạo sẵn trong phân xưởng riêng. 88
A 1 640 200 2 3 4 450 1000 3840 9000/2 100 16680/2 A 2 936 1250 1340 1000 1000 A - A 1 4 1) - S−ên r¨ng l−îc; 2) - TÊm ®¸y; 3) - BÖ kÐo 4 - B¸nh xe ; 5 - ThiÕt bÞ ®iÒu chØnh 1100 950 5 Hình 5.13 Bệ căng di động chế tạo dầm dài 15m chỉ có cốt thép thẳng Các công chủng chủ yếu sẽ hoàn thành trên bệ di động được bố trí nhiều trạm như sau: - Trạm thứ nhất: Bố trí căng và kéo cốt thép. - Trạm thứ hai: Dựng ván khuôn đúc dầm, dừng lại ở đây khoảng từ 6 đến 8 giờ. - Trạm thứ ba: Bảo dưỡng bê tông dầm bằng hơi nước nóng (chia làm hai trạm sấy nóng và làm nguội). - Trạm thứ tư: Tháo ván khuôn, dừng lại ở đây khoảng 4 giờ. - Trạm thứ năm: Kiểm tra chất lượng bê tông, sửa chữa các khuyết tật. - Trạm thứ sáu: Thả cho cốt thép dự ứng lực truyền lực vào bê tông. Tháo dỡ dầm khỏi bệ và chuyển vào bãi thành phẩm. Bệ kéo quay lại trả về vị trí ban đầu để tiếp tục chu trình sản xuất tại trạm đầu tiên. Khi đúc dầm, theo nguyên tắc dầm được đổ bê tông từng lớp nghiêng trên toàn bộ chiều cao dầm với góc nghiêng không lớn quá 450 so với mặt phẳng nằm ngang, sau khi bầu dầm đã được rải trước một lớp nằm ngang từ 1,5 đến 2m. Nếu phiến dầm có nhịp lớn cần phải đổ bê tông đồng thời từ giữa nhịp ra hai đầu. Như vậy sẽ tăng được độ ổn định chống nứt do nhiệt độ gây ra trong quá trình bảo dưỡng bằng hơi nước nóng. Để kiểm tra chất lượng dầm bê tông, nhất là tại vị trí có nhiều cốt thép, người ta bố trí “cửa sổ” ở ván khuôn phần bầu và sườn dầm. Đổ bê tông tươi đến gần cửa sổ thì đóng lại. Đối 89
với ván khuôn thép có thể khan lỗ thăm dò đường kính 10mm. Bê tông đổ đến đâu thì nút lỗ đến đó. 5.2.2. Chế tạo dầm bê tông cốt thép dự ứng lực trên bệ cố định A a) 12 3 456 7 9 A - A 10 11 12 8 A 13 8 b) 15 14 1 4 5 6 1 B - B B 14 8 B 8 Hình 5.14 Bệ cố định bằng bê tông cốt thép 1 - Tấm sắt nối; 2 - Đầu nối; 3 - Chỗ nối; 4 - Neo chìm; 5 - Dầm bê tông chế tạo 6 - Bó thép; 7 - Tường; 8 - Neo cố định; 9 - Giá đỡ; 10 - Nắp đậy; 11 - Ván khuôn 12 - Dầm thép; 13 - ốc tăng giảm; 14 - Thanh giằng; 15 - Bệ kéo Bệ cố định thường được sử dụng trong các xí nhiệp bê tông đúc sẵn có khối lượng sản xuất không lớn và sản phẩm thường là các phiến dầm và cấu kiện cho các nhịp bê tông cốt thép loại nhỏ và vừa cùng các sản phẩm khác như ống cống, cọc móng v.v Bệ cố định có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng thép dạng tháo lắp được, để có thể sử dụng vào mục đích khác nhau. Hình 5.14a là sơ đồ dạng bệ cố định, vừa là bệ căng vừa là hầm bảo dưỡng hơi nước nóng, có thể đóng mở được cũng như bảo đảm cơ giới hoá công việc tháo lắp ván khuôn. Bệ kéo có thể chế tạo một hoặc nhiều dầm cùng một lúc. Dầm nọ đặt cách dầm kia bởi khung cố định để tạo cho bó cốt thép có dạng gãy khúc. Các bó cốt thép được kéo đồng thời cả hai đầu và được cắt đứt dần từ hai đầu vào đến các khung giữa hoặc tốt nhất là dùng biện pháp hạ dần lực căng ở hai đầu. Điểm uốn bó cốt thép được neo xuống đáy sàn bằng các thanh kéo. Bệ cố định bằng bê tông cốt thép (hình 5.14b) gồm dầm tựa xây cố định vào nền, ở hai đầu dầm có ụ công xon để chịu lực căng cốt thép. Bó cốt thép được kéo bằng kích hai tác dụng và dùng neo hình nón cụt bằng thép tì lên tấm đệm và thay đổi được vị trí tuỳ theo chiều dài của dầm chế tạo. Bó cốt thép uốn xiên được do néo xuống đáy bệ. 90
Bảo dưỡng bê tông bằng hơi nước nóng, có thể trùm kín cấu kiện bằng một buồng hấp cơ động bảo đảm chế độ nhiệt cần thiết. Trình tự công việc chế tạo dầm bê tông cốt thép dự ứng lực trên bệ cố định cũng tương tự như sản xuất trên bệ di động. Cốt thép và bê tông tươi được chuẩn bị sẵn bên ngoài, sau đó vận chuyển và thao tác trên bệ. Vậy công việc trực tiếp trên bệ gồm: bôi dầu ván đáy, lắp ván khuôn thành, đặt cốt thép, bố trí cốt thép đai và bó cốt thép. Dùng kích thuỷ lực căng bó cốt thép, lắp ván khuôn thành phía bên còn lại, đặt cốt thép bản (cánh dầm) và đúc dầm. 5.2.3. Chế tạo các khối dầm bê tông cốt thép dự ứng lực lắp ghép (phân khối ngang) Các dầm cầu giản đơn và dầm khung, nhịp trung bình và nhịp lớn có thể cắt khúc để chế tạo. Sau này sẽ luồn bó cốt thép dự ứng lực trong các ống rãnh và căng kéo liên kết giữa các khối với nhau theo kiểu “xâu táo” khi lắp ráp. Các khối đúc sẵn đó cũng được chế tạo trong nhà máy trên các bãi đúc theo phương pháp dây chuyền. Kết cấu nhịp có chiều cao không đổi và tối đa bằng 3m có thể dễ dàng chế tạo trong nhà máy đúc sẵn và vận chuyển bằng các toa xe trần đường sắt và được ghép lại bằng keo dán. Khe nối phải khít, bề rộng không được lớn quá 1,5mm. Để đảm bảo độ chính xác đó có thể lấy đầu khối nọ làm ván khuôn cho đầu khối kia (hình 5.15). Đầu tiên đúc các khối số lẻ, sau đó đổ các khối số chẵn xen giữa. Như vậy sẽ bảo đảm bề rộng khe nối trong phạm vi cho phép. Trước khi đổ bê tông khối chẵn, đầu các khối đổ phải được quét một lớp dầu hoặc vữa vôi cũng có thể bôi mỡ hoặc chất dẻo để các khối không dính vào nhau. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Hình 5.15 Bệ chế tạo các khối dầm 1  9 - Các khối bê tông dầm; 10 - Lớp bê tông bảo vệ; 11 - Đất đắp Để đảm bảo mối nối hai khối không trùng nhau khi lắp ráp, lúc chế tạo các khối có thể đặt ở hai đầu khối các tấm thép liên kết định vị hai khối và bảo đảm hai khối khớp nhau cả chiều đứng và chiều ngang, mỗi khối đặt đến bốn tấm thép liên kết. Biện pháp này rất hiệu quả, nhất là những dầm có chiều cao thay đổi. Các khối thường được chế tạo trên bệ đắp bằng đất, nên đổ một lớp bê tông mặt. Bệ đúc cũng có thể lắp bằng giàn giáo cong theo biên dầm. Trong lớp bê tông bệ có thể đặt ống dẫn hơi nước nóng để bảo dưỡng bê tông dầm. Ván khuôn thành cũng có thể đặt ống để bảo dưỡng bằng hơi nước nóng. Vị trí và cấu tạo của bệ đúc phải thuận tiện và bảo đảm cho cần trục di chuyển dễ dàng khi tháo lắp ván khuôn, bố trí cốt thép, vận chuyển bê tông và cẩu nhấc các khối để vận chuyển đi nơi khác. Ván khuôn ngoài được cố định trên giá đặc biệt và giữ đúng vị trí kích điều chỉnh. Ván khuôn trong bằng thép được liên kết với một dàn công xon gắn vào xe goòng được giới thiệu trên hình 5.16. 91
1 1 2 3 6 3 2 5 4 7 9 8 14 13 12 15 10 10 11 16 Hình 5.16 Sơ đồ chế tạo khối dầm 1 - Giá đỡ ván khuôn; 2 - Kích thuỷ lực điều chỉnh ván khuôn; 3 - Ván khuôn ngoài 4 - Thanh chống ngang; 5 - Ván đáy; 6 - Khối chế tạo; 7 - Goòng; 8 - Đường ray 9 - Buồng bảo dưỡng hơi nước nóng; 10 - Khối dầm; 11 - Goòng vận chuyển 12 - Khối sau khi đổ; 13 - Ván khuôn trong; 14 - Vít điều chỉnh ván khuôn trong 15 - Đối trọng xe goòng; 16 - Giá đỡ Để tách ván khuôn trong khỏi bê tông, người ta dùng vít hoặc kích thuỷ lực. Sườn và lưới cốt thép được đặt vào ván khuôn bằng cần trục. Trong dầm đặt ống thép hoặc ống nhựa để tạo lỗ, sau luồn cốt thép. Dây chuyền chế tạo được bố trí như sau: - Ván khuôn đặt trên giá công xon của xe goòng. Trên xe goòng khác (xe chế tạo) lần lượt đặt ván đáy của ván khuôn ngoài, khung cốt thép và cuối cùng là ván khuôn thành. - Nhờ xe goòng đưa ván khuôn trong vào vị trí và có con đệm giữ khoảng cách của lớp bảo vệ. Đúc bê tông khối K - 1 và bảo dưỡng bằng hơi nước nóng. - Tháo ván khuôn khối K - 1 chuyển ra vị trí mới bên cạnh và dùng đầu của khối K - 1 làm ván khuôn đầu cho khối K - 2. Tiếp tục dùng cần trục đặt ván khuôn đáy, sườn cốt thép và ván thành lên xe thứ hai. - Đưa ván khuôn vào vị trí, đổ bê tông khối K - 2. - Chuyển khối K - 1 vào phòng bảo dưỡng hơi nước nóng. Sau 12 giờ bê tông đạt cường độ thiết kế, chuyển khối K - 2 vào vị trí mới và đầu của nó lại làm ván khuôn cho khối K - 3. - Đưa ván khuôn vào vị trí đúc khối K - 3, chuyển khối K - 1 ra bãi thành phẩm hoặc di chuyển đi nơi khác để sử dụng. - Chuyển khối K - 2 vào phòng bảo dưỡng và chế tạo tiếp khối K - 4 v.v Tốc độ chế tạo dầm theo phương pháp này khá nhanh (khoảng một ngày đêm mỗi khúc). Như vậy, đảm bảo cho các công việc được hoàn thành song song: chế tạo khung cốt thép, cơ giới hoá quay vòng và sử dụng ván khuôn bảo dưỡng bê tông bằng hơi nước nóng. 92
5.3. Xây dựng cầu dầm bê tông cốt thép theo công nghệ đúc hẫng Công nghệ đúc hẫng thực chất là công nghệ thi công kết cấu nhịp bê tông cốt thép từng khúc từ mố ra, hoặc đúc cân bằng từ trụ sang hai bên đối xứng từng đôi một. Dùng cốt thép dự ứng lực phù hợp với công nghệ đúc hẫng, vì dễ dàng liên kết chặt các khúc lại với nhau. Phương pháp đúc hẫng không yêu cầu phải làm giàn giáo đỡ ván khuôn, như vậy rất có lợi trong nhiều trường hợp: - Cầu qua sông sâu hoặc cầu có trụ rất cao. - Làm giàn giáo không an toàn do nguyên cơ lũ lụt, nước chảy xiết. - Không cho phép làm giàn giáo vì không bảo đảm khổ gầm cầu cho tàu thuyền đi lại dưới cầu trong khi thi công. Ngoài ra, đúc hẫng không phụ thuộc vào điều kiện trong nhà máy đúc sẵn, cho phép xây dựng những cầu với kích thước hợp lý kể cả cầu có bình đồ phức tạp (cong, xiên ). Đúc hẫng nhiều khi là công nghệ lợi hại đối với cầu nhip dài. Công nghệ đúc hẫng được sử dụng trong thực tế xây dựng cầu trước khi có công nghệ lắp hẫng và cho đến nay vẫn là công nghệ được dùng phổ biến trong thi công cầu nhịp lớn ở nhiều nước trên thế giới, trong đó phải kể những cầu có nhịp kỷ lục ở Nhật Bản dài 240m, còn ở Việt Nam có Cầu Bãi Cháy là cầu treo một mặt phẳng dây, dầm cầu là bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp dài tới 435m. Để đúc hẫng kết cấu nhịp thường phương án thi công sau: - Dùng giàn giáo treo trên bộ phận kết cấu nhịp đã thi công. Có thể đổ bê tông từ hai đàu rồi nối lại với nhau ở giữa nhịp (hợp long) như hình 5.17. Nhịp lớn có thể dùng thêm trụ tạm như hình 5.18. - Dựng giàn giáo di động trên đất nền. §æ bª t«ng c¸c ®o¹n ®óc hÉng c©n b»ng Giai ®o¹n hîp long Hình 5.17 Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp đúc hẫng cân bằng trên hệ đà giáo treo 93
