Bài giảng Nghiên cứu công nghệ thi công trụ cầu có chiều cao lớn - Nguyễn Minh Hùng

Nội dung text: Bài giảng Nghiên cứu công nghệ thi công trụ cầu có chiều cao lớn - Nguyễn Minh Hùng

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG – XÂY DỰNG CẦU HẦM MÃ SỐ: 60.58.02.25 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CÓ CHIỀU CAO LỚN Học viên thực hiện: Trần Kiên Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Minh Hùng
2. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CÓ CHIỀU CAO LỚN MỞ ĐẦU 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
3. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CÓ CHIỀU CAO LỚN MỞ ĐẦU
4. MỞ ĐẦU * Cùng với sự phát triển của ngành giao thông ở nước ta, nhu cầu xây dựng cầu trong đô thị, đồng bằng và miền núi ngày càng nhiều. Trong đó có rất nhiều cầu vượt qua vực sâu, sông lớn, yêu cầu thiết kế trụ cầu cao. * Hiện nay chúng ta thi công những trụ cầu rất cao vượt sông, suối cả ở thành phố cũng như miền núi. Lựa chọn công nghệ thi công ván khuôn thế nào cho hợp lý để đảm bảo chất lượng, tiến độ thi công cũng như hợp lý về kinh tế là một vấn đề cần được nghiên cứu. * Với những yêu cầu như thế, học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ thi công trụ cầu có chiều cao lớn”
5. MỞ ĐẦU Mục đích, ý nghĩa và phạm vi nghiên cứu * Mục đích của đề tài là đưa ra những phân tích và lựa chọn công nghệ thi công ván khuôn cho trụ cầu cao. * Ý nghĩa của việc nghiên cứu nhằm tính toán và lựa chọn phương án ván khuôn hợp lý trong việc thi công trụ cầu cao, đặc biệt là các công trình ở miền núi, có diện tích thi công nhỏ hẹp và phụ thuộc nhiều vào mùa mưa lũ. * Đề tài tập trung nghiên cứu vào công nghệ thi công và tính toán ván khuôn đối với trụ cầu bê tông cốt thép tiết diện đặc.
6. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CÓ CHIỀU CAO LỚN MỞ ĐẦU 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO
7. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 1.1 Một số công trình có trụ cầu cao ở Việt Nam 1.1.1 Cầu Pá Uôn * Cầu Pá Uôn nằm trên Quốc lộ 279 bắc qua Sông Đà thuộc địa bàn Huyện Quỳnh Nhai, Tỉnh Sơn La. * Cầu chính bắc qua lòng chủ sông Đà, Cầu Pá Uôn được thiết kế khá đặc biệt có trụ cầu cao đến gần 100m. Kết cấu trên là Cầu khung dầm liên tục với sơ đồ: (75+4x130+75)m, dầm hộp một ngăn BTCTDUL thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng.
8. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO Hình 1.1: Tổng thể dự án cầu Pá Uôn – Sơn La
9. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 1.1 Một số công trình có trụ cầu cao ở Việt Nam 1.1.1 Cầu Pá Uôn * Cầu Pá Uôn là cây cầu có trụ cao nhất Việt Nam bắc qua sông Đà. Đây là dự án được xếp vào cấp đặc biệt quan trọng do kết cấu trụ cầu lớn, biện pháp thi công mới và tiến độ thi công hết sức gấp rút để phục vụ cho vùng Tây Bắc rộng lớn khi thủy điện Sơn La đi vào hoạt động các tổ máy phát điện, đồng thời tạo ra tuyến giao thông kết nối ngắn nhất giữa hai tỉnh Lai Châu và Sơn La. * Do cầu nằm trong vùng lòng hồ thủy điện Sơn La, phía thượng lưu là thủy điện Lai Châu nên trụ chính được thiết kế lên đến 98 m.
10. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 1.1 Một số công trình có trụ cầu cao ở Việt Nam 1.1.1 Cầu Pá Uôn * Trụ cầu Pá Uôn được thi công đúc từng đốt một, bằng công nghệ ván khuôn hỗn hợp, ván khuôn bán trượt và ván khuôn trượt. * Trong phần Cầu chính có 3 trụ khung. Trụ T6, trụ T7 và trụ T8 trong đó trụ T7 và trụ T8 là cao nhất tương ứng là 107,0m và 104,0m. * Để thi công các trụ cầu cao như vậy các Nhà thầu Việt nam đã sử dụng các cần cẩu tháp vận thăng cao hơn 116,0m để thi công lắp dựng cốt thép, ván khuôn.
11. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 1.1 Một số công trình có trụ cầu cao ở Việt Nam 1.1.1 Cầu Pá Uôn Thi công Trụ T6 Cầu Pá Uôn – Sơn La
12. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 1.1 Một số công trình có trụ cầu cao ở Việt Nam 1.1.2 Cầu Vĩnh Thịnh – Sơn Tây * Cầu Vĩnh Thịnh là một vị trí quan trọng trên tuyến đường bộ kết nối thị xã Sơn Tây với đường cao tốc Hà Nội - Lào Cai và từ thành phố Vĩnh Yên đến đường Hồ Chí Minh. * Cầu Vĩnh Thịnh trên QL2C bắc qua Sông Hồng được thiết kế 4 làn xe chạy. Điểm đầu dự án chính là nút giao bằng vòng xuyến với QL32 Đoạn tuyến vượt sông Hồng có yêu cầu thông thuyền hai nhịp rộng 80m, cao 10m. * Do mang tính chất thông thuyền lớn, nên trụ cầu Vĩnh Thịnh là tương đối cao so với các cây cầu khác. Giải pháp thi công trụ được phía nhà thầu đưa ra là sử dụng ván khuôn trượt.
13. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 1.1 Một số công trình có trụ cầu cao ở Việt Nam 1.1.3 Cầu tàu điện trên cao Cát Linh – Hà Đông * Là tuyến tầu điện chạy trên cao tại giải phân cách giữa các tuyến đường Hào Nam, Hoàng Cầu, Nguyễn Trãi, Hà Đông, Yên Nghĩa. Tầu điện có 12 ga đón tiễn khách, khởi đầu là ga Cát Linh (quận Đống Đa), điểm cuối là ga Yên Nghĩa (quận Hà Đông). * Hiện nay tuyến đường tầu Cát Linh – Hà Đông đang gấp rút thi công các trụ cầu có chiều cao từ 5,5 – 12,7m. Đặc biệt đoạn Nút giao Nguyễn Trãi – Khuất Duy Tiến có trụ cao lên đến 16,5m.
14. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 1.2 Các công trình có trụ cầu cao trên thế giới 1.2.1 Cầu cạn Millau * Là một cây cầu cạn bắc qua sông Tarn gần Millau ở miền nam nước Pháp. Đây là cây cầu có trụ cao nhất thế giới. Trong đó có trụ tháp P2 và P3 có chiều cao lần lượt là 244,96 và 221,05m. Trụ tháp kỷ lục cao nhất thế giới nằm ở trụ P2 tính từ bệ móng tới đỉnh tháp là 343m. 1.2.2 Cầu Chillon – Thụy Sĩ * Cầu Viaduc de Chillon là một cầu cạn ở Thụy Sĩ. Cầu cạn bao gồm hai cầu đơn có chiều rộng 12 mét (39ft). Hai cầu cạn với tổng chiều dài 2.150 mét (7.050ft) ở độ cao 100 mét (330ft) trên mặt hồ. Các trụ hỗ trợ từ 3 đến 45 mét (148ft) và nhịp 92 mét, 98 mét, 104 mét.
15. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 1.2 Các công trình có trụ cầu cao trên thế giới 1.2.3 Những vấn đề còn tồn tại trong thiết kế và thi công trụ cầu cao. * Trên thực tế trụ cầu Pá Uôn có thiết kế trụ đặc biệt nhưng khi đưa vào khai thác ta thấy, vấn đề khảo sát thiết kế chiều cao cầu chưa bảo đảm an toàn trong mùa mưa lũ khi nước dâng cao, tầu thuyền không thông thương được. Bản thân trụ hình chữ H các giằng ngang và hai thành tường sẽ làm vướng mắc cây trôi trong mùa lũ nước chảy xiết, khi mắc nhiều cây gây ra lực cản lớn có thể gây ảnh hưởng đến sự làm việc của cầu.
