Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Cầu Bê tông cốt thép Nguyễn Viết Trung CHương I: Cầu bản và Cầu Dầm có sườn bằng BTCT thường đổ tại chỗtrình bày tổng quát về các cầu: Cầu bản và cầu dầm BTCT thường thi công theo phương pháp đổ tại chỗ
Chơng 1 Cầu bản và cầu dầm có sờn bằng BTCT thờng đúc bê tông tại chỗ 1.1. Cầu bản mố nhẹ 1.1.1. Đặc điểm và điều kiện áp dụng kết cấu nhịp cầu bản Kết cấu nhịp cầu bản đơn giản một nhịp hay nhiều nhịp có u điểm cấu tạo kết cấu đơn giản, dễ thi công và có chiều cao kiến trúc của bản thấp. Việc đúc bê tông tại chỗ kết cấu nhịp cầu bản có u điểm là thuận tiện cho việc tạo hình dáng, kiến trúc của cầu, điều này đặc biệt có ý nghĩa khi xây dựng các cầu vợt đờng ở các thành phố yêu cầu có hình dáng kiến trúc đẹp hay đối với các cầu nằm trên tuyến đờng cong. Cầu bản bằng BTCT thờng thích hợp với các khẩu độ nhịp nhỏ L < 6m. Đối với cầu đờng sắt và các nhịp lớn hơn nên nghiên cứu dùng kết cấu nhịp dầm có sờn hay kết cấu nhịp bản BTCT dự ứng lực. Trớc kia trong các cầu bản thờng chỉ có bản BTCT đúc tại chỗ còn kết cấu mố, trụ thờng là dạng mố trụ nặng bằng đá xây hay bê tông đúc tại chỗ. Từ những năm 1960 trở lại đây ở Việt Nam bắt đầu áp dụng và ngày càng phổ biến dạng cầu bản dùng mố nhẹ để giảm bớt khối lợng vật liệu xây dựng. Trên hình 1- l giới thiệu cầu bản mố nhẹ 4 khớp trên đờng ô tô. Ngoài việc giảm mỏng chiều dày của mố, kiểu cầu này còn bố trí thêm bộ phận thanh chống ở phiá dới chân mố, nhờ vậy tạo thành một kết cấu 4 khớp gồm kết cấu nhịp bản BTCT nằm ngang, hai tờng mố thẳng đứng và các thanh chống nằm ngang phía dới. Do có cấu tạo nh vậy nên kiểu cầu này gọi là cầu bản mố nhẹ 4 khớp. Toàn bộ hệ thống kết cấu đợc giữ ổn định nhờ áp lực đất từ sau hai mố làm cân bằng lẫn nhau (hình 1-4). Tuy nhiên dạng cầu này chỉ nên dùng cho các cầu bản trên đờng ô-tô. Ngoài ra, những vị trí dự định làm cầu bản thờng có yêu cầu thoát nớc lũ không lớn. Do vậy trớc khi quyết định phơng án xây dựng cầu bản cần nghiên cứu và so sánh với ph- ơng án xây dựng cống vì việc xây dựng cầu bản chỉ thích hợp hơn trong những trờng hợp sau đây: Hình 1-1: Cầu bản mố nhẹ 4 khớp bằng bê tông và BTCT đổ tại chỗ - Khi xây dựng cầu ở địa hình có độ cao vai đờng thấp mà nếu dùng ph- ơng án cống chìm kiểu có tiết diện hình tròn, hình chữ nhật, vòm thì không đảm bảo chiều dày tối thiểu 50 cm dành cho phần đất đắp bên trên cống. - Khi dòng chảy dới cầu có nhiều vật trôi nếu làm cống dễ dẫn đến khả năng tắc cống, không đảm bảo an toàn cho nền đờng. - Khi có yêu cầu về thoát nớc nhanh không cho phép mực nớc ở thợng l- u cống dâng cao làm ảnh hởng đến khu dân c hay ruộng vờn. Trong trờng hợp này việc dùng cầu bản thay cho phơng án cống tỏ ra hợp lý hơn. 1.1.2. Cầu bản trên đờng sắt Cầu bản trên đờng sắt bằng BTCT thờng, đợc đúc bê tông tại chỗ chỉ áp dụng cho khẩu độ nhỏ hơn 4m, do đó trong nhiều trờng hợp có thể xét dùng phơng án cống thay thế cho phơng án cầu bản một nhịp. Hình 1-2: Kết cấu nhịp bản BTCT đúc tại chỗ cầu đờng sắt Hình 1-3: Sơ đồ cốt thép chủ trong cầu bản đúc tại chỗ Dạng đơn giản nhất của mặt cắt ngang kết cấu nhịp là dạng bản hình chữ nhật có công-xon máng ba-lát và lề ngời đi bộ. Chiều rộng phía dới của bản đợc chọn sao cho đủ đặt đợc số hàng cốt thép chủ chịu lực và kết cấu bản đủ ổn định để chống lật ngang. Đối với cầu bản trên đờng sắt