a) MNTC b) MNTC c) MNTC Hình 5.18 Sơ đồ cấu tạo giàn giáo treo và trụ tạm - Dùng giàn hoặc dầm thép bắc tạm trên trụ, mố cầu. Dầm, giàn này tương đối yếu, chỉ chịu được trọng lượng của một đoạn dầm. Sau khi bê tông khô cứng và căng bó cốt thép, trọng lượng sẽ truyền sang khúc dầm đã thi công. 94
3695 3800 3 600 2 295 VIk Vk iVk iiik iik ik i ii iii iV V Vi 1 600 600 75 525 525 75 i  vi - C¸c ®o¹n ®æ bª t«ng 4 5 1 - Giμn gi¸o treo 2 - CÇn trôc th¸p chuyÓn vËt liÖu Ik I 3 - CÇn trôc ®Æt v¸n vμ ®a vËt liÖu 4 - Thanh kÐo ; 5 - Neo 1 Hình 5.19 Sơ đồ đổ bê tông trên giàn giáo vạn năng kiểu treo Biện pháp đúc cân bằng hẫng hai bên trụ từng đoạn liên tiếp đôi một, rất được thông dụng như trên hình 5.19. Trình tự thi công như sau: Hai bộ thiết bị di động bố trí làm việc đối xứng với trụ, có nhiệm vụ gánh sàn đạo treo, trên đó lắp ván khuôn, đặt cốt thép và đúc bê tông tại chỗ. Sau khi bê tông đã khô cứng, khẩu dầm mới đúc sẽ được ép vào khúc đã đúc trước bằng cách căng cốt thép dự ứng lực luồn trong ống vách xuyên qua hai khúc vừa thi công và các khúc đã đúc trước. Do đó, cần bố trí sẵn các ống rỗng để luồn bó cốt thép có khi xuyên qua tất cả các phần đã thi công. Như vậy, sẽ có những ống vách chừa sẵn để luồn cốt thép, căng ép các khúc thi công tiếp. Sau khi neo chặt cốt thép dự ứng lực ở hai đầu và phun ép vữa xi măng bảo vệ, cả hai bộ thiết bị được di chuyển sang vị trí mới, một chu kỳ thao tác tiếp theo sẽ được lặp lại. Biện pháp thi công này tốc độ rất nhanh, tuỳ theo mức độ phức tạp của dầm cầu. Trung bình cứ 5 đến 10 ngày có thể thi công xong hai khúc dầm đối xứng. Chẳng hạn: di chuyển thiết bị, lắp ván khuôn, bố trí cốt thép và đúc bê tông trong 4 ngày, 3 ngày đợi bê tông khô cứng và tranh thủ luồn bó cốt thép ngay. Ứng suất pháp trong bê tông sẽ tăng dần dần trong quá trình đúc hẫng các khúc tiếp theo, chẳng hạn với tốc độ 7 ngày một khúc, thì cứ sau 7 + 3 = 10 ngày, 24 ngày bê tông lại được ép thêm. Cần chú ý phần bê tông dưới neo, nhiều khi phải đúc sẵn tấm đệm lắp ghép để phân bố ứng suất tập trung lên bê tông còn non yếu. Tuỳ theo phương án thi công, chiều dài các khối đúc thường quyết định chỉ tiêu kinh tế của phương án thi công. Nếu ngắn quá, thời gian thi công kéo dài, bố trí cấu tạo phiền phức v.v 95
Đối với phương án giàn giáo treo và dầm thép lao trên mố trụ cầu, chiều dài đúc hợp lý khoảng 3 đến 4m, tốc độ khoảng 0,4 đến 0,6m/ ngày đêm. Có nơi chu trình đúc giảm tới 4 ngày, tốc độ sẽ đạt tới 1m có khi tới 2m/ ngày đêm. Giàn giáo treo phải có đủ độ cứng để hạn chế biến dạng khi đúc hẫng. Trong thi công phải tính toán chi tiết độ võng của thiết bị treo cho từng giai đoạn đúc hẫng, tránh rạn nứt cục bộ dưới tác dụng của bê tông tươi. Khi đúc hẫng, vì thao tác trong điều kiện hạn hẹp, độ sụt của bê tông tốt nhất lấy khoảng 6 đến 7cm để bảo đảm cho bê tông dễ thi công và đồng đều, không bị phân tầng, tốt nhất là chỗ tiếp giáp bản đáy với sườn dầm (tiết diện hình hộp). Bê tông thường dùng loại đông cứng nhanh, mác rất cao từ 500 đến 600. Khi bê tông đạt cường độ từ 300 đến 350kG/cm2 thì căng cốt thép. Bê tông đông cứng nhanh có thể bảo đảm cường độ đó trong hai ngày nếu được bảo dưỡng bằng hơi nước nóng. Đối với một số khúc dầm gần trụ, cốt thép trong tiết diện được căng kéo dần, do đó ứng suất nén trước trong bê tông sẽ tăng dần trong quá trình đúc hẫng các đoạn tiếp theo. Giàn giáo treo di động được đặt trên đoạn dầm đã thi công là do bố trí các bánh xe chạy trên đường ray. Nhưng khi thi công đốt mới phải neo giàn giáo vào đoạn bê tông đã đổ trước. Với dầm tiết diện hình hộp, ván khuôn thành ngoài có thể làm với chiều cao không đổi và bằng chiều cao lớn nhất của dầm. Bề rộng của các ván khuôn cho bản đáy và bản đỉnh cũng thay đổi. Riêng ván khuôn thành trong phải thay đổi theo chiều cao dầm. Độ võng của đầu hẫng ngày càng tăng lên khi dầm vươn càng xa. Độ võng do trọng lượng bản thân, lực căng cốt thép, biến dạng co ngót và từ biến của bê tông, trọng lượng giàn giáo v.v phải được tính toán trước. Khi hợp long khối nhịp, độ võng thực tế phải phù hợp với độ võng thiết kế. Khi tính độ võng phải kể đến sự thay đổi môđun đàn hồi của bê tông. Môđun đàn hồi thay đổi vì cốt thép căng kéo quá sớm, cưỡng bức bê tông tham gia chịu lực khi còn non. Độ võng của đầu hẫng luôn luôn được theo dõi bằng máy đo đạc trong suốt quá trình thi công đúc hẫng. 5.4. Phương pháp lắp đẩy, đúc đẩy kết cấu nhịp bê tông cốt thép dự ứng lực Thi công kết cấu nhịp bằng phương pháp đúc đẩy hoặc lắp đẩy thực chất là một công nghệ sản xuất dây chuyền, phần lớn công việc đều được thực hiện trên bờ theo nguyên lý sau: Chế tạo tại chỗ (đúc) hoặc lắp ráp các khối bê tông đúc sẵn dần từng đoạn của kết cấu nhịp trên đường dẫn đầu cầu ngay sau mố, rồi đẩy dần theo chiều dọc về phía trụ bằng hệ thống kích thuỷ lực đặt nằm ngang. 96
B−íc 1 §æ bª t«ng c¸c khèi 1 - 1' ; 2 - 2' ; 3 - 3' ; 4 - 4' ; 5 - 5' ë hai bªn bê 5' 4' 3' 2' 1' 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 1' 2' 3' 4' 5' B−íc 2 §Èy c¸c khèi bê tr¸i B−íc 3 Khèi bê tr¸i ®Õn vÞ trÝ b¾t ®Çu ®Èy khèi bê ph¶i B−íc 4 Hîp long Hình 5.20 Các bước xây dựng đúc đẩy kết cấu nhịp bê tông cốt thép dự ứng lực Lắp đẩy thực chất là biện pháp “xâu táo” từng đoạn với các thiết bị lắp là các loại cần trục thông thường hoạt động ngay trên bờ. Công trường chính chỉ tập trung tại một vị trí tương đối hẹp, nhưng có thể thi công được nhịp rất dài. Đúc đẩy khác với đúc hẫng là không dùng ván khuôn treo và thiết bị di động, các khâu công việc chỉ đạo như đúc dầm và lao đẩy đều làm trên mặt đất. Hai công nghệ đúc đẩy và lắp đẩy khác nhau chủ yếu ở khâu chế tạo và liên kết toàn khối hoá. Do đó sẽ khác nhau nhiều về tính năng vật liệu và thời gian thi công. Tổng kết sơ bộ các giải pháp kỹ thuật lao đẩy hẫng, có thể phân ra những công nghệ khác nhau như sau: a. Tuỳ theo công nghệ sản xuất kết cấu nhịp, có thể: - Lắp ghép toàn bộ các khẩu dầm, liên kết và toàn khối hoá kết cấu nhịp bằng mối nối và cốt thép dự ứng lực từ một bên đường dẫn và lao đẩy kết cấu nhịp liên tục qua các trụ, mố cố định. - Lắp ghép hoặc đúc tại chỗ dần dần từng đoạn ngắn rồi đẩy ra trụ từ một phía đầu cầu. Công việc sẽ lặp đi, lặp lại nhiều chu kỳ. - Cũng như trên, nhưng thực hiện từ hai phía đầu cầu và nối lại hai nửa kết cấu nhịp tại tiết diện giữa cầu như hình 5.20. 97
- Biện pháp “xâu táo”, được lắp dựng toàn bộ trên nền đường đầu cầu, nếu được lao bằng kích đẩy cũng có thể liệt vào loại công nghệ này. b. Tuỳ theo biện pháp khử bớt "ứng lực thi công" phát sinh trong quá trình đúc đẩy, có thể: - Sử dụng mũi dẫn là dầm hay dàn thép để liên kết chặt các khẩu dầm đầu tiên. - Sử dụng các thanh căng hoặc dàn dây tăng cường tạm thời phục vụ trong từng giai đoạn lao đẩy. - Sử dụng các trụ tạm hoặc một đoạn giàn giáo để giảm bớt chiều dài đoạn khi lao đẩy. - Chỉ lao đẩy một phần của tiết diện dầm. Sau đó toàn bộ tiết diện sẽ được bổ sung đầy đủ khi đã hoàn thành đẩy dầm tới vị trí thiết kế. c. Tuỳ theo giải pháp cấu tạo để khắc phục các ứng lực phát sinh trong quá trình thi công (thường khác dấu với ứng lực do tải trọng khai thác gây ra), có thể: - Di chuyển tạm một số bó cốt thép dự ứng lực từ vị trí thiết kế sang vị trí khác trong giai đoạn lao đẩy khác nhau. - Bố trí thêm các bó cốt thép tháo lắp được tại vị trí cần thiết, phù hợp theo từng gia đoạn, kể cả những bó phụ tạm bố trí tại trọng tâm tiết diện có thể tháo bó sau khi đưa dầm vào vị trí thiết kế cuối cùng. d. Tuỳ theo cấu trúc và nguyên lý làm việc của hệ thống thiết bị đẩy và trượt, có thể: - Sử dụng hệ thống thiết bị nâng đẩy hoạt động theo cơ chế lặp, có chu kỳ nâng hạ và đùn đẩy tuần tự theo nhịp độ bàn trượt không liên tục và được thay đổi luân lưu vị trí trong quá trình lao đẩy. - Sử dụng hệ thống thiết bị đẩy hoạt động với bàn trượt liên tục bằng thép hoặc vật liệu ít ma sát dưới dạng dải băng liên tục. Có thể không cần hệ kích nâng hạ trong khi lao dọc. - Sử dụng thiết bị kéo đẩy hoạt động theo chu kỳ (có thanh kéo). e. Tuỳ theo vị trí đặt các trạm thiết bị lao đẩy kết cấu nhịp, có thể: - Chỉ đặt một hệ thống thiết bị đẩy tại một trạm, thường được bí trí trên đỉnh mố cầu. - Đặt nhiều hệ thống thiết bị đẩy đồng bộ tại nhiều trạm khác nhau, chẳng hạn đặt cả trên các trụ cố định hoặc trụ tạm như hình 5.21 H−íng ®Èy DÇm hép 8 3 7 6 5 2 14 Hình 5.21 Thiết bị đẩy trên trụ 1 - Mũ trụ; 2 - Bệ kê gối; 3 - Đường trượt; 4 - Neo giữ; 5 - Bản neo; 6 - Thanh kéo 7 - Kích nằm ngang; 8 - Kẹp Dù là biện pháp nào trong quá trình lao đẩy dọc cũng phải bố trí các bó cốt thép dự ứng lực phụ tạm, để khắc phục các nội lực phát sinh trong quá trình thi công không phù hợp so với nội lực thiết kế về trị số cũng như về dấu. 98
