Tổng quan cầu sử dụng bản liên tục nhiệt trên thế giới và ở việt nam

GVHD : Ts. Lê Thò Bích Thuỷ

Luận Văn Thạc Só

CHƯƠNG I :

TỔNG QUAN CẦU SỬ DỤNG BẢN LIÊN TỤC – NHIỆT
TRÊN THẾ GIỚI & Ở VIỆT NAM
1.1 Giới thiệu chung :
Quá trình tiến tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đòi hỏi ngành Xây
dựng Cầu Đường phải đi đầu nhằm từng bước xây dựng, hoàn thiện và phát triển
hệ thống hạ tầng kỹ thuật làm tiền đề cho tất cả các ngành khác phát triển.
Những cầu được xây dựng từ hàng nghìn năm nay. Theo dòng lòch sử, công
nghệ xây dựng cầu đã không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu xây dựng các
công trình cầu vượt được nhòp lớn, chòu được tải trọng lớn : như cầu dây văng, cầu
dây võng, cầu khung T nhòp đeo…. Tuy nhiên đối với những công trình không cần
thiết phải xây dựng nhòp lớn như cầu vượt qua các đường ngang, các nút giao
thông trong đô thò, cấp sông có khổ thông thuyền nhỏ, trong những trường hợp
này sử dụng cầu BTCT nhòp giản đơn là hợp lý.
Trong các dự án xây dựng cầu BTCT nhòp giản đơn người ta thường sử dụng
rộng rải kết cấu nhòp có số lượng khe biến dạng càng ít càng tốt. Dầm giản đơn
thường được áp dụng rất phổ biến trong xây dựng cầu ở nước ta bởi tính cơ giới
hoá, tiêu chuẩn hoá, tính dễ lắp đặt, lao lắp phù hợp với trình độ các đơn vò thi
công trong nước hiện nay. Việc tiếp tục phát triển công nghệ theo hướng này áp
dụng cho các cầu không có nhu cầu thông thuyền và không có nhu cầu vượt khẩu
độ lớn vẫn là giải pháp kinh tế nhất. Song thực tế các công trình cầu nhòp giản
đơn, các khe co giãn thường bò bong bật làm giảm khả năng khai thác, tạo ra các
xung kích lớn khi xe cộ chạy qua các vò trí này. Do đó để khai thác được tối đa
loại hình giản đơn nhiều nhòp cần phải được nghiên cứu hoàn thiện hơn nữa.
Với mục đích nâng cao các đòi hỏi về điều kiện xe chạy, tạo thuận lợi tối đa
trong khai thác công trình cầu, cần giảm số lượng khe co giãn và chi phí bảo

dưỡng khe co giãn trên cầu. Vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu giải pháp nối liên
tục các dầm giản đơn thành hệ liên tục sao cho vẫn đảm bảo khai thác êm thuận,
không gây khó khăn cho thi công và đảm bảo các mục đích nêu trên.
Để giải quyết những yêu cầu nêu trên, bản liên tục – nhiệt là giải pháp hợp
lý được lựa chọn. Bản liên tục – nhiệt dùng cho xây dựng cầu trên đường ôtô và
thành phố bằng bêtông cốt thép và bêtông cốt thép kết hợp thép là kết cấu được
tạo ra bằng các chuỗi kết cấu nhòp dầm hoặc dầm bản giản đơn nối với nhau ở
mức bản mặt cầu sao cho dưới tác dụng của lực dọc và nhiệt độ thì cầu làm việc
như hệ dầm liên tục, còn dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng vẫn làm việc như
hệ dầm giản đơn. Kết cấu nối phải đảm bảo tính liên tục của lớp áo mặt cầu và
tiếp nhận nội lực sinh ra trong một chuỗi của kết cấu nhòp mà không cản trở đến
sự quay của đầu dầm [5].
HVTH : Lê Quốc Đạt

