Một số nghiên cứu về cầu liền khối và khả năng áp dụng tại việt nam

TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

phần mở đầu

1. Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển của giao thông tại Việt Nam cũng nh trên toàn thế
giới hiện nay thì nhu cầu hiện đại hóa đờng bộ và đờng cao tốc ngày càng đợc
chú trọng, điều này đòi hỏi cần xây dựng một số lợng cầu lớn các cây cầu có
chiều dài nhịp trung và nhỏ. Nớc ta hàng năm giao thông vận tải chiếm hơn
50% vốn đầu t cho xây dựng cơ sở hạ tầng. Do đó việc nghiên cứu các loại vật
liệu mới, các kết cấu mới, áp dụng các quy trình mới, đòi hỏi phải đầu t thời
gian, công sức, tiền bạc để hoàn thiện, áp dụng cho phù hợp với điều kiện thực
tế của nớc ta.Tại nhiều nớc trên thế giới nh Anh, Mỹ, Canada... Cầu liền khối
đang là phơng án đợc sử dụng ngày càng phổ biến do có những u điểm lớn
trong việc xây dựng và bảo trì.
Cầu liền khối Integral bridges là một loại cầu không có khe co giãn,
không gối cầu, kết cấu dầm và mố đợc liên kết cứng với nhau, tạo thành một
khối thống nhất , mặt đờng đầu cầu và mặt đờng trên cầu liên tục không đứt
đoạn. Cầu liền khối ngày càng trở nên phổ biến khi các kỹ s tìm cách để giảm
tốn kém về các chi phí bảo dỡng, nh sự xâm nhập của nớc và sự ăn mòn qua
các mối nối và gối cầu, tuy nhiên đối với cầu liền khối, toàn bộ vật liệu và độ
cứng kết cấu cần đợc tính toán một cách sát thực tế, bởi vì sự phân phối tải
trọng phụ thuộc vào độ cứng của kết cấu, mà độ cứng của cầu liền khối phụ
thuộc vào tất cả các thành phần.
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhất là sự phát triển

của máy tính, các vấn đề phức tạp với những thuật toán thích hợp có thể đ ợc
giải quyết một cách dễ dàng. Tuy nhiên sự phát triển của cầu liền khối không
phải là do phơng pháp tính toán mà do sự thành công thực tế của loại cầu này.
Vì vậy, luận án tập trung nghiên cứu về cầu liền khối với tên đề tài là:
Một số nghiên cứu về cầu liền khối và khả năng áp dụng tại Việt Nam

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

1


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài

-

Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng cầu liền khối trên thế giới và Việt
Nam.

-

Cấu tạo các bộ phận của cầu, đặc điểm xác định, điều kiện nhiệt độ, thời
tiết, yêu cầu xây dựng

-

Nguyên lý tính toán và áp dụng tính toán với một cầu 1 nhịp L =33m.

-

Nhận xét về khả năng áp dụng cầu liền khối tại Việt Nam.

-

Kết luận và kiến nghị.

3. Phơng pháp nghiên cứu

-

Thu thập các tài liệu có liên quan về đề tài.
+ Các tài liệu, sách báo đã công bố trong nớc.
+ Các tài liệu nớc ngoài trên Internet.

-

Thu thập các hồ sơ, tài liệu về các loại cầu tơng ứng đã đợc thi công tại
Việt Nam phục vụ cho mục đích so sánh, đánh giá.

-

Đề nghị cấu tạo và lập sơ đồ tính.

-

Sử dụng các phần mềm, bảng tính.

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

2


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

chơng 1: tổng quan về cầu liền khối
1.1. Tổng quan về cầu liền khối trên thế giới và việt nam
Các cầu dầm thông thờng có rất nhiều vấn đề với các khe co giãn, nh các
khe co giãn trên trụ và trên mố. Các khe co giãn này qua quá trình sử dụng,
khai thác sẽ bị h hỏng, bong bật, dẫn đến độ bền giảm và hậu quả là giá thành
bảo dỡng, thay thế cao. Quá trình duy tu, bảo d ỡng các h hỏng này đợc tiến
hành trong suốt vòng đời khai thác của cầu.
Các chi tiết giữ khe co giãn có thể bị bong bật h hỏng và bị nới lỏng do các
xe nặng chạy qua. Nớc ngấm qua khe co giãn chảy xuống đầu dầm và tờng
đỉnh mố, trụ gây h hỏng cho đầu dầm và gối cầu. Khe co giãn có thể bị kẹt
cũng có thể gây đến các h hỏng cho các bộ phận chính của kết cấu chính.