Như vậy, các bó cốt thép dự ứng lực sẽ phải được tính toán theo hai giai đoạn: - Giai đoạn 1: Trên bãi lắp hoặc đúc, cốt thép sẽ được bố trí và căng kéo ở cả cánh trên và cánh dưới. Do đó sẽ phải tính toán bổ sung thêm một số lượng bó cốt thép cần thiết, tuỳ theo chiều dài từng đoạn thi công đẩy hẫng. - Giai đoạn 2: Sau khi thi công xong, một số bó sẽ được lấy đi hoặc chuyển về vị trí tương xứng phù hợp với tải trọng khai thác khi thiết kế. Một cách tổng quát các bước thi công lao đẩy hẫng sẽ như sau: - Trên đường dẫn vào cầu, trước hết lắp mũi dẫn bằng thép, tối thiểu dài khoảng nửa nhịp cầu, có thể tới 2/3 chiều dài nhịp lớn nhất nếu không có trụ tạm đón đầu. - Sau khi đón khẩu dầm đầu tiên được đúc hoặc lắp ghép và liên kết chặt với mũi dẫn thép. - Các khối sau khi được lắp ghép hoặc đúc tiếp và liên kết thành một phân đoạn nhờ các bó thép dự ứng lực. - Sau khi ép đoạn đầu, tiến hành lao đẩy hẫng theo chiều dọc ra trụ cầu bằng hệ kích thuỷ lực bố trí nằm ngang. - Các khẩu dầm tiếp theo lại được nối thành phân đoạn mới, căng ép bằng các bó cốt thép cứ thế tiếp tục đẩy hẫng ra nhịp cầu. - Khi các mũi dẫn đã ra tới trụ, sẽ có thiết bị trượt đón đầu và tiếp tục trượt, đùn, sau cả những phân đoạn đã thi công. - Sau khi kết thúc giai đoạn đẩy dầm là công tác hoàn thiện, có thể bao gồm những việc sau: điều chỉnh đúng vị trí và hạ dầm xuống gối cầu, dỡ bỏ mũi dẫn và các công trình tạm, dỡ bỏ các bó cốt thép không còn cần thiết, bố trí lại hoặc bổ sung các bó phù hợp với biểu đồ nội lực khi khai thác v.v 5.5. Công tác lao lắp kết cấu nhịp cầu dầm BTCT lắp ghép và bán lắp ghép 5.5.1. Đặc điểm thi công lao lắp kết cấu nhịp cầu BTCT lắp ghép Các khối lắp ghép trong kết cấu nhịp bê tông cốt thép có trọng lượng rất lớn, cho nên việc lao lắp rất khó khăn và phức tạp, đòi hỏi phải hết sức cẩn thận và nhẹ nhàng. Ráp nối các khối lắp ghép cũng tốn nhiều công sức và thời gian, vì vậy khi thiết kế chế tạo cần chú ý phân khối cho phù hợp với phương tiện vận chuyển và lao lắp. Các mối nối khi chế tạo cũng như thi công phải chính xác, nếu không kết cấu sẽ chịu lực không phù hợp thiết kế và gây khó khăn sau này. Cấu kiện bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực là những kết cấu chịu lực theo sơ đồ nhất định và không đồng đều ở các chiều khác nhau, cho nên trong quá trình xếp dỡ, vận chuyển và lao lắp phải hết sức cẩn thận, có khi phải gia cố thêm và móc cẩu tại những vị trí thích hợp. Bê tông là vật liệu ròn, khi lao lắp cần chú ý không để cấu kiện va chạm mạnh và bê tông phải đủ cường độ quy định. Thiết bị cẩu lắp phải bảo đảm thao tác nhanh gọn đẩy mạnh tiến độ thi công và tốt nhất có thể dễ dàng di chuyển cấu kiện về mọi phía. Cần đặc biệt chú ý kiểm tra an toàn các thiết bị trước khi lao lắp. Công việc cẩu lắp cấu kiện đúc sẵn trong kết cấu nhịp lắp ghép gồm hai giai đoạn: Chuẩn bị và lắp ráp. - Giai đoạn một gồm: Chuẩn bị hiện trường như làm đà giáo, dựng cần trục, chuẩn bị bãi để dầm và đường vận chuyển; tiếp nhận cấu kiện, làm vệ sinh và tẩy gỉ các chi tiết, mối nối; sửa chữa các khuyết tật và sai lệch; lắp thử; kiểm tra thiết bị kích kéo, cần trục v.v - Giai đoạn hai gồm: bố trí các gá lắp để buộc và cẩu dầm, lao lắp các phiến dầm vào vị trí bằng cần trục hoặc giá lao; điều chỉnh và liên kết các mối nối; hoàn thiện mặt cầu. Khi buộc và nâng dầm cần đặc biệt chú ý vị trí buộc phải chính xác (nếu không có móc cẩu phải đánh dấu cẩn thận), năng lực trọng tải của thiết bị phải bảo đảm cẩu được trọng 99
lượng các phiến dầm. Khi cẩu phải đúng chiều chịu lực của cấu kiện, tuyệt đối không được quay lật tuỳ tiện. 5.5.2. Vận chuyển các khối dầm bê tông cốt thép đúc sẵn Các khối bê tông cốt thép đúc sẵn được chuyên chở bằng ô tô, trên xà lan hoặc các toa xe lửa có trọng tải khoảng 50 đến 60 Tấn. Hình 5.22 là một ví dụ sơ đồ bố trí cấu kiện trên toa xe lửa. Các phiến dầm và cọc khi chiều dài nhỏ hơn 7m có thể đặt trên một toa xe. Nếu dài hơn phải đặt trên hai toa, ở giữa có toa đệm. Để dễ dàng di chuyển trên đường vòng bán kính nhỏ, dầm được đặt trên đĩa quay bố trí ở giữa toa xe. Đĩa quay còn có tác dụng phân bố đều tải trọng cho các bánh xe. Những khối đúc sẵn cỡ lớn phải có ba kích thước không gian nằm trong phạm vi khổ quy định của toa xe mới có thể vận chuyển được bằng đường sắt. Trong trường hợp đặc biệt kích thước vượt ra ngoài khổ đường sắt, phải tuân theo yêu cầu đặc biệt, quy định trong bản hướng dẫn vận chuyển quá khổ, theo các mức khác nhau. 2 2 3 1 4 3 2 4 3 2 7m 1 11 Chèt quay 6 7 8 A A B B 12 14 10 A - A B - B 13 13 14 9 11 Hình 5.22 Vận chuyển dầm bằng toa xe lửa 1 - Toa xe; 2 - Dầm BTCT; 3 - Đĩa quay; 4 - Toa đệm; 5 - Gối đỡ; 6 - Bu lông 7 - Bản thép; 8 - Thanh trượt; 9 - Bản thép đỡ; 10 - Móc kéo; 11 - Sàn toa xe 12 - Vòng đệm; 13 - Chốt quay; 14 - Dải định hướng Tuỳ theo kích cỡ và trọng lượng các khối có thể đặt chồng lên nhau hai lớp. Khi vận chuyển các khối phải được liên kết chặt trên toa xe, để bảo đảm ổn định chống trượt và lật do mọi tác động có thể xảy ra, như tác động xung kích, quán tính v.v 100
Tuỳ theo kích thước và trọng lượng cấu kiện đúc sẵn cũng có thể vận chuyển bằng ô tô (hình 5.23). Chẳng hạn như vận chuyển bản mặt cầu, khối bộ hành, lan can, ống cống. Các khối Hình 5.23 móng và cấu kiện bê tông cốt thép cỡ Vận chuyển dầm BTCT bằng rơ moóc 45 Tấn nhỏ thì đặt trên một ô tô. Khi khối lắp ghép có chiều dài lớn (cột, cọc, phiến dầm v.v ) thường phải dùng ô tô rơ moóc. Các phiến dầm dài tối đa là 33m, các khối đặc biệt có trọng lượng lớn như các khẩu dầm hộp, dầm chữ I kép, xà mũ, cũng có thể vận chuyển bằng ô tô, có kéo rơ moóc hoặc máy kéo đặc biệt. Vận chuyển bằng ô tô còn phụ thuộc vào trạng thái và chất lượng tuyến đường, nhất là trên các tuyến đường cấp thấp ở nông thôn và miền núi trong các mùa mưa lũ. Sơ đồ đặt khẩu dầm lắp ghép trên rơ moóc 45 tấn như hình 5.23. Quá trình vận chuyển dầm phải được kê tại vị trí quy định theo thiết kế và liên kết chắc chắn với rơ moóc (hình 5.24). a) b) 0,2L 0,6L 0,2L c) 0,1L0,26L 0,28L 0,26L 0,1L Hình 5.24 Quy định vị trí cẩu và kê dầm bê tông cốt thép a) - Phương pháp cố định dầm; b) - Khi kê dầm ở 2 điểm; c) - Khi kê dầm ở 4 điểm 5.5.3. Lắp dầm bê tông cốt thép bằng cần trục tự hành Cấu kiện đúc sẵn của cầu dầm và cầu bản bê tông cốt thép được cẩu lắp bằng các loại cần trục hoặc các thiết bị lao đặc biệt. Tuỳ theo điều kiện địa hình, cần trục có thể đứng ngay trên mặt đường hoặc bãi sông gầm cầu để cẩu lắp dầm vào vị trí (hình 5.25), cũng có thể bố trí cần trục đứng trên kết cấu nhịp đã thi công để lắp tiếp sau (hình 5.26). Nếu mức nước trong quá trình thi công không sâu và chiều cao gầm cầu vừa tầm còn có thể cho cần trục chạy trên đà giáo, cầu tạm để lao lắp kết cấu nhịp. Cần trục thường dùng là loại tự hành, bánh xích hoặc bánh lốp. Nếu cần trục di chuyển trực tiếp trên mặt đất thì cường độ đất nền phải tốt. Chẳng hạn, nếu lắp dầm bằng cần trục bánh lốp, ứng suất nền đất phải là 4  5kG/cm2, nếu là cần trục bánh xích ứng suất ít nhất cũng phải đạt 2  3kG/cm2. Trường hợp nền đất yếu, có thể kê ván gỗ hoặc lót tôn thép ở vệt bánh xe của cần trục. Hình 5.25 là một phương án lao lắp bằng cần trục đứng trên bãi sông. Cần trục có thể quay một góc 1800 để lấy dầm và đặt vào vị trí. Muốn sử dụng tối đa khả năng cần trục, tầm với của cần phải nhỏ nhất. Để bảo đảm cấu kiện tương đối dài làm việc đúng thiết kế, khi lao lắp dùng một đòn treo. Dùng đòn treo còn có tác dụng giảm được dây cẩu và tránh cho dầm bê tông chịu lực nén khi cẩu dầm. Dây và đòn treo sẽ chịu tải trọng bản thân, trọng lượng khối dầm, tính cả hệ số xung kích. Sau khi dầm được đặt vào vị trí gối cầu, cần trục lùi ra, lấy dầm khác và đặt tiếp. Vị trí đứng của cần 101
cẩu phải là vị trí có khả năng cẩu được tải trọng lớn nhất, bảo đảm ổn định của cần trục lúc di chuyển. Tuy nhiên, chỉ khi nào cấu kiện nhẹ hơn 50% khả năng cẩu, mới cho cần trục vừa nâng cấu kiện vừa di động. a) b) LL 33 2 2 1 1 4 c) 4 5 L 1 L L 3 2 Hình 5.25 Sơ đồ lắp kết cấu nhịp bằng cần cẩu mũi tên trên mặt đất a) - Mặt chính; b) - Mặt bên; c) - Mặt bằng 1 - Cần cẩu; 2 - Khối dầm cầu; 3 - Đòn gánh; 4 - Chỗ xếp tạm các khối dầm 5 - Hướng di chuyển của cần cẩu 102
