›
›

Bài giảng Lập dự án công trình xây dựng giao thông (Phần 1) - Nguyễn Viết Trung

pdf 60 trang ngocly 3240
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lập dự án công trình xây dựng giao thông (Phần 1) - Nguyễn Viết Trung", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_lap_du_an_cong_trinh_xay_dung_giao_thong_phan_1_ng.pdf

Nội dung text: Bài giảng Lập dự án công trình xây dựng giao thông (Phần 1) - Nguyễn Viết Trung

  1. Bộ giáo dục và đào tạo Tr−ờng đại học Giao thông vận tải Bộ MÔN CÔNG TRìNH GIAO THÔNG THàNH PHố Bài giảng lập dự án công trình xây dựng giao thông Hà Nội - 5 / 2007
  2. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Ch−ơng 1 Tổng quan về các công trình xây dựng giao thông trên đ−ờng Mục đích: Cung cấp các kiến thức tổng quan về các công trình xây dựng phục vụ giao thông trên đ−ờng. Làm quen với các thuật ngữ chuyên môn và các yêu cầu cơ bản đối với một công trình cầu. Nội dung ch−ơng gồm: 1.1. Các dạng các công trình xây dựng phục vụ giao thông trên đ−ờng 1.2. Các bộ phận cơ bản của công trình cầu 1.3. Các kích th−ớc cơ bản của công trình cầu 1.4. Phân loại cầu 1.5. Yêu cầu cơ bản đối với công trình cầu Các công trình xây dựng phục vụ giao thông thì rất đa dạng, xong trong môn học chủ yếu quan tâm đến công trình cầu. 1.1 Các dạng công trình xây dựng phục vụ giao thông trên đ−ờng Tuyến giao thông là khái niệm chỉ cách thức để đi từ một điểm A nào đó đến một điểm B. Có rất nhiều cách để đi từ A đến B: đi bộ, đi xe đạp , đi ôtô, đi tàu hoả, đi bằng máy bay, tàu thủy T−ơng ứng với các ph−ơng tiện giao thông này là các công trình phục vụ cho giao thông nh− đ−ờng, cầu, hầm, nút giao thông v.v Công trình giao thông trên đ−ờng thực chất là những công trình nhân tạo trên đ−ờng do con ng−ời tạo nên nhằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển, giao thông đi lại của mình. Đó là các công trình v−ợt qua các ch−ớng ngại thiên nhiên, các ch−ớng ngại nhân tạo, một tuyến giao thông khác; hoặc những công trình chắn đất. Các công trình giao thông trên một tuyến nào đó có thể gồm: Cầu, hầm, t−ờng chắn, và các công trình thoát n−ớc nhỏ nh− đ−ờng tràn, cầu tràn và cống. Có hai tr−ờng phái khi thiết kế lựa chọn các công trình giao thông. Tr−ờng phái thứ nhất lựa chọn trên quan niệm rằng con ng−ời có thể chinh phục đ−ợc thiên nhiên. Điều này có nghĩa là con ng−ời có thể làm bất kỳ công trình gì con ng−ời muốn và thiên nhiên phải phục tùng con ng−ời, con ng−ời có thể khắc chế đ−ợc thiên nhiên. Với tr−ờng phái này, thiên nhiên bị tác động c−ỡng bức rất mạnh, và theo thuyết môi tr−ờng thì có thể là không hợp lý. Tr−ờng phái thứ hai thiết kế các ph−ơng án trên quan niệm thuận theo thiên nhiên. Chính các quan niệm này đQ hình thành nên những bức tranh tổng thể về các công trình giao thông trên thế giới. Trang 1
  3. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 1.1.1. Các công trình thoát n−ớc nhỏ a) Đ−ờng tràn - Định nghĩa: Công trình v−ợt sông có mặt đ−ờng nằm sát cao độ đáy sông. Hay nói cách khác là độ chênh cao giữa cao độ đáy sông và cao độ mặt đ−ờng tràn là không lớn. Thông th−ờng tại những khu vực này vào mùa khô n−ớc cạn. Vào mùa m−a, n−ớc chảy tràn qua mặt đ−ờng nh−ng xe cộ vẫn đi lại đ−ợc. Khi thiết kế cho phép một số ngày trong năm xe cộ không qua lại đ−ợc. - −u điểm: Xây dựng đơn giản, giá thành rẽ. - Nh−ợc điểm: Giao thông sẽ bị gián đoạn khi l−u l−ợng n−ớc lớn, dễ bị xói lỡ công trình. - Phạm vi áp dụng: Sử dụng cho khu vực có dòng chảy l−u l−ợng nhỏ, lũ xảy ra trong thời gian ngắn. CĐ mặt đ−ờng tràn Hình 1.1 - Mô hình đ−ờng tràn b) Cầu tràn - Định nghĩa: Cầu tràn là công trình đ−ợc thiết kế dành một lối thoát n−ớc phía d−ới, đủ để dòng chảy thông qua với 1 l−u l−ợng nhất định. Khi mực n−ớc v−ợt quá l−u l−ợng này, n−ớc sẽ tràn qua công trình. - −u điểm: Xây dựng đơn giản, giá thành rẽ. - Nh−ợc điểm: Giao thông sẽ bị gián đoạn khi l−u l−ợng n−ớc lớn, dễ bị xói lỡ công trình. - Phạm vi áp dụng: Cầu tràn sử dụng cho dòng chảy có l−u l−ợng nhỏ và trung bình t−ơng đối kéo dài trong năm. Cả hai loại cầu tràn và đ−ờng tràn đều là ch−ớng ngại vật trong lòng sông, cản trở dòng chảy nên khi quyết định sử dụng ph−ơng án làm cầu tràn hoặc đ−ờng tràn cần chú ý xét đến chế độ dòng chảy, thuỷ văn khu vực, l−u l−ợng n−ớc và hiện Trang 2
  4. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông t−ợng xói lở công trình. CĐ mặt cầu tràn Lối thoát n−ớc d−ới cầu Hình 1.2a - Mô hình cầu tràn Hình 1.2b – Một dạng cầu tràn trong thực tế c) Cống - Định nghĩa: Cống là một công trình thoát n−ớc dành lối thoát n−ớc ở phía d−ới và không cho phép n−ớc tràn qua công trình khi l−u l−ợng lớn. Cống th−ờng đ−ợc làm từ vật liệu có độ bền cao, có khả năng thoát n−ớc với l−u l−ợng trung bình và t−ơng đối lớn. Trên thực tế có hai hình thức sử dụng cống, đó là cống dọc và cống ngang đ−ờng. Cống dọc dẫn n−ớc cần thoát theo dọc tuyến đ−ờng đến nơi xả n−ớc nhất định; cống ngang đ−ờng th−ờng đ−ợc thiết kế để tuyến v−ợt qua các dòng n−ớc nhỏ hoặc dùng để thoát n−ớc theo ph−ơng ngang đ−ờng. Cống có nhiều dạng mặt cắt ngang khác nhau, th−ờng thấy là dạng cống tròn và cống hộp. Trên cống có đất đắp dày tối thiểu 0,50m để phân bố áp lực bánh xe và giảm lực xung kích. Trang 3
  5. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông - −u điểm: Xây dựng đơn giản, tuổi thọ cao hơn so với đ−ờng tràn và cầu tràn. - Nh−ợc điểm: Dễ bị tắt nghẽn do các vật trôi, giá thành t−ơng đối cao. - Phạm vi áp dụng: Thoát n−ớc dọc cho các tuyến đ−ờng giao thông. Thoát n−ớc ngang cho dòng chảy có l−u l−ợng trung bình và t−ơng đối lớn. Th−ờng các loại cống có mặt cắt ngang hình tròn đ−ợc dùng ứng với l−u l−ợng n−ớc thoát nhỏ hơn hoặc bằng 40-50m3/s, cống hộp th−ờng đ−ợc thiết kế để thoát n−ớc với l−u l−ợng lớn hơn. Hình 1.3a - Mô hình cống thoát n−ớc ngang đ−ờng Cống thoát n−ớc ngang Cống thoát n−ớc dọc Hình 1.3b - Mô hình cống thoát n−ớc dọc và ngang đ−ờng 1.1.2. Cầu - Định nghĩa: Cầu đ−ợc định nghĩa là các công trình v−ợt qua các ch−ớng ngại nh− dòng n−ớc, thung lũng, đ−ờng, các khu vực sản xuất hoặc các khu th−ơng mại hoặc cũng có thể là vật cản bất kỳ. Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 thì Cầu là một kết cấu bất kỳ v−ợt khẩu độ không d−ới 6m tạo thành một phần của một con đ−ờng. Ng−ời ta phân loại cầu theo nhiều cách khác nhau. Cách phân loại này sẽ đ−ợc trình bày ở mục sau. Trang 4
  6. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông - −u điểm: Có khả năng thoát n−ớc với l−u l−ợng và khẩu độ lớn, cho phép các ph−ơng tiện qua lại phía bên d−ới cầu, có tính ổn định và tuổi thọ cao, mỹ quan đẹp. - Nh−ợc điểm: Thiết kế và thi công phức tạp, giá thành xây dựng cao. - Phạm vi áp dụng: V−ợt qua các ch−ớng ngại vật lớn: sông, thung lũng, đ−ờng Trong các tr−ờng hợp v−ợt dòng chảy có yêu cầu thông thuyền. Các công trình v−ợt ch−ớng ngại đòi hỏi tuổi thọ cao, mang tính chất quan trọng Tr−ờng hợp v−ợt các dòng chảy nhỏ nh−ng ph−ơng án cống không đáp ứng đ−ợc, ví dụ nh−: • Khi xây dựng công trình ở địa hình có độ cao vai đ−ờng thấp mà nếu sử dụng cống chìm thì không đảm bảo chiều dày tối thiểu 50cm dành cho phần đất đắp bên trên cống. • Khi dòng chảy có nhiều vật trôi nếu làm cống dễ dẫn đến khả năng tắc cống, không đảm bảo an toàn cho nền đ−ờng. • Khi có yêu cầu thoát n−ớc nhanh không cho phép mực n−ớc ở th−ợng l−u cống dâng cao làm ảnh h−ởng đến khu dân c− hay ruộng v−ờn. Trong tr−ờng hợp này ph−ơng án sử dụng cầu thay cho ph−ơng án cống tỏ ra hợp lý hơn. Hình 1.4a - Mô hình công trình cầu Trang 5
  7. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 1.4b – Các công trình cầu trong thực tế 1.1.3. T−ờng chắn: - Định nghĩa: T−ờng chắn là công trình đ−ợc xây dựng để chắn đất. T−ờng chắn th−ờng có hai loại: • T−ờng chắn có cốt, th−ờng đ−ợc làm bằng vật liệu có độ bền cao. • T−ờng chắn không cốt. - Phạm vi sử dụng: Th−ờng đ−ợc xây dựng trong các tr−ờng hợp nh−: khi xây dựng nền đ−ờng trong điều kiện không thể duy trì đ−ợc độ dốc tự nhiên của mái taluy nền đ−ờng hay khi cần hạn chế việc chiếm dụng mặt bằng của nền đắp (mái taluy đ−ờng đầu cầu ở các nút giao trong đô thị ). Kết cấu t−ờng chắn Nền đ−ờng đắp Hình 1.5a - Mô hình kết cấu t−ờng chắn tại chân mái taluy nền đ−ờng Trang 6
