Phân tích và đánh giá công nghệ móng cọc ống thép (SPP) dự án Tân Vũ Lạch Huyện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
****

****

TRẦN NGỌC TUẤN

PHÂN TÍCH VÀ ðÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ MÓNG CỌC
ỐNG THÉP TRỤ CẦU DẪN PHÍA CÁT HẢI - DỰ ÁN
XÂY DỰNG ðƯỜNG Ô TÔ TÂN VŨ - LẠCH HUYỆN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
****
****

TRẦN NGỌC TUẤN

PHÂN TÍCH VÀ ðÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ MÓNG CỌC
ỐNG THÉP TRỤ CẦU DẪN PHÍA CÁT HẢI - DỰ ÁN
XÂY DỰNG ðƯỜNG Ô TÔ TÂN VŨ - LẠCH HUYỆN

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM
MÃ SỐ: 60.58.02.05

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:
PGS.TS. NGUYỄN THỊ MINH NGHĨA

Hà Nội – 2018


LỜI CẢM ƠN
ðể hoàn thành luận văn này, tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự giúp ñỡ ñóng góp ý
kiến của các thầy cô ở khoa Công trình và phòng sau ñại học Trường ðại học Giao
thông Vận tải, các bạn ñồng nghiệp cùng tập thể lớp cao học khóa 23.1 – Chuyên
ngành Xây dựng Cầu hầm ñã cung cấp kiến thức, tài liệu và các thông tin có liên
quan ñến ñề tài này.
ðặc biệt tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo hướng dẫn
PGS.TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa – Trường ðại học Giao thông Vận tải ñã tận tình
giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thiện luận văn này.
Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn ñến bố mẹ và gia ñình tôi, những người
luôn ở bên cạnh an ủi và là nguồn ñộng viên to lớn cho tôi vượt qua mọi khó khăn
ñể hoàn thành khóa học này.
Trong khuôn khổ một luận văn Thạc sỹ xây dựng CTGT, chắc chắn chưa ñáp
ứng ñược một cách ñầy ñủ những vấn ñề ñã nêu ra, mặt khác do trình ñộ bản thân
còn nhiều hạn chế. Tôi xin chân thành cảm ơn và tiếp thu nghiêm túc những ý kiến
ñóng góp của các nhà khoa học và các bạn ñồng nghiệp.

Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2018
Tác giả

Trần Ngọc Tuấn

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................3
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................8
DANH MỤC HÌNH VẼ ...........................................................................................9
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT ..................................12
PHẦN MỞ ðẦU ........................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của ñề tài .......................................................................................1
2. ðối tượng nghiên cứu............................................................................................2
3. Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................2
4. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài ............................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................2
6. Kết cấu của luận văn .............................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG MÓNG TRỤ CẦU TRÊN THẾ
GIỚI VÀ VIỆT NAM ...............................................................................................3
1.1. Sơ lược về tình hình phát triển các dạng móng trụ cầu lớn trên thế giới và
Việt Nam.....................................................................................................................3
1.1.1. Giới thiệu chung ..........................................................................................3
1.1.2. Những nghiên cứu trước ñây về phương pháp mỹ quan trong thiết kế trụ
cầu ..........................................................................................................................4
1.1.3. Phân loại phương pháp mỹ quan trong thiết kế trụ cầu ............................4
1.1.4. Khía cạnh hình ảnh trong thiết kế mỹ quan trụ cầu..................................5
1.1.5. Một số cây cầu có mỹ ñẹp ở Việt Nam [14]...............................................12
1.2. Các dạng móng cơ bản áp dụng trong công trình cầu ñường .....................17
1.2.1. Móng nông .................................................................................................17
1.2.2. Móng sâu ....................................................................................................18
1.2.2.1. Móng giếng chìm .................................................................................18
1.2.2.2. Móng giếng chìm hơi ép ......................................................................19
1.2.2.3. Móng cọc .............................................................................................21
1.3. Sơ lược tình hình áp dụng dạng móng cọc ống thép ở trên Thế giới và Việt
Nam

28

1.3.1. Ứng dụng các dạng móng cọc ống thép ở các nước trên thế giới ...........28
1.3.2. Ứng dụng các dạng móng cọc ống thép ở trong nước .............................32


1.3.2.1. Cảng Quốc tế Cái Mép – Thị Vải, Vũng Tàu: [10]; [12]; [14] ..........32
1.3.2.2. Cảng nước sâu Gemalink – Cái Mép; Vũng Tàu [10]; [14] ..............33
1.3.2.3. Cảng xuất sản phẩm – Nhà máy lọc dầu Dung Quất, Quảng Ngãi [12]
..........................................................................................................................34
1.3.2.4. Cảng Sơn Dương - Formosa - Hà Tỉnh: [10] ....................................34
1.3.2.5. Cầu Bính - Hải Phòng: [10]; [12]; [14] ............................................35
1.3.2.6. Cầu Thanh Trì - Hà Nội: [14]; ..........................................................36
1.3.2.7. Cầu Nhật Tân - Hà Nội [12] ...............................................................39
1.4. Kết luận chương 1 ............................................................................................44
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ TRÌNH TỰ THI CÔNG
MÓNG CỌC ỐNG THÉP CHO MỐ TRỤ CẦU ðƯỜNG..............................46
2.1. ðặt vấn ñề .........................................................................................................46
2.2. Tổng quan về cọc ống thép (Steel pipe piles - SPP) ......................................47
2.3. Lý thuyết thiết kế móng cọc ống thép dạng ñơn ...........................................52
2.3.1. Nguyên lý thiết kế [8] .................................................................................52
2.3.2. Phân tích kết cấu .......................................................................................52
2.3.2.1. Tổng quát .............................................................................................52
2.3.2.2. Phương pháp mô hình hệ khung ..........................................................53
2.3.2.3. Phương pháp chuyển vị .......................................................................54
2.3.3. Khả năng chịu tải của cọc theo ñất nền ...................................................55
2.3.3.1. Tổng quan ............................................................................................55
2.3.3.2. Xác ñịnh khả năng chịu lực .................................................................55
2.3.3.3. Công thức xác ñịnh khả năng chịu lực tĩnh.........................................56