Dùng cần trục có cần, đi trên bãi sông để lao lắp thường chỉ cẩu được các phiến dầm có chiều dài tối đa là 21m và trọng lượng không quá 30  35 Tấn. Nếu một cần trục không cẩu nổi có thể dùng hai cần trục nhưng phải chú ý điều khiển để khi cẩu lắp dầm được nhịp nhàng, cân đối. Trường hợp dầm không dài, có thể buộc trực tiếp vào móc cẩu (hình 5.27a), với góc nghiêng của dây cáp buộc giới hạn từ 30  600. Nếu góc nghiêng nằm ngoài giới hạn trên, hoặc dây sẽ quá tải, hoặc lực căng dây sẽ qúa lớn. MÆt chÝnh MNTC MÆt b»ng 1 3 4 2 2 5 8 7 6 Hình 5.26 Sơ đồ lắp kết cấu nhịp bằng cần cẩu tiến dần từ mố ra 1 - Đường ray; 2 - Cần cẩu xếp dỡ dầm; 3 - Đầu máy; 4 - Xe chở dầm 5 - Cần cẩu lắp dầm; 6 - Kết cấu nhịp đang được lắp; 7 - Kết cấu nhịp đã lắp xong 8 - Chỗ xếp tạm dầm Độ bền của dây cáp buộc tính theo công thức sau: mQ R (5.14) ncos K Lực nén lệch tâm do dây treo tác dụng vào cấu kiện sẽ là: mQ N (5.15) ncotg Như vậy, khi treo trực tiếp, cấu kiện sẽ làm việc như một dầm hẫng chịu tác dụng của tải trọng bản thân Q và lực nén lệch tâm N. Trường hợp dùng đòn treo và dây cẩu dầm buộc gián tiếp, cách điểm treo của đòn một đoạn thẳng bằng a (hình 5.27b), độ bền của dây cáp sẽ tính theo công thức: 103
a) b) a a P Q Q S S S S Q Q/2 Q/2 N N Hình 5.27 Dây treo dầm a) - Treo trực tiếp; b) - Treo qua đòn m n1Q n 2P R (5.16) ncos K Trong các công thức trên ta ký hiệu: Q - Trọng lượng cấu kiện m - Hệ số xung kích thường lấy m = (1 + ) = 1,1 n - Số nhánh dây treo (nếu n > 3 chỉ lấy n = 3) - Góc nghiêng của dây treo với đường thẳng đứng P - Trọng lượng đòn treo n1 và n2 là hệ số vượt tải của tải trọng Q và P R - Lực kéo đứt của dây cáp treo K - Hệ số an toàn của dây cáp (lấy K = 3  8) Nội lực trong đòn treo tại điểm buộc cáp sẽ là (với n = 2) m.a P.a M n1Q n 2 (5.17) 2 l m n1Q n 2P N (5.18) 2cotg Trong đó : l - là chiều dài đòn treo Cần chú ý khi sử dụng đòn treo bằng thép, tại chỗ buộc phải có đệm gỗ để tránh cho dây cáp có góc gãy và bê tông bị sứt mẻ do dây cáp siết chặt lúc cẩu. Khi nền đất bãi sông yếu hoặc mực nước sâu, cần trục lắp dầm có thể đi trên nhịp để lao. Trường hợp này cần trục phải có tầm với dài để cẩu dầm phía trước. Các phiến dầm lắp ghép sau khi vận chuyển và đặt nơi tập kết được đưa lên xe goòng để cần trục cẩu lên đưa vào vị trí. Vì cần trục trực tiếp đi trên kết cấu nhịp nên chỉ lao được các phiến dầm có chiều dài tối đa là 16m, tương ứng với trọng lượng tối đa khoảng 14  15 Tấn. 104
a) c) 1 2 33 b) 4 Theo tÝnh to¸n 4 Hình 5.28 Móc treo dầm a) - Móc bằng thép tròn; b) - Móc bằng thép bản; c) - Móc ngoài 1 - Múp; 2 - Trục ngang; 3 - Thanh kẹp; 4 - Trục đỡ Lắp những nhịp ở giữa sông, có thể sử dụng cần trục đặt trên phao nổi, để giảm tầm với và tăng sức nâng của cần trục. Để cẩu lắp được thuận lợi phải bố trí các móc treo tại vị trí quy định theo tính toán trên cấu kiện. Hình 5.28 giới thiệu một số móc treo dầm lắp ghép. Móc treo đơn giản nhất là dùng một móc cốt thép chôn vào bê tông như hình 5.28a. Đối với dầm có trọng lượng lớn dùng bản thép hàn với neo dầm như trên hình 5.28b. Trường hợp cẩu lớn nữa, có thể dùng móc kiểu quang treo như hình 5.28c. 5.5.4. Lắp dầm bê tông cốt thép bằng giá long môn Giá long môn (cần trục kiểu cổng) thích hợp dùng để lao lắp cầu dầm bê tông cốt thép nhiều nhịp, đặc biệt với cầu chiều cao khá lớn và nhịp dài. Cần trục long môn thông thường có sức nâng đến 65 tấn. Cần trục long môn lắp bằng thép hình I, thép hình máng [ hoặc thanh “vạn năng” có sức nâng đến 100 tấn. Gía long môn có thể lắp cố định hoặc di động. Cần trục loại này có nhược điểm là thời gian lắp ráp lâu, nhưng ưu điểm nổi bật là cẩu lắp được cấu kiện có trọng lượng nặng, ở độ cao lớn, vì vậy được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu. Lao lắp dầm có chiều dài 18 đến 21m có thể dùng một giá long môn. Nếu nhịp dài tới 24m hoặc lớn hơn phải dùng hai cần trục để cẩu lắp. Cần trục di chuyển dọc cầu bằng đường ray đặt trên bãi sông (nếu cầu thấp và địa chất tốt), hoặc đi trên cầu tạm (nếu cầu cao, nền đất xấu). Kết cấu nhịp dầm vận chuyển bằng xe goòng ra vị trí, được giá long môn nâng lên và vận chuyển ngang, rồi hạ xuống gối như hình 5.29. 105
A 2 3 10m 1 15m A A - A 12m 3 2 1 MNTC Hình 5.29 Sơ đồ lắp kết cấu nhịp bằng giá long môn 1 - Cầu tạm bằng thanh vạn năng; 2 - Giá long môn bằng thanh vạn năng 3 - Dầm bê tông cốt thép đang được lắp đặt vào vị trí 5.5.5. Lắp dầm bê tông cốt thép bằng tổ hợp lao cầu Tổ hợp lao cầu là một tổ hợp các thiết bị đặc biệt gồm dàn hoặc dầm dẫn, các giá long môn, toa xe hoặc xe goòng chở dầm. Hiện nay, việc lao lắp dầm bê tông cốt thép bằng tổ hợp lao cầu được dùng khá phổ biến với cầu nhiều nhịp, dâm dài, bề rộng cầu lớn. Nhưng phổ biến nhất là khi lao lắp kết cấu nhịp cầu có trọng lượng dưới 100 tấn có thể dùng tổ hợp kiểu hẫng như hình 5.30 giới thiệu một tổ hợp kiểu hẫng  - 2 30 để lao lắp nhịp có chiều dài tối đa là 33m, trọng lượng mỗi phiến dầm 60 tấn và khoảng cách hai dầm biên là 8,7m Tổ hợp gồm: Dàn liên tục hai nhịp (3) gối lên trụ (2) và (4). Khi làm việc dàn còn được gối lên trụ (8). Chân trụ (2) đặt trên bánh xe một trục, chân trụ giữa đặt trên goòng ba trục và do động cơ điện điều khiển di chuyển. Trụ (8) có đặt kích răng điều chỉnh độ võng của đầu dàn khi lao sang nhịp khác. Để chuyển phiến dầm bê tông cốt thép dọc theo dàn phải dùng hai dầm ngang hẫng (7). Khi phiến dầm bê tông tới vị trí, dùng róc rách (bánh xe) và palăng xích (6) sàng ngang để hạ dầm xuống gối. Muốn dàn ổn định khi kéo sang nhịp khác, cần bố trí đối trọng (1). Dầm bê tông cốt thép (9) được đặt trên xe goòng (10) để di chuyển ra trụ (4). Sau đó dùng palăng xích (6) nâng dầm và kéo về phía trước. 106
Trụ (2) và (4) chạy trên đường ray. Quá trình lắp dầm theo tuần tự từng nhịp một, thứ tự lắp dầm từng nhịp theo mặt cắt ngang được lắp từ một bên lại hoặc từ giữa sang hai bên. 1 22.5m 37.5m 2 3 4 7 6 5 1m 8 10 9 7 6 5.6m 910 Hình 5.30 Sơ đồ lắp dầm BTCT bằng thiết bị  - 2 30 (giá ba chân) 1 - Đối trọng; 2 - Chân sau; 3 - Dàn chịu lực; 4 - Chân giữa 5 - Bộ chạy thụ động ba trục; 6 - Bộ chạy; 7 - Xe trượt; 8 - Chân trước 9 - Dầm BTCT; 10 - Xe chở dầm 5.5.6. Liên kết các phiến dầm và công tác hoàn thiện Sau khi các phiến dầm bê tông cốt thép đã được đặt vào vị trí, phải được liên kết lại thành một kết cấu chỉnh thể. Mối nối có thể ở bản mặt cầu, ở dầm ngang và thường dùng cốt thép để liên kết. Sau khi nối xong tiến hành đổ bê tông. Mối nối cốt thép có thể dùng liên kết hàn hoặc neo. Trước khi hàn phải nắn thẳng cốt thép theo thiết kế. Đổ bê tông mối nối thường dùng ván khuôn treo ốp vào bản mặt cầu. Mối nối có thể bảo dưỡng bằng hơi nước nóng để bê tông nhanh chóng đạt cường độ và thông xe có thể sớm hơn. Muốn tiến hành liên kết các mối nối ở dầm ngang phải làm đà giáo treo bằng gỗ hoặc thép như trên hình 5.31. đà giáo treo có thể di động được nhờ bánh xe chạy trên lòng thép I hoặc thép [. Như vậy có thể thi công dễ dàng tất cả các mối nối trong mọi dầm ngang của nhịp cầu. 107
5 3 1 2 4 6 7 8 5 9 Hình 5.31 Giàn giáo treo di động khi liên kết dầm ngang 1 - Mặt dầm chữ T; 2 - Mối nối; 3 - Sắt chữ U; 4 - Con lăn; 5 - Bản nối 6 - Thanh treo; 7 - Ván; 8 - Lan can; 9 - Dầm ngang cách nhau 160cm Sau khi các phiến dầm đã được liên kết thành một khối chặt chẽ, tiến hành rải lớp đệm, tạo dốc ngang thoát nước. Tiếp theo là đặt các khối bộ hành và lan can. Vì trọng lượng nhỏ, các khối này được chở ra bằng ô tô, rồi dùng cần trục bánh lốp để lắp liên kết chặt xuống bản mặt cầu. Thứ tự đặt các khối bộ hành từ đầu nhịp đến cuối nhịp. Cột lan can liên kết với bản thép hoặc liên kết bu lông đặt trong khối bộ hành. Sau khi đặt xong phải đổ bê tông phủ bản thép hoặc bu lông bảo vệ và giữ được mỹ quan. Các công việc thi công trên lớp mặt cầu gồm: Đặt ống thoát nước, làm khe biến dạng, đặt tầng phòng nước, lớp bảo vệ, đặt đá vỉa, cuối cùng phủ lớp mặt đường. Ống thoát nước đặt vào lỗ đã chừa sẵn trên bản mặt cầu. Ống phải được đánh gỉ, quét một lớp nhựa đường nếu cần. Lớp đệm tạo dốc thoát nước có thể là vữa xi măng hoặc bê tông, mặt trên phải nhẵn. Sau khi làm được 2 đến 3 ngày đêm mới cho phép đặt tầng phòng nước. Khe biến dạng phải bảo đảm cho mặt cầu liên tục, xe đi lại êm thuận, (có thể dùng các bản thép cài răng lược). 5.5.7. Tính toán kết cấu phụ trong thi công a. Chọn các thông số của cần trục Chọn cần trục thường căn cứ vào trọng lượng, kích thước khối lắp, chiều dài tầm với và chiều cao cần thiết. Cần trục làm việc tốt nhất khi tay với nhỏ, lúc đó khả năng nâng tải của cần trục sẽ lớn. Độ hở giữa khối lắp và cần được xác định như sau: B b C h h tgα C (5.20) 3 4 2 Trong đó : C - Độ hở giữa dầm và đường tên cần trục [C] - Độ hở cho phép bằng 0,2m h3 - Chiều cao buộc dây cáp để treo dầm h4 - Khoảng cách từ móc treo đến tâm của ròng rọc cố định trên cần; (h4min phụ thuộc vào cấu tạo cần trục, giới hạn từ 2  5m). Chiều cao h3 phụ thuộc vào cách treo dầm gánh (hình 5.32) Nếu điều kiện C [C] không thoả mãn, khi cần trục làm việc thì phải tăng tay với hoặc chiều dài cần và khoảng cách h4min Chiều dài cần của ccần trục được xác định: 108
