Bài giảng Nhập môn cầu: Chương 3 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển (P3)

12/3/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm

Website: 

Website:  />
NHẬP MÔN CẦU
TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN
Website môn học:  />Link dự phòng: 
/>vietnamese/nhap‐mon‐cau

Hà Nội, 10‐2013

3.4. Phòng nước và thoát nước
• Tại sao phải phòng nước và thoát nước?
– Nước tích tụ trên mặt cầu có thể ngấm xuống kết cấu qua 
những chỗ hỏng hoặc thi công kém chất lượng của lớp phòng
nước:
• Các bộ phận bằng thép của kết cấu bị gỉ, ăn mòn dẫn đến
không đảm bảo tuổi thọ công trình.
– Nước tích tụ trên mặt cầu có thể gây nguy hiểm cho phương
tiện qua lại
 Do vậy cần phải phòng nước và thoát nước!
229

1

12/3/2013

Phòng nước và thoát nước (t.theo)
• Một số yêu cầu cấu tạo
– Mặt cầu và đường đầu cầu cần phải được thiết kế để đảm bảo
thoát nước mặt cầu một cách an toàn và hữu hiệu
• Ít hư hại nhất đối với cầu nhưng lại đảm bảo an toàn tối đa cho xe cộ
qua lại.

– Mặt cầu (gồm đường xe chạy, đường xe đạp và bộ hành) phải
được cấu tạo độ dốc ngang hoặc siêu cao đủ để thoát nước
tốt theo hướng ngang.
– Ngoài ra, cần phải cấu tạo độ dốc dọc cầu cùng với các ống thu
nước và ống thoát nước để nước thoát đi nhanh.
230

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

Cấu tạo siêu cao
tại cho mặt cầu
trong trường
hợp cầu nằm
trên đường
cong bán kính R.

231

2

12/3/2013

Phòng nước và thoát nước (t.theo)
– Với cầu thẳng, trong mọi trường hợp cần phải cấu tạo
• độ dốc ngang cầu ở phần đường xe chạy từ 1.5‐2% theo hướng từ tim
cầu ra 2 bên và
• độ dốc ngang cầu ở phần đường bộ hành từ 1‐1.5% theo hường từ
ngoài vào phía trong cầu.
Mặt cắt ngang cầu của một trong các
phương án thiết kế sơ bộ cầu Phùng (TEDI)

232

Phòng nước và thoát nước (t.theo)
– Độ dốc dọc cầu ô tô tùy từng trường hợp có thể lấy trong
phạm vi 0.5‐3%, cá biệt có thể lấy tới 4%.

233

3


12/3/2013

Phòng nước và thoát nước (t.theo)
– Với các cầu rộng (mỗi hướng có trên 3 làn xe) có thể phải thiết
kế đặc biệt cho thoát nước mặt cầu và/hoặc có thể phải dùng
mặt đường nhám đặc biệt để giảm khả năng xe bị quay, trượt
do mất ma sát
– Nước chảy xuống rãnh thu nước cần được khống chế không

cho chảy vào cầu. Rãnh thoát nước ở đầu cầu cần phải có đủ
khả năng thoát toàn bộ nước được gom lại
– Trong những trường hợp rất nhạy cảm về môi trường mà
không thể xả nước trực tiếp từ mặt cầu xuống sông ở phía
dưới cầu cần cấu tạo ống thoát nước gắn dọc theo kết cấu
nhịp cầu và xả ở nơi phù hợp trên mặt đất tự nhiên đầu cầu.
– Lớp phòng nước cấu tạo ở phần bản mặt cầu sẽ bảo vệ cho các
bộ phận bằng thép của kết cấu nhịp không bị han gỉ, ăn mòn.
234

Các bước thi công lắp đặt lớp phòng nước

Phòng nước và thoát nước (t.theo)
1. Làm sạch mặt cầu

2. Rải lớp nhựa dính bám (tack 
coat)

3. Chuẩn bị lò nấu chảy vật liệu
chống thấm (nhựa đường)

4. Rải lớp cao su butyl tại vị trí nứt
ngang hoặc khe nối thi công trước
khi tưới nhựa đường

235

4

12/3/2013

Các bước thi công lắp đặt lớp phòng nước (t.theo)