2.3.3.4. Công thức xác ñịnh khả năng chịu cọc theo thí nghiệm tải trọng tĩnh
..........................................................................................................................58
2.3.4. Khả năng chịu tải của cọc theo vật liệu kết cấu cọc ................................61
2.3.5. Khả năng chịu tải của cọc theo phương ngang .......................................62
2.3.5.1. Dự báo khả năng cọc chịu tải ngang theo lý thuyết ............................62
2.3.5.2. Xác ñịnh khả năng cọc chịu tải ngang theo thí nghiệm hiện trường ..65
2.3.6. Hệ số ñàn hồi (ñộ cứng lò xo) của cọc theo phương ñứng và ngang [8] 67
2.3.6.1. Tổng quát .............................................................................................67
2.3.6.2. Hệ số ñàn hồi của cọc theo hướng dọc trục ........................................67


2.3.6.3. Hệ số ñàn hồi của cọc theo hướng ngang KH .....................................70
2.3.7. Trình tự thiết kế móng cọc ống thép .........................................................70
2.4. Tổng quan về trình tự thi công móng cọc ống thép dạng ñơn [2]; [3] ........71
2.4.1. Phương pháp thi công cọc bằng búa ñóng ...............................................72
2.4.1.1. Thiết bị thi công ...................................................................................72
2.4.1.2. Máy ñóng cọc ......................................................................................73
2.4.1.3. Búa ñóng cọc .......................................................................................74
2.4.2. Phương pháp thi công cọc bằng búa rung ...............................................82
2.4.2.1. Nguyên lý của búa rung.......................................................................83
2.4.2.2. Lựa chọn búa rung ..............................................................................83
2.4.2.3. Thi công ...............................................................................................85
2.5. Kết luận chương 2 ............................................................................................86
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH VÀ ðÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ THI CÔNG MÓNG
CỌC ỐNG THÉP TẠI TRỤ CẦU DẪN PHÍA CÁT HẢI - DỰ ÁN XÂY
DỰNG ðƯỜNG Ô TÔ TÂN VŨ - LẠCH HUYỆN .............................................87
3.1. Tổng quan về dự án ñường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện [13] ........................87
3.1.1. ðiều kiện tự nhiên Thành phố Hải Phỏng ...............................................87
3.1.2. Hiện trạng giao thông thành phố Hải Phòng ..........................................89
3.2. Dự án ñường Tân Vũ - Lạch Huyện ...............................................................93

3.2.1. Giới thiệu chung về dự án ñầu tư xây dựng ñường Tân Vũ - Lạch Huyện
...............................................................................................................................93
3.2.1.1. Phạm vi dự án ......................................................................................93
3.2.1.2. Kết cấu nhịp cầu dẫn Phía Cát Hải [13] ............................................94
3.2.1.3. Tiến ñộ thi công trụ móng và kết cấu phần trên cầu dẫn Cát Hải ....101
3.2. 2. ðiều kiện ñịa chất phía cầu dẫn Cát Hải [13] .......................................102
3.2.2.1. ðặc ñiểm ñịa hình, ñịa mạo ..............................................................102
3.2.2.2. ðặc ñiểm ñịa tầng .............................................................................102
3.3. ðánh giá công nghệ thi công móng cọc ống thép (SPP) trụ cầu dẫn phía
Cát Hải 105
3.3.1. Ưu ñiểm của cọc ống thép so với các loại cọc ñang ñược áp dụng tại Việt
Nam ....................................................................................................................105


3.3.2. So sánh cọc ống thép với cọc khoan nhồi thiết kế trụ cầu dẫn phía Cát
Hải - dự án Tân Vũ - Lạch Huyện ....................................................................108
3.3.2.1. Sơ ñồ bố trí cọc..................................................................................108
3.3.2.2. Tải trọng thiết kế tính toán móng trụ cầu P86 ..................................109
3.3.2.3. Tính toán sức chịu tải của cọc ống thép ñơn và cọc khoan nhồi ......110
3.3.2.4. Tính toán lựa chọn kích thước móng ứng với cọc ống thép SPP ......113
3.3.2.5. Tính toán lựa chọn kích thước móng ứng với cọc khoan nhồi ..........113
3.3.2.6. ðề xuất phương án lựa chọn cọc ống thép sử dụng cho trụ cầu P86
........................................................................................................................113
3.3.3. Trình tự thi công cọc ống thép trụ P86 [14] ...........................................117
3.4. Kết luận chương 3 ..........................................................................................118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................119
1) Kết luận ..............................................................................................................119
2) Kiến nghị ............................................................................................................120
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................121
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN .......................................................................................123