thờng dùng kết cấu mố nặng bằng đá xây hay bê tông đúc tại chỗ. Việc lắp cốt thép và đúc bê tông kết cấu nhịp bản đợc thực hiện tại chỗ trên đà giáo. 1.1.3. Cầu bản trên đờng ôtô Kết cấu nhịp bản bằng BTCT thờng đúc bê tông tại chỗ trên đà giáo. Độ dày của bản hb bằng L 20 1 15 1 ữ so với chiều dài nhịp tính toán (khoảng 25ữ35 cm), bê tông dùng mác 200# ữ 250 #, cốt thép chịu lực đặt thẳng thờng dùng loại CT5 có gờ, đờng kính 20 ữ 24, cốt thép cấu tạo thờng dùng loại CT3 8ữ 10. Hình 1-4: Sơ đồ tĩnh học của cầu bản mố nhẹ 4 khớp Trên hình 1-3 giới thiệu cách bố trí cốt thép chịu lực trong kết cấu nhịp bản. Số lợng và cự ly giữa các cốt thép chủ tùy theo tính toán. Tải trọng ô-tô tác dụng lệch tâm trong mặt cắt ngang nhịp cầu thờng gây bất lợi cho các vùng biên của mặt cắt ngang, do vậy trong phạm vi l/6 chiều rộng cầu từ hai biên vào cần bố trí cốt thép chủ chịu lực với cự ly gần nhau hơn so với cự ly cốt thép chủ ở phạm vi chiều rộng còn lại của cầu (a > a' ). Cũng có thể giữ đều khoảng cách giữa các cốt thép chủ và dùng đờng kính cốt thép lớn hơn trong phạm vi cần tăng cờng ở vùng cạnh biên của mặt cắt ngang bản. Hai mố nhẹ làm bằng vật liệu đá xây, bê tông hoặc BTCT mỏng đúc tại chỗ. Chiều dày tờng mố bằng l/6 đến l/7 so với chiều cao của mố. Cũng có thể cấu tạo tờng mố nhẹ có chiều dày thay đổi theo điều kiện chịu áp lực ngang của đất. Ngoài ra hai bên tờng mố còn có hai tờng cánh để chắn đất trong phạm vi hai bên ta-luy của nền đờng đầu cầu. Hai tờng cánh thờng đợc bố trí góc xiên từ 100ữ200 so với phơng ngang cầu để hớng dòng nớc chảy dới cầu đợc êm thuận. Móng hai tờng cánh thờng đợc tách độc lập ra khỏi móng của tờng trớc bằng các khe hở rộng khoảng 2cm để tránh ảnh hởng lẫn nhau do lún nền không đều. Do mố có chiều dày nhỏ nên dới tác dụng của áp lực đất của nền đờng đầu cầu nên móng mố có thể bị đẩy xô về phía dòng chảy. Để đề phòng khả năng này cần bố trí thêm các thanh chống dọc bằng bê tông hay bê tông cốt thép có tiết diện 40 x 40cm hoặc 40 x 50 cm đúc bê tông tại chỗ. Khoảng cách giữa các thanh chống từ 3 - 5m theo phơng ngang cầu. Vị trí các thanh chống phải đợc đặt phía trên gờ móng mố hay liên kết với bệ móng mố để đề phòng các thanh chống bị lún sâu dới đáy bệ móng. Kết cấu nhịp đợc liên kết giữa hai mố bằng các chốt thép 28 ữ 32mm. Các chốt thép này đặt cách nhau 0.5 - l.0 m theo phơng ngang cầu, chúng đợc định vị và chôn sẵn từ khi đổ bê tông tờng mố. Khi đổ bê tông kết cấu nhịp bản, tại các vị trí chốt thép chừa các lỗ có đờng kính 5 - 6cm. Sau này các lỗ này đợc lấp đầy bằng mát-tít-bi-tum để bảo vệ chốt thép (hình 1- 5). Hình 1-5: Cấu tạo chốt liên kết giữa liên kết nhịp bản mũ mố. 1. Kết cấu nhịp bản; 2. Mũ mố ; 3. Cốt thép 28ữ 30 đặt cách nhau 0.5 ữ 1.0m theo phơng ngang cầu; 4. Lỗ 5cm tại vị trí cốt thép; 5. Má-tít-bi-tum đổ đầy lỗ. Sơ đồ tĩnh học của hệ thống cầu này là một khung 4 khớp. Nh vậy theo nguyên lý cơ học kết cấu cầu này sẽ bị biến dạng hình học. Tuy nhiên điều này không xảy ra nhờ có áp lực ngang do đất đắp của nền đờng hai đầu cầu giữ cân bằng. Để đảm bảo điều kiện cân bằng của áp lực của đất đẩy ngang từ sau hai mố cần phải chú ý là khi thi công chỉ đợc đắp đất đối xứng và tăng cao dần đều nhau ở phía sau hai mố. Quy trình đầm nén nền đắp đầu cầu cũng cần qui định chặt chẽ. Tại một số nớc, ngời ta đã cải tiến công nghệ dùng đất có