Trang 3


Luận Văn Thạc Só

GVHD : Ts. Lê Thò Bích Thuỷ

1.2 Tổng quan cầu sử dụng bản liên tục-nhiệt trên thế giới và ở Việt Nam :
Tại Mỹ, Alampalli và Yannotti đã khảo sát 105 cầu sử dụng kết cấu bản
liên tục trong đó 72 cầu dầm bêtông và 33 cầu dầm thép đã cho thấy các cầu đều
đảm bảo điều kiện khai thác theo các yêu cầu thiết kế trừ một số nứt nhỏ trên
bản mặt cầu. Mặc dù Alampalli và Yannotti đã đề xuất nghiên cứu kỹ hơn nhằm
hoàn thiện việc tính toán thiết kế và thi công bản liên tục, nhưng cũng đã kết
luận rằng xét một cách tổng thể nhóm các cầu sử dụng bản liên tục - nhiệt có tình
trạng làm việc tốt hơn nhóm các cầu dùng khe co giãn [12].
Caner và Zia (1998) đã tiến hành các nghiên cứu, phân tích thực nghiệm đối

với sự làm việc của bản mặt cầu liên tục – nhiệt và đề xuất phương pháp tính
toán cho loại kết cấu bản liên tục này. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy bản
liên tục này chòu biến dạng uốn dưới tác dụng của tải trọng nhiều hơn là biến
dạng dọc. Các vết nứt đã được phát hiện ở phía trên của bản dưới tác dụng của
mômen âm trong điều khai thác. Đối với các nhòp dầm thép độ mở rộng vết nứt
lớn nhất đo được là 0,305mm tương ứng với 40% tải trọng cực hạn và 0,672mm
ứng với 67% tải trọng này. Điều đó cho thấy trên kết cấu xuất hiện các ứng suất
kéo phụ thêm do tác động của co ngót từ biến và nhiệt độ. Vì vậy bề rộng vết nứt
của bản liên tục – nhiệt phải được tính toán khống chế hết sức cẩn thận [12].
Tại Michigan, cầu vượt qua đường Interstate 94 ở Ypsilanti đã xây dựng
xong và đưa vào khai thác. Tuy nhiên sự làm việc không tốt mối nối giữa 2 nhòp,
làm cho nước thấm xuống có khả năng gây hư hỏng nghiêm trọng cho kết cấu
bên dưới nếu không kòp thời sửa chữa [14].

Hình 1.1 : Mối nối giữa hai nhòp giản
đơn của cầu bò hư hỏng

HVTH : Lê Quốc Đạt

Hình 1.2 : Kết cấu bên dưới của cầu bò
hư hỏng

Trang 4


Luận Văn Thạc Só

GVHD : Ts. Lê Thò Bích Thuỷ

Để khắc phục nhược điểm này vào tháng 7/2005, với sự đồng ý của lãnh đạo

trong ngành giao thông ở Michigan, khoa giao thông vận tải đã kết hợp với nhà
thầu cầu Trung Đông và Công ty bêtông Clawson đã cho phá vỡ toàn bộ bản mặt
cầu và xây lại bản mặt cầu mới trong đó mối nối giữa hai nhòp giản đơn người ta
dùng bản nối liên tục – nhiệt. Bêtông dùng cho bản nối liên tục - nhiệt là bêtông
cốt sợi cường độ cao (ECC), thời gian thi công cho công tác sửa chữa này khoảng
4 tháng. Một số hình ảnh về quá trình thi công thay thế bản mặt cầu liên tục nhiệt
của cầu vượt qua đường Interstate 94 ở Michigan [14].