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Mặt cắt trụ cầu ............................................................................................6
Bảng 1.2. ðặc tính về chất liệu và bề mặt của vật liệu trong trụ cầu........................10
Bảng 1.3. Phân loại và kích thước các loại cọc PC, PHC .........................................26
Bảng 1.4. Bảng thống kê thiết bị sử dụng [14] .........................................................37
Bảng 2.1. Ký hiệu cấp cọc ống thép .........................................................................48
Bảng 2.2. Thành phần hóa học ..................................................................................49
Bảng 2.3. Tính chất cơ học .......................................................................................49
Bảng 2.4. Kích thước và khối lượng ñơn vị ..............................................................50
Bảng 2.5. Bảng lựa chọn hệ số Cp .............................................................................69
Bảng 2.6. Các thiết bị chủ yếu dùng trong thi công cọc bằng búa rung ...................83
Bảng 3.1. Thông số hình học lỗ khoan BP-90 và chỉ tiêu cơ lý tính toán cọc ........104
Bảng 3.2. Ưu ñiểm của cọc ống thép [14] ..............................................................106
Bảng 3.3. ðộ sâu thi công có thể của cọc ống thép [14].........................................106
Bảng 3.4. So sánh khả năng chịu tải cực hạn của cọc ống thép [14] ......................107
Bảng 3.5. Sơ ñồ bố trí cọc [13] ...............................................................................108
Bảng 3.6. Bảng tổng hợp hệ số tải trọng ñưa vào tính toán ...................................109
Bảng 3.7. Bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng tác dụng xuống ñịnh bệ .......................109
Bảng 3.8. Bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng tác dụng xuống ñáy bệ.........................110
Bảng 3.9. Bảng tổng hợp kết quả tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo ñất
nền ...........................................................................................................................111
Bảng 3.10. Bảng tổng hợp kết quả tính toán sức chịu tải của cọc ống thép ñơn theo
ñất nền .....................................................................................................................112
Bảng 3.11. Bảng thống kê sức chịu tải cọc ống thép ứng với các ñường kính cọc và
so sánh chi phí thiết kế cho trụ P86 ........................................................................114
Bảng 3.12. Bảng thống kê sức chịu tải cọc khoan nhồi ứng với các ñường kính cọc
và so sánh chi phí thiết kế cho trụ P86 ....................................................................115

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của cầu và ñiển hình trụ cầu dầm [14]...................4
Hình 1.2. Phân loại khía cạnh hình ảnh trong thiết kế mỹ quan trụ cầu .....................5
Hình 1.3. Phân loại các kiểu ñường ............................................................................6
Hình 1.4. Thể hiện hình dạng trụ theo phương dọc cầu [14] ......................................7
Hình 1.5. Mẫu chức năng và mẫu ñiêu khắc ...............................................................7
Hình 1.6. Công nghệ ñiều chỉnh mẫu của trụ cầu .......................................................8
Hình 1.7. Quy trình thiết kế, lựa chọn mầu sắc cho trụ cầu ........................................9
Hình 1.8. Bóng mờ và bóng ñổ làm nổi bật kết cấu..................................................11
Hình 1.9. Hình khối và diện mạo trụ.........................................................................11
Hình 1.10. Cầu Long Biên ........................................................................................12
Hình 1.11. Cầu Vĩnh Tuy ..........................................................................................12
Hình 1.12. Cầu Bãi Cháy ..........................................................................................13
Hình 1.13. Cầu Thuận Phước ....................................................................................14
Hình 1.14. Cầu Rồng .................................................................................................14
Hình 1.15. Cầu Thị Nại .............................................................................................15
Hình 1.16. Cầu Phú Mỹ.............................................................................................15
Hình 1.17. Cầu Mỹ Thuận.........................................................................................16
Hình 1.18. Cầu Cần Thơ ...........................................................................................16
Hình 1.19. Cầu Pá Uôn .............................................................................................17
Hình 1.20. Một số dạng móng nông thường áp dụng ...............................................18
Hình 1.21. Sơ ñồ hạ giếng chìm ................................................................................19
Hình 1.22. Trình tự hạ móng Giếng chìm hơi ép ......................................................20
Hình 1.23. Móng cọc trong trụ cầu ...........................................................................22
Hình 1.25. Quy trình thi công cọc khoan nhồi ..........................................................24
Hình 1.26. Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước PC, PHC ............................................26
Hình 1.27. Sân bay quốc tế Tokyo (Sân bay Haneda) [12]; [14]..............................29
Hình 1.28. Bản vẽ chung Cầu Tokyo Gate [12]........................................................31
Hình 1.29. ðặc ñiểm ñịa chất và xử lý nền các trụ Cầu Tokyo Gate [12] ................31

Hình 1.30. Cọc ống thép D800; D900; D1000mm tại Cảng Cái Mép – Thị Vải .....33
Hình 1.31. Cọc ống thép D812.8mm tại Cảng Container Gemalink ........................34


Hình 1.32. Cọc ống thép D600mm ñóng xiên 1:4 tại Dung Quất ............................34
Hình 1.33. Phối cảnh vị trí Cảng Sơn Dương ...........................................................35
Hình 1.34. Cọc ống thép D900mm và D1000mm tại Cảng Sơn Dương ..................35
Hình 1.35. Vòng vây thi công trụ cầu Thanh Trì [14] ..............................................37
Hình 1.36. Trình tự thi công vòng vây ống thép (Cầu Thanh Trì) [14] ....................39
Hình 1.37. Kết cấu trụ tháp chính và hiện trạng thi công cầu Nhật Tân [14] ...........41
Hình 1.38. Sơ ñồ cấu tạo giếng cọc cho trụ tháp P13 – Cầu Nhật Tân [14] .............42
Hình 1.39. Biện pháp hạ cọc ống thép cho cầu Nhật Tân [14] .................................43
Hình 1.40. Trình tự thi công bệ móng P12 cầu Nhật Tân [14] .................................43
Hình 2.1. Phạm vi áp dụng cọc ống thép trong các công trình xây dựng [14] .........47
Hình 2.2. Cấu tạo của ống [4] ...................................................................................48
Hình 2.3. Mô hình phân tích hệ khung .....................................................................54
Hình 2.4. Mô hình phương pháp chuyển vị .............................................................54
Hình 2.5. ðồ thị xác ñịnh sức kháng mũi cọc [8] .....................................................57
Hình 2.6. Sơ ñồ bố trí thiết bị thí nghiệm .................................................................60
Hình 2.7. Biểu ñồ quan hệ tải trọng - chuyển vị [13] ...............................................60
Hình 2.8. Sơ ñồ bố trí thiết bị thí nghiệm tải trọng ngang của cọc [13] ...................66
Hình 2.9. Biểu ñồ quan hệ tải trọng - chuyển vị tải trọng ngang của cọc .................66
Hình 2.10. Biểu ñồ phân tích ngược xác ñịnh tải trọng ngang của cọc dựa vào số
liệu thí nghiệm ở hiện trường [13] ............................................................................67
Hình 2.11. ðường cong tải trọng - ñộ lún ñầu cọc ...................................................68
Hình 2.12. Trình tự thiết kế móng cọc ống thép [8] .................................................71
Hình 2.13. Công trường xây dựng khi lắp ráp và tháo rời máy ñóng cọc kiểu 3 ñiểm
...................................................................................................................................72
Hình 2.14. Công trường xây dựng chuẩn của phương pháp thi công cọc bằng búa
ñóng ...........................................................................................................................73

