12
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 1

5. TEDI - Cau Dong Tru

Embed Size (px)

DESCRIPTION

tham luan cau dong tru

Citation preview

Page 1: 5. TEDI - Cau Dong Tru

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

Page 2: 5. TEDI - Cau Dong Tru

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

Page 3: 5. TEDI - Cau Dong Tru

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

Page 4: 5. TEDI - Cau Dong Tru

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

Page 5: 5. TEDI - Cau Dong Tru

- 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

Page 6: 5. TEDI - Cau Dong Tru

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

Page 7: 5. TEDI - Cau Dong Tru

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

Page 8: 5. TEDI - Cau Dong Tru

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

Page 9: 5. TEDI - Cau Dong Tru

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