Upload
bui-tat-thanh
View
231
Download
14
Embed Size (px)
DESCRIPTION
tham luan cau dong tru
Citation preview
CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ, XÂY DỰNG
CẦU VÒM THÉP NHỒI BÊ TÔNG NHỊP LỚN Ở CẦU ĐÔNG TRÙ
Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT – CTCP (TEDI)
1. Giới thiệu
Dự án Đường 5 kéo dài tới khu đô thị mới Bắc Thăng Long - Vân Trì trong
đó có cầu Đông Trù vượt sông Đuống là một trong những dự án trọng điểm ở
phía Bắc TP Hà Nội, có tác dụng hình thành hệ thống đường vành đai 2 phía
Đông Bắc từ Sài Đồng đến Vĩnh Ngọc (nối về cầu Nhật Tân), tạo trục lõi để
phát triển đô thị Bắc sông Hồng, đảm bảo các điều kiện về hạ tầng giao thông
vận tải phục vụ chuỗi khu công nghiệp, đô thị Bắc Thăng Long - Vân Trì, Đông
Anh - Cổ Loa, Gia Lâm - Sài Đồng - Yên Viên.
Đường 5 kéo dài trong Quy hoạch
khu vực Bắc sông Hồng
Đường 5 kéo dài trong mạng lưới
giao thông hiện tại
Đoạn tuyến này cũng góp phần giải tỏa các phương tiện giao thông liên
tỉnh theo hướng Hải Phòng, Quảng Ninh đi các tỉnh phía Bắc và Tây Bắc qua
quốc lộ 2, quốc lộ 3, tạo nên hướng giao thông ngoại vi phía Bắc đối trọng với
hướng đi phía Nam qua cầu Thanh Trì. Việc hoàn thành dự án đường 5 kéo dài
cùng với tuyến nối Nhật Tân – Nội Bài sẽ rút ngắn tuyến đường từ khu vực
trung tâm Hà Nội đi sân bay Nội Bài khoảng 5km tương đương 15 phút xe chạy
do tốc độ được nâng cao so với tuyến đường qua cầu Đuống cũ – Đông Anh –
Phủ Lỗ.
1
2. Quy mô dự án
Mặt cắt ngang điển hình tuyến đường 5 kéo dài
Dự án xây dựng đường 5 kéo dài có tổng chiều dài 16,165km, được thiết kế
với tiêu chuẩn đường phố chính cấp I, vận tốc thiết kế 80km/h. Quy mô mặt cắt
ngang theo quy hoạch rộng 68m đến 72,5m đảm bảo cho 4 làn xe ô tô, 02 làn xe
buýt, 02 làn xe tổng hợp đô thị, vỉa hè mỗi bên rộng 8m và dải phân cách giữa
rộng 17m dùng để mở rộng thêm hai làn xe mỗi bên và xây dựng đường tàu điện
trên cao thuộc quy hoạch tuyến số 4. Tuyến đường được xây dựng hoàn chỉnh
hạ tầng kỹ thuật đồng bộ bao gồm hệ thống 13 hầm cho người đi bộ, các công
trình thoát nước mưa, thoát nước bẩn, hào, tuynel cho các đường điện, cáp
quang, cáp thông tin liên lạc theo đúng định hướng quy hoạch.
Cầu Đông Trù vượt sông Đuống được thiết kế với quy mô phù hợp cho cả
giai đoạn trước mắt và tương lai, mặt cắt ngang cầu đảm bảo cho 06 làn xe cơ
giới, 02 làn xe thô sơ và 02 làn xe buýt ở giai đoạn 1. Khi tuyến đường sắt số 4
được xây dựng, mặt cắt ngang cầu sẽ được bố trí lại đảm bảo 06 làn xe cơ giới
và 02 làn xe điện ở giữa cầu. Tổng chiều rộng cầu tại các vị trí thông thường
rộng 2x23,5m, tại vị trí cầu chính kết cấu vòm ống thép nhồi bê tông tổng mặt
cắt ngang cầu rộng 54,5m - là công trình cầu có tổng chiều rộng mặt cắt ngang
lớn nhất nước ta hiện nay.
Mặt cắt ngang cầu chính
2
Công trình cầu được thiết kế cho hoạt tải xe ô tô HL-93, hoạt tải đường sắt
có cấu hình 6 toa xe 4x14T/trục ở giai đoạn 2. Cầu cũng được thiết kế chịu được
tải trọng động đất cấp 8 với hệ số gia tốc nền a=0,17. Các thông số kỹ thuật chủ
yếu của cầu Đông Trù như sau:
- Sơ đồ nhịp: 5x50+5x50+80+120+80+3x50+4x50m. Tổng chiều dài cầu
đến đuôi hai mố là 1140m.