Hình 2.15. Khái quát máy ñóng cọc ..........................................................................74
Hình 2.16. Trình tự lựa chọn loại búa [2] .................................................................75
Hình 2.17. Việc lựa chọn búa thủy lực [2] ................................................................76
Hình 2.18. Lựa chọn búa diesel [2] ...........................................................................77
Hình 2.19. Trình tự thi công thông thường theo phương pháp thi công cọc bằng búa
ñóng [2] .....................................................................................................................80


Hình 2.20. Ví dụ về tính toán ñộ chối, ñộ lún ...........................................................81
Hình 2.21. Trình tự quản lý ngừng ñóng cọc [2] ......................................................81
Hình 2.22. Cấu tạo máy theo phương pháp thi công cọc bằng búa rung ..................82
Hình 2.23. Sơ ñồ lựa chọn búa rung ........................................................................84
Hình 2.24. Thứ tự thi công cơ bản trường hợp cần trục là máy thi công chính ........85
Hình 3.1. Bản ñồ hình chính thành phố Hải Phòng [14]...........................................88
Hình 3.2. Mạng lưới giao thông ñường bộ miền bắc Việt Nam [14]........................90
Hình 3.3. ðường cao tốc Hà Nội – Hải Phòng [14] ..................................................91
Hình 3.4. Mạng lưới ñường giao thông tương lai ñến năm 2030 Hải Phòng [14] ....92
Hình 3.5. Khu vực nghiên cứu của dự án [13] ..........................................................94
Hình 3.6. Cầu dầm hộp liên tục 5 nhịp (A-line) từ trụ P79 ñến trụ P84
(+53.8m)........................................................................................95
Hình 3.7. Cầu dầm hộp liên tục 4 nhịp (A-line) từ trụ P84 ñến mố P84
(+53.8m)........................................................................................96
Hình 3.8. Kích thước chung nhịp dầm P79-P84 (số 1) .............................................97
Hình 3.9. Kích thước chung nhịp dầm P79-P84 (số 2) .............................................98
Hình 3.10. Kích thước mặt cắt dầm cầu dẫn phía Cát Hải......................................100
Hình 3.11. Tốc ñộ thi công cọc ống thép so với các loại cọc khác [14] .................108


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT
AASHTO

Hiệp hội những người làm ñường và vận tải Mỹ

ASTM

Tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu Mỹ

ðVTC

ðơn vị thi công

TVTK

Tư vấn thiết kế

TVGS

Tư vấn giám sát

TVTT

Tư vấn thẩm tra

TC

Thi công

TCN

Tiêu chuẩn ngành

TCVN

Tiêu chuẩn Việt nam

CðT

Chủ ñầu tư

GTVT

Giao thông vận tải

XDCTGT

Xây dựng công trình giao thông

XDCT

Xây dựng công trình

QLCL

Quản lý chất lượng

QLNN

QLNN

QLDA

Quản lý dự án

KT-XH

Kinh tế - xã hội

KT-KT

Kinh tế - Kỹ thuật

BGTVT

Bộ giao thông vận tải

Nð-CP

Nghị ñịnh – Chính Phủ

SPP

Cọc ống thép


1
PHẦN MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Những năm gần ñây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, hệ
thống giao thông ở Việt Nam cũng ñang có những bước phát triển vượt bậc cả về số
lượng, quy mô và sự ña dạng của kết cấu công trình cầu. Các tuyến ñường từ Bắc

vào Nam ñang dần dần ñược nối liền bởi những cây cầu bắc qua các vùng sông sâu
nước cả, vùng ñầm lầy, thung lũng... Cho ñến nay ñã có nhiều cây cầu lớn ñược xây
dựng như: Cầu Bãi Cháy, cầu Cần Thơ, cầu treo dây võng Mỹ Thuận, cầu Thanh
Trì, cầu Vĩnh Tuy, cầu Pá Uôn, cầu Nhật Tân...
Cùng với sự phát triển ñó là những yêu cầu ngày càng khắt khe cả về chất
lượng cũng như thẩm mỹ. ðặc biệt là một số cây cầu có thiết kế phức tạp, thanh
mảnh, kiến trúc ñặc thù ñể ñáp ứng các yêu cầu của chủ ñầu tư, yêu cầu về mỹ
quan, kiến trúc... Do ñó buộc các các nhà thầu thi công luôn phải ñổi mới công nghệ
thi công; Các kỹ sư cần nghiên cứu, tiếp cận và làm chủ các công nghệ mới, tiên
tiến trên thế giới. Trong lĩnh vực xây dựng cầu nói riêng và trong lĩnh vực xây dựng
nói chung, công nghệ mới, vật liệu mới ñóng một vai trò hết sức quan trọng, mang
tính quyết ñịnh ñến sự phát triển, tạo bnên những bước ngoặt của ngành.
Về kết cấu phần dưới, những cây cầu nhịp lớn ñòi hỏi cần phải có kết cấu
phần dưới phù hợp, móng trụ cầu thường ñược xây dựng ở nơi nước sâu, ñịa chất
phức tạp yêu cầu kết cấu móng có khả năng chịu tải trọng lớn, chống ñộng ñất tốt.
Hơn nữa trong quá trình hội nhập hiện nay, nhiều dự án cầu lớn ñược xây dựng
bằng vốn vay của nước ngoài, nhiều kết cấu và công nghệ mới hiện ñại ñang ñược
áp dụng vào xây dựng cầu ở nước ta. Bên cạnh các kết cấu móng truyền thống như
móng cọc bê tông ñúc sẵn, móng cọc khoan nhồi, móng giếng chìm ... Nhiều kết
cấu và công nghệ xây dựng nền móng mới ñã ñược du nhập vào Việt Nam qua các
dự án hợp tác với các nhà thầu xây dựng và tư vấn nước ngoài như: móng cọc
khoan nhồi ñường kính lớn (2.5m) ở dự án cầu treo dây võng Mỹ Thuận, cầu dây
võng Thuận Phước; móng cọc ống thép ở dự án xây dựng cầu Bính, Cảng Dung
Quất.....
Do ñó, ñể tiếp cận và hoàn chỉnh hơn về mặt công nghệ cũng như tổ chức thi
công ñể sẵn sàng triển khai các dự án có ñặc ñiểm kết cấu và quy mô tương tự, học