Hình 1.3 : Ban gạt mặt bêtông asphal trước
khi phá vỡ bản mặt cầu

Hình 1.4 : Dùng xe cẩu để phá vở mặt
cầu bêtông cốt thép

Hình 1.5 : Phá vở xong bản mặt cầu

Hình 1.6: Lắp đặt ván khuôn bản mặt cầu

Hình 1.7 : Lắp đặt cốt thép bản mặt cầu để
đổ bêtông

Hình 1.8 : Đổ bêtông xong bản mặt cầu
phần không liên tục nhiệt

HVTH : Lê Quốc Đạt

Trang 5


Luận Văn Thạc Só

GVHD : Ts. Lê Thò Bích Thuỷ

Hình 1.9 : Đổ bêtông mặt cầu phần bản nối
liên tục nhiệt

Hình 1.10 : Hoàn thiện công tác đổ
bêtông phần bản nối liên tục nhiệt

Hình 1.11 : Sửa chữa lại kết cấu bên dưới
của cầu

Hình 1.12 : Hoàn thiện bản mặt cầu và
cho xe lưu thông

Tại Mỹ, kết cấu bản liên tục nhiệt được sử dụng không chỉ cho các cầu xây
mới mà còn áp dụng để thay thế các khe co giãn đã bò hư hỏng của các cầu hiện
hữu có yêu cầu cải tạo, nâng cấp. Theo như hiệp hội đường bộ Mỹ, vào năm 2010
sẽ có tới 42% số cầu trên đường ôtô của Mỹ cần được nâng cấp cải tạo với chi phí
ước tính lên đến 50tỷ đô la (Ashley, 1996) [12].

Hình 1.13 : Cầu vượt qua đường AT&SF ở Mỹ sử dụng bản liên tục nhiệt
HVTH : Lê Quốc Đạt

Trang 6


GVHD : Ts. Lê Thò Bích Thuỷ

Luận Văn Thạc Só

Về loại hình nối liên tục kết cấu nhòp, hiện nay có rất nhiều phương pháp và
loại hình nối liên tục kết cấu nhòp từ các nhòp cầu giản đơn tùy theo dạng dầm
(dầm chữ T, chữ I, dầm super T ...) [10]. Các quốc gia trên thế giới cũng có kiểu
nối khác nhau :
Ở Úc tồn tại hai dạng nối liên tục nhiệt. Một là dùng giải pháp nối bản mặt
cầu giống giải pháp đã thực hiện ở cầu Mỹ Thuận. Hai là, nối liên tục trên dầm
ngang [10]. Việc sử dụng bản liên tục nhiệt ở đây được dùng rất phổ biến và đã
chứng tỏ được những ưu điểm trong suốt quá trình sử dụng lâu dài [5].
Ở Đức và Nga : giải pháp đặt ra chủ yếu là nối bản liên tục – nhiệt và chỉ có
kết cấu bản mặt cầu chòu toàn bộ nội lực phát sinh do hoạt tải và tónh tải giai
đoạn hai cùng tác động khác như co ngót, từ biến, thay đổi nhiệt độ [10].

Hình 1.14 : Cấu tạo bản liên tục nhiệt cầu Mỹ
Thuận (Theo dạng của Úc)

Hình 1.15 : Cấu tạo bản liên tục nhiệt
cầu Thăng Long (Theo dạng của Nga)

Tại Việt Nam kết cấu nhòp liên tục – nhiệt được áp dụng đầu tiên cho mặt
cầu dẫn đường ôtô cầu Thăng Long dưới sự trợ giúp kỹ thuật của các chuyên gia
Liên Xô trước đây. Cầu gồm 4 làn xe theo sơ đồ : 32,546+21x32,7+11 ở bờ Bắc
và 32,546+20x31,7+11 ở bờ Nam. Các nhòp 2 – 8 trên mặt bằng được đặt theo
hình cong đưa tuyến đường ôtô lệch khỏi đường tim cầu chính một góc 21,540.
Cầu dẫn bờ Bắc dài 729,7m, bờ Nam dài 697m, cộng chiều dài hai bờ 1426,7m,
nếu kể cả phần cầu chính thì tổng chiều dài đường ôtô trên cầu là 3114,7m. Đặc
điểm của cầu dẫn đường ôtô là mặt cầu liên tục (BTCT) với một khe co giãn trên
trụ 6. Các nhòp được liên kết thành một hệ thống liên tục nhiệt bằng cách đổ
bêtông nối liền mặt cầu của hai nhòp kề nhau [7], [10]. Chiều dài của chuỗi liên
tục nhiệt :

-

Chiều dài chuỗi dẫn bờ Bắc là 522,37m;

-

Chiều dài chuỗi dẫn bờ Nam là 489,67m;

-

Chuỗi ngắn bờ Bắc và bờ Nam bằng 194,96m.