  8. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 1:m Hình 1.5b - Mô hình kết cấu t−ờng chắn gia cố taluy tại vị trí có n−ớc mặt 1.1.4. Hầm: - Định nghĩa: Hầm là công trình giao thông đ−ợc thiết kế có cao độ thấp hơn nhiều so với cao độ mặt đất tự nhiên. - Phạm vi áp dụng: Ph−ơng án hầm đ−ợc sử dụng trong các tr−ờng hợp gặp ch−ớng ngại vật nh− núi cao, sông lớn, eo biển, mà các giải pháp khác nh− làm đ−ờng vòng tránh hay làm cầu v−ợt đều khó khăn. Ngoài ra để tiết kiệm mặt bằng, tránh ảnh h−ởng tới môi tr−ờng trong các thành phố lớn cũng sử dụng phổ biến công trình hầm cho giao thông. Hình 1.6a - Mô hình hầm v−ợt núi Trang 7
  9. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 1.6b - Mô hình hầm giao thông trong lòng đất Hình 1.6c - Mô hình hầm giao thông trong đô thị 1.2 Các bộ phận cơ bản của công trình cầu Công trình cầu bao gồm: Cầu, đ−ờng dẫn vào cầu, các công trình điều chỉnh dòng chảy và gia cố bờ sông tại vị trí đặt cầu (nếu có). Nói chung các bộ phận cơ bản của công trình cầu gồm có: Kết cấu nhịp chính Mố cầu Kết cấu nhịp biên Kết cấu nhịp biên Mố cầu Trụ cầu Trụ cầu MNCN MNTT MNTN Hình 1.7 - Các bộ phận cơ bản của một công trình cầu Trang 8
  10. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 1.2.1. Kết cấu phần trên: Kết cấu nhịp cầu: là bộ phận trực tiếp đỡ các tải trọng tác động trên cầu. Kết cấu nhịp cầu rất đa dạng và có thể phân loại theo nhiều hình thức khác nhau: • Phân loại theo sơ đồ tĩnh học: có sơ đồ tĩnh định nh− kết cấu giản đơn, kết cấu mút thừa, kết cấu khung T nhịp đeo, sơ đồ siêu tĩnh nh− kết cấu liên tục, kết cấu khung dầm, kết cấu dây treo, • Phân loại theo dạng mặt cắt ngang dầm: mặt cắt ngang chữ nhật, chữ T, chữ I, chữ H, chữ Π, mặt cắt ngang dạng hộp kín, . • Phân loại theo vật liệu chủ yếu cấu tạo nên kết cấu nhịp cầu: cầu thép, cầu bê tông cốt thép, cầu liên hợp, Một số dạng mặt cắt ngang th−ờng dùng trong thực tế: Lớp BT atphan dày 7cm, Lớp phòng n−ớc dày 0,4 cm. 160 160 620 620 620 620 620 620 620 620 620 1100 8@2100=16800 1100 19000 Hình 1.8a - Mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm T bằng BTCT 9000 500 4000 4000 500 -Bê tông Asphalt T=70mm -Lớp phòng n−ớc T=4mm -Bê tông mặt cầu, T=200mm -Tấm bê tông đúc sẵn , T=80mm 1376 2.0% 2.0% 1650 2400 2400 2400 3x2400=7200 Hình 1.8b-Mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm I bằng BTCT liên hợp bêtông Trang 9
  11. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 1/2 mặt cắt b - b 1/2 mặt cắt c - c (tỷ lệ: 1/75) (tỷ lệ: 1/75) 12000 500 5500 5500 500 Bê tông atphan: 7 cm Tầng phòng n−ớc: 0.4 cm 610 ống thoát n−ớc Chi tiết A 610 Lớp BTCT liên kết: 10cm 0 i = 2 % i = 2 % 500 500 100 100 950 950 Cáp dự ứng lực ngang loại 5-4 Hình 1.8c - Mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm bản 2 lỗ BTCT 1/2 mặt CắT L/2 1/2 mặt CắT đầu dầm 14000/2 14000/2 250 2500 250 8000/2 8000/2 250 2500 250 180 1.5% 1.5% 10 1175 2330 2330 2330 / 2 2330 / 2 2330 2330 1175 Hình 1.8d - Mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm super – T bằng BTCT 16700 150 1050 1500 400 10500 400 1500 1050 150 500 1900 2850 500 1900 2850 600 1600 1200 1400 3500 4500 3500 1400 1200 2600 11500 2600 Hình 1.8e - Mắt cắt ngang kết cấu nhịp cầu dầm hộp nhiều vách ngăn BTCT Và một số dạng các loại mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm khác nh−: Dầm Pre – beam sẽ đ−ợc học chi tiết trong môn học cầu BTCT. 1.2.2. Kết cấu phần d−ới Kết cấu phần d−ới: là bộ phận tiếp nhận toàn bộ các tải trọng truyền xuống từ kết cấu phần trên và truyền lực trực tiếp tới địa tầng thông qua kết cấu móng. Kết cấu phần d−ới gồm có các mố và trụ cầu. • Mố cầu đ−ợc xây dựng tại các đầu cầu, là bộ phận chuyển tiếp giữa đ−ờng và cầu, bảo đảm xe chạy êm thuận từ đ−ờng vào cầu. Mố cầu còn có thể làm nhiệm vụ điều chỉnh dòng chảy và chống xói lở bờ sông. • Trụ cầu là bộ phận đặt ở vị trí giữa hai nhịp kề nhau làm nhiệm vụ phân chia kết cấu nhịp cầu. Trang 10
  12. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông • Một cách tổng quát kết cấu mố và trụ cầu th−ờng gồm các bộ phận chính nh− phần mũ, phần thân và phần móng. 1.2.3. Các kết cấu phụ trợ Các kết cấu phụ trợ trên cầu gồm có: • Bộ phận mặt cầu: Đảm bảo cho các ph−ơng tiện l−u thông đ−ợc êm thuận. Do chịu tác động trực tiếp của vệt bánh xe nên mặt cầu phải đảm bảo chịu lực cục bộ; đảm bảo độ nhám, độ chống mài mòn • Lề ng−ời đi là phần dành riêng cho ng−ời đi bộ, có thể bố trí cùng mức hoặc khác mức với phần xe chạy. Trong tr−ờng hợp cùng mức thì phải bố trí dải phân cách giữa lề ng−ời đi với phần xe chạy nhằm đảm bảo an toàn. • Lan can trên cầu: Lan can là bộ phận đảm bảo an toàn cho xe chạy trên cầu đồng thời còn là công trình kiến trúc, thể hiện tính thẩm mỹ của cầu. • Hệ thống thoát n−ớc trên cầu: Bao gồm hệ thống thoát n−ớc dọc và ngang cầu. Chúng đ−ợc bố trí để đảm bảo thoát n−ớc trên mặt cầu. • Hệ liên kết trên cầu: Gồm gối cầu, khe co giQn. + Gối cầu là một bộ phận quan trọng, nó giúp truyền tải trọng từ kết cấu nhịp xuống các kết cấu phần d−ới. Hay nói cách khác đây chính là hệ liên kết giữa kết cấu phần trên và kết cấu phần d−ới của công trình cầu. + Khe co giQn: là bộ phận đặt ở đầu kết cấu nhịp, để nối các kết cấu nhịp với nhau hoặc nối kết cấu nhịp với mố cầu. Khe biến dạng bảo đảm cho các kết cấu nhịp chuyển vị tự do theo đúng sơ đồ kết cấu đQ thiết kế. Ngoài ra trên cầu còn có các hạng mục nh−: các thiết bị kiểm tra, phòng hoả, thông tin tín hiệu và chiếu sáng trên cầu, Trang 11
  13. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 1.3 Các kích th−ớc cơ bản của cầu Các kích th−ớc cơ bản của cầu bao gồm: • Chiều dài toàn cầu: Là toàn bộ chiều dài cầu tính đến đuôi t−ờng cánh mố. Đ−ợc xác định bằng tổng chiều dài các dầm cộng với chiều rộng các khe co giQn và chiều dài t−ờng cánh mố ở hai bên đầu cầu; • Chiều dài dầm cầu: Khoảng cách giữa hai đầu dầm; • Chiều dài nhịp cầu: Khoảng cách tim các trụ hoặc khoảng cách từ tim trụ đến đầu dầm trên mố; • Chiều dài nhịp dầm tính toán: Khoảng cách giữa tim hai gối cầu; • Khổ giới hạn (tịnh không): Khoảng không gian trống không có ch−ớng ngại, đ−ợc dành cho thông xe trên cầu hoặc thông xe d−ới cầu hoặc thông thuyền d−ới cầu; • Chiều dài nhịp tĩnh không: Khoảng cách tĩnh giữa hai mép trong của mố hoặc trụ, còn đ−ợc gọi là bề rộng tĩnh không d−ới cầu; Kết cấu nhịp cầu giàn thép Cao độ đỉnh mặt cầu Mố cầu Khe co giãn KCN cầu bêtông cốt thép thí nghiệ m xuyên ti êu chuẩn Độ sâu biểu đồ (m ) Mô tả đất đá thí nghiệm Tên lớp Cao đ ộ N = Búa / 30cm mặt cắ t (m) l ỗ k hoa n 0 10 20 30 40 5 0 KQ Đất đắp nền nh à. 13 12.10 1.50-1.95 14 3.50-3.95 2c Sét, mà u xám n âu đố m đe n, trạn g thái dẻ o cứng . Cao độ đáy dầm 15 5.50-5.95 6.90 Khổ thông thuyền 7 7.50-7.95 5c Sét, mà u xám đen lẫn ít hữu cơ, trạng thái dẻ o mềm . 13 3.70 9.50-9.95 Cao độ đáy bệ móng Sét, mà u xám trắng, vàng n hạt, loa ng lổ, 13 8d 11.50-11.95 tr ạng th ái nửa cứng. 15 13.50-13.95 B -1.60 Trụ cầu Sét p ha mà u xám nâu, xá m vàng , trạng thái 14 9c 15.50-15.95 dẻ o cứng. -7.40 19 17.50-17.95 22 19.50-19.95 H Cọc khoan nhồi 20 21.50-21.95 MNCN 20 23.50-23.95 17a Cát vừa, mà u xám g hi, kết cấu chặt vừ a, b ão hòa n−ớc. 25 25.50-25.95 26 27.50-27.95 Đ−ờng kính D, chiều dài dự kiến L 25 29.50-29.95 30 -24.77 31.50-31.95 MNTT 33 33.50-33.95 Cát vừa lẫn ít sạn sỏi, màu nâu vàn g, kết 17b cấu chặt , bão h òa n− ớc. 34 35.50-35.95 37.50-37.95 36 17b (Xem tr ang tr−ớc). 40 39.50-39.95 -34.27 >50 Cao độ mũi cọc 41.50-41.95 Cát sỏi, màu xá m trắ ng, xá m vàng, kế t cấu 22c >50 r ất chặ t, bão hòa n −ớc. 43.50-43.95 >50 -38.77 45.50-45.95 >50 47.50-47.75 MNTN Cuội, m àu xá m vàn g, xám trắng , kết cấu rấ t >50 24b 49.50-49.72 ch ặt, bão hòa n−ớc. >50 51.50-51.76 Cao độ mũi cọc >50 -47.02 53.50-53.75 Cột địa chất của 1 lỗ khoan tại vị trí mố cầu Cao độ đáy bệ móng Cao độ đáy bệ móng Cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi Đ−ờng kính D, chiều dài dự kiến L Đ−ờng kính D, chiều dài dự kiến L Cao độ mũi cọc Hình 1.9 - Bố trí chung cầu – các kích th−ớc cơ bản của cầu • Khe co giQn là khoảng cách giữa hai đầu dầm hoặc là khoảng cách từ đầu dầm gần mố đến mép trong t−ờng đỉnh mố; • Chiều cao cầu là khoảng cách tính từ đỉnh mặt đ−ờng xe chạy trên cầu đến mực n−ớc thấp nhất (hoặc mặt đất tự nhiên đối với cầu cạn); • Chiều cao kiến trúc cầu là khoảng cách từ đỉnh đ−ờng xe chạy đến đáy kết cấu nhịp, chiều cao này phụ thuộc vào dạng mặt cắt kết cấu nhịp lựa chọn; • Chiều cao tĩnh không d−ới cầu: Trang 12