2
viên ñề xuất chọn ñề tài: “Phân tích và ñánh giá công nghệ móng cọc ống thép trụ

cầu dẫn phía Cát Hải - Dự án xây dựng ñường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện” làm
ñề tài nghiên cứu luận văn của mình.
2. ðối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu công nghệ thi công móng cọc ống thép (Stell – pile – pile/SPP)
tại trụ cầu dẫn Phía Cát Hải - Dự án xây dựng ñường ô tô Tân Vũ Lạch Huyện.
3. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của ñề tài tập trung xoay quanh công nghệ thi công
móng cọc ống thép (SPP) tại tại trụ cầu dẫn Phía Cát Hải - Dự án xây dựng ñường ô
tô Tân Vũ Lạch Huyện.
4. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài
ðề tài “ Phân tích và ñánh giá công nghệ móng cọc ống thép trụ cầu dẫn phía
Cát Hải - Dự án xây dựng ñường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện ” với mục tiêu phân
tích, ñánh giá công nghệ thi công giúp nhà thầu kiểm soát ñược quá trình thi công
ñảm bảo ñúng quy trình, chất lượng, mỹ thuật và an toàn. ðồng thời làm tiền ñề cho
các dự án có tính chất và quy mô tương tự tiếp theo.
5. Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên phương pháp nghiên cứu tài liệu, tổng kết ñúc rút kinh nghiệm thi
công xây dựng tại - Dự án xây dựng ñường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện.
6. Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở ñầu, kết luận, phụ lục, danh mục tài liệu tham khảo, luận văn
gồm có 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về các dạng móng trụ cầu trên Thế giới và Việt Nam.
Chương 2. Phương pháp thiết kế và trình tự thi công móng cọc ống thép cho
mố trụ cầu ñường.
Chương 3. Phân tích và ñánh giá công nghệ thi công móng cọc ống thép tại
trụ cầu dẫn phía Cát Hải - Dự án xây dựng ñường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện.


3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG MÓNG TRỤ CẦU TRÊN THẾ

GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1. Sơ lược về tình hình phát triển các dạng móng trụ cầu lớn trên thế giới và
Việt Nam
1.1.1. Giới thiệu chung
Trụ cầu là một bộ phận chính của cây cầu, là hình ảnh mang ấn tượng ñầu
tiên về cây cầu. Về cơ bản thì trụ cầu là một bộ phận của kết cấu phần dưới có vai
trò truyền lực từ kết cấu phần trên xuống móng tại vị trí ñầu dầm. Trụ cầu sẽ như
một “phần sống” trong thiết kế cầu, ñặc biệt là theo chiều dọc cầu. Thiết kế trụ cầu
là một vấn ñề nhạy cảm ñối với người sử dụng, nhất là trong những trường hợp tận
dụng hết lợi thế của cây cầu như: tận dụng không gian dưới cầu ñể nghỉ ngơi… vì
vậy, việc nghiên cứu ñặc ñiểm mỹ quan là quan trọng và có giá trị trong thiết kế trụ
cầu tạo hình ảnh và ñiểm nhấn kết cấu.
Mỹ quan trụ cầu ñược phân chia làm 2 mặt chính, cụ thể: khía cạnh hình ảnh
và khía cạnh chất lượng. Khía cạnh hình ảnh nghĩa là những biểu hiện bên ngoài
hoặc hình ảnh, trực giác có thể thấy ñược của người hay vật. ðối với phân tích khía
cạnh hình ảnh của thiết kế mỹ quan trụ cầu thì các yếu tố ñược phân làm 3 mục:
Các yếu tố cơ bản, màu sắc và các yếu tố chi tiết. Khía cạnh chất lượng sẽ ñược
thảo luận từ quan ñiểm của nhóm trụ cầu: ñó là bao gồm sự hòa hợp, thống nhất,
thức (trật tự), tỷ xích, cân bằng, quy mô, tương phản, nhịp ñiệu và ảo giác. Thiết kế
mỹ quan trụ cầu là một nhiệm vụ khó khăn và không hề có câu trả lời ñúng, quá
trình thiết kế là quá trình ra quyết ñịnh. Nắm vững ñược những tiêu chuẩn nhìn
nhận thẩm mỹ sẽ là công cụ trợ giúp tuyệt vời cho thiết kế.


4

Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của cầu và ñiển hình trụ cầu dầm [14]
Nguyên tắc quan trọng nhất trong thiết kế mỹ quan trụ cầu là ñạt ñược sự
thuần khiết và rõ ràng trong cấu trúc xây dựng, không hề có bất kỳ sự mất chân thật
hay rườm rà, với một sự tương tác trực tiếp tới giác quan cùng sự cảm nhận.