Hình 1.1 : H hỏng khe co giãn tại mố trụ cầu

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

3


TRNG I HC XY DNG

LUN VN THC S K THUT

KHOA O TO SAU I HC

CHUYấN NGNH CU HM

Hình 1.2: Công tác bảo dỡng, thay thế khe co giãn.
Đối với cầu liền khối hoàn toàn sẽ không sử dụng gối cầu, nh vậy cũng
tránh đợc các h hỏng của gối cầu nh bị kẹt, bị rỉ sét và cũng không gây ảnh h ởng cho các bộ phận của kết cấu chính.
Nh vậy với các công trình có kết cấu toàn khối, sẽ giảm đáng kể việc chi phí
xây dựng ban đầu, chi phí bảo dỡng, thay thế và xe chạy êm thuận.
1.1.1. Tình hình áp dụng cầu liền khối trên thế giới
Cầu liền khối (Integral bridge) là một khái niệm còn mới tại Việt Nam, nh ng trên thế giới loại cầu này đã đợc xây dựng từ rất lâu. Tại Mỹ và Canada từ
những năm 1930 loại cầu này đã đợc tính toán và xây dựng.
Từ hình 1.3 đến hình 1.9 là hình ảnh của những cây cầu liền khối đã đ ợc
xây dựng tại Mỹ, Canada và Châu âu:

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH CẦU HẦM

H×nh 1.3: CÇu Big East River Brigde víi chiÒu dµi 63.4m, réng 13.96m

H×nh 1.4: CÇu Happy Hollow Creek lµ cÇu liÒn khèi cã chiÒu dµi lín nhÊt t¹i
Mü víi tæng chiÒu dµi lµ 358m

Häc viªn: Lª Huy Hßa- MSHV: 1109211 – Líp: Cao Häc CÇu HÇm – T9/2011

5


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

Hình 1.5: Cầu liền khối tại Texas có dầm thép (Mỹ)

Hình 1.6: Cầu liền khối đang xây dựng tại Mỹ

Hình 1.7: Cầu liền khối một nhịp tại Thuỵ Điển

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

6


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

Hình 1.8: Cầu liền khối nhiều nhịp tại Canada

Hình 1.9: Cầu liền khối ba nhịp tại Alleghany (Mỹ)
Ngày nay cầu liền khối có thể đợc xây dựng với tổng độ dài cầu đến 358m
đối với cầu bê tông, còn đối với cầu thép thì đến 198m.
1.1.2. Tình hình áp dụng cầu liền khối tại Việt Nam và một số dạng cầu t ơng tự.
Tại Việt Nam hiện nay vẫn cha áp dụng cầu liền khối, nhng cũng có một số
loại cầu gần tơng tự, nh cầu mố trụ dẻo, cầu có mối nối liên tục nhiệt.

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

7


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

Cũng xuất phát từ nguyên nhân khe co giãn dễ h hỏng, bong bật, phải thay
thế, bảo dỡng trong suốt vòng đời cầu và tạo sự êm thuận cho xe chạy nên ng ời
ta thờng tạo mối nối liên tục nhiệt và để giảm khối l ợng vật liệu mố trụ cầu ngời ta làm cầu mố trụ dẻo.
1.1.2.1. Cầu mố trụ dẻo.

Hình 1.10: Sơ đồ kết cấu cầu mố trụ dẻo
Nguyên tắc làm việc của cầu mố trụ dẻo:
- Thân trụ, mố trụ có độ cứng nhỏ, kết cấu nhịp đợc liên kết chốt với mố trụ.
- Việc liên kết chốt đợc bố trí để cầu gồm nhiều liên liên tục, phân chia giữa
các liên gọi là trụ nhiệt độ.
- Khi có tải trọng dọc cầu, lực sẽ truyền lên tất cả các trụ, mố trong cùng
một liên. Lực trên mỗi trụ, mố tỷ lệ với độ cứng, trụ cứng nhất gọi là trụ neo.
Mố trụ dẻo có u điểm là giảm kích thớc mố trụ rất nhiều so với mố trụ nặng
do đó giảm khối lợng vật liệu, đơn giản cấu tạo và thi công.

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

8


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

Hình 1.11: Một số dạng trụ dẻo
Cầu có mố trụ dẻo áp dụng cho các nhịp nhỏ và trung bình (L 15m) và

chiều cao trụ không lớn lắm (h 7m), và qua các dòng nớc nhỏ không có cây
trôi và thuyền bè qua lại.
1.1.2.2. Cầu có mối nối liên tục nhiệt.
Trong cầu nhiều nhịp, để giảm số lợng khe co giãn, đảm bảo xe chạy êm
thuận có thể áp dụng cầu có mối nối liên tục nhiệt.