  14. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông + Đối với tr−ờng hợp sông không có thông thuyền : Chiều cao tĩnh không d−ới cầu là khoảng cách tính từ đáy KCN đến MNCN, chiều cao này đ−ợc lấy nh− sau:  Không có cây trôi thì chiều cao này lấy ít nhất 0.5m.  Có cây trôi hoặc đá lăn, đá đổ thì đối với cầu ôtô thì lấy bằng 1.0m và cầu đ−ờng sắt thì lấy bằng 1.5m + Đối với tr−ờng hợp sông có thông thuyền: Chiều cao tĩnh không d−ới cầu là khoảng cách tính từ đáy KCN đến MNTT, chiều cao này phải đ−ợc lấy theo qui định của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05, nó phụ thuộc vào cấp sông do Cục đ−ờng sông quy định. + Đối với tr−ờng hợp phía d−ới là đ−ờng giao thông: Chiều cao tĩnh không d−ới cầu là khoảng cách tính từ đáy KCN đến cao độ tim mặt đ−ờng phía bên d−ới. Chiều cao này đ−ợc quy định tùy theo cấp đ−ờng d−ới cầu. • Các cao độ thể hiện trên bố trí chung cầu: + Mực n−ớc thấp nhất (MNTN): đ−ợc xác định bằng cao độ mực n−ớc thấp nhất vào mùa khô. + Mực n−ớc cao nhất (MNCN): đ−ợc xác định theo số liệu quan trắc thuỷ văn về mực n−ớc lũ tính toán theo tần suất qui định. Tần suất này đ−ợc lấy tuỳ theo hạng mục thiết kế, tần suất lũ thiết kế đối với cầu và đ−ờng là khác nhau. + Mức n−ớc thông thuyền (MNTT): là mực n−ớc cao nhất cho phép tàu bè qua lại d−ới cầu một cách an toàn. + Cao độ đáy dầm: là điểm thấp nhất của đáy dầm mà thỏa mQn yêu cầu thông thuyền, cũng nh− yêu cầu về MNCN. + Cao độ đỉnh trụ: là điểm cao nhất của xà mũ trụ. Cao độ đỉnh trụ luôn đ−ợc lấy cao hơn mực n−ớc cao nhất ít nhất là 25cm. + Cao độ đỉnh mố: là điểm trên cùng của t−ờng đỉnh mố + Cao độ đỉnh bệ móng: Cao độ này đ−ợc xác định trên cơ sở của việc đặt bệ móng mố, trụ cầu. Tuỳ theo dạng địa chất công trình mà kết cấu móng có thể là dạng móng sâu hay móng nông, song cao độ đỉnh bệ móng đ−ợc lấy hoặc là nằm d−ới cao độ mặt đất thiên nhiên là 50cm hoặc thấp hơn mực Trang 13
  15. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông n−ớc thấp nhất là 25cm. + Cao độ đỉnh chân khay: đ−ợc lấy thấp hơn đ−ờng xói lở chung của lòng sông ít nhất là 50 cm. 1.4 Phân loại cầu Có nhiều cách phân loại cầu khác nhau. Có thể phân loại theo cao độ đ−ờng xe chạy, theo vật liệu làm cầu, theo mục đích sử dụng, theo dạng kết cấu và ch−ớng ngại vật mà cầu v−ợt qua, theo sơ đồ chịu lực 1.4.1. Phân loại cầu theo cao độ đ−ờng xe chạy: • Cầu có đ−ờng xe chạy trên: Khi đ−ờng xe chạy đặt trên đỉnh kết cấu nhịp. Hình 1.10a – Cầu có đ−ờng xe chạy trên • Cầu có đ−ờng xe chạy d−ới: Khi đ−ờng xe chạy bố trí dọc theo biên d−ới của kết cấu nhịp. Hình 1.10b – Cầu có đ−ờng xe chạy d−ới • Cầu có đ−ờng xe chạy giữa: Khi đ−ờng xe chạy bố trí trong phạm vi chiều cao của kết cấu nhịp. Trang 14
  16. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 1.10c – Cầu có đ−ờng xe chạy giữa 1.4.2. Phân loại cầu theo vật liệu làm cầu Theo tiến trình phát triển của các vật liệu trong ngành xây dựng, vật liệu xây dựng cầu cũng xuất hiện lần l−ợt nh− vậy. Đầu tiên phải kể tới đó là vật liệu gỗ nh− cầu khỉ, cầu treo tạm Vật liệu này đ−ợc sử dụng cho cả kết cấu mố trụ lẫn kết cấu nhịp, điển hình là cầu Thê Húc – dẫn vào đền Ngọc Sơn ở Hà Nội. Tiếp theo là các vật liệu bằng đá (đá xếp khan chồng khít vào nhau). Các cầu đá hiện nay còn lại hầu hết là các cầu vòm với sự làm việc chịu nén là chủ yếu. • Cầu bằng gạch xây, đá xây. Hình 1.11a – Cầu đá xây Trang 15
  17. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông • Cầu bằng thép. Hình 1.11b – Cầu có kết cấu nhịp bằng thép • Cầu bằng vật liệu bêtông. Hình 1.11c – Cầu có kết cấu nhịp bằng bê tông • Cầu bằng vật liệu BTCT. Hình 1.11d – Cầu có kết cấu nhịp bằng bê tông cốt thép Trang 16
  18. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 1.4.3. Phân loại cầu theo mục đích sử dụng • Cầu ôtô: Cầu cho tất cả các ph−ơng tiện giao thông trên đ−ờng ôtô. • Cầu đ−ờng sắt: Cầu chỉ cho tàu hỏa đ−ợc phép l−u thông. • Cầu cho ng−ời đi bộ: Cầu chỉ cho phép ng−ời đi bộ l−u thông. • Cầu đặc biệt (dẫn các đ−ờng ống, đ−ờng dây điện ). 1.4.4. Phân loại cầu theo dạng kết cấu và ch−ớng ngại phải v−ợt qua Gồm cầu có KCN cố định và cầu có KCN di động a). Cầu cố định Cầu cố định là cầu có khổ giới hạn d−ới cầu (tịnh không d−ới cầu) cố định đảm bảo cho thông xe hoặc thông thuyền qua lại an toàn d−ới cầu hoặc bắc qua các ch−ớng ngại lớn. Loại này có thể gồm: • Cầu thông th−ờng: cầu v−ợt qua các ch−ớng ngại thiên nhiên nh− sông, suối, các thung lũng hoặc các dòng n−ớc Hình 1.12a – Mô hình cầu v−ợt qua các dòng n−ớc Hình 1.12b – Cầu v−ợt qua thung lũng • Cầu v−ợt: xuất hiện khi có các giao cắt xuất hiện trên các tuyến Trang 17
  19. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông giao thông, tại các tuyến này các h−ớng cắt nhau có l−u l−ợng lớn chẳng hạn nh− tuyến đ−ờng ôtô giao với các đại lộ chính hoặc giao cắt với đ−ờng sắt.v.v Hình 1.12c – Mô hình cầu v−ợt trên đ−ờng Hình 1.12d – Cầu v−ợt trên đ−ờng • Cầu cạn (cầu dẫn): đ−ợc xây dựng ngay trên mặt đất nhằm dẫn vào 1 cầu chính hoặc chính là một biện pháp giải phóng không gian phía d−ới bằng cách nâng cao độ phần xe chạy lên. Các cầu này th−ờng đ−ợc xây dựng trong thành phố cho đ−ờng ôtô, xe điện ngầm, đ−ờng sắt trên cao Hình 1.12e – Cầu cạn trên đ−ờng • Cầu cao: Cầu bắc qua các thung lũng sâu, các trụ cầu th−ờng rất Trang 18
  20. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông cao trên 20-25m (thậm trí đến hàng trăm mét). Hình 1.12f – Mô hình cầu cao Hình 1.12k – Cầu cao b). Cầu di động (hay còn gọi là cầu quay, cầu cất) Cầu di động là cầu có khổ giới hạn phía d−ới cầu (tịnh không d−ới cầu) có thể thay đổi cho thông xe cộ hoặc thông thuyền. Tại một số vị trí xây dựng cầu khi khổ thông thuyền d−ới cầu lớn trên 40 - 60m, chiều dài cầu lúc đó sẽ rất lớn, trụ mố rất cao. Việc lựa chọn kết cấu phần d−ới đảm bảo các yếu tố trên sẽ dẫn tới tăng giá thành công trình, hoặc tại một số vị trí không có điều kiện để vuốt nối cầu từ cao độ đỉnh mặt cầu tính toán tới đ−ờng hai đầu cầu, lúc này giải pháp cầy quay đ−ợc chọn là hợp lý. Vậy, cầu di động là loại có từ 1 hoặc 2 nhịp sẽ đ−ợc di động khỏi vị trí để tàu bè qua lại trong khoảng thời gian nhất định. Ph−ơng án di động của nhịp cầu có thể là: Kết cấu nhịp cầu mở theo góc đứng từ 70 - 80 0, hoặc quay trên mặt bằng góc 90 0, hoặc cả kết cấu nhịp tịnh tiến theo ph−ơng đứng. Trang 19
  21. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 1.13a – Mô hình cầu di động Hình 1.13b – Cầu quay ở Đà Nẵng (Cầu Sông Hàn) Hình 1.13c – Một dạng cầu xếp 1.4.5. Phân loại cầu theo sơ đồ chịu lực Trang 20
  22. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông a). Cầu dầm Nhịp cầu gồm các dầm bằng bêtông, BTCT hay bằng thép. Bộ phận chịu lực chủ yếu là dầm, làm việc theo chịu uốn, phản lực ở gối kê dầm có ph−ơng thẳng đứng và có h−ớng từ d−ới lên. Cầu dầm có thể là dầm giản đơn, cầu dầm hẫng, cầu dầm hẫng có nhịp đeo, dầm liên tục nhiều nhịp M Hình 1.14a – Mô hình cầu dầm giản đơn một nhịp M Hình 1.14b– Mô hình cầu dầm hẫng M Hình 1.14c- Mô hình cầu dầm hẫng nhịp đeo M Hình 1.14d- Mô hình cầu dầm liên tục b). Cầu Vòm Trang 21
  23. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Cầu vòm là dạng kết cấu chịu lực chủ yếu là vòm; vòm chịu nén và uốn là chủ yếu. Sơ đồ tính toán đối với kết cấu cầu vòm theo các dạng vòm trong cơ học kết cấu đQ đ−ợc làm quen nh− là: dạng vòm không chốt (hai đầu ngàm), dạng vòm 1 chốt trên đỉnh vòm, dạng vòm 2 chốt tại hai mố cầu, dạng vòm 3 chốt 4000 1600 32300 1600 35500 mặt bên Hình 1.15a - Sơ đồ bố trí chung cầu vòm. Hình 1.15b – ảnh một dạng cầu vòm trong thực tế c). Cầu khung Cầu khung là dạng kết cấu có kết cấu nhịp cầu đ−ợc nối liền với kết cấu trụ phía d−ới. Với loại cầu này, sơ đồ chịu lực là dạng khung, các lực tác dụng vào kết cấu sẽ đ−ợc phân chia cho cả nhịp cầu và kết cấu mố trụ phía d−ới. Phản lực gối phía d−ới gồm có lực thẳng đứng V và lực đẩy ngang H, nếu chân khung liên kết khớp thì không có mômen M. Trang 22