2 2 l (H a h3 h 4 h1) L (5.21) Trong đó: h1 - Chiều cao từ mặt đường đến khớp chân cần trục (với đa số cần trục thường dùng, chiều cao này bằng 2m). a - Khoảng cách an toàn (a 1m) Khi chọn cần trục, cần dựa vào đồ thị P = f(L). Chọn cần trục phải xác định được độ hở d giữa thành trụ cầu và quỹ đạo di chuyển xa nhất từ trục quay của bệ quay cần trục. Khoảng cách này không nhỏ hơn 0,5m để bảo đảm an toàn. P 2 3 4 h h 45° l 3 h Q C 1 a B Trôc quay H 3 3 h 2 P = f(L) h 1 Q h L L d 0 B Hình 5.32 Sơ đồ tính tay với cần trục 1 - Khối dầm BTCT; 2 - Dây cáp treo; 3 - Đòn treo Xác định tầm với của cần trục (hình 5.33) như sau: 2 2 Ln K L l1 C1 Δ (5.22) 2 2 109
Trong đó: P K - Khoảng cách tim giữa hai G2 dầm biên. e l1 - Khoảng cách từ tâm quay P = f(L) của cần trục đến tâm bánh xe trước G1 C - Khoảng cách nhỏ nhất từ 1 tim bánh trước đến đầu dầm, lấy bằng P 1m để bảo đảm an toàn. x1 l0-x1 Ln/2 Ln/2 - Khe hở giữa hai đầu dầm l1 C1 của hai nhịp kề nhau L - Chiều dài dầm lắp. L n y Từ chiều dài tầm với L đã tính, tra biểu đồ tìm được khả năng cẩu, so x1 l0-x1 với trọng lượng phiến dầm để lựa chọn  K/2 x cần cẩu phù hợp. 0 B l0 b. Tính toán dây cáp treo dầm bê tông y Dây cáp dầm gánh chịu tải trọng bản thân và trượng lượng vật nặng. Ngoài hệ số vượt tải, trọng lượng bản Hình 5.33 Sơ đồ tay với cần trục thân và trọng lượng vật nâng còn phải xét hệ số xung kích (1 + ) = 1,1. Hơn nữa, cần phải tính lực gió tác dụng vào vật nâng và dầm gánh. Khi kiểm tra lại dầm bê tông cốt thép lúc lao lắp, phải kể trọng lượng bản thân với hệ số vượt tải n và hệ số xung kích (1 + ) và lực gió ngang. Sơ đồ dây cáp treo dầm vẽ trên hình 5.32. Khi dây cáp mềm bằng thép, ta kiểm tra công thức: R  k K S  (5.23) cos S Pn 1 μ n c  Trong đó: Rk - Lực kéo đứt dây cáp. K - Hệ số an toàn (K = 6 đối với dây cáp buộc). S - Lực căng trong dây cáp. nc - Số nhánh buộc dây cáp. - Góc nghiêng dây cáp so với mặt nằm ngang. CÂU HỎI ÔN TẬP 17. Nêu các đặc điểm trong công tác xây dựng kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép toàn khối. 18. Nêu cấu tạo và phạm vi sử dụng các loại giàn giáo cố định khi xây dựng kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép toàn khối. 19. Nêu cấu tạo, tác dụng các bộ phận của kết cấu ván khuôn kết cấu nhịp dầm cầu bê tông cốt thép toàn khối. 20. Trình bày phương pháp đổ bê tông kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép toàn khối. 21. Nêu các tải trọng tác dụng khi tính toán giàn giáo kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép toàn khối. 110
22. Trình bày nội dung tính toán các biến dạng của giàn giáo và xác định độ vồng dự trữ cho giàn giáo khi tthi công kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép toàn khối. 23. Nêu tác dụng của thiết bị hạ giàn giáo và cấu tạo, phạm vi sử dụng, vị trí đặt và các tính toán thiết bị hạ giàn giáo 24. Trình bày yêu cầu và nguyên tắc hạ giàn giáo kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép toàn khối. 25. Trình bày phương pháp chế tạo dầm bê tông cốt thép dự ứng lực trên bệ cố định. 26. Trình bày phương pháp chế tạo các khẩu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực theo phương pháp phân khối ngang. 27. Trình bày phương pháp xây dựng kết cấu nhịp dầm bê tông cốt thép dự ứng lực ttheo công nghệ đúc hẫng. 28. Trình bày phương pháp xây dựng kết cấu nhịp dầm bê tông cốt thép dự ứng lực theo công nghệ đúc đẩy và lắp đẩy. 29. Trình bày phạm vi sử dụng và các phương pháp vận chuyển các khối dầm bê tông cốt thép đúc sẵn. 30. Trình bày phạm vi sử dụng và nội dung phương pháp thi công lắp dầm bê tông cốt thép bằng cần trục tự hành. 31. Trình bày phạm vi sử dụng và nội dung phương pháp thi công lắp dầm bê tông cốt thép bằng giá long môn. 32. Trình bày phạm vi sử dụng và nội dung phương pháp thi công lắp dầm bê tông cốt thép bằng giá lao lắp  - 2 30. 33. Tại sao phải tính toán thông số để chọn cần trục khi lao lắp dầm bê tông cốt thép. Nội dung của tính toán đó. 111
Chương 6 XÂY DỰNG KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP 6.1. Một số thiết bị dùng trong công tác lao lắp kết cấu nhịp cầu Công tác lao lắp kết cấu nhịp cầu, thường xuyên phải di chuyển và cẩu lắp những khối và các cấu kiện lắp ghép có trọng lưọng rất lớn. Vì vậy, ngay cả những công việc phổ thông của từng người cho đến những công việc lớn như tổ chức lao lắp kết cấu nhịp cầu đều đòi hỏi đến máy móc, thiết bị thi công. Từ những dụng cụ hay máy móc thiết bị thi công đơn giản, cho đến các máy móc có công suất lớn, công tác lao lắp kết cấu nhịp cầu đều phải thường xuyên sử dụng đến. Nội dung ở đây chủ yếu đề cập đến tính năng, tác dụng và các thông số liên quan đến tính toán để có những số liệu tra cứu phục vụ cho công tác thiết kế thi công lao lắp kết cấu nhịp cầu. 6.1.1. Dây và phụ tùng a. Dây cáp Dây cáp là dụng cụ chủ yếu dùng trong kích kéo có ưu điểm là chịu mài mòn và chịu kéo lớn và không sợ ẩm ướt, thời gian sử dụng được lâu có những loại dây cáp chủ yếu sau đây thường dùng nhất: - Loại bện trực tiếp bằng các sợi thép như loại 1 + 19 (1 tao 19 sợi) hoặc 1 + 37 v.v - Loại bện thành tao rồi bện mấy tao thành sợi cáp như loại 7 7 (7 tao mỗi tao 7 sợi), 7 19 ; 7 37 v.v - Loại có ruột là một chất hữu cơ như ruột thừng gai, ruột sợi bông tẩm dầu, ruột a-mi- ăng để tăng tính mềm của dây cáp, như loại cáp 6 7 + 1 (6 tao, 7 sợi, 1 ruột) và 6 19 + 1 ; 6 37 +1 ; 6 61 +1 v.v Trong công tác kích kéo thường dùng loại cáp này. Tình hình chịu lực của cáp khi nâng kéo rất phức tạp, nó phụ thuộc vào cường độ, sức bền và đường kính uốn, nhưng khi tính người ta thường chỉ xét đến lực căng. Khi không có bản tính năng của cáp có thể tính lực kéo cho phép của cáp theo công thức : S = d2 (tấn) (6.1) Trong đó : d - là đường kính dây cáp tính bằng cm. Trị số tính toán được với hệ số an toàn k = 4,5, nếu hệ số an toàn K khác thì nội suy. Lực kéo đứt N của dây cáp hoặc căn cứ vào lý lịch của cáp do nơi sản xuất cung cấp cho, hoặc thí nghiệm để tìm ra. Nếu không có lý lịch cáp hoặc không làm thí nghiệm được có thể tham khảo số liệu ở Bảng 6.1 để tính toán. Chú thích: Với loại cáp (6 37) + 1 có thể tính toán gần đúng theo công thức kinh nghiệm sau: Lực kéo đứt: N 0,40d2 (tấn) - Trọng lượng đơn vị: g 0,28d2 (kg/m) Trong đó : d - là đường kính cáp tính bằng cm. Bảng 6.1 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA DÂY CÁP 112
Loại cáp (6 1) + 1 Loại cáp (6 37) + 1 Diện Diện Đường Trọng Lực Đường Trọng Lực tích mặt tích mặt kính lượng kéo đứt kính lượng kéo đứt cắt các cắt các dây đơn vị dây cáp dây đơn vị dây cáp sợi thép sợi thép (mm) (kg/m) (kG) (mm) (kg/m) (kG) (mm2) (mm2) 7,7 22,34 0.1660 265 7,4 20,16 0,1893 231 9,3 32,26 0,2057 383 8,0 23,97 0,2251 274 11,0 43,89 0,2159 521 8,7 27,97 0,2627 320 12,5 57,34 0,5433 681 11,0 43,37 0,4086 499 14,0 72,5 0,6870 862 13,0 62,83 0,5900 720 15,5 89,49 0,8480 1060 15,5 85,47 0,8027 979 17,0 108,3 1,0260 1285 17,5 111,67 1,0480 1275 18,5 128,32 1,2200 1530 19,5 141,19 1,3260 1615 20,0 151,28 1,4330 1795 22,0 175,26 1,6460 2005 22,0 175,56 1,6630 2085 24,0 211,98 1,9910 2430 23,5 200,64 1,9010 2380 26,0 253,04 2,3770 2900 25,0 229,14 2,1710 2720 28,5 294,59 2,6670 3375 26,5 258,78 2,4520 3075 30,5 243,20 3,2230 3935 28,0 289,56 2,7430 3440 32,5 922,22 3,6840 4500 Kệ số an toàn K có quan hệ đến điều kiện làm việc và đường kính nhỏ nhất của pu ly hoặc trục cuốn như Bảng 6.2. Bảng 6.2 BẢNG HỆ SỐ AN TOÀN CHO DÂY CÁP Đường kính nhỏ nhất của pu ly hoặc trục cuốn Điều kiện làm việc Tính bằng đường Tính bằng đường kính d của dây cáp kính sợi thép  an toàn K Dây chằng chống bão 3,5 Quay tay 4,5 12d (300  400) - Kéo nhẹ 5,0 16d (20d) Máy có - Kéo vừa 5,5 18d (25d) (500  600) động cơ - Kéo nặng 6,0 20d (30d) Dây kéo 10 Máy nâng hạ chở người 14 30d 600 Chú thích : Số ghi ngoài ngoặc dùng ở cần trục ô tô, kéo lăn Số ghi trong ngoặc dùng ở các máy nâng cẩu khác. 113
Những công tác đặc biệt quan trọng nên dùng dây cáp mà có tài liệu chính xác hoặc đã qua thí nghiệm. Khi dùng cáp đã qua sử dụng tham khảo Bảng 6.3 Bảng 6.3 MỨC DÙNG CỦA DÂY CÁP iện tượ ng Mức độ dùng mặt được ngo ài dây cáp 100% Vị trí của tao không xê dịch, sây sát nhẹ và không có hiện tượng Dùng ở nơi quan tao nào lồi nhô lên trọng 1. Các tao đã có chỗ xê dịch vị trí, ép dẹt và phình ra, nhưng còn chưa lòi ruột 75% 2. Một vài chỗ có vết rỉ rõ rệt Dùng ở nơi quan 3. Một vài sợi thép trên mặt ngoài dây cáp có hiện tượng gai nhọn, trọng số gai nhọn trong mỗi mét không quá 3% tổng số sợi thép 1. Có tao lồi nhọn lên, không nguy hiểm lắm, dây ruột chưa lòi ra 2. Một vài chỗ có vết rỉ rõ rệt 50% 3. Một vài sợi thép trên mặt ngoài dây cáp có hiện tượng gai nhọn, Dùng ở nơi thứ yếu số gai nhọn trong mỗi mét không quá 10% tổng số sợi thép 1. Tao sợi có cong vẹo rõ rệt, sợi thép và tao sợi có xê dịch vị trí 40% cục bộ, có hiện tượng lồi nhọn rõ rệt Dùng ở nơi không 2. Dây cáp bị rỉ toàn bộ, sau khi cạo hết lớp rỉ có để lại lõm quan trọng hoặc 3. Một vài sợi thép trên mặt ngoài dây cáp có hiện tượng gai nhọn, công tác phụ trợ số gai nhọn trong mỗi mét không quá 25% tổng số sợi thép b. Dây xích Dây xích dùng để treo, cẩu trục vật nặng, có hai loại xích: xích hàn và xích tán (còn gọi là xích dẹt hay xích bản lề), cấu tạo trên hình 6.1 Dây xích rèn dùng thép A-III, hàn dùng thép A-II: Mắt xích có hai loại dài và ngắn, khi mắt xích l > 5d thì gọi là mắt xích dài, khi l < 5d và b < 3,5d là mắt xích ngắn. Trong công tác kích kéo thường dùng loại mắt xích ngắn. 114