16. 1.2 Các công trình có trụ cầu cao trên thế giới 1.2.3 Những vấn đề còn tồn tại trong thiết kế và thi công trụ cầu cao. * Trong quá trình thi công nảy sinh vấn đề Cấp phối bê tông M600 nhưng lại gây ra nứt dăm, nguyên nhân là do lớp bảo vệ bề mặt bê tông và cốt thép quá mỏng vì vậy khi đổ bê tông chủ yếu là vữa cát và xi măng lọt ra ngoài bề mặt gây ra nứt dăm ảnh hưởng đến chất lượng công trình. * Ván khuôn thiết kế với chiều cao chưa hợp lý (từ 3,0 đến 4,5m). Vì vậy phải chia thành nhiều đợt đổ bê tông, tốn khá nhiều thời gian thi công lắp đặt, luân chuyển ván khuôn.
17. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CÓ CHIỀU CAO LỚN MỞ ĐẦU 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO
18. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2.1 Các biện pháp thi công trụ cầu cao 2.1.1 Biện pháp thi công sử dụng ván khuôn DOKA * Cây cầu cáp đầu tiên ở Maine đang được xây dựng bởi Công ty Cianbro, Reed LLC trên hệ ván khuôn DOKA thi công các cột tháp cao 420 feet. Cầu mới sẽ bắc qua sông Penobscot và thay cho cầu cũ Waldo-Hancock hiện nay. * Suốt quá trình thi công các cột tháp thấp hơn, các nhà thầu đã sử dụng gần 5300 ft2 ván khuôn dầm gỗ DOKA kiểu Top 50 kết hợp với cần cẩu nâng hệ khuôn leo DOKA kiểu MF 240. * Hệ ván khuôn Top 50 đã được lựa chọn do chúng rất linh hoạt đáp ứng mọi yêu cầu của công việc.
19. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2.1 Các biện pháp thi công trụ cầu cao 2.1.1 Biện pháp thi công sử dụng ván khuôn DOKA * Đối với các cột tháp bên trên, DOKA lại cung cấp hệ khuôn leo MF240 và 4.900 ft2 ván khuôn Top 50 đã được lắp đặt, được nâng cấp với hệ giàn đỡ đặc biệt nhằm hạn chế các mối nối ướt ván khuôn đối với các đợt đổ bê tông cao tới 15 feet 6 inch. * Hệ khuôn leo MF240 cho phép tháo dỡ, làm sạch và chuẩn bị ván khuôn để sử dụng lại tại chỗ. Mỗi thao tác chỉ mất một nửa ngày lao động. Mỗi đợt đổ điển hình cho cột tháp phía trên cao tới 15 feet 6 inch và bê tông được đổ theo chu trình tuần. * Để sở hữu 1 bộ ván khuôn của hãng DOKA Top50 ta phải chi phí tầm 262.500 - 290.000 EUR, tương đương 8 tỷ VND/bộ.
20. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2.1 Các biện pháp thi công trụ cầu cao 2.1.1 Biện pháp thi công sử dụng ván khuôn DOKA * Tuy nhiên với giá thành chi phí cho bộ ván khuôn của hãng DOKA mà áp dụng cho công trình cầu ở Việt Nam là không hợp lý và hiệu quả. Vì vậy định hướng của học viên đưa là: Chất lượng phải bảo đảm đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, thời gian thi công rút ngắn và hiệu quả kinh tế. * Giải pháp mà học viên đưa ra là lựa chọn công nghệ thi công thân trụ, dựa trên ba bộ ván khuôn thi công trụ cầu Pá Uôn, để tìm ra giải pháp thi công nhằm rút ngắn về tiến độ cũng như hiệu quả về kinh tế (chi phí sản xuất là thấp nhất).
21. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2.2 Công nghệ thi công trụ cầu Pá Uôn * Việc bảo đảm yêu cầu kỹ thuật dự án là yêu cầu bắt buộc, mặt khác các trụ T6, T7, T8 với kết cấu tường bản BTCT, trụ cao gần 100m lần đầu tiên áp dụng thực hiện tại Việt Nam. Việc quản lý chất lượng thi công xây dựng các hạng mục công trình mang ý nghĩa đặc biệt quan trọng và cần thiết. * Khi bắt đầu thi công Trụ T6 được sử dụng bộ ván khuôn hỗn hợp gỗ và thép (mặt ván là gỗ cốp pha dày 2,5cm, khung sương bằng thép). Trụ T7 sử dụng bộ ván khuôn bán trượt bằng thép. Trụ T8 sử dụng bộ ván khuôn bằng thép.
22. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2.2 Công nghệ thi công trụ cầu Pá Uôn Ván khuôn trụ T6
23. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2.2 Công nghệ thi công trụ cầu Pá Uôn Ván khuôn trụ T7
24. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2.2 Công nghệ thi công trụ cầu Pá Uôn Ván khuôn trụ T8
25. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2.2 Công nghệ thi công trụ cầu Pá Uôn Trong quá trình thi công, công tác thi công trụ T6, T8 bộc lộ những khó khăn. - Tấm ván gỗ trong quá trình thi công những mộng gỗ, chốt cá rất rễ dập, nứt, gãy cá không bảo đảm độ kín khít gây mất nước xi măng, làm rỗ và nứt bề mặt bê tông. - Với chiều cao từng đợt đổ bê tông từ 3,5 đến 4,5m nếu sử dụng ván khuôn mặt gỗ dán fooc mi ca là rất tốn kém, công việc lắp dựng ván khuôn tốn nhiều thời gian hơn, nếu kéo dài ảnh hưởng đến tiến độ thi công.
26. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CÓ CHIỀU CAO LỚN MỞ ĐẦU 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT
27. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT 3.1 Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật. Tên trụ Khối Khối Chia Thời Chi phí tính Ghi chú và lượng Bê lượng đốt gian thi cho 1 bộ Ván Chiều tông Ván khuôn công khuôn thép cao trụ thân trụ khuôn (Đốt) (Ngày) (Đông̀ ) (M) (M3) (M2) 14.833,84 3Thep+́ 3VK+1BT T6 2.556,0 4341,5 18 187 x 42.000đ +3Chờ CĐBT 67,534 = 623.021.280 15.320,34 3Thép+2VK+1BT T7 3.250,6 5.566,0 19 171 x 42.000đ= +3Chờ CĐBT 81,950 643.345.280 14.833,84 3Thép+3,5VK+1BT T8 2.899,0 4058 20 199,5 x 42.000đ +3Chờ CĐBT 79,409 = 623.021.280
28. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT 3.1 Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật. * Từ bảng so sánh nhận thấy các công tác lắp dựng cốt thép, công tác đổ bê tông hay chờ bê tông đạt cường độ đều diễn ra giống nhau. Sự khác biệt nằm ở thời gian luân chuyển và lắp dựng ván khuôn thân trụ. Với cùng công nghệ và cùng mức chi phí giá thành bộ Ván khuôn thân trụ 623.021.280 đồng, của Nhà thầu Công ty Cầu 1 và Công ty Cầu 5 Thăng Long. Tổng thời gian thi công là tương đương nhau cứ 3 ngày thì luân chuyển và lắp dựng xong 1 bộ Ván khuôn. Nhưng với Công ty Cầu 479 Tổng 4 với mức chi phí cho bộ ván khuôn là 643.345.280 đồng, lớn hơn 20 triệu đồng so với Công ty Cầu Thăng Long, thì hiệu quả về mặt thời gian là rất nhanh, đã rút ngắn được 30 ngày khi thi công trên một công trường.
29. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT 3.1 Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật. * Như vậy, vấn đề đặt ra là: Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề ra, Giá thành hợp lý nhất và thời gian thi công phải là nhanh nhất. Trong 3 yếu tố kể trên, học viên cho rằng thời gian thi công quyết định đến sự thành công hay thất bại của công trình, xét về mặt hiệu quả kinh tế. Vì khi thời gian thi công nhanh việc chi phí vốn đầu tư nhanh, việc thu hồi vốn nhanh, thì giảm lãi vay Ngân hàng, điển hình như tại Công trình cầu Pá Uôn, Công ty 479 thi công nhanh hơn hai nhà thầu của Công ty Cầu 5 Thăng Long 1 tháng. Vì vậy giảm được 1 tháng lương chi phí Nhân công, chi phí máy móc thiết bị và chi phí quản lý cho 1 hạng mục thân trụ là gần 100 triệu đồng.
30. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT 3.1 Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật. * Từ hiệu quả kinh tế khi thi công trụ cầu cao Pá Uôn trên, học viên kiến nghị, đề xuất thiết kế phương án thi công ván khuôn trụ bán trượt tiêu chuẩn với chiều cao 5 m, khi thi công các trụ cầu cao. Việc áp dụng ván khuôn trụ với chiều cao tiêu chuẩn này vừa đảm bảo kỹ thuật thi công, đẩy nhanh tiến độ thi công và đảm bảo tính kinh tế tối ưu cho các nhà thầu trong việc thi công những trụ cầu cao từ 50m trở lên. Việc tính toán chi tiết học viên xin được trình bày ở phần tiếp theo của luận văn.
31. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT 3.2 Tính toán thiết kế hệ ván khuôn tiêu chuẩn * Như đã đề cập ở phần trên, trong phần này học viên sẽ đưa ra cấu tạo và tính toán cho bộ ván khuôn trượt với giá thành chi phí hợp lý để thi công các công trình có trụ cầu cao. Việc tính toán được chia làm hai phần: tính toán chịu lực của bộ ván khuôn và khái toán giá thành chi phí sản xuất bộ ván khuôn.
32. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT 3.2 Tính toán thiết kế hệ ván khuôn tiêu chuẩn * Hệ ván khuôn thép được tính toán từ chọn bề dày ván khuôn, khoảng cách giữa các thanh nẹp được tính toán theo cường độ và chuyển vị. * Học viên tính toán cho một bộ ván khuôn với chiều cao mỗi đốt đổ là 5,0m. Hệ ván khuôn là hệ ván khuôn dạng bán trượt. * Chi phí giá thành tính toán cho 1 bộ ván khuôn là: 17.768,78 x 58.000 = 1.031.633.240(đồng). * Nếu so sánh giá thành chi phí cho một bộ ván khuôn của hãng DOKA là thấp hơn rất nhiều. Với giá thành này, các nhà thầu Việt Nam có thể có những giải pháp kinh tế hơn khi thi công những trụ cầu cao.
33. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CÓ CHIỀU CAO LỚN MỞ ĐẦU 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 2. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG TRỤ CẦU CAO 3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
34. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A-Kết luận 1. Trong xu thế phát triển công trình cầu ở Việt Nam hiện nay, có nhiều cây cầu sử dụng loại trụ có chiều cao lớn. Việc nghiên cứu và tính toán lựa chọn phương án thi công trụ cầu là rất cần thiết. 2. Đối với các giải pháp thi công trụ cầu cao thì việc lựa chọn giải pháp sử dụng bộ ván khuôn trượt tiêu chuẩn là hợp lý về mặt kinh tế cũng như tiến độ thi công đề ra. 3. Bộ ván khuôn trượt tiêu chuẩn nên sử dụng đối với những trụ cầu có chiều cao từ 50-100m. Vì với chiều cao của bộ ván khuôn là 5,0m, việc sử dụng bộ ván khuôn cho những trụ thấp hơn là không kinh tế.
35. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ B-Kiến nghị: Qua nghiên cứu và dẫn chứng bằng công trình cầu cụ thể, học viên xin được kiến nghị các công trình cầu trong nước trong tương lai, có thể đưa phương án ván khuôn trượt tiêu chuẩn vào thi công đối với các trụ cầu cao từ 50-100m, hoặc làm phương án so sánh nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm thời gian thi công cho nhà thầu. Xin chân thành cảm ơn !