  24. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 1.16a – Mô hình một dạng cầu khung Hình 1.16b – Một dạng cầu khung trong thực tế d). Cầu treo dây võng Cầu treo hay còn gọi là cầu dây võng. Thành phần chịu lực chủ yếu là dây cáp hoặc dây xích đỡ hệ mặt cầu. Cầu gồm một dây cáp chủ và các hệ thống cáp treo hoặc thanh treo. Hệ thống dây này tham gia đỡ hệ kết cấu nhịp cầu, hệ mặt cầu và dây chủ yếu là làm việc chịu kéo. Trên quan điểm tĩnh học, cầu treo là hệ thống tổ hợp giữa dây và dầm. Tại chỗ neo cáp của cầu treo có phản lực thẳngđứng(lực nhổ) và phản lực nằm ngang h−ớng ra phía sông. Trang 23
  25. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 1.17a - Sơ đồ bố trí chung cầu treo dây võng Hình 1.17b - ảnh cầu treo dây võng e). Cầu dây văng Cầu dây văng là loại cầu có dầm cứng tựa trên các gối cứng là các mố trụ và các gối đàn hồi là các điểm treo dây văng. Dây văng là các dây xiên, một đầu neo vào tháp cầu, dầu kia neo vào kết cấu nhịp cầu để tạo thành các gối đàn hồi. Cầu dây văng áp dụng có hiệu quả cho các nhịp cầu từ 200m đến 500m hoặc có thể lên đến 890m nh− ở cấu Tatara - Nhật Bản và lớn hơn. Ngoài các cách phân loại trên chúng ta còn có thể thấy khái niệm về cầu liền khối, cầu cong và các dạng kết cấu cầu đặc biệt khác. Trang 24
  26. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 1.18a - Sơ đồ bố trí chung cầu treo dây văng Hình 1.18b – Cầu Bci Cháy – Cầu dây văng một mặt phẳng dây Hình 1.18c – Cầu Sunshine Skyway (Florida-Mỹ) Trang 25
  27. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 1.5 Các yêu cầu cơ bản đối với công trình cầu Công trình cầu là sự kết hợp của nhiều yếu tố về mặt kỹ thuật xây dựng, kiến trúc, tài chính, kinh tế, xQ hội Nói chung, khi thiết kế loại cầu nào thì cũng phải đảm bảo tối thiểu đạt đ−ợc các yêu cầu sau: 1.5.1. Yêu cầu về kỹ thuật công trình Khi thiết kế công trình cầu cần chú ý đến các điều kiện quan trọng sau đây: • Công trình cầu thiết kế cần đảm bảo yêu cầu về độ bền, khả năng chịu lực của kết cấu d−ới tác dụng của tải trọng. • Công trình cầu thiết kế phải đảm bảo yêu cầu về mặt độ cứng. D−ới tác dụng của tải trọng không bị biến dạng hoặc biến dạng nh−ng không đ−ợc v−ợt quá trị số cho phép nhất định. • Ngoài ra, khi thiết kế cầu chú ý về độ ổn định của công trình. Phải đảm bảo cho công trình giữ nguyên đ−ợc hình dáng tổng thể, vị trí ban đầu d−ới tác dụng của tải trọng khác nhau. Công trình cầu đ−ợc thiết kế sao cho việc chế tạo và lắp ráp có thể thực hiện không quá khó khăn hoặc phát sinh sự cố và các ứng lực lắp ráp nằm trong giới hạn cho phép. Khi ph−ơng pháp thi công của cầu không rõ ràng hoặc có thể gây nên ứng suất lắp ráp không chấp nhận đ−ợc thì ít nhất phải có một ph−ơng pháp khả thi đ−ợc nêu trong hồ sơ hợp đồng. Nếu thiết kế đòi hỏi phải có một số thanh tăng c−ờng tạm và hoặc trụ đỡ khi lắp ráp theo ph−ơng pháp đ−ợc chọn thì các chỉ dẫn về yêu cầu này phải đựơc ghi trong hồ sơ hợp đồng. Cần tránh các chi tiết hàn ở những chỗ hẹp hoặc phải đổ bê tông qua những khe cốt thép dày đặc. Cần xét đến các điều kiện khí hậu và thuỷ lực có thể ảnh h−ởng đến việc xây dựng. 1.5.2. Yêu cầu về mặt khai thác công trình Cầu phải đảm bảo xe cộ trên đ−ờng đi lại đ−ợc thuận tiện, an toàn mà không phải giảm tốc độ. Chiều rộng đ−ờng xe chạy phải phù hợp với l−u l−ợng và loại xe tính toán. Mặt cầu tốt đảm bảo độ bằng phẳng, độ nhám và thoát n−ớc sau mố tốt. Sơ đồ cầu, chiều dài nhịp, chiều dài cầu đảm bảo thoát lũ, tàu bè qua lại d−ới sông dễ dàng và an toàn. 1.5.3. Yêu cầu về mặt kinh tế Loại hình kết cấu, chiều dài nhịp và vật liệu phải đ−ợc lựa chọn có xét đầy đủ đến giá thành dự án. Cần xét đến chi phí t−ơng lai trong tuổi thọ thiết kế của cầu. Các nhân tố địa ph−ơng nh− vật liệu tại chỗ, chế tạo, vị trí của các trở ngại trong vận chuyển và lắp ráp cũng phải đ−ợc xem xét. Xây dựng cầu phải đảm bảo chi phí thiết bị, vật liệu rẻ nhất, giảm sức lao động, giảm giá thành xây dựng, phải tính đến giá thành duy tu bảo d−ỡng, sửa Trang 26
  28. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông chữa và khai thác cầu. Khi lựa chọn các hạng mục kết cấu cần xét đến sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. 1.5.4. Yêu cầu về mặt mỹ quan, kiến trúc Cầu cần đ−ợc thiết kế phù hợp với qui hoạch chung của toàn khu vực, phù hợp với cảnh quan của môi tr−ờng xung quanh. Các kết cấu trên cầu mang các nét đặc tr−ng có sự phối hợp hài hoà để tạo nên vẻ đẹp cho công trình. Công trình Cầu phải đ−ợc bổ sung vẻ đẹp cho cảnh quan xung quanh, có hình dáng đẹp và tạo dáng khoẻ khoắn. Ng−ời kỹ s− cần chọn hình dáng đẹp cho kết cấu bằng cách cải thiện hình dạng bản thân và quan hệ giữa các cấu kiện. Cần tránh áp dụng cách làm đẹp không bình th−ờng, phi kết cấu, những thay đổi đột ngột về hình dáng và loại hình cấu kiện. Khi không thể tránh đ−ợc ranh giới giữa các loại hình kết cấu khác nhau cần tạo dáng chuyển tiếp hài hoà giữa chúng. 1.5.5. Yêu cầu về mặt môi tr−ờng Tác động của cầu và các công trình giao thông trên tuyến đến các di tích lịch sử, đến dân c− địa ph−ơng, đất trồng và các vùng nhạy cảm về mỹ quan, môi truờng và sinh thái đều phải đ−ợc xem xét. Thiết kế phải tuân theo mọi luật lệ quy định về môi tr−ờng có liên quan, phải xem xét về địa mạo dòng sông, hệ quả của xói lở lòng sông, cuốn trôi cây cỏ gia cố nền đắp và trong tr−ờng hợp cần thiết còn phải xem xét những tác động đến động lực dòng triều cửa sông. Trang 27
  29. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Ch−ơng 2 Các kết cấu và thiết bị trên công trình cầu Mục đích: Cung cấp các khái niệm tổng quát và cấu tạo của các kết cấu và thiết bị trên công trình cầu. Nội dung ch−ơng gồm: 2.1 Bộ phận mặt cầu. 2.2. Lan can và lề ng−ời đi bộ. 2.3. Độ dốc, phòng n−ớc, thoát n−ớc trên cầu. 2.4. Khe co giTn, bản mặt cầu liên tục nhiệt, gối cầu. 2.5. Nối tiếp giữa cầu và đ−ờng. 2.1. Bộ phận mặt cầu Mặt cầu đ−ờng ôtô và đ−ờng sắt mang những đặc tr−ng riêng. Mặt cầu ôtô là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với bánh xe của hoạt tải nên phải đáp ứng các yêu cầu nh−: ít bị hao mòn, bằng phẳng không gây lực xung kích lớn để xe chạy đ−ợc êm thuận, thoát n−ớc nhanh và trọng l−ợng bản thân nhẹ để giảm tĩnh tải. Mặt cầu đ−ờng sắt thì chủ yếu gồm ray, tà vẹt và các bộ phận khác có thể có hoặc không nh− đá ba lát. 2.1.1. Mặt cầu ôtô a). Mặt cầu có lớp phủ bêtông atphanlt: Cấu tạo có thể gồm các lớp sau: • Lớp bê tông nhựa dày, 4-7cm. • Lớp bê tông bảo hộ để tránh những lực tập trung nguy hiểm, có chiều dày 4-6cm, đ−ợc làm bằng bê tông cấp > 28 Mpa. Để tăng tác dụng bảo vệ và độ bền của lớp này th−ờng đặt l−ới thép đ−ờng kính 4-6mm với ô l−ới 5x5cm hoặc 10x10cm. L−ới cốt thép này nhất thiết phải đặt ở các cầu BTCT lắp ghép có bản mặt cầu hẫng. • Lớp phòng n−ớc gồm một lớp nhựa đ−ờng nóng, một lớp vải thô tẩm nhựa, trên phủ tiếp một lớp nhựa nóng dày 1-1.5cm nhằm bảo vệ bản mặt cầu khỏi bị ngấm n−ớc . • Lớp mui luyện (lớp đệm tạo độ dốc ngang thoát n−ớc) có độ dày thay đổi tùy theo khổ cầu, ở sát vỉa hè lớp này có chiều dày 1cm rồi tăng dần theo độ dốc ngang (ví dụ in = 1, 5%) về phía trục đối Trang 28