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

9


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

Hình 1.12: Cấu tạo của bản liên tục nhiệt
Cầu có mối nối liên tục nhiệt là kết cấu đợc tạo ra bằng chuỗi kết cấu nhịp
dầm hoặc dầm bản giản đơn nối với nhau ở bản mặt cầu sao cho d ới tác dụng
của lực dọc và nhiệt độ thì cầu làm việc nh hệ dầm liên tục, còn dới tác dụng
của tải trọng thẳng đứng thì dầm vẫn làm việc nh hệ dầm giản đơn.
Cầu có mối nối liên tục nhiệt thờng vẫn có khe co giãn tại đầu dầm và mố
cầu, do đó quá trình duy tu bảo dỡng vẫn phải tiến hành định kỳ.
1.2. cầu không khe co gi ãn và cầu liền khối
1.2.1. cầu không khe co gi ãn
Cầu không khe co giãn (Jointless Deck Bridge) là loại cầu không có
khe nối giữa kết cấu nhịp và mố trụ, nhng cầu không khe co giãn khác với cầu
liền khối là có gối di động đặt dới kết cấu nhịp, đảm bảo cho mố trụ cầu không

bị chuyển vị do sự co dãn của kết cấu nhịp d ới tác dụng của nhiệt độ, hoặc
chuyển vị do tác dụng của tải trọng: (hình 1.8); (hình 1.9).

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

10


TRNG I HC XY DNG

LUN VN THC S K THUT

KHOA O TO SAU I HC

CHUYấN NGNH CU HM

3

1
2

Hình 1.13: Mố cầu không khe co giãn dầm thép
3

1
2

Hình 1.14: Mố cầu không khe co giãn dầm bê tông
1 Dầm; 2 Gối cầu; 3 Kết cấu mặt đờng
1.2.1.1. u điểm của cầu không khe co gi ãn

Là cầu không có khe co giãn vì vậy không tốn chi phí làm khe co giãn ở hai
đầu cầu và các những kết cấu phụ liên quan đến chúng. Khe co giãn đắt tiền,
chi phí lắp đặt cao, giá thành sửa chữa, bảo dỡng, thay thế cũng đắt nh làm
mới.

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

11


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

Việc thảm lại mặt đờng đợc tiến hành định kỳ cũng yêu cầu phải bảo d ỡng,
thay thế khe co giãn, vì khi thảm lại mặt đ ờng thờng khe co giãn cũng đến thời
kỳ bảo dỡng thay thế, hoặc do mặt đờng thảm mới đợc nâng cao.
u điểm này đợc xác nhận do các kinh nghiệm ở Mỹ, ngời ta thấy rằng chi phí
đầu t ban đầu của các cầu liền khối rẻ hơn các cầu có khe co giãn t ơng đơng
cùng loại, ngay cả khi tính đến các kết cấu phụ để đảm bảo tính liên tục của
kết cấu.
Lợi ích do giảm chi phí bảo dỡng và giảm nguy cơ h hỏng do bong bật và rỉ
khe co giãn, đó là những h hỏng khó định lợng, nhng về tổng thể thì tất cả
những u điểm có lợi là chủ yếu.
Cầu không khe co giãn sử dụng gối cầu nên có u điểm đặc biệt là đảm bảo
cho mố trụ không bị chuyển vị khi kết cấu nhịp co giãn d ới tác dụng của tải
trọng và nhiệt độ.

Ngoài các u điểm chính ở trên thì tùy thuộc vào từng loại cầu và cấu hình cụ
thể mà chúng có những u điểm khác nhau.
1.2.1.2. Nhợc điểm của cầu không khe co gi ãn
Cũng giống nh các loại cầu thông thờng, cầu không khe co giãn vẫn sử dụng
gối. Khi sử dụng gối cầu thì bụi bặm, đất, đá và rác r ởi có thể lấp đầy các hốc
có thể dẫn đến h hỏng các gối cầu. Gối cầu có giá thành đắt, việc lắp đặt thay
thế phức tạp, tốn kém.
Khi gối cầu h hỏng, kém tác dụng cũng có thể dẫn đến các h hỏng của các
bộ phận kết cấu chính.
Giống nh các cầu không liền khối thông thờng, cầu không khe co giãn cần
có lối đi vào để kiểm tra gối cầu định kỳ trong suốt tuổi thọ của cầu, và tạo
điều kiện thuận lợi khi cần nâng kích dầm để thay gối cầu.
1.2.2. cầu liền khối
Cầu Liền Khối (Integral Bridge) cũng gần giống cầu không khe co giãn,
tức là cầu không có khe co giãn tại đầu kết cấu nhịp và mố hoặc giữa các nhịp
với nhau. Tuỳ từng dạng cầu liền khối mà cầu có thể sử dụng gối cầu (hình
Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