- Kết cấu nhịp cầu chính: Vòm ống thép nhồi bê tông (80+120+80)m chạy
dưới sử dụng thanh căng dự ứng lực. Khoảng cách các thanh treo ~5m. Trụ
BTCT trên nền móng cọc khoan nhồi đường kính 2m.
- Kết cấu nhịp cầu dẫn: Dầm hộp thi công tại chỗ trên đà giáo bằng BTCT
DƯL khẩu độ 50m. Trụ BTCT trên nền móng cọc khoan nhồi đường kính
1.5m
3. Các giải pháp kỹ thuật trong thiết kế cầu Đông Trù
Kết cấu ống thép nhồi bê tông có một số điểm lợi thế vượt trội so với kết
cấu thép hoặc bê tông cốt thép và kết cấu bê tông cốt cứng. Vỏ thép bên ngoài
chịu kéo và chịu uốn tốt, cường độ chịu nén của bê tông cũng tăng đáng kể do
có hiệu ứng bó chống nở hông của ống thép, bê tông bên trong làm giảm khả
năng mất ổn định cục bộ vỏ thép. Kết cấu vòm ống thép nhồi bê tông với các ưu
điểm về chịu lực như vậy phù hợp đối với mặt cầu rộng sẽ khai thác đồng thời
cả đường bộ và đường sắt trong tương lai.
Bố trí chung cầu vòm liên tục 3 nhịp
Trong quá trình thiết kế, với đặc thù chiều rộng lớn và chịu tải trọng cả
đường bộ, đường sắt, nhóm thiết kế đã nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật sau:
- Nghiên cứu thiết kế mặt cắt sườn vòm cho các nhịp 80m và 120m trên cơ
sở các yêu cầu về chịu lực, cấu tạo kết cấu thép phù hợp với quy định của
tiêu chuẩn thiết kế đồng thời phát huy được ưu điểm của kết cấu ống thép
nhồi bê tông. Mặt cắt ngang sườn vòm được lựa chọn dạng số 8 với hai ống
thép tròn ở hai biên. Vành vòm nhịp 120 m có chiều cao là H=3m và nhịp
3
80m là H=2.5m, đường kính ống thép 1200 mm cho vòm giữa nhịp 120 m
và 1000mm cho vòm biên nhịp 80m.
Mặt cắt ngang vành vòm nhịp 120m Mặt cắt ngang vành vòm nhịp 80m
Mặt cắt ngang vành vòm
- Nghiên cứu giải pháp phân chia mặt cầu ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2 đáp
ứng được yêu cầu khai thác phù hợp từng giai đoạn. Trong kết cấu bê tông mặt cầu đã bố trí hệ thống coupler nối cốt thép để xây dựng đường sắt ở giai đoạn 2. Công tác tính toán thiết kế cũng được thực hiện chi tiết cho từng giai đoạn với các loại tải trọng đường bộ, đường sắt khác nhau.
- Nghiên cứu khoảng cách dây treo nhằm tối ưu số lượng, trọng lượng dây
treo cũng như trọng lượng dầm ngang nhằm tạo thuận lợi cho công tác chế tạo và lắp đặt các cấu kiện. Trong lượng dầm ngang đã được giới hạn ở năng lực cẩu lắp xấp xỉ 120T phù hợp với năng lực thi công, từ đó khoảng cách các dây treo dầm ngang được lựa chọn là 5m.
- Nghiên cứu bố trí hệ thống dây treo kép nhằm tăng tính dư của kết cấu
đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho công tác bảo dưỡng, thay thế cáp treo sau này. Để bố trí được hệ thống dây treo kép, cấu tạo điểm neo dây trên vành vòm đã được bố trí nằm một phần trong vòm nhằm đảm bảo chịu lực cũng như tính thẩm mỹ.