  30. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông xứng giữa mặt cắt ngang nhịp, lớp này th−ờng đ−ợc làm bằng vữa ximăng cấp 28 MPa. BT atphan 95 80 15 Lớp BT bảo vệ Lớp cách n−ớc Lớp vữa đệm Hình 2.1 – Cấu tạo mặt cầu có lớp phủ bêtông atphanlt b). Cấu tạo mặt cầu có lớp phủ bê tông xi măng BT xi măng Lớp cách n−ớc Lớp vữa đệm Hình 2.2 – Cấu tạo mặt cầu có lớp phủ bêtông xi măng Loại mặt cầu này có lớp vữa đệm và lớp cách n−ớc giống loại mặt cầu có lớp phủ bằng bê tông atphalt, trên lớp cách n−ớc là lớp BT cấp > 28 Mpa, dày từ 6- 8cm, có l−ới cốt thép. Loại mặt cầu này có c−ờng độ tốt, chống thấm tốt nh−ng sửa chữa khó khăn hơn loại trên. c). Cấu tạo mặt cầu của một số đồ án cầu điển hình ở Việt Nam Theo một số đồ án cầu BTCT điển hình của Việt Nam, cấu tạo các lớp phủ mặt cầu có thể lấy một trong hai dạng sau đây: • Tr−ờng hợp có dùng bê tông nhựa: + Lớp trên cùng là bê tông nhựa dày 5cm + Bên d−ới là lớp bê tông xi măng cấp > 28MPa, dày 5cm, trong lớp này đặt l−ới cốt thép đ−ờng kính d = 6mm, ô l−ới vuông 10 ì 10cm. • Tr−ờng hợp không dùng bê tông nhựa. + Chỉ có một lớp bê tông xi măng cấp > 28 Mpa dày 8cm đổ tại chỗ trên mặt dầm đQ lắp ghép xong. Trong lớp này cũng Trang 29
  31. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông đặt l−ới cốt thép đ−ờng kính d = 6mm, ô l−ới vuông 10 ì10cm. d). Mặt cầu bằng thép Trong cầu thép, để giảm trọng l−ợng tĩnh tải mặt cầu có thể cấu tạo mặt cầu bằng thép. Trên tấm thép dày 10-12mm đ−ợc tăng c−ờng bởi các s−ờn đứng dọc và ngang làm từ các dải thép bản đ−ợc hàn đính vào mặt d−ới của tấm thép. Kết cấu mặt cầu kiểu này th−ờng đ−ợc cho tham gia chịu lực cùng với dầm chủ nh− là một bộ phận của tiết diện dầm chủ và gọi là “bản trực h−ớng”, ngoài ra nó còn làm nhiệm vụ của hệ liên kết dọc trên. Phía mặt trên của tấm thép th−ờng đ−ợc xử lý theo các cách nh− sau: • Hàn đính l−ới thép lên trên mặt tấm thép mặt cầu, l−ới này th−ờng đ−ợc làm từ các thanh cốt thép đ−ờng kính 6mm thành những ô vuông cạnh khoảng 10-15cm. Sau đó, tiến hành rải một lớp bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng. • Hoặc trên bề mặt tấm thép tiến hành t−ới một lớp expoxy, sau đó rải một lớp đá dăm nhỏ, rồi tiếp tục rải một lớp bê tông nhựa lên trên. Trên thực tế còn có kiểu mặt cầu bằng thép làm d−ới dạng sàn mắt cáo rỗng có trọng l−ợng rất nhẹ chỉ vào khoảng 130-150 kg/m2. Loại mặt cầu này đáp ứng tốt các yêu cầu về sử dụng nh− độ bằng phẳng, độ nhám đồng thời lại không cần bố trí hệ thống thoát n−ớc nh−ng có nh−ợc điểm là đắt tiền. 2.1.2. Cấu tạo mặt cầu đ−ờng sắt a). Mặt cầu có tà vẹt đặt trực tiếp trên dầm Đây là loại mặt cầu có ray đặt trên tà vẹt, tà vẹt đ−ợc kê trực tiếp lên dầm chủ của cầu. Khoảng cách giữa hai dầm chủ th−ờng nằm trong khoảng 1.8m-2.5m. Các tà vẹt trên cầu th−ờng có chiều dài 2.2m-3m, tiết diện 20x20cm hoặc 20x24cm tùy vào khổ đ−ờng tiêu chuẩn là 1435mm hay 1000mm Mặt cầu có tà vẹt đặt trực tiếp trên dầm có −u điểm là cấu tạo đơn giản, trọng l−ợng nhẹ, chiều cao kiến trúc thấp nh−ng khó đảm bảo đ−ợc sự đồng nhất của tuyến đ−ờng trong đoạn trên cầu với phần ngoài cầu, khó tạo siêu cao trên đ−ờng cong và khi tàu chạy qua cầu gây tiếng ồn lớn. b). Mặt cầu có máng ba-lát Đây là loại thông dụng nhất hiện nay, nó gồm ray đặt trên tà vẹt, d−ới tà vẹt là đá balát dày tối thiểu 25cm. Bản mặt cầu BTCT th−ờng có dạng lòng máng để chứa đá dăm. Chiều rộng của máng balát tối thiểu ở phía trên là 3.4m đối với khổ đ−ờng sắt 1435mm, là Trang 30
  32. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 2.6m đối với khổ đ−ờng sắt 1000mm. Loại mặt cầu này thích hợp với các cầu nhỏ, duy tu dễ, giảm tiếng ồn khi tàu chạy qua cầu. Nh−ng loại mặt cầu này có tĩnh tải và chiều cao kiến trúc lớn. 750 450 2100/2 2100/2 450 750 1000 1 2 4 3 8 5 6 Hình 2.3 – Cấu tạo mặt cầu có máng ba lát 1- Ray chính ; 2- Ray phụ; 3- Tà vẹt ; 4- Đá ba-lát; 5- Lớp bê tông bảo vệ; 6- Lớp cách n−ớc; 7- Lớp đệm tạo dốc ngang 8- Tấm thép đậy c). Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản bê tông cốt thép Loại mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên mặt bản BTCT th−ờng đ−ợc áp dụng ở các cầu đi chung đ−ờng sắt - đ−ờng ô tô trùng mặt xe chạy. Ưu điểm của loại mặt cầu này là loại bỏ đ−ợc tĩnh tải của lớp ba-lát nặng, giảm đ−ợc chiều cao kiến trúc của cầu, tuy nhiên liên kết giữa ray và bản BTCT t−ơng đối phức tạp. Trang 31
  33. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Bu lông neo D18-N6 Đai ốc N5 Bản thép đệm ray N2 Vòng đệm N4 70 120 L100x100x10 Cóc N3 20 130 65 65 100 Vữa Xi măng đệm 75 75 134 Đệm cao su dày 1cm 290 Hình 2.4a – Cấu tạo mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản bê tông 1- Bản đệm thép; 2- Bản đệm gồ ép; 3- Ê-cu; 4- Bu lông; 5- Khoảng trống trong bêtông bản; 6- Bản đệm cao su; 7- Hộp thép dày 3mm; 8- Bản thép; 9- Thép góc; 10- Bản đệm thép. A-A A 300+50 Sắt góc thay ray phụ Cóc A Hình 2.4b – Một cách liên kết ray trực tiếp vào bản BTCT 2.2. Lan can và lề ng−ời đi bộ Trang 32
  34. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 2.2.1. Lan can Lan can cầu không những là bộ phận đảm bảo an toàn cho các ph−ơng tiên l−u thông trên cầu mà còn thể hiện vẽ đẹp kiến trúc của cầu. Vì vậy, kết cấu lan can phải vững chắc, đẹp và phù hợp với cảnh quan khu vực xây dựng cầu. Lan can của các kết cấu cầu thép th−ờng làm bằng thép. Cột lan can là những đoạn thép hình gắn trực tiếp vào đầu mút thừa đỡ phần đ−ờng ng−ời đi. Lan can cầu BTCT có thể đ−ợc hàn nối từ các thanh hoặc tấm hoặc ống thép hoặc cũng có thể bằng bê tông cốt thép. D−ới đây là một số loại lan can hiện nay đang rất đ−ợc −a chuộng và sử dụng rộng rQi trong các công trình cầu ở Việt Nam. Hình 2.5a – ảnh một dạng lan can trong thực tế I I-I I Hình 2.5b – Một dạng lan can đ−ợc sử dụng cho các cầu ở đô thị Trang 33
  35. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông a - a ống thép liên kết a 135 90, L = 300 130 8.5 118 8.5 67.5 120 Tay vịn trên 13 101.6, t = 4.2 0 Tay vịn d−ới 392.5 00 610 R1 76.3, t = 3.2 100 150 ống thép liên kết 50 67.5, L = 300 U - M22 x 650 265 250 30 70 30 600 105 90 105 150 130 300 50 150 200 a Hình 2.5c – Cấu tạo lan can đ−ợc dùng trong cầu BTCT có tay vịn bằng ống thép Hình 2.5d – Một số dạng lan can khác đ−ợc dùng trong thực tế 2.2.2. Vỉa hè - lề ng−ời đi bộ Cấu tạo vỉa hè trên cầu ô-tô rất đa dạng: lắp ghép, đúc bê tông tại chỗ, có hoặc không có dải bảo vệ v.v Trên các cầu ở miền Bắc n−ớc ta hiện nay th−ờng có kết cấu vỉa hè lắp ghép. Chiều rộng vỉa hè trên cầu đ−ợc quy định là bội số của 750 mm, tùy thuộc vào l−u l−ợng ng−ời đi bộ qua cầu. Khả năng thông qua của một dải vỉa hè lấy là 1000 ng−ời/giờ. Nh− vậy chiều rộng vỉa hè một dải kề sát đ−ờng xe chạy lấy là 1000mm (bằng 750mm + dải bảo vệ 250mm). ở một số cầu miền núi hoặc cầu trên đ−ờng địa ph−ơng có ít xe qua lại, có thể thay vỉa hè bằng một dải bảo vệ rộng 250mm. Trang 34
  36. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 38 5 25 3 2 2 70 a) b) 90 73 80 15 15 7 25 15 5 32 8 20 45 15 Vỉa hè BTCT đổ tại chỗ Dầm BTCT lắp ghép Hình 2.6 – Cấu tạo một số dạng vỉa hè trong thực tế 2.3. độ dốc, phòng n−ớc, thoát n−ớc trên cầu 2.3.1. Độ dốc dọc và độ dốc ngang trên cầu a). Độ dốc dọc và ngang trên cầu ô tô Việc bố trí độ dốc dọc và ngang trên cầu nhằm mục đích thoát n−ớc mặt, ngăn không cho n−ớc mặt thấm xuống kết cấu phần d−ới. Cầu có bố trí độ dốc dọc ngoài mục đích thoát n−ớc mặt nó còn mang ý nghĩa giảm chiều dài cầu, hạ cao độ mặt cầu đến gần với cao độ của mặt đất tự nhiên tại hai đầu cầu, làm giảm khối l−ợng đất đắp hai đầu cầu, tránh làm các kết cấu t−ờng chắn, mố cầu quá cao. Độ dốc dọc cầu không đ−ợc lớn hơn 4% tr−ờng hợp cầu trong thành phố, tuyến đ−ờng cao tốc có thể làm cầu với độ dốc dọc hai chiều từ 1%-3% có nối tiếp bằng đ−ờng cong đứng với bán kính cong 3000- 120000m, ứng với tốc độ xe từ 80-120km/h, quy định về độ chênh dốc dọc giữa hai nhịp kề nhau không đ−ợc lớn hơn 1.5%-2% . Cần chú ý nếu độ dốc dọc quá lớn có thể thay đổi sự làm việc của công trình và gây ra khó khăn cho xe chạy, thi công, bảo d−ỡng cầu. Độ dốc ngang cầu giúp cho cầu thoát n−ớc mặt tốt, th−ờng độ dốc ngang cầu đ−ợc thiết kế từ 1.5%-2%. Có thể tạo dốc ngang cầu bằng hai cách, hoặc thay đổi bề dày lớp vữa đệm, hoặc thay đổi cao độ đá kê gối theo ph−ơng ngang cầu. Phần đ−ờng ng−ời đi trên cầu th−ờng làm dốc ngang từ 1%-1.5% về phía tim cầu. b). Độ dốc dọc và ngang trên cầu đ−ờng sắt Mặt cầu có máng đá dăm phải có độ dốc dọc và ngang để thoát n−ớc, độ dốc đó không nhỏ hơn 3%. Trang 35
