Công nghệ thi công cầu dây văng dầm thép liên hợp ở cầu Bính - Hải Phòng 1. Giới thiệu chung: Cầu Bính nằm ở khu vực trung tâm thành phố Hải Phòng, cách bến phà Bính 1,3km về phía thượng lưu. Vị trí cầu được xác định trong quy hoạch tổng thể của thành phố Hải Phòng đến năm 2020 được Chính phủ phê duyệt. Cầu Bính tạo điều kiện cho phát triển khu đô thị mới Bắc sông Cấm theo tiêu chí văn minh, hiện đại, là trung tâm chính trị, văn hoá của thành phố, đồng thời là cầu nối giữa hệ thống Quốc lộ 5 và Quốc lộ 10, góp phần vào sự nghiệp phát triển vùng kinh tế động lực phía Bắc. Dự án cầu Bính được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt và giao Bộ GTVT phê duyệt thiết kế kỹ thuật, tổng dự toán. Nguồn vốn vay bằng tiền Yên – 8,02 tỷ Yên thông qua Ngân hàng hợp tác quốc tế của Nhật Bản (JBIC) và vốn đối ứng trong nước là 141,5tỷ đồng. Cơ chế tài chính của dự án là cơ chế cấp vốn ngân sách từ nguồn vay của Chính phủ. Chủ đầu tư là UBND TP.Hải Phòng. Tiến độ thực hiện 1998 – 2005. Năm 1998 – 2001, đã hoàn thành công việc giải phóng mặt bằng và xây dựng đường dẫn hai đầu cầu; tổ chức đấu thầu tuyển chọn tư vấn giám sát và đấu thầu gói thầu xây dựng cầu. Tháng 9/2002 khởi công xây dựng cầu và dự kiến hoàn thành vào tháng 5 năm 2005. Tư vấn giám sát xây dựng cầu là Liên danh Chodai- 1 Joc (Nhật Bản) với các tư vấn phụ Finnroad (Phần Lan) và TEDI (Việt Nam). Nhà thầu chính xây dựng cầu là Liên danh IHI – Shimizu – Sumitomo với các nhà thầu phụ là TCty xây dựng Thăng Long, Cienco-I, Toneco, Sông Đà – Jurong, Mitsui – Thăng Long. 2. Quy mô kỹ thuật của cầu. 2.1. Tiêu chuẩn thiết kế. Cầu vĩnh cửu thuộc trung tâm đô thị. Loại cầu dây văng đối xứng hai mặt phẳng cáp, kết cấu dầm thép liên hợp bản BTCT, liên tục dài 1280m tính từ tim của 2 mố cầu theo sơ đồ nhịp50+6x60+100+260+100+6x60+50. Khổ cầu rộng 22,5m gồm 4 làn xe cơ giới (4x3,75) và 2 làn bộ hành và xe thô sơ chiều rộng (2x3,2m). Thiết kế có tính đến khả năng sử dụng 6 làn xe. Tĩnh không thông thuyền cao 25m, rộng 125m, cho tầu 3000DWT. Tải trọng thiết kế ô tô H30 và xe bánh nặng XB80. Tốc độ thiết kế 80km/h. Độ dốc dọc tối đa 4%; độ dốc ngang mặt cầu 2%. Cấp động đất cấp7 MSK -64. Đường dẫn rộng 23,5m thiết kế cho 4 làn xe cơ giới có dải phân cách giữa rộng 1m, có 2 lề người đi bộ và xe thô sơ (2x3,25m); đường dẫn bờ Nam 800m có nút giao bằng, đường dẫn bờ Bắc 900m. 2.2. Giải pháp thiế kế Toàn cầu là hệ thống dầm liên hợp bê tông thép liên tục dài 1280m, trong đó có 3 nhịp dây văng 100+260+100m với hai dầm chính cao 1,75m; các nhịp dẫn có 4 dầm chính cao 2,75m. Dầm thép mặt cắt hình chữ I liên kết hàn. Bản mặt cầu BTCT đúc sẵn thi công theo phương pháp lắp ghép và liên kết với dầm thép thông qua các vấu neo tại mối nối đổ tại chỗ. Bố trí một gối cố định tại trụ tháp S9, các gối khác là gối di động, chỉ có hai khe có giãn tại vị trí hai mố cầu 30-40cm. Mặt bằng cầu theo hình chữ S với đoạn cầu dây văng nằm trên đường thẳng, còn đoạn cầu dẫn hai phía nằm trên đường cong R=3500m với mục đích có thể quan sát hình dáng cầu ở mọi vị trí. Hai trụ tháp bằng BTCT hình chữ H xiên, chiều cao 101,6m tính từ đỉnh bệ móng, có dầm ngang trên khu vực hộp neo cáp, bê tông loại 40-50MPa. Tổng số có 80bó cáp loại song