Phòng nước và thoát nước (t.theo)
5. Tưới nhựa đường nóng chảy

6. Rải lớp bảo vệ sau khi tưới
nhựa đường nóng chảy

7. Các tấm bảo vệ được đặt ngay
trên bề mặt nhựa đường nóng
chảy.

8. Hoàn thành việc lắp đặt lớp
phòng nước.

236

Phòng nước và thoát nước (t.theo)
• Ống thoát nước
– Ống thoát nước không chỉ để thoát nước mặt mà còn để thu
nhận cả nước xâm nhập chảy trên bề mặt lớp phòng nước.
– Cần tuân thủ quy định như sau: cứ 1m2 bề mặt cầu hứng nước
mưa thì cần có ít nhất 1cm2 diện tích lỗ thoát nước đối với
mặt cầu ô tô và 4cm2 đối với mặt cầu đường sắt.
– Đường kính ống thoát nước tối thiểu lấy bằng 15cm.
– Tim ống thoát nước cách mép đá vỉa từ 20‐40cm. Vật liệu làm
ống có thể là kim loại, sành, sứ hoặc nhựa…
237

5


12/3/2013

Phòng nước và thoát nước (t.theo)
– Có thể xác định khoảng cách giữa các ống thoát nước theo các
nguyên tắc sau:
• Khoảng cách giữa các ống xa nhất là amax = 15m
• Khoảng cách giữa các ống a = 6‐8m nếu độ dốc dọc i ≤ 1%
• Khoảng cách giữa các ống a = 12‐15m nếu: 
 Độ dốc dọc 1% ≤ i ≤ 2%, chiều dài cầu ≤ 50m, hoặc
 Độ dốc dọc i > 2%, chiều dài cầu > 50m
• Trường hợp độ dốc dọc i > 2% chiều dài cầu ≤ 50m thì
không cần bố trí ống thoát nước.
238

Cấu tạo ống thoát nước trên cầu

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

≥10cm

239

6


12/3/2013

Thoát nước mặt cầu
(Bridge Deck Drainage)

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

240

3.5. Nối tiếp giữa đường và cầu
• Mục đích của kết cấu nối tiếp giữa đường và cầu
– Đảm bảo xe chạy êm thuận
– Giảm hiện tượng xung kích khi xe ra vào cầu
– Tránh sụt lún khu vực đường đầu cầu

241

7


12/3/2013

Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo)
• (A). Đối với cầu nhỏ, nhịp ngắn (sử dụng mố kê)
– Kết cấu nhịp kê trên trụ đỡ thông qua bản đệm mà không cần
cấu tạo gối, khi đó hầu như không có chuyển vị tương đối giữa
kết cấu nhịp và trụ đỡ.
• => Có thể đưa thẳng dầm vào phần đất đắp nhưng cần quét một lớp
nhựa đường để giữ cho nước không thấm vào đầu dầm nằm trong nền
đất đắp.
Phía dưới lớp phủ

mặt đường phải
cấu tạo một lớp
đệm bằng sỏi cát
dầy ít nhất là 0.7m 
và dài 2m để tránh
xảy ra lún ở khu
vực đầu cầu.
242

Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo)
• (B). Đối với cầu có cấu tạo mố
– Sử dụng bản quá độ:
• Tác dụng của bản quá độ: Làm tăng dần độ cứng nền đường khi vào
cầu.

243

8


12/3/2013

Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo)
Cấu tạo bản quá độ:
‐
‐
‐

Bản quá độ được làm bằng BTCT, chiều dày từ 14‐30cm, dài 1.5‐2.5m (có
trường hợp tới 6m) và đặt nghiêng với độ dốc khoảng 10%.