1.1.2. Những nghiên cứu trước ñây về phương pháp mỹ quan trong thiết kế trụ
cầu
Trong lĩnh vực mỹ quan cầu, có rất nhiều nghiên cứu bao gồm: tác giả
Frederick Gottemoeller (2004) với "BRIDGESCAPE:The Art of Design Bridge",
tác giả Kazuo Sugiyama(2006) với "Formative study of Bridges" và tác giả Fritz
Leonhardt(1982) với "Bridges: Aesthetics and Design"…song chỉ có rất ít các
nghiên cứu về mỹ quan thiết kế trụ cầu. Vào tháng 5 năm 2009, tác giả
S.L.Billington với “Improving standard bridge with attention to cast-in-place
substructure” có thể coi như một bài báo có nghiên cứu về mỹ quan trụ cầu. Tuy
nhiên, nó có sự khác nhau về chủ ñề nghiên cứu ở chỗ không nghiên cứu về mỹ
quan trụ cầu một cách có hệ thống. Ở nước ta hiện nay, mỹ quan cầu tuy mới ñược
coi trọng trong thời gian vài năm trở lại ñâu, nhưng là một bộ phận không thể thiếu
ñối với những công trình lớn. Các công trình lớn này ñều ñược ñánh giá mỹ quan
thông qua các cuộc thi tuyển kiến trúc nhằm tìm ra phương án phù hợp, hài hòa,
thân thiện với môi trường. Các nghiên cứu về mỹ quan cầu nói chung vẫn còn rất ít
và hạn chế: cuốn sách “Mỹ học cầu ñường” của GS.TS ðỗ Bá Chương & PGS.TS
ðào Xuân Lâm xuất bản năm 2003 vẫn là cuốn sách duy nhất về mỹ quan, ngoài ra
còn có một vài bài giảng về mỹ học cầu trong các trường ðại học. Cũng như ñã nêu
trên, vẫn chưa có một nghiên cứu nào ñề cập sâu ñến mỹ quan trong thiết kế trụ cầu.
1.1.3. Phân loại phương pháp mỹ quan trong thiết kế trụ cầu


5
Mục ñích chính của nghiên cứu này là tìm ra các ñặc ñiểm mỹ quan ñặc
trưng trong thiết kế trụ cầu trên cơ sở khía cạnh diện mạo và ngôn ngữ hình thành.
Phương pháp ñược chia làm 2 mặt: khía cạnh hình ảnh và khía cạnh chất lượng.
Trước ñây các nghiên cứu mỹ quan chỉ tập trung riêng cho trụ ñơn lẻ và sau này ñã
tập trung vào mối quan hệ giữa trụ cầu với các bộ phận khác của cầu hay khu vực
xung quanh ñặt trụ cầu. Các ñối tượng bao hàm ñược phân loại trên cơ sở thiết kế
các phần tử với các nghiên cứu cơ bản có xem xét ñến Nguyên tắc thiết kế (Design

principle) và Hình thái học thiết kế (Design morphologic).
1.1.4. Khía cạnh hình ảnh trong thiết kế mỹ quan trụ cầu
Khía cạnh hình ảnh là nghĩa là những biểu hiện bên ngoài hoặc diện mạo của
người hoặc vật nào ñó. ðể phân tích khía cạnh hình ảnh của thiết kế trụ cầu thì phải
xem xét các yếu tố ñược phân loại theo 3 mục: Các yếu tố cơ bản (ñường thẳng,
hình dạng và mẫu); màu sắc; và các yếu tố chi tiết (bề mặt, bong ñổ và bóng mờ,
phản chiếu) như trong Hình 1.2 dưới ñây.

Hình 1.2. Phân loại khía cạnh hình ảnh trong thiết kế mỹ quan trụ cầu
- Các yếu tố cơ bản: ðường thẳng, hình dạng và mẫu (Line, Shape and
Form)
+ ðường thẳng (Line): ðường thẳng trong hình học có tác dụng ño lường
khoảng cách không gian giới hạn bởi hai ñiểm ñầu và cuối. Tuy nhiên, ñường thẳng
trong thiết kế trụ cầu luôn “sống” và “ñộng” với ñầy ñủ các biểu hiện về hướng và
ñịnh hướng. Nói một cách khác, hoàn toàn có thể làm cho trụ cầu năng ñộng hơn
với việc sử dụng ñường thẳng hoặc cong, hỗn hợp hay ñường bất kỳ (xem Hình


6
1.3). Thêm nữa, sự lặp lại của ñường hoặc thay ñổi ñộ dày ñường cũng có thể tạo ra
ñược những ấn tượng.

Hình 1.3. Phân loại các kiểu ñường
Bảng 1.1. Mặt cắt trụ cầu

+ Hình dạng: Hình dạng bên ngoài cung cấp sẽ cung cấp những ñịnh nghĩa
cho các ñối tượng ñại diện cho một vài dạng hình học. Có rất nhiều cách ñể phân
loại hình dạng và dạng. Trong bài viết này dạng và hình dạng ñược cho là 2 chiều
hoặc 3 chiều. Hình dạng 2 chiều chỉ có chiều rộng và chiều cao, trong khi ñó hình
dạng 3 chiều sẽ có thêm chiều sâu. Trong quá trình thiết kế mỹ quan trụ cầu ta cần

lưu ý ñến ñặc tính của hình dạng trụ cầu (xem Bảng 1.1 và Hình 1.4).