12


TRNG I HC XY DNG

LUN VN THC S K THUT

KHOA O TO SAU I HC

CHUYấN NGNH CU HM

1.10) hoặc không sử dụng gối (hình 1.11). Khi cầu liền khối không sử dụng gối

thì kết cấu nhịp sẽ liên kết trực tiếp với kết cấu mố trụ cầu. [13]

4

1

2

3

Hình 1.15: Mố cầu liền khối có chốt thép (gối dạng chốt thép)
1 Dầm thép; 2 Chốt thép; 3 Cọc thép; 4 Bản quá độ

3

2

1

4

Hình 1.16: Mố cầu liền khối hoàn toàn (không sử dụng gối)
1 Dầm; 2 Mố cầu; 3 Bản quá độ; 4 Cọc thép
Cầu liền khối là loại cầu có tính liên tục về kết cấu, giữa kết cấu nhịp và mố
trụ. Không có dịch chuyển ngang tơng đối nào trên bất kỳ mặt tiếp giáp giữa
kết cấu nhịp và mố trụ cầu.
1.2.2.1. u điểm của cầu liền khối
Cầu liền khối cũng có u điểm giống nh cầu không khe co giãn, tức là không
có khe co giãn, dẫn đến giảm giá thành xây lắp cũng nh chi phí duy tu, bảo dỡng, thay thế.
Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

13


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

Khi thiết kế kết cấu phần dới việc kiềm chế tờng chắn của mố vào dầm cầu,
dẫn đến tờng chắn làm việc nh một cột chống và là một liên kết chống xoay, sẽ
dẫn đến có lợi về kinh tế khi thiết kế tờng thân (Stub wall)
Sức kháng đối với các tải trọng do sự cố sinh ra và do động đất: sự kiềm chế
đối với dầm cầu theo phơng dọc đợc tăng lên. Trong cầu liền khối có mố
khung, mô men kiềm chế sẽ cung cấp thêm đờng truyền tải chống lại các hiệu
ứng gây ra do sự cố và động đất. Đặc biệt khi xây dựng cầu trong khu vực động
đất thì sẽ tiết kiệm đợc đáng kể do không phải tăng chiều rộng bệ kê gối và
làm các kết cấu chống động đất.
Tại mặt cắt gối cầu (mặt cắt tơng ứng với cầu thông thờng) không xuất hiện
sự xoắn của kết cấu nhịp. Tờng mố đảm bảo cho tất cả các dầm cầu và toàn bộ
chiều rộng tờng xoay bằng nhau, và điều này dẫn đến sự phân bố tải trọng đều
hơn giữa các dầm. Vấn đề này trong các cầu bình th ờng đợc giải quyết bằng
các dầm ngang, và sự phân bố tải trọng xe giữa các dầm trong kết cấu nhịp sẽ
do dầm ngang quyết định.
Cầu liền khối có thể xây dựng nhanh hơn. Điều này đ ợc thể hiện rõ nhất đối
với các mố có móng cọc, chỉ cần dùng các cọc thẳng đứng, nh vậy việc thi
công sẽ đơn giản hơn rất nhiều và tăng nhanh thời gian thi công, vì khi thi công
cọc xiên sẽ phức tạp hơn rất nhiều và khó đảm bảo đ ợc độ xiên theo đúng yêu

cầu thiết kế.
Đối với cầu liền khối hoàn toàn (cầu liền khối có mố khung) thì giữa mố và
kết cấu nhịp liên kết liền khối với nhau (không sử dụng gối cầu). Điều này
cũng làm giảm đáng kể chi phí xây dựng ban đầu do không sử dụng gối cầu,
dẫn đến các chi phí nh: giá thành gối, lắp đặt, duy tu, bảo dỡng sẽ không phải
chi phí trong quá trình thi công cũng nh trong suốt vòng đời khai thác của cầu.
Không sử dụng gối cầu do vậy sẽ không có hiện tợng h hỏng gối nh bị rỉ sét,
kẹt, nh vậy sẽ không gây ảnh hởng đến các kết cấu chính của cầu.

1.2.2.2. nhợc điểm của cầu liền khối
Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

14


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

Ngoài những u điểm chính vừa nêu thì cầu liền khối có những nh ợc điểm
nh sau:
Cầu liền khối có bậc siêu tĩnh lớn do đó chịu tác động của nhiệt độ và các
ảnh hởng do co ngót và từ biến.
Mức độ kiềm chế do đất và khoảng cách t ơng đối với tờng chắn hoặc cọc có
thể giảm bớt nhng không bao giờ có thể loại bỏ đợc các chuyển vị do co dãn vì
các biến dạng nhiệt độ trong dầm cầu. Thực vậy, các nghiên cứu cho thấy có
một tỷ lệ đáng kể của các chuyển vị nhiệt tự do vẫn xẩy ra trong cầu liền khối.