Một đầu của bản quá độ được chốt trên vai kê trên mố hoặc vai kê trên đầu
dầm mút thừa, đầu còn lại gối lên dầm kê bằng BTCT
Bản quá độ thường được thi công lắp ghép với chiều rộng các tấm từ 0.8‐1m
4000
50

6@ 100

5 01 0

20@ 135

C h i tiÕ t 1

6@ 100

D 16@ 200
Líp phñ 50m m

D 16@ 100

10%

B itu m d Ç y 2 0 m m

380
70

500

50

D10

Líp phñ 75m m

D10
D 10@ 100

Líp phñ 50m m
D 10@ 100
B ª t« n g ® Ö m M 1 0 0 d μ y 7 5 m m

244

Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo)
– Sử dụng lớp đệm dốc bằng đất á cát hoặc cát:
• Phần đỉnh mố phải có cấu tạo lớp phòng nước
• Sau mố phải có một lớp đất sét nện chặt dày 20cm, độ dốc 10% kéo
qua mép ngoài của bệ mố khoảng 1m và kết thúc là một rãnh ngầm
bằng đá hộc xếp khan (bố trí theo phương ngang cầu)
• Rãnh dốc từ tim đường ra 2 bên và ở cao độ trên MNCN ít nhất là
25cm.

245

9


12/3/2013

Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo)
• (C). Đối với cầu dầm mút thừa (không có mố)
– Cần cấu tạo vai kê ở đầu dầm để đỡ bản quá độ
– Đất đắp và thoát nước cũng tương tự như các trường hợp cầu
có mố.

246

3.6. Gối cầu
• Chức năng của gối cầu
– Trực tiếp nhận tải trọng từ kết cấu nhịp và truyền xuống mố và
trụ cầu
– Cho phép chuyển vị hoặc cản trở chuyển vị của kết cấu nhịp
theo đúng thiết kế

Mố

Trụ

Trụ

Mố

247

10


12/3/2013

Gối cầu (t.theo)
• Phân loại gối cầu
– Theo tính chất làm việc:
• Gối cố định và gối di động
– Theo vật liệu làm gối:
• Gối bằng thép
• Gối bằng cao su …
– Theo vật liệu làm kết cấu nhịp:
• Gối cho cầu thép
• Gối cho cầu bê tông …
248

3.6‐1. Gối bằng thép
3.6‐1.A. Gối trượt
‐

Gối trượt được cấu tạo bằng
hai bản thép có thể trượt trên
nhau để tạo ra chuyển vị tịnh tiến
=> chỉ áp dụng cho cầu nhịp nhỏ
(L < 15m)

3.6‐1.B. Gối tiếp tuyến
‐

Gối tiếp tuyến được cấu tạo bởi hai bản thép: bản phía trên phẳng, bản
phía dưới có dạng mặt trụ. 
=> có thể tạo được chuyển vị xoay và chuyển vị tịnh tiến (L < 18m)
249

11


12/3/2013

Gối bằng thép (t.theo)
Cấu tạo gối tiếp tuyến di động

250

Gối bằng thép (t.theo)
Cấu tạo gối tiếp tuyến cố định

251

12


12/3/2013

Gối bằng thép (t.theo)
3.6‐1.C. Gối con lăn
‐

Được sử dụng cho kết cấu nhịp (L > 18m). Số lượng con lăn tùy thuộc vào
độ lớn của áp lực thẳng đứng

Gối con lăn cắt vát cạnh
252

Gối bằng thép (t.theo)

‐

Gối con lăn tròn thường được dùng cho các nhịp từ 20‐40m với đường kính
con lăn từ 12‐20cm.

Gối con lăn tròn
253

13


12/3/2013

Gối bằng thép (t.theo)
Gối con lăn (t.theo)

254

Gối bằng thép (t.theo)
Gối con lăn (t.theo)
‐

Để tiết kiệm thép (hoặc trong điều kiện không có nguồn cung gối thép đúc) 
có thể sử dụng gối con lăn bê tông cốt thép (BTCT)

Gối con lăn BTCT
255

14


12/3/2013

Gối bằng thép (t.theo)
3.6‐1.D. Gối bản lề (gối chốt – pin bearing)
‐ Gối bản lề là một loại gối cố định chỉ cho phép các
chuyển vị xoay
‐ Chủ yếu dùng trong cầu thép

256

Gối bằng thép (t.theo)
3.6‐1.E. Gối con lắc (rocker bearing)
‐ Gối con lắc là một loại gối di động cho phép các chuyển vị xoay và tịnh tiến
‐ Chủ yếu dùng trong cầu thép