7

Hình 1.4. Thể hiện hình dạng trụ theo phương dọc cầu [14]
+ Mẫu (Form): Thiết kế trụ cầu thành công nhất cần thể hiện rõ và nhấn
mạnh năng lực kỹ thuật của các mẫu có ñược ñường truyền tải trọng. Các chức năng
của mẫu có thể tăng cường mỹ quan của cây cầu. Ngược lại, ñôi khi, trụ cầu thiết kế
phục vụ cho ñiêu khắc mà cũng không làm ảnh hưởng ñến các chức năng kết cấu trụ
cầu. Thiết kế trụ cầu cần quan tâm ñến vật liệu và công nghệ xây dựng cầu. Trong
thời kỳ cổ ñại thì vật liệu ñá và gỗ ñã ñược sử dụng ñể xây dựng trụ cầu. Sau này,
trải qua một thời gian nghiên cứu, thử nghiệm công nghệ thì bê tông và thép ñã
ñược phát triển: trụ cầu bê tông rất dễ dàng tạo mọi hình mẫu thông qua sử dụng và
ñiều chỉnh ván khuôn, trong khi ñó trụ cầu thép nhẹ và năng ñộng hơn. ðể tăng
cường cảm nhận của giác quan có thể ñiều chỉnh bằng cách thêm vào và trừ bớt ñi
các mẫu hoặc tổ hợp các mẫu khác nhau (xem Hình 1.6). Các trụ cầu nói chung sẽ
có cảm giác mỹ quan hơn nếu hình dạng chúng ñơn giản, ñường kết cấu liên tục,
cần tránh sử dụng các trụ lớn hoặc khối lớn. ðể tạo ra một hình dạng trụ tốt, chúng
ta cần phải kiểm tra sự hiện diện của chúng từ tất cả các ñiểm quan sát.

Hình 1.5. Mẫu chức năng và mẫu ñiêu khắc


8

Hình 1.6. Công nghệ ñiều chỉnh mẫu của trụ cầu
- Màu sắc (Color):
Nếu trụ cầu ñược sơn, màu sắc sẽ ảnh hưởng ñến hình ảnh của trụ. Màu sắc
cũng ảnh hưởng ñến chức năng và tác ñộng mỹ quan của trụ cầu. Các trụ cầu với

màu sắc sống ñộng và có xu hướng bổ trợ sẽ tạo sự cá biệt mạnh, ñặc biệt là trên bề
mặt lớn. Vì lý do này, sắc thái thấp và trung tính như màu xám rất dễ ñược sử dụng
cho mọi nơi. Các trụ cầu màu ấm áp (như ñỏ, vàng, nâu…) sẽ nhấn mạnh sự hiện
diện và kích thước mẫu, trong khi các trụ cầu mát màu (như xanh da trời, xanh nước
biển, tím…) sẽ làm giảm ñi khía cạnh hình ảnh khi không có sự trở ngại về thị giác.
Màu sắc phải lựa chọn cẩn thận ñể có thể hòa trộn với môi trường. Lý tưởng nhất,
màu sắc trụ cầu cần kết hợp với màu sắc của khu vực hơn là tạo ra màu sắc mới ñể
duy trì sự hài hòa với tự nhiên. Màu sắc trụ cầu cần ñáp ứng với hướng chiếu và
loại ánh sáng, và nó phụ thuộc vào mùa trong năm. Hình 1.7 là quy trình thiết kế,
lựa chọn màu sắc trên trụ cầu, theo cách phối hợp màu sắc thông thường.


9

Hình 1.7. Quy trình thiết kế, lựa chọn mầu sắc cho trụ cầu
- Các yếu tố chi tiết: Bề mặt, bóng ñổ và bóng mờ, phản chiếu (Texture,
Shade & Shadow, Reflection).
+ Bề mặt (Texture): Bề mặt ñược tham chiếu từ thuộc tính, sự cảm nhận với
nó gây ra từ bề mặt bên ngoài của ñối tượng ñược cảm nhận khi sờ vào và giúp phát
triển sự hiện diện của trụ.Các bề mặt hoàn thiện sẽ ñảm bảo nhờ sử dụng những lớp
lót. ðặc biệt, bê tông có thể dễ dàng cung cấp những bề mặt với yêu cầu khác nhau.
Theo ñó, các bề mặt sẽ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng ánh sáng và bóng mờ, ñiều ñó sẽ
dễ dàng hơn ñể chắc chắn loại bề mặt sử dụng tại những nơi mà nó có hiệu ứng


10
nhất. Hầu hết tất cả chúng ta ñã sự thật rằng tất cả các vật liệu tự nhiên ñều có thuộc
tính bề mặt ñặc trưng của chúng (xem bảng 1.2). ðiều này rất quan trọng ñể duy trì
hoặc sử dụng ñầy ñủ thuộc tính vật liệu ñể tạo kết cấu trông tự nhiên hơn. Nói
chung, bề mặt kết cấu rất thô trên trụ cầu sẽ cho một cảm giác khó chịu khi chúng ta

sử dụng không gian bên dưới. Trang trí cũng là một phần của bề mặt và nó có thể
ñiều chỉnh và quản lý bề mặt một cách cẩn thận hơn.
Bảng 1.2. ðặc tính về chất liệu và bề mặt của vật liệu trong trụ cầu
Vật liệu trong trụ cầu

a. Vật liệu thi
công

Bê

Bê tông rất dễ dàng tạo bề mặt khác nhau bởi sử dụng các mô

tông

ñun ván khuôn ñịnh hình

Thép

Thép thường sử dụng bề mặt mỏng và cứng

ðá
Gỗ
ðá lát
ðá hộc

b. Vật liệu
trang trí

ðặc tính

Tất cả các loại ñá chỉ có duy nhất ñặc tính về màu sắc và bề
mặt. Có thể thay ñổi bề mặt bằng tác ñộng cơ học
Gỗ có bề mặt mềm và nóng. Mỗi vòng tuổi của gỗ sẽ cho mẫu
bề mặt khác nhau.
ðá lát sẽ dễ dàng tạo các mẫu khác nhau và sử dụng cho các
bề mặt sáng.
ðá hộc cũng dễ dàng có thể tạo các bề mặt và các mẫu khác
nhau.