Do đó sẽ là vô ích nếu cố ngăn chặn các chuyển vị nhiệt nh vậy bằng cách cố
gắng thiết kế mố cứng, nặng.
Khi chiều dài cầu lớn, các chuyển vị lớn, sẽ xuất hiện các vết nứt, các vết
nứt này phát triển trên mặt đờng tại vùng tiếp giáp giữa tờng chắn đầu cầu và
mặt đờng đầu cầu. Điều này sẽ làm cho nớc chảy xuống và ngấm vào phía sau
kết cấu, lâu ngày sẽ dẫn đến các h hỏng không lờng trớc đợc.
Sự chênh lệch về độ cứng theo phơng thẳng đứng giữa đờng và tờng cuối sẽ
tập trung một chuyển vị nào đó tại chỗ tiếp giáp. Kết quả là n ớc chảy trên đờng
chắc chắn sẽ tìm đợc các lối thoát qua các vết nứt chảy xuống lng tờng mố.
Đối với cầu có chiều dài lớn thì khó tạo đ ợc mối nối bền và thỏa mãn các
yêu cầu tại chỗ tiếp giáp giữa tờng chắn đầu cầu và kết cấu đờng.
Tờng trớc chuyển vị dới tác dụng xe chạy gây ra hiện tợng đất đắp đầu cầu
bị lún xuống, để giải quyết vấn đề này th ờng cấu tạo bản quá độ có kích thớc
lớn, dẫn đến xây dựng phức tạp và yêu cầu phải bảo d ỡng và sửa chữa trong
suốt quá trình sử dụng.
áp lực đất đẩy ngang sau mố thay đổi theo thời gian, do ảnh h ởng của tải
trọng và sự thay đổi nhiệt độ, vì vậy đất đắp sau mố sẽ bị chặt lại và lún xuống.
Sự thay đổi theo thời gian của áp lực đất đẩy ngang này cũng có thể gây ảnh h ởng cho kết cấu chính.

1.3. Tóm tắt chơng 1

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

15


TRNG I HC XY DNG

LUN VN THC S K THUT

KHOA O TO SAU I HC

CHUYấN NGNH CU HM

Từ những nghiên cứu trên ta thấy:
ở Việt Nam, để giảm bớt số lợng khe co giãn trên cầu ngời ta thờng làm
mối nối liên tục nhiệt. Cầu có mối nối liên tục nhiệt thờng chỉ liên tục tại các
vị trí trên trụ, còn vị trí tiếp giáp giữa đầu kết cấu nhịp và mố thì vẫn sử dụng
khe co giãn, do đó quá trình duy tu bảo d ỡng, thay thế khe co giãn vẫn phải
tiến hành định kỳ.
Ngoài ra để giảm khối lợng vật liêu mố trụ ngời ta áp dụng cầu có mố trụ
dẻo, nhng cầu có mố trụ dẻo chỉ thích hợp với những cầu có nhịp nhỏ, chiều
cao trụ không lớn, thích hợp làm cầu cạn, cầu thành phố và những sông suối
nhỏ không có cây trôi và thuyền bè qua lại.
Để giảm số lợng khe co giãn, khối lợng vật liệu và có các kết cấu toàn khối,
trên thế giới ngời ta đã và đang xây dựng các Cầu liền khối và Cầu không khe
co giãn, nhng ở Việt Nam thì hiện nay vẫn cha áp dụng hai loai cầu này.
Vì vậy việc nghiên cứu áp dụng cầu liền khối ở Việt Nam là một nhu cầu
thực tế.
Do cầu liền khối là một kết cấu toàn khối và có nhiều u điểm hơn so với Cầu
không khe co giãn, nên trong phạm vi luận án chỉ nghiên cứu cầu liền khối.

chơng 2
Cấu tạo các bộ phận và nguyên lý tính toán
cầu liền khối
Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

16

TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

2.1. Các vấn đề chung về cầu liền khối
Các mố liền khối đợc sử dụng để loại bỏ các khe co giãn giữa mố và đầu kết
cấu nhịp. Xây dựng mố liền khối nhằm đạt đ ợc một cây cầu không có khe co
giãn để thực hiện đợc các mục tiêu sau:
-