  37. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 2.3.2. Lớp phòng n−ớc trên cầu Với n−ớc mặt không cho phép thâm nhập vào mặt cầu, chảy vào khu vực gối cầu và đỉnh kết cấu mố trụ. Với n−ớc ngầm không cho phép n−ớc ngầm trong phần đất của nền đ−ờng đầu cầu ngấm vào từ sau mố. Chính vì vậy trên mặt cầu và mặt sau mố phải dùng lớp phòng n−ớc để cản trở n−ớc mặt và n−ớc ngầm. Lớp này che phủ trên bề mặt của bê tông làm nhiệm vụ chống thấm. Lớp phòng n−ớc này có thể sử dụng nhựa đ−ờng đun nóng quét lên bề mặt lớp bê tông hoặc dùng bao đay tẩm nhựa đ−ờng, hoặc vải chống thấm, tôn mỏng 2.3.3. Hệ thống thoát n−ớc trên cầu Qui định cứ 1m 2 bề mặt cầu hứng n−ớc m−a của cầu thì phải t−ơng ứng với ít nhất 1cm 2 diện tích lỗ thoát n−ớc đối với mặt cầu ôtô và 4cm 2 đối với mặt cầu đ−ờng sắt. ống thoát n−ớc đ−ợc bố trí phải đảm bảo cho n−ớc trên mặt cầu và n−ớc đọng trong các lớp thoát ra hết và dễ dọn dẹp khi cần thiết. Đ−ờng kính ống tối thiểu bằng 15cm. Có thể bố trí các ống thoát n−ớc đối xứng từng đôi một qua trục dọc cầu hoặc có thể bố trí xen kẽ theo trục dọc cầu. Khoảng cách giữa các ống xa nhất là 15m. Nếu cầu có độ dốc dọc nhỏ hơn 2% thì cứ khoảng từ 6 - 8m bố trí hai ống thoát n−ớc đối diện nhau, đối xứng qua trục dọc cầu. Với cầu có chiều dài nhỏ hơn 50m và độ dốc dọc lớn hơn 2% thì ở vùng có l−ợng m−a ít có thể không cần bố trí ống thoát n−ớc và có biện pháp thoát n−ớc sau mố. Cầu có chiều dài trên 50m độ dốc dọc lớn hơn 2% thì cứ 10 - 15m đặt một ống thoát n−ớc. Chú ý khi bố trí ống thoát n−ớc không cho phép n−ớc thoát qua ống chảy xuống gây −ớt kết cấu phần d−ới, hoặc gây −ớc kết cấu nhịp cầu. Vì nh− vậy sẽ gây ra làm h− hỏng và hen rỉ kết cấu nhịp cầu, gối cầu, và các bộ phận mố trụ cầu. Hình 2.7a – Cấu tạo ống thoát n−ớc trên cầu Trang 36
  38. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 2.7b – ảnh ống thoát n−ớc trên cầu 2.4. khe co giDn, bản mặt cầu liên tục nhiệt và gối cầu 2.4.1. Khe co giTn a). Khái niệm chung Khe co giQn bố trí trên cầu đảm bảo cho kết cấu nhịp có thể chuyển vị tự do d−ới tác dụng của hoạt tải, thay đổi nhiệt độ, từ biến và co ngót của bê tông. Hay nói cách khác khe co giQn có các tác dụng sau: • Đảm bảo chuyển vị dọc trục dầm. • Đảm bảo chuyển vị xoay của mặt cắt ngang đầu nhịp. • Đảm bảo êm thuận cho xe chạy tránh gây tiếng ồn. • Ngăn n−ớc mặt tràn qua khe xuống gối cầu và kết cấu mố trụ phía d−ới. Khe co giQn phải đảm bảo có độ bền, dễ dàng kiểm tra, bảo d−ỡng và thay thế. Khe co giQn đ−ợc bố trí theo h−ớng ngang cầu, trong cầu dầm giản đơn chúng đ−ợc bố trí trên tất cả các mố trụ, trong cầu dầm mút thừa chúng đ−ợc bố trí tại vị trí khớp và trên mố, trong cầu dầm và khung liên tục chúng đ−ợc bố trí trên các mố. Có rất nhiều loại khe co giQn, có thể phân loại thành khe co giQn dùng cho các chuyển vị nhỏ, vừa, lớn và rất lớn. Các loại khe co giQn hiện nay đều ch−a có loại nào thực sự hoàn thiện. b). Cấu tạo một số loại khe co gicn b1. Khe co gicn dùng cho các chuyển vị nhỏ • Khe co giTn hở: Loại khe co giQn này dùng cho chuyển vị nhỏ từ Trang 37
  39. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 1cm-2cm trong các cầu nhịp nhỏ d−ới 15m hoặc phía đầu dầm đặt gối cố định chỉ có chuyển vị xoay. Hai đầu dầm đ−ợc đặt thép góc, để tránh n−ớc chảy xuống mố trụ đặt dải thoát n−ớc cao su. Hình 2.8 – Cấu tạo khe co giản hở • Khe co giTn kín: Phạm vi áp dụng của loại này t−ơng tự nh− trên tr−ờng hợp khe co giQn hở và th−ờng dùng nhất cho các cầu nhịp nhỏ có tầng phòng n−ớc liên tục còn tầng BT bảo hộ gián đoạn qua khe. Khe có bộ phận co giQn bằng đồng thau hoặc tôn tráng kẽm. Loại này hiện nay ít đ−ợc áp dụng vì bộ phận co giQn th−ờng bị h− hỏng. Vữa nhựa đ−ờng BT nhựa Đầu dầm Tấm tôn Hình 2.9 – Cấu tạo khe co giản kín Trang 38
  40. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông • Khe co giTn cao su chịu nén : Hiện nay trong cầu BTCT nhịp nhỏ, các chuyển vị nhỏ th−ờng đ−ợc áp dụng loại khe co giQn cao su chịu nén. Tấm cao su đảm bảo chuyển vị đầu dầm, chống thấm n−ớc và dễ thay thế. Bề mặt cao su đ−ợc đặt thấp hơn 5mm so với mặt cầu để tránh h− hỏng do xe cộ. Lớp phủ mặt cầu gián đoạn tại vị trí đặt khe co giQn. Hình 2.10 – Cấu tạo khe co giản cao su chịu nén • Khe co giTn cao su bản thép : Loại khe này đ−ợc áp dụng cho các chuyển vị từ 1.5cm- 2cm, t−ơng ứng với các cầu có nhịp từ 15m đến 30m. Khe có giQn này cấu tạo gồm một khối cao su có các rQnh dọc để tăng độ biến dạng, các bản thép có chiều dày 6mm-8mm nằm trong tấm cao su có tác dụng tăng độ cứng chịu nén và chịu uốn của tấm. Các tấm cao su đ−ợc chế tạo có kích th−ớc dài 1000mm, rộng 260mm, dày 50mm, đ−ợc ghép dài bằng keo. Các tấm cao su đ−ợc đặt qua khe hở giữa hai đầu dầm và neo vào bản BT mặt cầu bằng các bulông neo đặt chìm, đ−ờng kính 20mm, cách nhau 300mm. Khe co giQn loại này có tuổi thọ cao, dễ thay thế, đảm bảo xe chạy êm thuận. Trang 39
  41. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 150 260 150 Mặt đ−ờng xe chạy Tấm cao su Bu lông neo M20 Vữa không co ngót Cốt thép chờ 16 Cốt thép định vị 16 15 Hình 2.11a – Cấu tạo khe co giản cao su bản thép Hình 2.11b –Khe co giản cao su bản thép b2. Khe co gicn dùng cho các chuyển vị vừa và lớn • Khe co giTn bản thép tr−ợt: Loại khe này có thể dùng cho các chuyển vị đến 4-5cm. Cấu tạo khe gồm một tấm thép dày 10mm – 20mm phủ trên khe hở giữa hai đầu dầm, một đầu tấm thép đ−ợc hàn vào một thép góc và đầu kia tr−ợt tự do trên mặt thép góc đối diện. Các thép góc đ−ợc neo vào đầu dầm nhờ các thép neo. Để tránh n−ới rò rỉ xuống gối cầu, d−ới khi có đặt máng thoát n−ớc bằng cao su hoặc thép hình. Nh−ợc điểm của khe co giản loại này là mặt cầu xe chạy không bằng phẳng và gây tiếng ồn khi xe qua lại các mặt tiếp xúc của thép va đập vào nhau, vì vậy trong các cầu hiện đại nó rất đ−ợc hạn chế sử dụng. Trang 40
  42. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Bản thép Bản thép tr−ợt Bản mặt cầu Bu lông hàn một đầu Thép góc Máng cao su Hình 2.12a –Khe co giản bản thép tr−ợt Hình 2.12b –Khe co giản bản thép tr−ợt • Khe co giTn kiểu răng l−ợc hoặc răng c−a: Loại khe co giQn này đ−ợc áp dụng cho các chuyển vị lớn khoảng 10cm-15cm. Cấu tạo khe gồm các bản thép đ−ợc xen vào nhau. Nh−ợc điểm của loại khe này là khi xe chạy qua gây tiếng ồn. Trang 41
  43. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Bản răng l−ợc Bản mặt cầu Bu lông hàng một đầu Thép góc Máng cao su Hình 2.13 –Khe co giản kiểu răng l−ợc b3. Khe co gicn dùng cho các chuyển vị rất lớn Với các nhịp có chiều dài rất lớn ( lớn hơn 80-100m), độ dịch chuyển có thể lên đến 100-120cm, khi đó những khe co giQn này th−ờng có cấu tạo rất phức tạp, đòi hỏi chế tạo, lắp ráp chính xác và rất đắt tiền. Khe co giản th−ờng đ−ợc sử dụng trong tr−ờng hợp này là khe co giản kiểu môdul • Khe co giTn môđun: Loại khe co giQn này đ−ợc áp dụng cho các chuyển vị khoảng 80cm-120cm. ở Việt Nam loại khe này đ−ợc áp dụng ở các cầu Phú L−ơng, cầu Mỹ Thuận. Cấu tạo khe co giQn loại này th−ờng bao gồm có: dầm đỡ, dầm dọc hình ray, gối tr−ợt, lò xo tr−ợt, lò xo kiểm tra và các dải cao su. Các dầm đỡ đ−ợc đặt trong các hốc chừa sẳn, v−ợt qua chiều rộng khe. Các dầm đỡ có thể tr−ợt hai đầu trên gối tr−ợt theo ph−ơng chuyển động của kết cấu nhịp. Trên dầm đỡ có bản hàn sẵn để đặt dầm dọc hình ray (dọc theo khe), tạo thành mạng dầm. Mỗi dầm dọc đ−ợc hàn với một dầm đở để khống chế khoảng cách bên trong của các dầm dọc nh− nhau và đảm bảo chiều rộng toàn bộ khe. Đầu dầm dọc có tạo các ngoàm để móc các dải cao su kín n−ớc. Các khe hở giữa các dầm dọc có chiều rộng giới hạn là 80mm, để đáp ứng các chuyển vị lớn hơn, ng−ời ta tạo thành các xê ri. Trang 42
  44. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 2.14a – Cấu tạo khe co giản kiểu môdul Hình 2.14b – Mô hình khe co giản kiểu môdul Hình 2.14c – Khe co giản kiểu môdul dùng trong thực tế Trang 43