Sơn

Hầu hết các mẫu ñều ñược thiết kế dùng sơn.

ðiêu

Yêu cầu cao về bề mặt hoặc ñiêu khắc trên trụ cầu ñể tạo nên

khắc

sản phẩm nghệ thuật.

Trồng

Trồng cỏ hoặc thực vật trên trụ cầu sẽ ñem lại cảm giác bề mặt

cỏ

tự nhiên.

+ Bóng ñổ và bóng mờ (Shade & Shadow): Bóng ñổ là một khu vực màu tối

bên dưới hoặc bên cạnh ñối tượng nơi mà ánh sáng mặt trời không chiếu ñến. Bóng
mờ là một hình tối trên bề mặt xuất hiện khi một vật gì ñó ñứng giữa nguồn sáng và
bề mặt. Tất cả các màu sắc, bề mặt và hình dáng ñều thể hiện bản chất của nó ñối
với ánh sáng chiếu lên chúng. Những bóng ñổ và bóng mờ sẽ làm nổi bật kết cấu
(Hình 1.8), và chúng ta phải cố gắng giảm thiểu diện tích không mong muốn dưới
tác ñộng của ánh sáng bằng cách lựa chọn các chi tiết cẩn thận. Trụ hình vuông vắn


11
trông mỏng hơn trụ tròn và hình ảnh của trụ sẽ liên quan ñến góc chiếu, quan hệ với
góc, khoảng cách và màu ánh sáng (Hình 1.9).
+ Phản chiếu (Reflection): Phản chiếu của trụ cầu là một hình ảnh mà ta có
thể nhìn thấy ñược trong nước hay kính, thủy tinh và xuất hiện khi có một nguồn
sáng chiếu qua trụ cầu ñến một mặt phẳng không cho ánh sáng ñi qua. Như một quy
tắc, bề mặt trụ cầu nên mờ hơn so với bóng. Một bề mặt bóng mịn sẽ ñược phản
chiếu và có thể làm hình ảnh phản chiếu bị méo, biến dạng. Hơn nữa, nó sẽ phản
chiếu ánh sáng và có thể làm lóa hình ảnh phản chiếu. Tất nhiên, trong một số
trường hợp, khi ý tưởng thiết kế hoặc người thiết kế muốn quan tâm ñến một vài nét
ñộc ñáo, bóng phản chiếu có thể thích hợp mà không có vướng mắc nào. Một phản
chiếu sẽ cho một sự lung linh với thị giác, vì vậy người thiết kế cần phải sử dụng tối
ña thuộc tính này.

Hình 1.8. Bóng mờ và bóng ñổ làm nổi bật kết cấu

Hình 1.9. Hình khối và diện mạo trụ


12
1.1.5. Một số cây cầu có mỹ ñẹp ở Việt Nam [14]
Cầu Long Biên - Hà Nội:

Kết cấu cầu Long Biên ñược làm bằng thép ñầu tiên bắc qua Sông Hồng do
người Pháp xây dựng hàng trăm năm nay.

Hình 1.10. Cầu Long Biên
ðây ñược coi là biểu tượng của Hà Nội và gắn liền lịch sử như nối Thành
Cổ Loa với Hoàng Thành. Cho ñến nay, cầu Long Biên ñược nhiều người dân gọi
tên là cầu sắt.
Cầu Vĩnh Tuy - Hà Nội:
Cầu Vĩnh Tuy bắc qua sông Hồng là một trong những cây cầu hiện ñại tạo
dấu ấn cho phát triển giao thông ñô thị của Thủ ñô Hà Nội. Cầu có chiều dài tuyến
chính gồm cầu vượt sông và ñường 2 ñầu cầu khoảng 5,8km. Trong ñó, chiều dài
cầu vượt sông Hồng lên tới 3,7km, chiều dài cầu vượt QL5 khoảng 364m, chiều
rộng là 38m.

Hình 1.11. Cầu Vĩnh Tuy


13
Cầu Vĩnh Tuy khởi công năm 2005 và khánh thành vào tháng 9năm 2010,
cầu Vĩnh Tuy ñược coi là công trình lớn nhất xây dựng hoàn toàn bằng nội lực của
ngành xây dựng cầu Việt Nam vào thời ñiểm ñấy.
Cầu Bãi Cháy - Quảng Ninh:
Cầu Bãi Cháy nằm trên quốc lộ 18, khánh thành và ñi vào sử dụng tháng 12
năm 2006, nối Hòn Gai với Bãi Cháy qua eo Cửa Lục thuộc ñịa phận tỉnh Quảng
Ninh. Cầu ñược xác ñịnh là công trình trọng ñiểm quốc gia, có vị trí chiến lược về
giao thông, kinh tế và quốc phòng.

Hình 1.12. Cầu Bãi Cháy
ðây là loại cầu dây văng một mặt phẳng dây, dầm hộp bê tông cốt thép dự
ứng lực có khẩu ñộ nhịp ñạt kỷ lục thế giới về loại cầu này. Hai tháp cầu ñược ñặt

trên hệ móng giếng chìm hơi ép kích thước cực lớn, lần ñầu tiên áp dụng tại Việt
Nam với công nghệ thi công hiện ñại, tiên tiến.
Cầu Thuận Phước - ðà Nẵng:
Cầu Thuận Phước ñược thiết kế bắc qua sông Hàn với tổng vốn ñầu tư gần
1.000 tỷ ñồng ñược xây dựng vào ngày 16/02/2003 và hoàn thành 19/07/2009.
ðây ñược xem là cầu treo dây võng dài nhất Việt Nam nên luôn thu hút rất nhiều
khách du lịch ñến với ñịa ñiểm ñẹp ở ðà Nẵng này.