Tăng tuổi thọ, độ bền công trình

-

Các yêu cầu bảo trì, bảo dỡng tối thiểu

-

Tính kinh tế trong xây dựng

-

Tăng cờng sự an toàn và tính mỹ quan

Các mố liền khối thờng tựa trên một hàng cọc bằng thép hoặc bê tông. Việc
sử dụng một hàng cọc làm giảm độ cứng của mố và cho phép mố cầu dịch
chuyển song song theo chiều dọc của cầu, và cho phép loại bỏ các khe co giãn

và gối cầu mà mố vẫn có thể dịch chuyển dễ dàng. Khi áp lực đất tác dụng lên
mố cầu, mố cầu sẽ truyền lực lên kết cấu phần trên và các cọc.
Khái niệm cầu có mố liền khối dựa trên giả định rằng, do tính linh hoạt mềm
dẻo của các cọc, áp lực có thể đợc truyền tới kết cấu phần trên bằng gối cố
định hoặc bằng sự liên kết liền khối giữa dầm và mố. Sự thay đổi nhiệt độ sẽ
làm cho mố cầu chuyển dịch hoặc chuyển động quay.
Tiêu chuẩn thiết kế.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của tiêu chuẩn AASHTO LRFD và các chỉ tiêu kỹ
thuật của AASHTO bao gồm các tiêu chuẩn thiết kế chi tiết có thể áp dụng
Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

17


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

cho các mố liền khối. Gần đây có hai cách tiếp cận khác nhau về thiết kế các
mố liền khối.
Cách thứ nhất, một số nớc thiết kế các cọc của mố liền khối chỉ chịu đợc tải
trọng đối với mố, không xem xét đến hiệu quả của việc dịch chuyển ngang của
mố trên cọc và độ bền của cọc.
Cách thứ hai, tính toán sự tác động của các tải trọng khác nhau và đồng thời
tính toán sự dịch chuyển ngang của mố đến sức chịu tải của cọc.
Với cầu chéo (xiên)
áp lực đất tác động vuông góc với mặt phẳng mố cầu. Với các cầu chéo, áp

lực đất tác động lên hai mố cầu và gây ra hiện t ợng xoắn. Việc giới hạn góc
xiên sẽ làm giảm bớt hiện tợng xoắn trong cầu. Với các cầu chéo và liên tục,
mô men xoắn cũng phải đợc tính toán tăng thêm.
Ngoài ra, các góc xiên lớn có thể gây ra vỡ, rạn nứt trong một số mố cầu, và
gây ra sự quay và chuyển động do nhiệt độ phức tạp. Sự đứt gãy có thể đ ợc
giảm thiểu hoặc loại bỏ khi ta giới hạn góc xiên. Giới hạn góc xiên phải đ ợc
thiết kế chi tiết cho các mố có tờng cánh và bản quá độ.
Hiện nay không có các giới hạn góc xiên quy định cho các cầu liền khối, do
vậy khi thiết kế cầu liền khối có góc xiên thì phải đ ợc tính toán chi tiết, cụ thể
cho từng cầu cụ thể.
Sự liên kết ngang và hình dạng mặt bằng cầu.
Các mố cầu liền khối thờng đợc áp dụng cho các cầu thẳng, đối với cầu có
kết cấu phần trên cong, áp lực đất tác dụng lên mố cầu có thể là nguyên nhân
gây ra các sự cố. Đối với các cầu có bề rộng thay đổi, chiều rộng mố khác nhau
làm cho tác động của áp lực đất không cân bằng, nếu hai mố dịch chuyển cùng
một khoảng cách.
Độ dốc
Một số dạng cầu bắt buộc phải giới hạn độ dốc tối đa giữa các mố, các giới
hạn này nhằm giảm tác động của áp lực đất lên mố.
Trình tự thi công
Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

18


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT

CHUYấN NGNH CU HM

Thời điểm thi công: Để giảm thiểu biến dạng do thay đổi nhiệt độ, ng ời ta
thờng khống chế nhiệt độ tại thời điểm thi công và nhất là thời điểm đổ bê tông
nhịp chính. Vấn đề này tuỳ thuộc vào thời tiết, nhiệt độ của từng quôc gia sẽ có
quy định khác nhau.
Kết nối giữa dầm cầu và mố liền khối th ờng đợc đổ bê tông sau. Phần cuối
của bản mặt cầu và tờng sau mố thờng đợc đổ bê tông cùng một thời điểm.
Thi công mố liền khối có hai cách:
* Thi công một giai đoạn:
Trong trình tự thi công này, 2 cọc liền kề với dầm, mỗi cọc ở mỗi bên của
dầm. Thép góc nối hai cọc và dầm đợc đặt trên thép góc. Đầu mố trụ và cuối
dầm ngang hoặc tờng sau đợc đổ bê tông cùng thời điểm. Mố đợc đổ cùng thời
điểm mặt cầu khi nhịp cuối đợc thi công.