HVTH : Lê Quốc Đạt

Trang 7


Luận Văn Thạc Só

GVHD : Ts. Lê Thò Bích Thuỷ

Hình 1.16 : Các nhòp giản đơn được liên tục của Cầu Thăng Long

Cầu Mỹ Thuận : dài 1535m, gồm cầu chính 660m theo kiểu cầu cáp dây
văng với hai trụ tháp chính hình chữ H cao 123,5m, mỗi trụ cách nhau 350m và
cách bìa biên của cầu mỗi bên 150m, với ba nhòp mà nhòp giữa là nhòp thông tàu
bè, hai nhòp hai bên có chiều dài 150m/mỗi nhòp. Các nhòp cầu dẫn, dùng dầm
giản đơn super Tee, chiều dài mỗi nhòp 40m được liên tục hoá bởi các bản mặt
cầu đổ tại chổ do đó loại bỏ được các khe co giãn trong các nhòp giản đơn và tạo
sư êm thuận cho xe chạy, chiều dài liên tục nhiệt 440m (11nhòp) là điểm đặc biệt

của kết cấu cầu dẫn. Tuy nhiên các ảnh hưởng do từ biến, co ngót và thay đổi
nhiệt độ lại gây bất lợi đặc biệt cho các trụ cứng hoặc nằm xa tâm chuỗi. Do đó
cần phải nghiên cứu để khống chế các ảnh hưởng này [5].

Hình 1.17 : Nhòp chính và các nhòp dẫn được liên tục cầu Mỹ Thuận.

HVTH : Lê Quốc Đạt

Trang 8


Luận Văn Thạc Só

GVHD : Ts. Lê Thò Bích Thuỷ

Một số cầu nằm trên quốc lộ 18 như cầu Cầm, cầu cạn nhà ga sân bay Quốc
tế Nội Bài, cầu Gián Khẩu, cầu Mai Pha, Chi Lăng trên quốc lộ 1A, cầu Tân Đệ
trên Quốc lộ 10 bắc qua Sông Hồng nối giữa hai tỉnh Nam Đònh và Thái Bình,
cầu Quý Cao… đều sử dụng bản liên tục nhiệt.

Hình 1.18 : Các nhòp giản đơn của cầu
Quý Cao được liên tục.

Hình 1.19: Bản mặt cầu Tân Đệ được liên
tục.

Một số cầu ở Thành phố Hồ Chí Minh như Cầu Long Kiểng nằm trên
Hương lộ 34 huyện Nhà Bè, dài 280m, gồm 3 chuỗi liên tục nhiệt : 2 chuỗi 4 nhòp
24,54m, và 1 chuỗi gồm 2nhòp 24,54m +1nhòp 33m và một số cầu nằm trên Quốc
lộ 1A như cầu An Lập (liên tục 2nhòp 24,54 + 1nhòp 33m), cầu Bình Thuận … đều

sử dụng bản liên tục nhiệt, chiều dài chuỗi liên tục của các cầu này từ 4 nhòp trở
lại.

Hình 1.20 : Kết cấu nhòp giản đơn của cầu
An Lập được liên tục nhiệt.

Hình 1.21 : Kết cấu nhòp giản đơn của
cầu Bình Thuận được liên tục nhiệt.

Ngoài những cầu bêtông cốt thép sử dụng bản liên tục nhiệt, một số công
trình cầu giàn thép cũng sử dụng bản liên tục nhiệt như cầu Chương Dương bắc
qua Sông Hồng ở Hà Nội, cầu dài 1230m gồm 21nhòp : 11nhòp thép và 10nhòp
HVTH : Lê Quốc Đạt

Trang 9


Luận Văn Thạc Só

GVHD : Ts. Lê Thò Bích Thuỷ

bêtông, cầu Bến Thuỷ bắc qua sông Lam dài 650m nối hai tỉnh Nghệ An và Hà
Tónh. Phần bản bêtông liên hợp với dầm dọc hệ mặt cầu cũng được nghiên cứu
nối liên tục trong từng liên dầm.

Hình 1.22 : Cầu Chương Dương có bản
bêtông cốt thép liên hợp được liên tục nhiệt

Hình 1.23 : Cầu Bến Thuỷ có bản bêtông
cốt thép liên hợp được liên tục nhiệt

Tổng kết các cầu đã sử dụng bằng bản liên tục nhiệt cho đến nay chất lượng
rất tốt, nổi bật nhất như ở phần nhòp dẫn cầu Thăng Long [5].

HVTH : Lê Quốc Đạt

Trang 10