song từ các sợi thép 7mm cường độ cao, neo cáp loại HiAm sản xuất tại Nhật Bản. Các trụ trung gian dạng hai cột riêng biệt không có xà mũ, mố loại tường chắn sử dụng bê tông 35MPa. Kết cấu móng của mố và tất cả các trụ trung gian là móng cọc ống thép đường kính 800-900mm kín đầu, chiều dài khoảng 40m, sau đóng xong sẽ đổ BTCT 40MPa. Riêng hai trụ tháp sử dụng móng cọc khoan nhồi BTCT đường kính 2000mm, chiều dài khoảng 43m-60m, bê tông 40MPa. Đoạn nền đường đắp phía sau hai mố dài 33,5m được gia cố cọc BTCT 35x35cm và bản BTCT dầy 30 cm trước khi tiến hành đắp nền đường để tránh lún nền đường sau mố. 2.3. các khối lượng chính: - Cọc ống thép D800/900mm: 9.100m 2 - Cọc khoan nhồi D2000mm: 2.600m - Bê tông cọc, móng mố trụ: 30.000m 3 - Bê tông 40MPa/50MPa trụ tháp: 5.700m 3 - Cọc BTCT 35x35 gia cố nền: 13.000m - Bản mặt cầu BTCT 35MPa 8.500m 3 - Cốt thép SD 390: 5.000tấn - Dầm thép : 6.500tấn - Cáp văng 430tấn 3. Thi công kết cấu phần dưới 3.1. Thi công móng cọc ống thép D800/900mm Tổng số cọc ống thép là 231 cọc, mỗi trụ có 12 cọc – 16cọc, chiều dài mỗi cọc khoảng 40m, được thi công theo phương pháp đóng cọc bằng búa rơi tự do. Cọc ống thép sản xuất tại nhà máy theo công nghệ hàn xoắn ốc, vật liệu làm cọc ống là thép SKK490 tiêu chuẩn Nhật Bản có chiều dày 12mm/14mm, mũi cọc được bịt kín. Mỗi cọc gồm hai đoạn, chiều dài mỗi cọc khoảng 20m để tiện cho việc vận chuyển. Đóng cọc ống thép bằng loại búa thuỷ lực, quả búa nặng 16 tấn rơi tự do từ độ cao H max = 1,2m, giảm thiểu về tiếng ồn, rung động, ô nhiễm môi trường xung quanh. Loại búa đóng cọc TWINWOOD – V160. Đóng đoạn cọc thứ nhất đến cao độ nối hàn sẽ tiến hành bơm nước đầy vào trong cọc để tăng trọng lượng cọc, đoạn thứ hai được nối bằng hàn bán tự động tai công trường, kiểm tra chất lượng bằng phương pháp siêu âm. Năng suất đóng cọc trung bình một cọc dài 40m/ca. Cọc thử cho mỗi trụ là 2 cọc bằng thiết bị PDA để xác định các thông số cơ bản cho công tác đóng cọc tại trụ đó. Sau khi đóng cọc đến cao độ được kỹ sư chấp nhận sẽ tiến hành làm sạch, lắp đặt cốt thép, đổ bê tông lấp lòng cọc theo phương pháp đổ bê tông trong nước. 3.2. Thi công cọc khoan nhồi đường kính 2000mm. Thi công cọc khoan nhồi đường kính 2000mm, sâu 43m-60m, sử dụng ống vách và dung dịch bentonite. Sử dụng phương pháp khoan gầu xoay cho lớp đất yếu khoảng 20-30m cho đến lớp đá phong hoá. Tiếp theo, sử dụng máy khoan tuần hoàn ngược và máy khoan mâm xoay để khoan đến tầng chịu lực là cát kết. Cọc được ngàm 2 m vào tầng chịu lực. Bê tông 40MPa sử dụng cho cọc khoan nhồi là cọc ống thép tuân theo chỉ dẫn kỹ thuật của Nhật Bản, đặc biệt là nhiệt độ hỗn hợp bê tông trước khi bơm vào kết cấu phải thấp hơn 30 o C và thoả mãn điều kiện về độ sụt theo thiết kế. Vì vậy để đảm baỏ yêu cầu kỹ thuật, nhà thầu phải có các biện pháp như lắp đặt thiết bị làm lạnh nước từ 2 đến 9 o C, làm nhà che cốt liệu và si lô chứa xi măng tại trạm trộn bê tông. 3.3. Thi công bệ móng của các trụ cầu. 3 Thi công bệ trụ tại cầu Bính rất thuận lợi vì toàn bộ công việc được thực hiện trên mặt bằng thi công san lấp tạm thời. Riêng có một trụ tháp S9 ở dưới sông được thi công trên đảo tạm kích thước 55mx75mx7m, đắp bằng cát và hai vòng vây cọc ván thép có thanh