Hình 2.1: Bố trí thép trong cầu liền khối
* Thi công hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Một hàng cọc thẳng đứng đợc xây dựng, các cọc không có đờng danh giới với các dầm, phần trên của đầu cọc và phần d ới của đệm gối phía
dới dầm. Đỉnh cọc phải bằng phẳng, nhẵn ngay d ới vùng diện tích tiếp xúc của
Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

19


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

các dầm cầu và với độ rộng xấp xỉ 10cm xung quanh khu vực này. Các khu vực
khác đợc làm thô nháp.
- Giai đoạn 2: Sau khi đổ bản mặt cầu, loại trừ các phần của bản mặt cầu liền
kề với mố liền khối (xấp xỉ 120cm của bản mặt cầu từ mặt tr ớc của mố), điểm
cuối của tờng sau mố và phần cuối của các dầm cần đ ợc đổ bê tông sau. Phần
cuối của bản mặt cầu đợc đổ đồng thời với điểm cuối của dầm ngang.
Mô men âm kết nối giữa mố liền khối và kết cấu phần trên
Kết nối cứng giữa kết cấu phần trên và mố liền khối làm tăng mô men âm tại
vị trí này. Một số mố liền khối lớn thì bản mặt cầu đứt gãy song song với mố
tại mặt cắt cuối của bản do thiếu các cốt thép chịu mô men âm. Sự đứt gãy này
đợc khắc phục bởi các cốt thép tăng thêm tại điểm kết nối bản mặt cầu với mặt
sau của mố cầu. Cốt thép đợc thiết kế chịu đợc mô men tối đa và có thể truyền
tải trọng từ mố liền khối tới kết cấu phần trên. Mô men này đ ợc chia đều cho
tổng mô men của các cọc của mố liền khối. Chiều cao thiết kế cốt thép có thể
đợc tính từ chiều cao dầm cộng thêm độ dày của bản mặt cầu.
Tờng cánh
Tờng cánh mố song song với trục dài của cầu, đợc sử dụng kết hợp với các
mố liền khối, giữa mố và tờng cánh tạo vút để giảm co ngót của bê tông và
tránh sự thay đổi tiết diện đột ngột.

2.2. Cấu tạo các bộ phận cầu liền khối
Cầu liền khối có thể có cấu tạo một nhịp (Hình 2.1), hai nhịp (Hình 2.2), ba
nhịp (Hình 3.3)...: (Sơ đồ bố trí dọc cầu)

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

20

TRNG I HC XY DNG

LUN VN THC S K THUT

KHOA O TO SAU I HC
Lbqd
6

CHUYấN NGNH CU HM

Lm

L

Lbqd

Lm

7

7

5

1

2
4

6

5

2

3

3

4

Hình 2.2. Cầu Liền Khối một nhịp
1 Dầm; 2 Mố cầu; 3 Cọc; 4 Rãnh thoát nớc; 5 Bản quá độ;
6 Gioăng atphan; 7 Lớp phủ mặt cầu
L bqd Chiều dài bản quá độ; L m Chiều dài mố; L Chiều dài nhịp

Lbqd
6

Lm

L

L

Lbqd

Lm

7

7

5

1

2
4

3

6
5

2
3

8

4

Hình 2.3. Cầu Liền Khối hai nhịp
1 Dầm; 2 Mố cầu; 3 Cọc; 4 Rãnh thoát nớc; 5 Bản quá độ;
6 Gioăng atphan; 7 Lớp phủ mặt cầu; 8 Trụ cầu

Lbqd
6

Lm

L2

L1

L2

Lbqd

Lm

7

7

5

1

2
4

3

8

5

2
8

6

3

4

Hình 2.4. Cầu Liền Khối ba nhịp
1 Dầm; 2 Mố cầu; 3 Cọc; 4 Rãnh thoát nớc; 5 Bản quá độ;
Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

21


TRNG I HC XY DNG

LUN VN THC S K THUT

KHOA O TO SAU I HC

CHUYấN NGNH CU HM

6 Khe nối; 7 Lớp phủ mặt cầu; 8 Trụ cầu
L bqd Chiều dài bản quá độ; L m Chiều dài mố; L1 Chiều dài nhịp giữa;
L2 Chiều dài nhịp biên.
2.2.1. Mố cầu liền khối
Mố cầu liền khối có ba dạng nh sau:
+ Mố khung, mố có chốt và mố kê
a.