1
OCT 11 200516:08:53
VOLUMES
TYPE NUM
1
X
YZ
OCT 11 200516:11:47
ELEMENTS
MAT NUM
Mô hình tính toán cục bộ sườn vòm khu vực neo cáp treo
4
- Nghiên cứu liên tục hóa các nhịp vòm để giảm kích thước trụ đỉnh trụ P11
và P12 giảm từ 9,5m xuống còn 6,5m do chỉ sử dụng một hàng gối. Việc
liên tục hóa kết cấu vòm giảm được nội lực ở các sườn vòm nhưng lại dẫn
tới việc các chân vòm cũng có ứng suất phức tạp hơn do chịu lực từ vòm
cũng như các thanh căng của cả hai bên vòm. Kết cấu chân vòm đã được
mô hình hóa với đầy đủ các cấu kiện và thành phần lực tác dụng để kiểm
tra điều kiện chịu lực.1
MN
MXX
Y
Z
-.200E+08-.167E+08
-.134E+08-.101E+08
-.680E+07-.350E+07
-200000.200E+07
OCT 9 200523:29:21
NODAL SOLUTION
STEP=1SUB =1TIME=1SZ (AVG)RSYS=0DMX =.003525SMN =-.214E+08SMX =.142E+08
1
MN
MX
X
YZ
-.200E+08-.167E+08
-.134E+08-.101E+08
-.680E+07-.350E+07
-200000.200E+07
OCT 9 200523:29:30
NODAL SOLUTION
STEP=1SUB =1TIME=1SZ (AVG)RSYS=0DMX =.003525SMN =-.214E+08SMX =.142E+08
Ứng suất chân vòm trong giai đoạn khai thác
- Nghiên cứu giải pháp đảm bảo ổn định sườn vòm, đặc biệt trong trường
hợp mất ổn định ngoài mặt phẳng vòm. Từ các nghiên cứu ổn định sườn
vòm, đã đề xuất sử dụng hệ giằng dạng giàn ống thép không gian không
nhồi bê tông.
1
XYZ
OCT 12 200511:00:40
DISPLACEMENT
STEP=1SUB =1FREQ=4.431DMX =1
Mô hình tính toán các dạng mất ổn định Bố trí giằng ngang
Tính toán và định dạng liên kết ngang vành vòm
- Nghiên cứu biện pháp và trình tự thi công kết cấu nhịp, cùng với đó phác
thảo kế hoạch điều chỉnh nội lực các cáp giằng chân vòm nhằm đảm bảo
chuyển vị chân vòm trong giới hạn cho phép, không có biến dạng lớn dẫn
5
tới thay đổi sơ đồ kết cấu. Trong bước TKKT đã dự kiến 28 bước thi công
chính phản ánh các công tác lắp đặt vành vòm, bơm bê tông vào vành vòm,
lắp đặt các cấu kiện đúc sẵn như dầm ngang, dầm dọc, dầm bản mặt cầu
cũng như các thao tác căng kéo cáp giằng. Trình tự thi công dự kiến lắp đặt
hoàn chỉnh kết cấu nhịp vòm 120m ở giữa sông trước khi lắp đặt kết cấu
vòm 80m ở hai bên.
4. Công tác chế tạo – thi công
a. Chế tạo kết cấu thép
Một trong những công tác quan trọng của công trình là chế tạo kết cấu thép
vành vòm. Các ống thép phải tròn đều, sai số về độ ô van nhỏ hơn 3mm, độ lệch
vách (môi mè) không vượt quá 0.2 lần chiều dày tấm thép và 3mm. Các ống
thép tròn được cuốn thành từng đoạn dài từ 1,5m đến 2m trên máy cuốn 3 trục,
sau đó được hàn theo đường sinh và nắn lại một lần nữa nhằm đảm bảo độ méo
của ống thép nằm trong phạm vi cho phép. Công tác cắt thép đều được thực hiện
trên máy cắt CNC đảm bảo độ chính xác về kích thước tấm trước khi cuốn thành
ống để có thể nối các đoạn ngắn theo chu vi thành vành vòm có chiều dài hoàn
chỉnh.
Cuốn ống thép bằng máy cuốn ba trục Chế tạo hoàn chỉnh đốt vành vòm
Vành vòm được tổ hợp trong nhà máy thành các đoạn lớn dài từ 15m-20m,
lắp thử để kiểm tra các thông số về kích thước trên cảng của nhà máy. Sau khi
kiểm tra sai số kích thước sẽ vận chuyển đường sông tới công trường để lắp đặt.