cốt bằng các thanh bê tông hay sợi vải tổng hợp xen kẽ các lớp đất để tăng cờng ổn định nền đắp đảm bảo điều kiện áp lực cân bằng. 1.2. Cầu dầm có sờn trên đờng sắt Trên hình 1-6 giới thiệu dạng mặt cắt ngang cầu dầm có sờn đúc bê tông tại chỗ thờng gặp trên các tuyến đờng sắt. Kết cấu nhịp gồm phần bản xe chạy có máng ba lát và hai sờn bản. Dới tác dụng của tải trọng từ máng ba-lát truyền xuống thì bản chịu uốn theo phơng ngang cầu, ngoài ra bản còn là bộ phận của mặt cắt dầm chủ nên cũng tham gia cùng với sờn dầm chịu uốn theo phơng dọc cầu. Phần dới của sờn dầm là chỗ chứa các cốt thép chủ chịu kéo nên phải đủ rộng. Phần giữa của sờn dầm làm nhiệm vụ liên kết giữa vùng chịu kéo với vùng chịu nén và tham gia chịu ứng suất nén chủ, ứng suất tiếp. Bản phần xe chạy chịu lực giống nh một bản ngàm đàn hồi vào hai sờn dầm chủ, mômen uốn âm ở ngàm sẽ đạt trị số lớn nhất, vì vậy phải tăng chiều dày của bản tại đó tạo thành bản vút của nách dầm. Chiều rộng sờn dầm lấy tùy theo khả năng chịu ứng suất kéo chủ và việc bố trí các cốt thép chủ, cốt thép xiên. Các dầm ngang đợc làm nối giữa 2 sờn dầm chủ tại những vị trí trên gối cầu và những chỗ cách quãng theo dọc cầu. Các dầm ngang này chống lại biến dạng của mặt cắt ngang kết cấu nhịp và phân bố tải trọng giữa hai sờn dầm chủ. Bề mặt trên của máng ba lát đợc phủ các lớp mặt bằng vữa bê tông xi măng tạo dốc, lớp phòng nớc, lớp bê tông cốt thép bảo vệ cho lớp phòng nớc, rồi đến đá ba lát, tà vẹt, ray. Các ống thoát nớc đặt ở sát mép máng ba lát. 1.3. Cầu dầm có sờn trên đờng bộ Để đảm bảo đủ chiều rộng phần xe chạy trên cầu ô tô phải bố trí nhiều sờn dầm trong mặt cắt ngang nhịp. Tất nhíên có thể chỉ cần hai dầm chủ nh- ng sẽ phải làm dầm khá cao khiến cho đờng đầu cầu cũng phải đắp cao theo, Hình 1-6. Mặt cắt ngang cầu đờng sắt kiểu dầm có sờn đúc bê tông tại chỗ điều này làm tăng kinh phí xây dựng và nếu là cầu trên tuyến đờng vùng đồng bằng thì trắc dọc tuyến đờng sẽ không hợp lý. Nói chung tỷ số chiều cao/chiều dài nhip là H/L = ( l/7 - l/2 0) tùy theo cự ly giữa các sờn dầm, cấp tải trọng xe qua cầu, dạng kết cấu dầm (có hoặc không có dự ứng lực). Trên hình 1-7 là ví dụ cấu tạo một kết cấu nhịp có chiều dài tính toán 1,68 m bằng BTCT đúc tại chỗ. Kết cấu nhịp chỉ có hai sờn dầm chủ bố trí cách nhau 6,0m theo phơng ngang cầu, vì vậy phải làm dầm dọc phụ để giảm nhịp tính toán của bản mặt cầu. Hình 1-7: Kết cấu nhịp cầu ô tô đúc bê tông tại chỗ nhịp L = 16,8m. a) Mặt đứng b) Cắt dọc c) Cắt ngang d) Bố trí cốt thép; 1. Lới cốt thép 8 ô lới 8 x 8 cm 2. Cốt đai 8 Nói chung nếu chiều cao kiến trúc của cầu không bị hạn chế thì nên dùng dạng kết cấu nhịp có ít sờn dầm chủ sẽ tiết kiệm vật liệu. Ngày nay dạng này không đợc xây dựng nữa do cấu tạo ván khuôn phức tạp và khó thực hiện công nghiệp hóa xây dựng. Trên hình l-8 là dạng kết cấu nhịp đúc bê tông tại chỗ có nhiều sờn dầm chủ, chiều dài nhịp L = 14,0m. Khổ cầu rộng 6 m đủ cho hai làn xe chạy và hai vỉa hè rộng 0,75m. Hoạt tải thiết kế cho đoàn xe ô-tô H-10 và xe xích X-60. Bê tông của dầm có mác 200. Dạng kết cấu này đợc xây dựng nhiều trong những năm trớc 1965 ở nớc ta. Ngày nay các kết cấu nhịp thi công đúc bê tông tại chỗ bằng BTCT th- ờng (không dự ứng lực) ít khi đợc xây dựng, các kết cấu lắp ghép tỏ ra có nhiều u điểm hơn về mọi mặt. H×nh 1-8: KÕt cÊu nhÞp dÇm BTCT ®æ t¹i chç