Mố khung: (Hình 2.4)

Cầu có mố khung đợc coi là cầu liền khối hoàn toàn với các t ờng mố làm

việc cùng với đất bao quanh mố, nh vậy sẽ khai thác đợc sức kháng của đất để
chịu tải trọng ngang khi uốn. Ngoài ra các bộ phận mố trụ chịu các tải trọng
dọc trục là lực thẳng đứng từ kết cấu nhịp.
Với mố khung sẽ kiềm chế chống chuyển vị do đất giữa móng và đỉnh mố
khung, nhng mức độ kiềm chế thì phụ thuộc vào đặc tính của đất và hình dạng
hình học của mố.

Hình 2.4 trình bày các hiệu ứng chuyển vị do nhiệt độ và hoạt tải trên cầu
gây ra.
a)

1

2

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

22


TRNG I HC XY DNG

LUN VN THC S K THUT

KHOA O TO SAU I HC

CHUYấN NGNH CU HM

b)

1

2

Hình 2.5: Cầu liền khối có mố khung
a: Chuyển vị do giãn nở vì nhiệt
b: Chuyển vị do tải trọng thẳng đứng
1 Dầm; 2 Mố cầu;
b.

Mố có chốt (Pinned Integeral Bridges) (Hình 2.5)
Trong cầu liền khối có mố khung, chuyển vị do nhiệt độ và tải trọng trên cầu

gây ra đờng cong ngợc tại đầu tờng mố và yêu cầu về khả năng chịu mô men
thích hợp tại chỗ liên kết, do đó bố trí cốt thép phức tạp trong t ờng đỉnh và các
dầm để chịu mô men và truyền lực.

Hình 2.6: Một dạng cấu tạo cầu liền khối có chốt
Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

23


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT

CHUYấN NGNH CU HM

Việc đa chốt vào chỗ liên kết giữa dầm và mố sẽ loại bỏ các mô men uốn lớn
ở đầu cầu. Điều này có thể có hiệu quả, một gối chốt t ơng đối đơn giản có thể
đợc sử dụng.
Hình 2.5 trình bày các hiệu ứng chuyển vị do nhiệt độ và hoạt tải trên cầu
gây ra trên cầu sử dụng mố có chốt.
a)

1

3

1

3

2

b)

2

Hình 2.7: Cầu liền khối mố có chốt
a: Chuyển vị do giãn nở vì nhiệt
b: Chuyển vị do tải trọng thẳng đứng
1 Dầm; 2 Mố cầu; 3 Gối cầu
c.

Cầu liền khối trên mố kê (Bankseat) (Hình 2.7).

Mố kê là một cấu tạo thông thờng đối với các cầu đờng bộ. Mố kê có thể là

một phần của cầu liền khối bằng cách liên kết hoàn toàn với dầm cầu để tạo

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

24


TRNG I HC XY DNG

KHOA O TO SAU I HC

LUN VN THC S K THUT
CHUYấN NGNH CU HM

nên sự liên tục hoá kết cấu. Vì mố kê chỉ ngồi trên đất nên móng có thể dịch
chuyển tơng đối với đất do dầm cầu co dãn và có thể xoay dới tác dụng của tải
trọng trên cầu.
Mố cầu gồm tờng chắn liên kết ngang qua đầu các dầm cầu và móng nông,
có chức năng trụ đỡ thẳng đứng cho dầm cầu và là kết cấu chống đỡ bên cho
kết cấu đờng liền kề.
Một điển cần lu ý khi chọn cầu liền khối có mố kê là mặt móng tựa trên đất
có thể bị trợt dới tác dụng của các tổ hợp tải trọng, bao gồm cả biến dạng nhiệt
đáng kể và cũng có thể bị xoay khi cầu bị võng dới tác dụng của hoạt tải.
Tuỳ thuộc loại đất khi tính toán do biến dạng nhiệt, đất có thể bị tác động
bởi các dịch chuyển có chu kỳ, nh vậy cần phải xét đến việc giảm cờng độ
chịu lực của đất nền, vì vậy khi chọn c ờng độ đất nền cho phép cần phải tính
toán một cách phù hợp.
Lún dài hạn có thể sinh ra ở đầu cầu nh vậy, do đó cầu liền khối có mố kê

chỉ nên sử dụng ở những nơi đất có cờng độ cao và tổng chiều dài cầu nhỏ.
Chiều dài cầu ngắn có các dịch chuyển đầu cầu và các chuyển vị xoay d ới tải
trọng ít hơn.
a) Chuyển vị do giãn nở vì nhiệt độ

Học viên: Lê Huy Hòa- MSHV: 1109211 Lớp: Cao Học Cầu Hầm T9/2011

25