  45. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 2.4.2. Bản mặt cầu liên tục nhiệt Bản mặt cầu liên tục nhiệt th−ờng đ−ợc thiết kế ở các cầu giản đơn nhiều nhịp có mặt cầu liên tục với nhau tạo thành kết cấu liên tục nhiệt độ. D−ới tác dụng của các lực dọc và nhiệt độ kết cấu nhịp làm việc nh− dầm liên tục, d−ới tác dụng của tải trọng thẳng đứng kết cấu nhịp vẫn làm việc nh− dầm giản đơn. Bản mặt cầu liên tục nhiệt có −u điểm là giảm số l−ợng khe co giQn trên cầu, xe chạy êm thuận, giảm bớt công tác duy tu sửa chữa cầu, nâng cao độ bền công trình. Khẩu độ bản nối hb 15d 15d Cốt thép bản Lớp đệm đàn hồi Hình 2.15 – Cấu tạo bản liên tục nhiệt Bản mặt cầu liên tục nhiệt chịu tác dụng của mômen uống và lực dọc phát sinh do: • Góc xoay và chuyển vị thẳng đứng của tiết diện gối dầm do tĩnh tải phần 2 và hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp liên tục. • Tác dụng của tĩnh tải phần 2 và hoạt tải đặt trực tiếp lên bản. • Kết cấu nhịp chuyển vị do thay đổi nhiệt độ. • Tác dụng của lực hQm. Trang 44
  46. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 2.4.3. Gối cầu a). Khái niệm chung Gối cầu là bộ phận liên kết giữa kết cấu nhịp bên trên với kết cấu phần d−ới nh− mố, trụ cầu. Gối cầu có nhiệm vụ truyền áp lực tập trung từ kết cấu nhịp xuống mố trụ ( gồm có phản lực thẳng đứng và nằm ngang), đảm bảo cho đầu kết cấu nhịp có thể quay hoặc di động tự do d−ới tác dụng của hoạt tải và nhiệt độ thay đổi. b). Phân loại gối cầu Theo tính chất làm việc có thể chia làm 2 loại là gối cố định và gối di động. • Gối cố định làm nhiệm vụ truyền áp lực qua một điểm cố định và chỉ cho phép đầu kết cấu nhịp có chuyển vị xoay. • Gối di động truyền áp lực qua một điểm và cho phép đầu kết cấu nhịp vừa có chuyển vị xoay vừa có thể chuyển vị theo ph−ơng dọc hoặc cả ph−ơng ngang cầu. c). Bố trí gối cầu Theo ph−ơng dọc cầu: • Đối với cầu giản đơn nhiều nhịp: + Thông th−ờng, trên mỗi trụ cầu bố trí các gối cố định của nhịp này và các gối di động của nhịp kia, nh− vậy tất cả các trụ sẽ tiếp nhận các tải trọng ngang theo ph−ơng dọc cầu (lực hQm, lực gió ) nh− nhau và chỉ cần cấu tạo một loại khe co giQn. Hình 2.16 – Bố trí gối cầu trong cầu giản đơn nhiều nhịp ph−ơng dọc cầu + Nếu các trụ cầu có chiều cao chênh lệch nhau nhiều thì không nên bố trí gối cố định trên các trụ có chiều cao lớn để giảm tải trọng ngang theo ph−ơng dọc cầu (lực hQm ) tác dụng lên trụ này. Trang 45
  47. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 2a a Hình 2.17 – Bố trí gối cầu trong cầu giản đơn nhiều nhịp ph−ơng dọc khi có trụ cầu cao + Để giảm bớt số l−ợng khe co giQn có thể trên một trụ chỉ bố trí gối di động hoặc chỉ bố trí gối cố định, nh−ng khi đó các khe co giQn trên các trụ chỉ đặt gối di dộng phải có cấu tạo phức tạp hơn để đảm bảo chuyển vị lớn hơn và các trụ cầu cũng sẽ chịu các lực ngang không đều nhau. 2a 2a Hình 2.18 – Bố trí gối cầu trong cầu giản đơn nhiều nhịp ph−ơng dọc cầu trong tr−ờng hợp muốn giảm bớt số l−ợng khe co giản trên cầu • Đối với cầu dầm liên tục: + Gối cố định th−ờng đ−ợc bố trí ở một trong các trụ giữa (trụ có chiều cao nhỏ), trên các trụ còn lại bố trí gối di động. Trang 46
  48. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 2.19 – Bố trí gối cầu trong cầu liên tục ph−ơng dọc cầu + Cũng có thể bố trí gối cố định trên một mố, khi đó khe co giQn trên đầu mố bên kia phải đảm bảo chuyển vị lớn hơn. Khe co giản phức tạp Hình 2.20 – Bố trí gối cầu trong cầu liên tục ph−ơng dọc cầu • Đối với cầu dầm mút thừa: + Gối cố định và gối di động phải bố trí sao cho gối di động đặt trên mút thừa không gây chuyển vị lớn. Hình 2.21 – Bố trí gối cầu trong cầu có nhịp đeo + Đôi khi trong cầu dầm mút thừa còn bố trí gối để chuyển vị do nhiệt độ trên toàn chiều dài nhịp dồn về một phía, khi đó dầm đeo bố trí gối cố định ở cả hai đầu, còn trong một nhịp chính đặt gối cố định trên mố, tất cả các gối còn lại của nhịp chính là gối di động. Sơ đồ này có −u điểm là không cần đặt gối di động phức tạp trên dầm đeo và xe chạy êm thuận hơn. Trang 47
  49. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 2.22 – Một dạng bố trí gối cầu trong cầu có nhịp đeo th−ờng đ−ợc sử dụng trong thực tế + Nếu chiều dài mút thừa lớn, trên trụ biên của dầm nút thừa có thể phát sinh phản lực âm. Khi đó trên các trụ này cần đặt gối neo đ chịu lực nhổ. Theo ph−ơng ngang cầu: • Đối với cầu dàn có 2 dàn chủ: + Trên một dàn chủ một đầu kết cấu nhịp phải đ−ợc liên kết cố định bằng gối cố định đầu kia đặt gối di động. Dàn thứ hai có một đầu đặt gối di động theo ph−ơng ngang và đầu kia đặt gối di động theo cả hai ph−ơng. Gối di động một ph−ơng Gối di động hai ph−ơng Gối cố định Gối di động một ph−ơng Hình 2.23 – Mặt bằng bố trí gối trong cầu dàn có hai dàn chủ khi có sử dụng gối di động theo hai ph−ơng + Tuy nhiên, kết cấu của loại gối cầu di động theo cả hai ph−ơng rất phức tạp nên nhiều khi ng−ời ta bố trí gối cầu di động dọc đặt theo ph−ơng đ−ờng chéo. Giải pháp này đảm bảo đầu kết cấu nhịp có thể chuyển vị tự do khi nhiệt độ thay đổi đều trên toàn kết cấu nhịp. Gối di động dọc theo đ−ờng chéo không cho phép đầu kết cấu nhịp chuyển vị tự do hoàn toàn khi kết cấu nhịp biến dạng do tải trọng hoặc bị nắng chiếu một phía. Trang 48
  50. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Gối di động một ph−ơng Gối di động theo ph−ơng chéo Gối cố định Gối di động một ph−ơng Hình 2.24 – Mặt bằng bố trí gối trong cầu dàn có hai dàn chủ khi có sử dụng gối di động theo ph−ơng chéo + Trong các cầu có chiều rộng không lớn lắm (< 12-15m) biến dạng do nhiệt độ thay đổi theo ph−ơng ngang cầu t−ơng đối nhỏ nh− các cầu dàn giản đơn trên đ−ờng sắt thì một đầu kết cấu nhịp đặt cả hai gối cố định và đầu kia đặt 2 gối di động. Gối cố định Gối di động một ph−ơng Gối cố định Gối di động một ph−ơng Hình 2.25 – Mặt bằng bố trí gối trong cầu dàn có hai dàn chủ trong tr−ờng hợp chiều rộng của cầu không lớn • Đối với cầu dầm giản đơn chỉ có hai dầm chủ cách đặt gối cũng t−ơng tự nh− tr−ờng hợp có hai dàn chủ nh− nói ở trên. Trong tr−ờng hợp chiều rộng cầu lớn hơn 15m, số l−ợng dầm chủ lớn hơn 2, các dầm chủ ở giữa đ−ợc liên kết cố định một đầu, còn đầu kia đặt gối di động theo ph−ơng dọc. Trang 49
  51. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Gối di động một ph−ơng Gối di động hai ph−ơng Gối cố định Gối di động một ph−ơng Gối cố định Gối di động một ph−ơng Gối di động một ph−ơng Gối di động hai ph−ơng Hình 2.26 – Mặt bằng bố trí gối trong cầu giản đơn có nhiều dầm , sử dụng gối di động theo hai ph−ơng Gối di động một ph−ơng Gối di động theo ph−ơng chéo Gối cố định Gối di động một ph−ơng Gối cố định Gối di động một ph−ơng Gối di động một ph−ơng Gối di động theo ph−ơng chéo Hình 2.27 – Mặt bằng bố trí gối trong cầu giản đơn có nhiều dầm , sử dụng gối di động theo ph−ơng chéo • Đối với cầu có kết cấu nhịp liên tục, khi chiều rộng cầu không lớn, chỉ cần bố trí gối để đảm bảo chuyển vị theo ph−ơng dọc cầu, còn khi chiều rộng cầu lớn cần bố trí gối cầu để đảm bảo cho đầu kết cấu nhịp có thể chuyển vị theo cả ph−ơng dọc lẫn ph−ơng ngang cầu. Trang 50
  52. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Gối di động một ph−ơng Gối di động theo ph−ơng chéo Gối di động theo ph−ơng chéo Gối cố định Gối di động một ph−ơng Gối di động một ph−ơng Gối cố định Gối di động theo ph−ơng chéo Gối di động theo ph−ơng chéo Gối di động một ph−ơng Hình 2.28 – Mặt bằng bố trí gối trong cầu liên tục d). Cấu tạo gối cầu: Cấu tạo gối cầu phụ thuộc vào trị số áp lực truyền lên gối, đối với gối di động còn phụ thuộc vào độ chuyển dịch của đầu kết cấu nhịp. Chiều dài nhịp càng lớn, cấu tạo gối cầu cần phải hoàn chỉnh để đảm bảo chuyển vị và xoay tự do của đầu kết cấu nhịp. Cấu tạo gối cầu dầm BTCT: • Gối đ−ợc làm từ các bản đệm đàn hồi: Trong kết cấu nhịp cầu bản và cầu dầm giản đơn nhịp nhỏ hơn 9m đối với cầu đ−ờng sắt và 12m đối với cầu ôtô có thể dùng các bản đệm đàn hồi làm gối. • Gối tiếp tuyến: Đ−ợc áp dụng cho các nhịp từ 9-18m đối với cầu đ−ờng sắt, 12-18m đối với cầu đ−ờng ô tô. Cấu tạo gối gồm hai bản thép gọi là các thớt gối. Tính khớp của gối đ−ợc đảm bảo bằng việc tiếp xúc đ−ờng thẳng giữa một mặt phẳng và một mặt trụ. Thớt trên là một tấm thép phẳng đ−ợc hàn vào các thanh thép neo chôn sẵn trong dầm BTCT. Thớt d−ới có một mặt tiếp xúc hình trụ đ−ợc liên kết với bệ kê gối bằng bu lông neo đặt sẵn trong bê tông. Cấu tạo gối cố định và di động chỉ khác nhau ở chỗ: gối cố định có chốt hoặc vấu để ngăn cản chuyển vị của thớt trên đối với thớt d−ới. Gối di động một ph−ơng có đặt bản nẹp ở s−ờn bên để ngăn không cho thớt trên chuyển vị theo ph−ơng ngang so với thớt d−ới. Trang 51