XÝch hµn nèi XÝch m¾t dÑt l d b t t L = nt Hình 6.1 Sơ đồ cấu tạo và thống số hình học của xích Tính uốn của dây xích tốt, có thể uốn làm nhiều hướng, có thể qua các pu ly đường kính nhỏ, lực ma sát lớn, dây xích không chịu được xung kích hoặc quá tải, vì nó thường đứt đột ngột hoặc sinh ra các vết nứt khó phát hiện. Vì vậy, không nên dùng xích vào các công tác có chấn động và không được treo trục quá tải. Tính toán ứng lực của dây xích một cách chính xác là rất khó, thường dùng công thức gần đúng để tính cường độ của xích. 1 2 Q πd σ (6.2) 2 Trong đó : Q - tải trọng cho phép của dây xích (kG) d - đường kính của sợi thép làm mắt xích (cm)  - ứng suất kéo cho phép của thép (kG/cm2) (Bảng 6.4) Bảng 6.4 ỨNG SUẤT KÉO CHO PHÉP CỦA THÉP TRONG CÔNG THỨC (6.2)  Trường hợp dùng Thay vào công thức (6.2) (kG/cm2) Trên bánh xe mặt nhẵn 637 Q = 10d2 Thủ công Bánh xe có rãnh xích 400 Q = 6,25d2 Trên bánh xe mặt nhẵn 318 Q = 5d2 Máy Bánh xe có rãnh xích 255 Q = 4d2 Ghi chú: Trị số  đã xét đến tính chất bất định của xích và sởi uốn của xích khi vòng qua pu ly hoặc trục cuốn khi dùng. Quy cách của xích hàn tham khảo Bảng 6.5 Bảng 6.5 QUY CÁCH TIÊU CHUẨN CỦA XÍCH HÀN Kích thước Tải tọng Trọng Kích thước Tải tọng Trọng mắt xích (mm) kéo đứt lượng mắt xích (mm) kéo đứt lượng d t b (Tấn) (kg/m) d t b (Tấn) (kg/m) 5 19 17 0,64 0,50 23 64 76 21,0 12,0 115
6 19 21 1,00 0,80 26 72 84 26,6 15,0 7 21 24 1,50 1,20 28 78 91 31,2 17,4 8 23 27 2,20 1,50 30 84 98 35,6 20,0 9,5 27 32 3,10 2,00 32 91 104 41,0 22,1 11 31 36 4,40 2,70 35 98 114 46,4 27,5 13 36 43 6,60 3,90 38 106 123 54,8 32,5 16 44 53 10,20 5,00 41 114 133 63,6 38,0 18 50 58 12,80 7,30 44 123 148 73,2 43,5 20 56 66 16,00 9,20 48 134 151 87,2 52,0 Tải trọng cho phép của xích tiêu chuẩn là tải trọng kéo đứt ở Bảng 6.5 chia cho hệ số an toàn ở Bảng 6.6 Bảng 6.6 HỆ SỐ AN TOÀN CHO DÂY XÍCH Đường kính Hệ số Phương pháp bánh xe hoặc Phân loại an toàn dùng trục cuốn k (mm) Xích thường hoặc xích tinh chế vòng qua Thủ công 20d 3 pu ly hoặc trục cuốn mặt nhẵn Máy 30d 6 Xích tinh chế vòng qua pu ly có bánh xe Thủ công 20d 4,5 rãnh xích Máy 30d 8 6.1.2. Thiết bị treo trục thường dùng a. Dây treo Là một đoạn dây ngắn chuyên dùng để buộc treo vật để S tránh hỏng cáp dài. Chiều dài của 1 S 2 dây treo tuỳ theo yêu cầu mà quyết l   định dài từ 20  30m, ngắn thì 2  3m thường bện thành các vòng cáp, a hoặc các sợi cáp số 8. Tính toán ứng lực của dây treo và lựa chọn đường kính dây như hình 6.2 Hình 6.2 Dây treo trục Q Q a P S S . (6.3) 1 2 mcosθ m l k Trong đó : S1 và S2 là ứng lực các nhánh của dây treo Q - Trọng lượng vật  - Góc lệch của dây với phương thẳng đứng m - Số nhánh của dây treo l và a - Như trên hình vẽ 6.2 P, k - Lực kéo đứt và hệ số an toàn của dây cáp. 116
Nói chung góc lệch  không được vượt quá 600 vì nếu lớn hơn thì ứng lực trong các nhánh của dây treo sẽ quá lớn. Khi tính theo công thức (6.3), nếu dùng cáp 6 37 + 1, sức bền của sợi cáp là kG/cm2, lấy hệ số an toàn k = 10. b. Pu ly và múp - Cấu tạo của và năng lực của pu ly. Pu ly hay còn gọi là ròng rọc được làm bằng thép để cho dây cáp hoặc dây xích vắt qua để nâng hạ vật nặng. Năng lực nâng hạ của pu ly một bánh từ 1  10 tấn, 2 đến 6 bánh năng lực của pu ly có thể tính từ sức chịu cắt và sức chịu ép mặt của pu ly và có thể tham khảo Bảng 6.7. Bảng 6.7 Đường kính trục Cắt kép Ép mặt Đường kính trục Cắt kép Ép mặt pu ly (mm) (Tấn) (T/cm2) pu ly (mm) (Tấn) (T/cm2) 10 1 1,1 32 12 3,8 13 2 1,5 35 15 4,2 16 3 1,9 38 18 4,6 19 4 2,3 41 21 4,9 22 6 2,6 44 24 5,3 25 8 3,0 47 28 5,7 29 10 3,4 50 31 6,1 - Múp Múp là một nhóm pu ly cố định và pu ly di động tạo thành hệ như trên hình vẽ 6.3 P P P Q Q Q Hình 6.3 Sơ đồ cấu tạo một số hệ múp Múp là một thiết bị dùng để nâng hạ vật và trong lao kéo. Tính toán múp có thể tham khảo theo công thức: 117
Q P (6.4) Trong đó : P - Lực kéo ở đầu vào tời. Q - Trọng lượng vật. - Hệ số cho trong Bảng 6.8 và 6.9 Trong tính toán ta thấy hiệu suất của múp giảm theo sự tăng của số pu ly, do đó hệ múp càng nhiều pu ly càng không có lợi. Khi nâng hạ vật và lao kéo thường dùng hệ múp hai đầu. Bảng 6.8 HỆ SỐ CHO MÚP BẠC ĐỒNG Số dây Hệ số Số pu ly hiệu dụng Số pu ly chuyển hướng của múp của múp 01234 5 1 1 0,96 0,92 0,89 0,85 0,82 0,79 2 2 1,90 1,82 1,75 1,68 1,62 1,56 3 3 2,78 2,67 2,56 2,47 2,38 2,28 4 4 3,62 3,48 3,36 3,23 3,10 2,99 5 5 4,44 4,27 4,12 3,95 3,80 3,65 6 6 5,24 5,03 4,83 4,65 4,46 4,29 7 7 6,06 5,78 5,56 5,35 5,13 4,92 8 8 6,71 6,45 6,21 5,99 5,75 5,52 9 9 7,46 7,14 6,90 6,22 6,34 6,14 10 10 8,06 7,75 7,46 7,19 6,70 6,62 11 11 8,77 8,40 8,06 7,75 7,46 7,19 12 12 9,43 9,01 8,70 8,40 8,06 7,75 Bảng 6.9 HỆ SỐ CHO MÚP KHÔNG CÓ BẠC Số dây Hệ số Số pu ly hiệu dụng Số puly chuyển hướng của múp của múp 0123 4 1 1 0,94 0,89 0,84 0,79 0,75 2 2 1,83 1,73 1,64 1,54 1,46 3 3 2,67 2,51 2,38 2,25 2,12 4 4 3,46 3,27 3,08 2,90 2,73 5 5 4,22 3,97 3,72 3,51 3,30 6 6 4,91 4,62 4,34 4,09 3,84 7 7 5,58 5,27 4,95 4,65 4,38 8 8 6,23 5,83 5,48 5,16 4,86 9 9 6,78 6,45 6,03 10 10 7,33 6,95 118
- Tời Tời dùng trong công tác kích kéo có nhiều loại có loại, có loại quay tay với năng lực của tời từ 0,5  10Tấn. Tời chạy điện là loại tời đổi chiều có năng lực lớn hơn. Có thể tính năng lực của tời theo công thức: Prmψr0n 0 S (6.5) D/2 Trong đó : S - Năng lực của tời (kG) D - Đường kính cuốn của dây cáp trên trục cuốn (cm) P - Lực bình quân của mỗi người tác dụng vào tay quay tời, khi làm việc lâu thì mỗi người không quá 14kG. r - Bán kính của tay quay (cm) m - Số người quay tời.  - Hệ số làm việc không đồng đều (2 người thì  = 0,8, trên 4 người thì  = 0,7) I0 - Tỷ số truyền động của bánh răng khía tức là (Tỷ số truyền động của mỗi bánh răng là tỷ số giữa số răng của bánh răng lớn và bánh răng nhỏ) I0 = I1.I2.I3 In n0 - Hiệu suất của tời n0 = nG.n1.n2 nm Trong đó nG hiệu suất của trục cuốn. Ổ bạc thường thì nG = 0,96 Ổ bi thường thì nG = 0,98 n1, n2, , nm - hiệu suất của bánh răng cho như Bảng 6.10 Bảng 6.10 Bánh răng phay hở 0,93 0,95 Bánh răng có phay dầu 0,96 0,97 Bánh răng nhẵn có phay dầu 0,98 0,99 119
a) Q b) S S a 0 b 5 1 c) d) S S Hình 6.4 Các phương pháp cố định tời a và b) - Dùng vật nặng làm đối trọng đè chặ một đầu chống trượt a và b) - Dùng cáp neo vào hố thế hoặc cọc thế Khi kéo, luồn cáp vào tời phải luồn phía dưới thẳng góc với trục cuốn. Để cố định tời ta dùng các phương pháp giới thiệu trên hình 6.4 - Dùng bu lông bắt cố định trên nền móng chắc chắn. - Cố định tời trên hai thanh gỗ mỏng dùng vật nặng (vật cân bằng) đè chặt đầu kia của gỗ mộng, phía trước đóng cọc để phòng trượt (hình 6.4a và b). Hệ số ổn định chống lật không được nhỏ hơn 1,5 do đó trọng lượng cân bằng Q được xác định: Sa Q 1,5 (6.6) b - Dùng cách neo tức là dùng dây cáp cố định trên hố thế hoặc cọc thế (hình 6.4 c và d) Khi lắp tời phải bảo đảm khoảng cách cần thiết từ tời đến pu ly chuyển hướng như (hình 6.5) Khi chiều rộng trục cuốn b = 1m thì L 15m Khi chiều rộng trục cuốn b = 0,75m thì L 11m L m 2 b m 2 Hình 6.5 Khoảng cách từ tời đến puly chuyển hướng 120
- Hố thế. Hố thế là tên gọi của một loại thiết bị để neo cố, nó dùng để cố định tời (trong kích kéo), tăng đơ (trong khi làm cầu cáp, đường chuyển tải tê-lê-fe), pu ly chuyển hướng v.v Những hố thế vĩnh cửu (trong cầu treo) thường là những khối bê tông cốt thép chôn sâu trong đất. Những hố thế tạm thời có thể là những vật có sẵn như thân trụ cầu, dầm cầu, gốc cây hoặc là những thanh gỗ chôn trong đất để neo cố các thiết bị lao kéo nâng cầu. Ở đây xin giới thiệu một số loại hố thế ta thường gặp và thường làm để phục vụ cho việc lao lắp dầm cầu. + Hố thế đứng Hố thế đứng là một loại hố thế tạm rất đơn giản thích dụng ở nơi địa tầng là đất. Cọc đứng của hố thế là tà vẹt gỗ tròn hay gỗ vuông chôn vào trong đất như (hình 6.6) trong hố phải lấp đất hoặc đá xuống rồi đầm chặt thanh gỗ chắn trên và dưới nằm sát thành hố. Nếu lấp bằng đá thì trên mặt phải đắp phủ một lớp đất không thấm nước để phòng nước mưa ngấm vào hố làm mềm yếu thành hố. Cột hố thế đứng nhô lên khỏi mặt đất chừng 0,6  1m. Tình trạng chịu lực của hố thế như hình 6.6b và có thể tính theo công thức dưới đây. N1 a 1 a 2 N1a1 P1 P2 f P1 ; P2 ; N2 (6.7) a 2 a 2 K Trong đó : N - Tải trọng tác dụng lên hố thế, N1 và N2 là phân lực nằm ngang và thẳng đứng P1 và P2 - Là tổng phản lực lên gỗ chắn ngang trên và dưới f - Hệ số ma sát giữa gỗ và gỗ (lấy f = 0,4) K - Hệ số an toàn của lực thẳng đứng (K 2) a) b) 1 N2 = Nsin N N N1 = Ncos a 1 P1 1 2 h b a 3 1 2 P2 2 h Hình 6.6 Cấu tạo hố thế đứng 1 - Cọc đứng; 2 - Gỗ chắn trên dài l1; 3 - Gỗ chắn dưới dài l2 Áp lực đất sẽ là : 121