257

15


12/3/2013

3.6‐2. Gối cao su
‐
‐
‐

‐

Gối cao su là loại gối được làm từ cao su (tự nhiên hoặc nhân tạo)
Gối cao su cho phép chuyển vị thẳng và xoay
Gối cao su còn có thể cho phép chuyển vị nhiều phương nhờ tấm cao su có
biến dạng cắt
Khi chịu nén, cao su giãn nở ngang => để có thể chịu tải trọng lớn mà không
gây biến dạng quá nhiều thì lớp cao su cần được cấu tạo để hạn chế hiện
tượng nở ngang

258

3.6‐2.A. Gối cao su cốt bản thép
(Elastomeric Bearing)
‐

Được áp dụng rộng rãi cho các cầu ô tô có chiều dài nhịp dưới 40m khi các
chuyển vị không lớn (khoảng từ 0.5‐2.5cm)

‐

Gối được cấu tạo các bản thép dày 5mm nằm giữa các lớp cao su
‐ Các bản thép có tác dụng như các cốt thép làm ngăn cản cao su giãn
nở ngang và do đó tăng độ cứng của gối khi chịu lực thẳng đứng. 

‐

Gối cho phép các chuyển
vị trượt và xoay

‐

Gối có thể chịu được tải
trọng ngang do hãm xe

‐

Gối có thể chịu được tải
trọng đứng từ 15‐200 tấn

259

16


12/3/2013

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)
Cấu tạo gối cao su cốt bản thép

260

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

261

17


12/3/2013

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

Chuyển vị

262

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

263

18


12/3/2013

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

264

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

265

19


12/3/2013

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

266

Tác động của thay đổi nhiệt độ đều
• Ví dụ, cho dầm có nhịp tính toán L = 32.2m sử dụng gối cao
su cốt bản thép một đầu cố định một đầu di động. Giả sử
nhiệt độ giảm so với thời điểm lắp dầm là ∆T = 15oC.





Hệ số giãn nở nhiệt của BT:
Mô đun cắt:
Diện tích mặt bằng gối:
Chiều cao gối:

α = 1.08×10‐5 / 1oC 
G = 1000 KPa
Ab = 0.158 m2
hrt = 0.078 m

Gối cao su
di động

Gối cao su
cố định
L = 32.2m

Chiều dài dầm sẽ bị co ngắn lại một đoạn là ∆u 

u  T    L  15  1.08  105   32.2  0.00522m
267

20


12/3/2013

Tác động của thay đổi nhiệt độ đều
Lực gây biến dạng cắt trong gối di động chính là lực tác
dụng lên mố theo phương dọc cầu được tính như sau:
H

G  Ab  u 106  0.158  0.00522

 10600 N  10.6kN
0.078
hrt

Gối cao su di động

Gối cao su cố định

Gối cao su di động chịu biến dạng cắt khi dầm bị co ngắn do nhiệt độ giảm đều
268

Tác động của thay đổi nhiệt độ đều
Gối cao su
trước khi
biến dạng

H

G  Ab  u
 10.6kN
hrt

∆u
H
Gối cao su sau
khi biến dạng
do dầm bị co 
ngắn lại một
đoạn bằng ∆u

hrt

H

Biến dạng cắt của gối cao su di động khi dầm bị co ngắn lại một đoạn ∆u
269

21


12/3/2013

Tác động của thay đổi nhiệt độ đều

Cấu tạo gối cao su cốt bản thép có thêm bu lông neo (gối cố định)

270

Tác động của thay đổi nhiệt độ đều
• Trường hợp kết cấu nhịp sử dụng gối bán cố định ở hai đầu
(gối cao su cốt bản thép không cấu tạo chốt neo).
Khi đó mỗi gối chỉ chịu chuyển vị cưỡng bức là ½∆u. Giá trị
biến dạng cắt chỉ bằng một nửa so với biến dạng cắt của
trường hợp cấu tạo gối “di động – cố định”.
=> lực ngang tại gối sẽ giảm đi một nửa: H = 5.3 kN
Gối cao su bán cố định

Gối cao su bán cố định

271

22