  53. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông mặt chính I-I a) 400 300/2 200/2 35 500/2 570/2 20 20 100 100 100 20 20 20 50 400/2 400/2 50 50 200/2 200/2 50 100 500/2 500/2 100 300/2 300/2 700/2 700/2 mặt chính I-I b) 400 300/2 200/2 35 500/2 570/2 20 20 100 100 100 20 20 20 50 400/2 400/2 50 50 200/2 200/2 50 100 500/2 500/2 100 300/2 300/2 700/2 700/2 Hình 2.29 – Cấu tạo gối tiếp tuyến a- Gối di động; b- Gối cố định . • Gối con lăn BTCT, gối thép hàn có con lăn cắt vát, gối con lăn tròn: Các loại gối này đ−ợc áp dụng cho các nhịp có chiều dài lớn hơn 18-20m. Gối con lăn BTCT gồm hai tấm thép bề mặt hình Trang 52
  54. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông trụ, ở giữa là khối BTCT, chiều cao con lăn h bằng 1.5-2 lần chiều rộng, loại gối này có thể chịu đ−ợc phản lực 80T. Gối con lăn tròn th−ờng đ−ợc dùng cho các nhịp 20-40m với đ−ờng kính con lăn từ 12-20cm. A A-A 40 23 40 50 11 220 2x40 40 50 40 40 160 50 260 50 A Hình 2.30 – Cấu tạo gối con lăn BTCT A A-A a) 420 360 40 180 270 40 320 450 A B-B B b) a n h h a b B Hình 2.31 – Cấu tạo gối con lăn cắt vát và gối con lăn tròn Trang 53
  55. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông • Gối cao su: Hiện nay trong cầu BTCT đ−ờng ô tô, gối cao su đ−ợc áp dụng rất rộng rQi do có nhiều −u điểm nh−: tiết kiệm thép, chiều cao nhỏ, chế tạo và bảo d−ỡng đơn giản. Một trong những −u điểm nổi bật của gối cao su là giảm chấn động giữa các mặt tiếp cúc và các gối cầ hiện đại hầu nh− không cần bảo d−ỡng. Hiện nay ở n−ớc ta đang sử dụng hai loại gối cao su chính đó là: Gối cao su phẳng và gối cao su hình chậu. + Gối cao su phẳng: Đ−ợc áp dụng rộng rQi cho các cầu ôtô có chiều dài nhịp d−ới 30-40m, có các chuyển vị không lớn 0.5- 2.5m. Gối cao su có các bản thép dày 5mm nằm giữa các lớp cao su. Các bản thép có tác dụng nh− các cốt thép ngăn cản và tăng độ cứng của gối khi chịu phản lực thẳng đứng. Nhờ tính chất đàn hồi của cao su, tiết diện dầm có thể chuyển vị tr−ợt và chuyển vị xoay. Gối có thể chịu đ−ợc tải trọng ngang do hQm xe. Gối có dạng hình tròn hoặc hình chữ nhật, có thể chịu đ−ợc tải trọng thẳng đứng từ 15 đến 200T. Hệ số ma sát của gối đối với bê tông khoảng 0.3. 1410 Chi tiết A 3 12 25 3 25 3 25 3 25 214 3 1410 25 3 25 3 25 3 3 thép cao su Chi tiết A 214 Hình 2.32 – Cấu tạo gối cao su phẳng dạng hình vuông Trang 54
  56. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông + Gối cao su hình chậu: Cấu tạo gối gồm một tấm cao su hình tròn đặt trong một bộ phận bằng thép có dạng hình chậu. Chuyển vị xoay của đầu kết cấu nhịp đ−ợc đảm bảo bởi biến dạng cắt đàn hồi của tấm cao su. Nhờ có chậu thép, tấm cao su có khối l−ợng không đổi và không bị nén d−ới tải trọng. Trong gối di động, chuyển vị tr−ợt của gối do tấm teflon PTFE (polytetra fluoroethylene) tr−ợt trên mặt thép. Tấm tr−ợt teflon PTFE đ−ợc đặt trong khấc lõm của bản thép. Trên mặt tấm tr−ợt PTFE là một lá thép làm bằng thép hợp kim, mịn phẳng và không rỉ, có chiều dày tối đa 1mm. Tỷ lệ đ−ờng kính và chiều dày tấm cao su không đ−ợc v−ợt quá 8. Tấm PTFE có chiều dày tối thiểu 4mm và tối đa 8mm. Để gối chỉ di động theo một ph−ơng, ng−ời ta đặt thêm một bản nẹp dẫn h−ớng. Gối cố định có nắp đậy ở d−ới và truyền tải trọng trực tiếp xuống mố trụ. Gối cao su hình chậu có −u điểm là chịu tải trọng lớn, cho phép chuyển vị ngang lớn từ 5-15cm, hệ số ma sát nhỏ hơn 0.05, chiều cao xây dựng thấp, lắp đặt thuận tiện và sửa chữa đơn giản. Bản tr−ợt thép Vòng cao su Lá thép hợp kim Nắp đậy Đĩa PTFE Tấm cao su Chậu thép Hình 2.33a – Cấu tạo gối cao su hình chậu Trang 55
  57. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Gối di động theo 2 ph−ơng Gối di động theo 1 ph−ơng mặt chính 1-1 mặt chính mặt chính 2 2 4 4 1/2 mặt bằng 1/2 mặt cắt 2-2 1/2 mặt bằng 1/2 mặt cắt 4-4 1 1 Hình 2.33b – Cấu tạo gối có bản đệm chống ma sát bằng teflon Cấu tạo gối cầu dầm thép và dàn thép: • Gối tiếp tuyến: Đ−ợc áp dụng cho các cầu thép có nhịp d−ới 25m, có cấu tạo nh− đQ nói ở phần gối tiếp tuyến cho dầm BTCT, gối tiếp tuyến nói chung có cấu tạo đơn giản, chiều cao thấp, nh−ng hệ số ma sát lớn (bằng 0.5). Hình 2.34 – Gối tiếp tuyến đ−ợc dùng trong thực tế Trang 56
  58. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông • Gối di động con lăn, gối con quay: Khi nhịp lớn hơn 25m, phản lực gối từ 70-80T đến 250-300T nên dùng loại gối di động con lăn, hệ số ma sát nhỏ bằng 0.05; đảm bảo chuyển vị tự do theo ph−ơng dọc cầu của kết cấu nhịp. Nếu đ−ờng kính con lăn d−ới 18-20cm th−ờng dùng con lăn tròn, khi đ−ờng kính lớn hơn dùng con lăn cắt vát. Gối cố định khi đó vẫn có thể dùng gối tiếp tuyến hoặc nếu phản lực gối lớn dùng gối con quay. Hình 2.35 – Gối cố định dạng gối con quay • Gối có nhiều con lăn: Khi phản lực gối lớn hơn 250-300T, sử dụng gối di động có 2 hoặc nhiều con lăn (số con lăn không nên quá 4) với con quay có s−ờn cứng. Các con lăn đ−ợc cắt vát để giảm kích th−ớc con quay. Đ−ờng kính con lăn không nên nhỏ hơn 150mm, chiều dày con lăn cắt vát bằng ∆ + 60mm, trong đó ∆ là toàn bộ chuyển vị của đầu kết cấu nhịp do tất cả các yếu tố. Trong gối có nhiều con lăn, các con lăn cần đ−ợc liên kết với nhau bằng các thanh giằng ở s−ờn bên để đảm bảo không bị xê dịch dọc và tr−ợt ngang nh−ng phải dễ dàng cho việc lau chùi và đ−ợc đặt trong hộp bảo vệ để tránh bụi bẩn. Con quay cần phải có các mép gờ, chốt và thiết bị chống xô. Trang 57
  59. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông Hình 2.36 – Gối có nhiều con lăn đ−ợc sử dụng ở cầu Thăng Long 2.5. nối tiếp giữa cầu và đ−ờng 2.5.1. Nối tiếp giữa cầu và đ−ờng ôtô Nối tiếp giữa cầu và đ−ờng phải đảm bảo xe chạy êm thuận, không gây xung kích lớn. Nh− vậy cần tránh độ cứng thay đổi đột ngột khi xe từ đ−ờng vào cầu, do đó biện pháp tăng dần độ cứng từ đ−ờng vào cầu là cần thiết. Có nhiều giải pháp giải quyết vấn đề này, sau đây là các giảI pháp th−ờng đ−ợc sử dụng: • Đối với các cầu nhịp nhỏ, khi kết cấu nhịp tựa trực tiếp lên mố không qua gối cầu thì tại chỗ nối tiếp nên làm phần kết cấu nền mặt đ−ờng cứng dần tiến về phía cầu, th−ờng ng−ời ta rải một lớp cát đệm phía trên lớp đá dăm tăng c−ờng. Để bảo vệ phần bê tông tiếp xúc với đất khỏi bị xâm thực, phải quét lên nó một vài lớp nhựa đ−ờng nóng. Phần đệm cát và đá dăm phải đảm bảo chịu lực và thoát n−ớc tốt. • Khi chiều dài kết cấu nhịp lớn 12m và có gối cầu, đầu kết cấu nhịp đ−ợc tựa trên các mố nặng hoặc mố nhẹ có đặt bản quá độ. Đồng thời ở những cầu dầm hay cầu khung thuộc hệ thống mút thừa, d−ới tác dụng của hoạt tải, sẽ xuất hiện các chuyển vị thẳng đứng ở mút thừa làm nền đ−ờng đầu cầu bị phá hoại, khi đó nên dùng bản quá độ. Cấu tạo bản quá độ gồm nhiều bản riêng lẽ, kích th−ớc mỗi bản rộng từ 100-150cm, dài từ 200-300cm, dày từ Trang 58
  60. GS.TS. Nguyễn viết Trung Bài giảng: Lập dự án công trình xây dựng giao thông 20-30cm, một đầu bản tựa trên mút thừa của kết cấu nhịp hoặc đầu kê sau mố, đầu còn lại đ−ợc đặt trên dầm kê BTCT trong đất nền đ−ờng theo h−ớng ngang cầu. Các bản này th−ờng đ−ợc làm bằng BTCT và đ−ợc đặt với độ dốc là 1/10 về phía nền đ−ờng, nó đ−ợc liên kết với kết cấu nhịp hoặc mố cầu thông qua các chốt thép. Khe hở giữa các bản quá độ với kết cấu nhịp đ−ợc đổ đầy nhựa đ−ờng. (Hình vẽ minh họa) 2.5.2. Nối tiếpgiữa cầu và đ−ờng trong cầu đ−ờng sắt Để tàu ra vào cầu đ−ợc êm thuận khi thiết kế cao độ đáy ray trên cầu cần dựa vào chiều dày ba lát đầu cầu. Trên cầu dùng máng ba lát thì nền đ−ờng hai đầu cầu cũng phải dùng ba lát đá dăm đối với những cầu vĩnh cửu có khẩu độ lớn hơn 10m bất kể nền đ−ờng toàn tuyến dùng loại ba lát nào. Thông th−ờng trong phạm vi 30m ở hai đầu cầu có ba lát dày từ 45-50cm còn chiều dày ba lát trong khu gian từ 30-50cm, để chuyển tiếp giữa hai đoạn đ−ờng có chiều dày nền đ−ờng khác nhau nên vuốt dốc 1% hoặc đánh cấp. Tiếp giáp cầu và đ−ờng dùng mố nặng Trang 59