neo. Đảo thi công được nối vào bờ bằng 75 m cầu tạm. Việc thi công không phụ thuộc thuỷ triều, không hệ thống giằng chống nên móng thông thoáng dễ thi công. 3.4. Thi công trụ tháp Trụ tháp cao 101,6m được chia làm 28 phân đoạn thi công, trong đó phần chân tháp cao 24m được chia làm 4 đoạn thi công. Bê tông chân tháp 40MPa, bê tông thân trụ tháp 50MPa. Việc phân chia các đoạn thi công dựa trên cơ sở phân tích về hiện tượng nứt do nhiệt khi phản ứng thuỷ hoá của bê tông và phương pháp thi công. Nhiệt độ khống chế của bê tông khi bơm phải <20 o C để nhiệt độ trong khối bê tông nằm trong giới hạn cho phép. Biện pháp chủ yếu là giảm nhiệt độ của nước, cốt liệu đá, xi măng và tiến hành đổ bê tông vào ban đêm. Hệ thống ván khuôn đà giáo theo phương pháp leo được sử dụng loại chuyên dùng của hãng Doka (Áo), ván khuôn gỗ ép đảm bảo mỹ quan cho kết cấu. Cốt thép được gia công và liên kết buộc trên những khung mẫu. Sử dụng cần cẩu tháp cao 120m để phục vụ thi công, cẩu tháp đặt tại vị trí tim cầu. Việc định vị kích thước hình học cho tháp chân xiên cao 101m được kiểm tra và xác định thông qua hệ thống khung định vị bằng thép đặt trong thân trụ tháp. Thời gian thi công trụ tháp dự kiến 240 ngày, trung bình khảng 5-10 ngày cho một giai đoạn thi công. 4. Thi công kết cấu phần trên. 4.1. Sản xuất dầm thép Khối lượng dầm thép là 6500tấn được sản xuất chủ yếu tại Nhật Bản (4500tấn), còn lại được sản xuất tại Nhà máy Mitsui Thăng Long – Hà Nội. Dầm được chế tạo bằng hàn tự động từ các thép tấm tiêu chuẩn Nhật Bản (SM570, SM490), chiều dày 20-90mm, lắp ráp thử và sơn hoàn chỉnh 3 lớp sơn tại nhà máy. Mỗi đoạn dầm chủ dài khoảng 20m, nặng khoảng 18-25tấn được vận chuyển về công trường theo đường biển và đường sông. 4.2.Công tác lắp dầm thép tại công trường Phương pháp thi công lắp dầm bằng cẩn cẩu 150tấn và trụ tạm được áp dụng cho phần cầu dẫn, riêng phần cầu dây văng thực hiện phương pháp lắp hẫng. Trên phần cầu dẫn lắp từng phiến dầm chủ loại 20m và 40m (loại 40m được hàn nối từ hai đoạn dầm tại công trường), sau đó lắp các dầm ngang. Việc lắp ghép tạm thời các bản thép định vị liên kết chốt và bu lông, sau khi điều chỉnh sẽ lần lượt hàn các dầm ngang, dầm chủ được hàn cuối cùng sau khi đã hàn xong các dầm ngang. Hàn nối các dầm tại công trường theo phương pháp hàn bán tự động, tại khu vực hàn mối nối dầm phải làm các nhà tạm di động để che mưa gió và dễ kiểm soát độ ẩm không khí khi tiến hành sơn dầm tại vị trí mối nối. 4.3. Bản mặt cầu bê tông cốt thép 4 Bản mặt cầu bê tông cốt thép 35MPa được đúc sẵn tại công trường và bảo quản 6 tháng trước khi lắp đặt để giảm co ngót và từ biến của bê tông. Mối nối bản mặt cầu được bố trí dầm để liên kết với các vấu neo trên đỉnh dầm. Mặt bê tông của các bản đúc sẵn tại mối nối được tạo nhám trong khi đúc bằng cách phun phụ gia Sika Rugasol –F lên mặt ván khuôn. Cốt thép chờ của bản được bảo vệ chống gỉ bằng lớp vũa Sika Monotop 610. Công tác lắp ráp các bản mặt cầu BTCT đúc sẵn và đổ bê tông mối nối được tiến hành theo trình tự nhất định “phương pháp Piano” để đảm bảo tính liên kết của kết cấu. Bản mặt cầu ở khu vực xung quanh trụ tháp được đỏ bê tông tại chỗ. Nguồn: Tài liệu Hội thảo KH kết cấu thép trong xây dựng, năm 2006 5