P  1 γa tg2 450 tg2 450 σ1 1 ηh1l1 2 2  (6.8) P2 2 0 2 0 γ a a tg 45 tg 45 σ2 1 2 ηh 2l2 2 2  Trong đó : 1 và 2 - Là áp lực mà đất phải chịu ở chỗ gỗ chắn trên và dưới  - Hệ số triết giảm do áp lực phân bố không đều (thường lấy  = 0,25  0,33) Ứng suất của cột hố thế là : N N a  2 1 1  110KG/cm2 (6.9) F W Với: F - Là tổng diện tích tiết diện ngang của cột hố thế W - Suất tiết diện (môđuyn chống uốn), khi hố thế gồm nhiều cột đứng thì W bằng tổng suất tiết diện của một cột nhân với số cột. Ngoài ra còn phải kiểm toán lực cắt của cột hố thế và ứng suất chịu ép mặt ở chỗ bề mặt tiếp xúc với dây cáp. Nói chung ở những chỗ dây chằng buộc vào cột thường chịu lực lớn nên người ta thường đệm một tấm gỗ cứng hoặc một bản thép để mở rộng diện tích chịu ép. Cột của hố thế đứng phải hơi ngả về phía sau, không được nghiêng về phía trước. Khi tải trọng lớn, thường làm thêm 1 hoặc 2 hố thế đứng nữa ở sau và dùng dây buộc chúng lại để cùng chịu lực, gọi là hố thế kép và hố thế ba như hình 6.7 d2 d2 d3 d1 d1 e e e 2 N 2 3 N a a a a a 1 2 1 2 3 b b b b b c c c c c 1 2 1 2 3 1 2 1 2 3 Dµi l1 Dµi l2 Dµi l1 Dµi l2 Dµi l3 Hình 6.7 Hố thế kép và hố thế ba Kích thước của các loại hố thế đứng cho ở Bảng 6.11 đến Bảng 6.14 Bảng 6.11 KÍCH THƯỚC CỘT TRÒN CỦA HỐ THẾ ĐƠN Tải trọng Chiều dài Đường Áp lực đất a b a tác dụng 1 1 2 gỗ chắn kính cột (kG/cm2) (cm) (cm) (cm) l (cm) d (cm) (kG) 1000 2,5 50 160 90 100 18 122
1500 2,5 50 160 90 100 20 2000 2,5 50 160 90 120 22 Ghi chú: Đường kính gỗ chắn bằng đường kính cột, chiều dài gỗ chắn trên và dưới bằng nhau. Bảng 6.12 KÍCH THƯỚC CỦA HỐ THẾ KÉP Tải trọng a1 b1 c1 l1 d1 a2 b2 c2 e2 l2 d2 tác dụng Áp lực đất (kG/cm2) (cm) (kG) 3000 2,5 50160 90 100 18 50 150 90 90 10022 4000 2,5 50 160 90 100 20 50 150 90 90 100 25 5000 2,5 50160 90 120 22 50 150 90 90 10026 Ghi chú: Đường kính gỗ chắn bằng đường kính cột. Bảng 6.13 KÍCH THƯỚC CỦA HỐ THẾ BA Tải a1 b1 c1 l1 d1 a2 b2 c2 e2 l2 d2 a3 b3 c3 e3 l3 d3 trọng Áp lực tác đất (cm) (kG/cm2) dụng (kG) 6000 2,5 50 160 90 100 18 50 150 90 90 100 22 50 150 90 90 120 28 8000 2,5 50 160 90 100 18 50 150 90 90 100 22 50 150 90 90 140 30 10000 2,5 50 160 90 100 20 50 150 90 90 100 25 50 150 90 90 160 36 Ghi chú: Đường kính gỗ chắn bằng đường kính cột. Bảng 6.14 QUY CÁCH TÀ VẸT CỦA HỐ THẾ ĐƠN Tải trọng tác dụng thẳng góc với cột (Tấn) 3 5 10 Số thanh tà vẹt đứng 2 2 6 Số thanh tà vẹt làm gỗ chắn trên 2 3 5 Số thanh tà vẹt làm gỗ chắn dưới11 2 Cự ly tim gỗ chắn trên tới điểm tác dụng của tải trọng 50cm 50cm 60cm Cự ly giữa gỗ chắn trên và dưới 120cm 120cm 120cm áp lực đất ( kG/cm2 ) 2,0 2,0 2,3 Ghi chú: 1 - Lấp đất đầy hố rồi đầm chặt. 123
2 - Gỗ chắn trên và dưới phải để bằng (cánh ngắn của tiết diện tà vẹt tựa sát vào cột đứng) 3 - Bề rộng của tiết diện tà vẹt hướng theo phương chịu lực, còn cột đứng phải để khít vào nhau, 6 cột đứng bằng tà vẹt của hố thế 10T được xếp như sau: rộng 44cm (2 22), dài 48cm (3 16) + Cọc thế (Cọc neo, hố thế kiểu cọc) Cọc thế là một loại hố thế dùng cọc gỗ đóng xuống đất với độ sâu nhất định, cũng có các loại cọc thế đơn, cọc thế kép và cọc thế ba như hình 6.8 a) b) c) N N N c c c c c c 2 2 3 1 1 a a a a a a 2 2 3 1 1 b b b b b b 2 2 3 1 1 d d1 d2 d1 d2 d3 Hình 6.8 Cấu tạo cọc thế a) - Cọc thế đơn; b) - Cọc thế kép; c) - Cọc thế ba Để tăng cường năng lực chịu tải của cọc thế, theo hướng lực tác dụng, ta đào theo sát cọc xuống một độ sâu nhất định và đặt một thanh gỗ chắn xuống đó (dài chừng 1m). Thân cọc tốt nhất là ngả về sau. Kích thước của các loại cọc thế cho ở Bảng 6.15 đến Bảng 6.17 Bảng 6.15 KÍCH THƯỚC VÀ QUY CÁCH CỦA CỌC THẾ ĐƠN Tải trọng tác dụng Áp lực đất a b c d (kG/cm2) (cm) (cm) (cm) (cm) (kG) 1000 1,5 30 120 40 18 1500 2,0 30 120 40 20 2000 2,6 30 120 40 22 3000 3,1 30 120 40 26 Ghi chú: Gỗ chắn dài 100cm có đường kính bằng đường kính cọc Bảng 6.16 KÍCH THƯỚC VÀ QUY CÁCH CỦA CỌC THẾ KÉP Tải trọng tác dụng a1 b1 c1 d1 a2 b2 c2 d2 Áp lực đất (kG/cm2) (cm) (kG) 124
3000 1,5 30 120 90 22 30 120 40 20 4000 2,0 30 120 90 25 30 120 40 22 5000 2,6 30 120 90 26 30 120 40 24 Ghi chú: Gỗ chắn dài 100cm có đường kính bằng đường kính cọc Bảng 6.17 KÍCH THƯỚC VÀ QUY CÁCH CỦA CỌC THẾ BA Tải trọng a1 b1 c1 d1 a2 b2 c2 d2 a3 b3 c3 d3 tác dụng Áp lực đất (kG/cm2) (cm) (kG) 6000 1,5 30 120 90 28 30 120 90 22 30 120 40 20 8000 2,0 30 120 90 30 30 120 90 25 30 120 40 22 10000 2,8 30 120 90 33 30 120 90 26 30 120 40 24 Ghi chú: Gỗ chắn dài 100cm có đường kính bằng đường kính cọc + Hố thế nằm Hố thế nằm là những cây gỗ hoặc các thanh ray thanh thép hình đặt ngang chôn sâu dưới đất, dây cáp néo buộc một hoặc hai điểm ở giữa cây gỗ. Chôn xong lấp đất rồi đầm thật chặt. Hố thế nằm có thể chịu được lực tác dụng khá lớn, nói chung khoảng từ 3  50 tấn. Hố thế nằm có hai loại: hố thế có chắn và hố thế không có chắn. * Hố thế nằm không có chắn (hình 6.9) a) b) c) b N q = N/L a q = N/L G  N N L L H 2a N1 = Ncos a b1 ®Êt R·nh ®Êt R·nh Gç hè thÕ T1 = f1N1 Hình 6.9 Cấu tạo hố thế nằm không có chắn a) - Mặt bên; b) - Mặt bằng khi buộc cáp ở một điểm c) - Mặt bằng khi buộc cáp ở hai điểm Công thức tính toán: G + T1 k1N2 (6.10) 125
N1 ησ (6.11) H hl Trong đó : N1 và N2 - Phản lực nằm ngang và phản lực thẳng đứng của lực kéo N tác dụng vào hố thế (tấn) T1 - Lực ma sát (tấn) T1 = f1N1 f1 - Hệ số ma sát giữa gỗ với đất (lấy f1 = 0,5) k1 - Hệ số an toàn của lực thẳng đứng (k1 3) G - TRọng lượng có hiệu (tấn) h b1 G Hlγ (Khi tính G, lấy b < Htg;  300) 2  - Dụng trọng tự nhiên của đất (T/m3)  - Hệ số không đồng đều của áp đất  = 0,25  0,33 trong trường hợp hố thế dùng tạm cho phép có chút biến hình thì  = 0,33  H - Áp lực cho phép của đất ở độ sâu H; σH  γλaH 2 0 2 0 λa tg 45 tg 45 ; - Góc ma sát trong của đất 2 2 Khi neo cáp ở một điểm của gỗ hố thế (hình 6.9b) thì gỗ hố thế chịu mômen Nl M (6.12) 2 Khi neo cáp ở hai điểm trên gỗ hố thế (hình 6.9c) qa 2 M (6.13) 2 * Hố thế nằm có chắn (hình 6.10 ) Công thức tính toán G + T2 k2N2 (6.14) N1 ησH ; σH  γλaH (6.15) h1 h 2 P Trong đó: b k2 - Hệ số an toàn của lực thẳng N đứng k2 2 G - Trọng lượng đất có hiệu (Tấn) N2 = Nsin G = Hbl H 3 T2 - Lực ma sát (Tấn) G T2 = f2N1 1 h N1 = Ncos f2 - Hệ số ma sát giữa gỗ với gỗ (f2 2 = 0,4) h Các ký hiệu khác trên hình vẽ 1 2 T2 = f2N1 Các tính toán khác giống như tính toán hố thế nằm không có chắn. Khi neo vào hai điểm trên gỗ hố thế Hình 6.10 Hố thế nằm có chắn (hình 6.9c) thì góc kẹp  của dây cáp hoặc 0 1 - Bản áp; 2 - Cọc gỗ; 3 - Tường chắn vòng sắt hàn nên lấy trên dưới 30 , tại chỗ nối tiếp có thể dùng vòng kẹp. Địa điểm đặt hố thế nằm phải là nơi 126
đất tốt để tiện lợi cho việc đào hố và đào rãnh dây cáp. Tại nơi đất xốp dễ sụt có thể mở rộng hố và đặt thêm tà vẹt (hoặc gỗ tròn) lấp đá hộc hoặc cát (hố thế nằm kiểu áp lực) Bảng 6.18 QUY CÁCH CỦA HỐ THẾ NẰM Lực tác dụng (Tấn) 2,8 5,0 7,5 10,0 15,0 20,0 30,0 40,0 Góc 300 300 300 300 300 300 300 300 Gỗ hố thế 24cm. Số cây gỗ chiều dài 1 250 3 250 3 270 3 320 3 320 3 350 4 400 4 400 (cm) Độ chôn sâu H (m) 1,70 1,70 1,80 2,20 2,50 2,75 2,75 3,50 Gỗ chắn 20cm. Khôn Khôn Không Không g g 4 270 4 350 5 400 5 400 Số cây chiều dài có có (cm) có có Gỗ cốt 1 120 2 120 5 150 3 150 Số cây chiều dài  20 20 22 22 Tấm gõ ép Gỗ tròn 10 xếp chặt 80 320 80 320 140 270 140 350 150 400 150 400 rộng (cm) Ghi chú: Căn cứ tính toán của bảng này: Dung trọng đất đầm  = 1,8T/m3, góc ma sát trong của đất = 350, ứng suất cho phép của gỗ [] = 110kG/cm2. *Hố thế đặt nơi đất nham thạch Tại nơi mặt đất nham thạch cứng thì khó đào hố, trong trường hợp này có thể khoan lỗ trong tầng đá rồi đóng cọc sắt bằng thép tròn, thép hình hoặc ray cũ làm thành hố thế (thép tròn dùng loại  22mm). * Hố thế bê tông Hố thế bê tông dùng sức nặng bản thân của nó để cân bằng lực tác dụng, nói chung không xét tới áp lực đất, nghĩa là: Gb kQP (6.16) Trong đó : Gb - Trọng lượng khối bê tông, P - Lực tác dụng k - Hệ số ổn định (k 4) 6.2. Xây dựng kết cấu nhịp cầu dầm liên hợp Thép - Bê tông cốt thép Trong “Thiết kế cầu” đã được nghiên cứu về cấu tạo kết cấu nhịp cầu dầm liên hợp thép - bê tông cốt thép là loại kết cấu nhịp gồm: dầm chủ bằng thép hình I hay dầm thép tổ hợp, bản mặt cầu bằng bê tông cốt thép. Nhờ có sự liên kết chắc chắn giữa dầm thép và bản mặt cầu thông qua hệ thống neo mà giữa dầm thép và bản bê tông cùng phối hợp tham gia chịu lực. Đối với cầu dầm liên hợp nói chung làm việc theo hai giai đoạn: - Giai đoạn 1: Dầm thép đã lắp xong, tiến hành lắp ghép hoặc đổ tại chỗ bản mặt cầu, khi đó dầm thép là kết cấu chịu lực, còn bản bê tông là tải trọng. - Giai đoạn 2: Sau khi bản bê tông đã liên kết chắc với dầm thép, thì kết cấu chịu lực là mới là dầm liên hợp. Xây dựng kết cấu nhịp dầm thép - bê tông cốt thép gồm hai công việc chính: lắp đặt dầm thép (bao gồm cả dầm, hệ liên kết dọc, liên kết ngang) và lắp đặt hoặc đổ bê tông bản mặt cầu. Trong một số trường hợp tiến hành điều chỉnh nội lực. 6.2.1. Thi công lắp kết cấu nhịp dầm thép 127