6
Lắp ráp thử sườn vòm trước khi vận
chuyển
Tổ hợp hoàn chỉnh giằng ngang
b. Công tác lắp đặt tại hiện trường
Trên cơ sở biện pháp thi công chỉ đạo, trong quá trình thi công đã thực hiện
điều chỉnh một số điểm nhằm tạo điều kiện kiểm tra và hoàn thiện công nghệ,
hợp lý hóa dây chuyền thi công để rút thời gian thi công kết cấu nhịp từ 24 tháng
xuống còn 18 tháng. Trình tự thi công được triển khai thành 73 bước thi công
chi tiết với các điều chỉnh như sau:
- Lắp đặt sườn vòm nhịp 80m và bơm bê tông vào trong vành vòm trước khi
lắp đặt sườn vòm nhịp 120m để hoàn thiện công nghệ lắp đặt, hàn các mối
nối tại hiện trường;
- Lắp đặt toàn bộ dầm ngang theo thứ tự nhịp 120m, nhịp 80m để duy trì dây
chuyền lắp dầm ngang, rút ngắn thời gian thi công;
- Lắp đặt hệ dầm dọc, dầm bản mặt cầu sau khi đã lắp đặt toàn bộ dầm
ngang;
- Tăng số đợt căng kéo cáp giằng từ 8 lượt trên mỗi sườn vòm lên 10 đến 12
lượt phù hợp với công tác lắp đặt dầm đúc sẵn và khống chế ứng suất trong
các bộ phận kết cấu vòm tại tất cả các thao tác thi công có ảnh hưởng tới
nội lực;
Tại công trường, các đoạn vành vòm, giằng ngang được lắp đặt bằng cẩu
nổi lên trên hệ thống đà giáo tạm, sau đó được hàn nối bằng mối nối hiện
trường. Riêng đoạn giữa nhịp 120m có chiều dài 53m được lắp đặt hoàn chỉnh
trên hệ nổi, được gia cố tạm bằng thanh căng tại chân đoạn vòm nhằm hạn chế
biến dạng trong quá trình nâng. Kết cấu được nâng lên vị trí bằng hệ thống kích
đa hành trình nhằm đảm bảo thời gian cấm đường thủy trên sông Đuống chỉ
trong phạm vi 12 giờ.
7
Lắp đặt sườn vòm tại hiện trường Lắp đặt đoạn vòm vượt khoang thông
thuyền bằng kích đa hành trình
Hệ thống kích đa hành trình cũng được dùng để nâng 94 phiến dầm ngang
nặng 120T từ mặt sông lên cao độ thiết kế với năng suất trung bình đạt 2 phiến
dầm/ngày. Toàn bộ công tác lắp đặt cấu kiện đúc sẵn gồm dầm ngang, dầm dọc,
bản mặt cầu với tổng khối lượng khoảng 20.000 tấn được thực hiện trong thời
gian chỉ 3 tháng.
Lắp đặt dầm ngang Lắp đặt hoàn chỉnh hệ mặt cầu
5. Kết luận
Dự án đường 5 kéo dài là một trong những dự án có quy mô lớn nhất do
thành phố thực hiện với hạ tầng hoàn chỉnh, đặc biệt là cầu Đông Trù qua sông
Đuống. Đây là cây cầu có tổng chiều rộng mặt cầu lớn nhất Việt Nam hiện nay,
đồng thời là cầu vòm ống thép nhồi bê tông liên tục 3 nhịp lần đầu áp dụng ở
Việt Nam do các đơn vị thiết kế, giám sát, thi công Việt Nam thực hiện. Trong
quá trình thực hiện dự án, Tư vấn thiết kế đã mạnh dạn áp dụng các giải pháp kỹ
thuật mới, đưa vào sử dụng các phần mềm mới bên cạnh các phần mềm phân
tích kết cấu thông dụng để phân tích cục bộ, ổn định kết cấu nhằm đảm bảo an
toàn công trình. Trong giai đoạn thi công, các bên tham gia dự án đã tích cực
8
phối hợp, đưa ra các điều chỉnh cần thiết nhằm từng bước hoàn thiện công nghệ,
đẩy nhanh tiến độ thi công đưa công trình có yêu cầu cao về kỹ thuật, thẩm mỹ
về đích đúng tiến độ Chủ đầu tư yêu cầu.
Cuối tháng 9/2014, công tác thi công và hoàn thiện công trình cơ bản hoàn
thành. Lễ thông xe kỹ thuật được tổ chức vào ngày 9/10/2014 là một hoạt động
có ý nghĩa lớn nhân dịp kỷ niệm 60 năm Giải phóng Thủ đô 10/10. Việc đưa vào
sử dụng Dự án đường 5 kéo dài sẽ tạo nên trục giao thông chính giúp phát triển
các khu công nghiệp cũng như đô thị phía Bắc sông Hồng theo đúng quy hoạch
chung của thành phố Hà Nội, giải quyết giao thông liên tỉnh từ Hải Phòng, Hải
Dương, Hưng Yên đi sân bay Nội Bài cũng như các tỉnh phía Tây Bắc được
thuận lợi hơn.
9