44123 5 3 Hình 6.11 Sơ đồ cấu tạo cụm dầm liên hợp 1 - Dầm thép chính; 2 - Sườn tăng cường đứng; 3 - Giằng ngang 4 - Bản thép liên kết giằng ngang; 5 - Bản thép tăng cường cánh dưới dầm chính Thi công lắp dầm thép được lắp từng dầm một, sau đó được lắp đặt từng dầm vào vị trí hoặc được liên kết từng cụm dầm (hai hoặc ba dầm lại với nhau) rồi mới lắp đặt vào vị trí. Cấu tạo phần dầm thép và các hệ liên kết như trên hình 6.11. Về trình tự thi công lắp đặt như sau: - Gia công, liên kết các dầm chính. - Liên kết bản thép tăng cường với cánh dưới của dầm chính. - Lắp các sườn tăng cường đứng với sườn dầm chính. - Lắp hệ thống neo. - Sau khi các dầm chính được lắp các sườn tăng cường và hệ thống neo, có thể đem cẩu lắp từng dầm vào vị trí. Hoặc liên kết các dầm chính lại với nhau thành các cụm dầm theo thứ tự: lắp hệ liên kết ngang (dầm ngang hoặc giằng ngang), lắp hệ liên kết dọc (nếu có) rồi mới lắp đặt từng cụm dầm vào vị trí, sau đó thực hiện các hệ liên kết ngang, liên kết dọc giữa các cụm dầm. Phương pháp lắp đặt dầm thép hoặc cụm dầm thép vào vị trí có thể được tiến hành bằng cần cẩu, lắp trên hệ đà giáo, lao kéo dọc v.v Cần chú ý, khi chưa có bản mặt cầu, các dầm rất dễ bị mất ổn định chung. Nên trước khi lắp phải tiến hành kiểm tra, nếu cần phải có biện pháp bảo đảm độ ổn định của dầm chủ trong giai đoạn thi công. 6.2.2. Thi công bản mặt cầu Bản mặt cầu dầm liên hợp thép - bê tông cốt thép, được thi công sau khi đã lắp đặt dầm thép xong. Bản bê tông cốt thép có thể được thi công đổ tại chỗ hoặc lắp ghép (phương pháp thi công bản mặt cầu có liên quan đến tải trọng khi tính duyệt dầm thép về ổn định trong giai đoạn thi công). a. Bản mặt cầu thi công đổ tại chỗ Trình tự công việc và phương pháp thi công như sau: - Gia công, lắp đặt ván khuôn. - Lắp đặt cốt thép. Đối với bản mặt cầu thường có hai lưới cốt thép (phía trên và phía dưới), khi lắp đặt cần bảo đảm bề dày lớp bê tông bảo vệ và khoảng cách giữa các lưới cốt thép. Để bảo đảm bề dày lớp bê tông bảo vệ cũng như cố định lưới cốt thép khỏi bị xê dịch, như đối với dầm bê tông cốt thép vẫn thường làm là chế tạo sẵn các cọn đệm bằng vữa xi măng mác cao. Để bảo đảm khoảng cách giữa các lưới cốt thép, có thể dùng các đoạn thép ngắn hàn dính vào hai lưới để cố định khoảng cách giữa chúng theo thiết kế. - Đổ bê tông bản mặt cầu:. Như ta đã biết tĩnh tải đối với cầu dầm liên hợp có tĩnh tải phần một và tĩnh tải phần hai tác dụng theo hai giai đoạn chịu lực của dầm. Tất cả phần bê tông thuộc tĩnh tải phần một được đổ cùng với bản mặt cầu, còn tĩnh tải phần hai được đổ sau 128
(chiều dày mỗi lớp đổ phụ thuộc vào phương pháp đầm, còn hướng đổ thực hiện như đối với cầu dầm bê tông). b. Bản mặt cầu thi công lắp ghép Trình tự công việc và phương pháp thi công như sau: - Cẩu lắp các tấm bản bê tông mặt cầu đã đúc sẵn vào vị trí. Cần chú ý bảo đảm chiều dày lớp vữa đệm giữa bản mặt cầu với cánh trên của dầm thép. Khi lắp cần chú ý lắp các tấm đúng vị trí và tránh va chạm làm biến dạng các neo. - Đổ bê tông lấp lỗ neo. Bê tông lấp lỗ neo thường có mác cao hơn so với bê tông bản mặt cầu, bê tông cần được đầm kỹ và bảo đảm đúng chỉ dẫn trong thiết kế, nếu không ở chỗ tiếp giáp với tấm lắp ghép rất dễ phát sinh vết nứt. Ở nước ta đã làm hai loại bản mặt cầu đổ tại chỗ và lắp ghép. Đổ tại chỗ tốn công và vật liệu làm đà giáo ván khuôn, nhưng chất lượng bảo đảm, bản mặt cầu ngoài việc chịu lực còn như một mái che bảo vệ dầm thép phía dưới. Các bản mặt cầu bê tông cốt thép lắp ghép, thì giữa các tấm bản thường có vết nứt làm nước mưa thấm qua lớp phủ mặt cầu và kẽ nứt làm gỉ dầm thép; vì vậy, đối với bản mặt cầu lắp ghép cần làm lớp phủ mặt cầu có khả năng chống thấm nước tốt. 6.2.3. Điều chỉnh nội lực Do dầm liên hợp chịu lực theo hai giai đoạn. Trong giai đoạn chịu lực thứ nhất của dầm thì tĩnh tải phần một do dầm thép chịu. Về các đặc trưng hình học của tiết diện dầm thép nhỏ hơn nhiều so với đặc trưng hình học ứng với tiết diện của dầm liên hợp. Điều chỉnh nội lực để nhằm cho tiết diện dầm liên hợp chịu một phần hay cả tĩnh tải phần một. Phương pháp điều chỉnh nội lực được thực hiện trong giai đoạn thi công. Có nhiều phương pháp để điều chỉnh nội lực. Đối với cầu dầm liên hợp giản đơn và liên tục được tiến hành điều chỉnh nội lực theo hai phương pháp dưới đây. a. Điều chỉnh nội lực bằng hệ đà giáo liên tục Điều chỉnh nội lực bằng hệ đà giáo liên tục, có thể được tiến hành theo trình tự như sau: (hình 6.12). - Làm hệ đà giáo liên tục trên suốt chiều dài kết cấu nhịp. - Lắp đặt hệ dầm thép trên đà giáo, sau đó kê các dầm lên theo độ vồng dự trữ đã tính toán, dưới các điểm kê đặt nêm để hạ đà giáo, lắp đặt hệ liên kết ngang và dọc. - Lắp dựng ván khuôn. - Đổ bê tông bản mặt cầu. Đợi cho bê tông bản mặt cầu đạt cường độ thiết kế, tiến hành tháo dỡ ván khuôn và hạ đà giáo. Như vậy, lúc này giữa dầm thép và bản mặt cầu đã được liên kết chắc lại với nhau cùng tham gia chịu lực. b. Diều chỉnh nội lực bằng trụ tạm Làm hệ đà giáo liên tục để điều chỉnh nội lực, nhiều khi khó thực hiện và quá tốn kém, có thể điều chỉnh nội lực bằng trụ tạm (hình 6.13) theo trình tự sau: - Làm các trụ tạm theo đồ án thiết kế. - Lắp đặt kết cấu nhịp dầm thép trên mố, trụ chính và hệ thống trụ tạm (có thể một, hai hay nhiều trụ tạm). - Kích dầm tại vị trí trụ tạm, khi kích có thể phải chất đối trọng ở hai đầu hoặc neo hai đầu xuống mố, trụ chính thông qua dầm ngang ở đầu kết cấu nhịp. Sau khi kích dùng chồng nề và nêm để giữ dầm ở độ cao đã kích (theo độ vồng dự trữ được tính toán trước). - Lắp đặt ván khuôn bản mặt cầu. - Lắp đặt cốt thép. 129
- Đổ bê tông bản mặt cầu. Đợi cho bê tông đủ cường độ thiết kế, tiến hành tháo dỡ ván khuôn, hạ chồng nề trên trụ tạm. B−íc 1 - Lµm ®µ gi¸o liªn tôc trªn suèt chiÒu dµi nhÞp MNTC B−íc 2 - CÈu l¾p dÇm thÐp vµo vÞ trÝ MNTC B−íc 3 - §æ bª t«ng b¶n mÆt cÇu H−íng ®æ bª t«ng H−íng ®æ bª t«ng MNTC B−íc 4 - Bª t«ng b¶n ®ñ c−êng ®é, h¹ ®µ gi¸o, thi c«ng líp phñ mÆt cÇu, l¾p lan can MNTC Hình 6.12 Điều chỉnh nội lực trong dầm liên hợp bằng hệ đà giáo liên tục 130
B−íc 1 - Lµm trô t¹m ë vÞ trÝ gi÷a nhÞp MNTC B−íc 2 - CÈu l¾p dÇm thÐp vµo vÞ trÝ MNTC B−íc 3 - Sau khi kÝch dÇm thÐp, ®æ bª t«ng b¶n mÆt cÇu H−íng ®æ bª t«ng H−íng ®æ bª t«ng MNTC B−íc 4 - Bª t«ng b¶n c−êng ®é, th¸o dì trô t¹m, thi c«ng líp phñ mÆt cÇu, l¾p lan can MNTC Hình 6.13 Điều chỉnh nội lực trong dầm liên hợp bằng trụ tạm 131
Như vậy nội lực mômen trong dầm thép trước khi đổ bê tông bản mặt cầu đã xuất hiện một trị số mômen âm tại các vị trí dầm thép được kích lên. 6.3. Công tác lao lắp cầu quân dụng Bailey 6.3.1. Đặc điểm và phạm vi sử dụng Cầu Bailey là một loại cầu bằng hợp kim thép lắp ghép(1) có xuất xứ từ nước Anh, do công binh sản xuất dùng để làm cầu quân sự trong chiến tranh. Sau đó đã được công binh Mỹ và một số nước khác như: Tiệp Khắc, Thuỵ Điển chế tạo và cải tiến theo mẫu của Anh. Từ sau năm 1950 cầu Bailey được công binh Mỹ nhiều lần cải tiến đưa vào sử dụng rộng rãi trong chiến tranh ở Việt Nam, thì loại cầu này đã đạt được đến mức độ tối ưu đối với loại cầu quân dụng. Đây là loại cầu dùng trong quân sự có những ưu điểm nổi bật là: số chi tiết ít, trọng lượng nhẹ, việc lắp ráp và lao kéo, tháo dỡ đơn giản (có thể bằng sức người). Trong khi lắp dựng chỉ cần sử dụng các bảng tra tính sẵn cho biết đầy đủ các dữ liệu cần thiết cho một cầu về: tải trong, khẩu độ, số lượng cần dùng cho từng loại chi tiết và kể cả cách tháo lắp và vận chuyển, không mất nhiều thời gian phải huấn luyện, cũng có thể đạt được mục đích là tiến hành lắp dựng được. Sau chiến tranh, nước ta đã thu hồi và sử dụng khá hiệu quả loại cầu này trong nhiều lĩnh vực kinh tế và quốc phòng. Với các chi tiết của loại cầu này, có thể dễ dàng lắp dựng được nhiều loại hình kết cấu khác nhau như: cầu tạm để bảo đảm giao thông trong chiến tranh và khi xây dựng công trình cầu mới với khẩu độ từ 30  210ft (khoảng 9  64m); đặc biệt sử dụng rất tiện lợi để lắp thành các trụ đỡ, đà giáo, cầu công tác cho thi công mố trụ cũng như kết cấu nhịp cầu. Nhưng cầu Bailey cũng có nhược điểm đó là: kết cấu có độ võng lớn, do vậy để sử dụng làm cầu tạm với khẩu độ nhịp lớn sẽ rất khó khăn. Để giúp cho học viên tham khảo loại cầu này, chúng tôi giới thiệu những vấn đề cơ bản về cấu tạo và công tác thi công lắp dựng cầu Bailey với mục đích sử dụng làm cầu tạm để bảo đảm giao thông. Cầu Bailey có xuất xứ ở Anh nên các hệ đo lường hoàn toàn dùng hệ đo lường của Anh, vì vậy chúng tôi xin giới thiệu bảng 6.19 về quy đổi một số đơn bị đo lường (dùng trong loại cầu Bailey) của Anh sang hệ đo lường quốc tế (SI) Bảng 6.19 Bảng quy đổi hệ đo lường dùng trong cầu Bailey Hệ đo lường của Anh Tên gọi Ký hiệu Hệ đo lường SI 1 in Inches (Phân Anh) ” 0,0254m 1 foot (12in) Phút (Bộ)’ (ft)0,3048m 1 yard (3ft) Mã (Sải) Yd và Yds 0,9144m 1 mile Dặm n 1609,24m 1 pound Pao (Cân Anh) Lb 0,45350243kg (1) Cã hai lo¹i M1 vµ M2, lo¹i M2 do Mü s¶n xuÊt cã kh¶ n¨ng chÞu t¶i träng vµ v−ît khÈu ®é lín h¬n M1 132