Nghiên cứu công nghệ chế tạo vòm trong xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông (1)

-7-

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ CẦU VỊM VÀ CƠNG NGHỆ
CHẾ TẠO VỊM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG
1.1 Lịch sử phát triển cầu vòm
1.1.1 Lịch sử phát triển cầu vòm trên thế giới
Cầu vịm xuất hiện từ rất sớm, có thể nói đây là một trong những dạng kết
cấu đầu tiên trong lịch sử xây dựng cầu, nhờ vào đặc tính ưu việt về khả năng
chịu lực và vẻ đẹp kiến trúc của kết cấu dạng vòm. Vật liệu xây dựng cầu là
những khối đá lớn xếp chồng khít và đan xen vào nhau tạo thành khối vịm có khả
năng vượt qua sơng suối. Những cầu vịm đá được xây dựng vào thời kỳ đầu có
kết cấu nặng nề, nhịp nhỏ, bề rộng mặt cầu hẹp. Như Cầu Port du Gard (Hình
1.1) bắc qua sông Gradon ở Avignon - Pháp, cầu này được xây vào năm 13 trước
cơng ngun, cầu có 3 tầng vịm chồng lên nhau bằng các khối đá khơng dùng đến
vữa, cầu cao 49 m và dài 360 m, vòm lớn nhất rộng 23 m. Vào cuối thế kỷ 18, nhờ
cuộc cách mạng công nghiệp, thép được sử dụng thay thế vật liệu đá trong cơng
trình cầu, nhờ vậy khả năng vượt nhịp của cầu phát triển vượt bậc.

Hình 1.1 . Cầu Port du Gard.

Hình 1.2. Cầu Hưng Quan –
Quảng Châu.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

-8-

Cầu Rio Cobre là cây cầu thép lâu đời nhất Tây Ban Nha được xây dựng
vào năm 1800, cầu được làm bằng những bản thép đúc. Năm 1865, bê tông cốt
thép bắt đầu được ứng dụng xây dựng cơng trình cầu. Và cuối thế kỷ 19 nhiều
nghiên cứu đã phát hiện ra sự làm việc ưu việt của kết cấu bê tông cốt thép, kết
cấu này đồng thời chịu nén và chịu kéo tốt. Cầu Châtellerault là cây cầu vòm bê
tông cốt thép đầu tiên của thế giới được xây dựng ở Pháp vào năm 1900. Cầu có 1
nhịp chính dài 54m và 2 nhịp biên dài 40 m.
Vào những năm của thế kỷ 20, nhiều cơng trình nghiên cứu trên thế giới
cho thấy ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bê tơng có khả năng chịu lực tốt và
đáp ứng được các vấn đề được đặt ra là giảm giá thành xây dựng cơng trình, đảm
bảo kỹ thuật, tính mỹ quan chung của cơng trình....
Năm 1931, kết cấu ống thép nhồi bê tông đầu tiên trên thế giới được xây
dựng ở vùng ngoại ơ phía Đơng Pari – Pháp, người ta sử dụng các bó ống thép
nhồi bê tơng, mặt cắt ngang gồm hai vịm chính, mỗi vành vịm gồm 6 ống đường
kính 60 x 3,5 mm nhồi bê tơng.
Ở Trung Quốc, kết cấu cầu vịm thép nhồi bê tông được nghiên cứu và ứng
dụng rất nhiều vào những năm cuối của thế kỷ 20 (Hình1.2, Hình 1.3, Hình 1.4),
tới nay đã có hơn 80 cầu vịm ống thép nhồi bê tông đã được xây dựng.
Cầu Hưng Quang (Hình 1.2) là cầu vịm thép nhồi bê tơng có chiều dài
nhịp lớn và hình dáng kiến trúc đẹp được xây dựng trong thời gian gần đây. Cầu
Hưng Quang được xây dựng ở Quảng Châu – Trung Quốc, cầu có 3 nhịp, trong
đó nhịp chính dài 428 m, 2 nhịp biên mỗi nhịp dài 175 m.
Cầu Vũ Sơn (Hình 1.3) được xây dựng ở Trùng Khánh, cầu nhịp chính
dài 460 m. Cầu Đông Quang- Thái Đạo được xây dựng ở Quảng Đơng, cầu có
nhịp chính dài 278 m dạng vịm với mặt cầu chạy giữa.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-9-

Xem bảng 1.1, chúng ta thấy rằng ở Trung Quốc đã nhanh chóng phát
triển loại kết cấu dạng vịm. Vì khả năng vượt nhịp rất lớn, và là kiểu dáng kiến
trúc đẹp của cầu vòm.
Bảng 1.1 Một số cầu vòm đã xây dựng ở Trung Quốc.
Số

Tên Cầu

Năm

Kết cấu vịm

Chiều

thứ

xây

dài

tự

dựng

nhịp
(m)

1

CầuYiwuYuanhuan,

1990

Tỉnh Zhejiang
2

Cầu

80

Kính 800mm, thép dày 18mm
Yilan

Mặt cắt ngang là hình tam giác, 100

Mundanjiang, Tỉnh

gồm 3 ống thép  600, dày
12mm

Heilongjiang
3

Gồm một ống đơn đường

Cầu Huangbai, tỉnh

Tổ hợp 2 ống thép  1000mm, 160
dày 12mm

Hubei
4

Cầu Sanan
Yongjiang, tỉnh
Guang xi

5

Cầu

Yajisha

1999

270

,tỉnh 2000

Tổ hợp 6 ống thép  750mm, 360

Guang Zhou

dày 20mm

6

Cầu Wuhan

2000

Tổ hợp 2 ống thép

7

CầuBeipanjiang,

2001

Gồm 4 ống thép  1000mm, 236

LuiPanshui

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

280

dày 16mm

BÁO CÁO TỔNG KẾT


- 10 -

Hình 1.3. Cầu Vũ Sơn – Trùng Khánh -

Hình 1.4. Cầu Đơng Quang – Thái

Trung Quốc.

Đạo - Trung Quốc.

Ở NaUy, cafu véø
m dạng maá ỉư ớã wư ơuc òây dựng và âéaø
è tâaø
èâ vào
èapm 1963. Với câãefu daø
ã èâịp là 84m, bef ìéjèá maqt cắt èáằá 8m. Maqt cắt
èáằá véø
m daá tam áãác, âẫ véø
m câsèâ séèá séèá èâau, dây tì ỉàcác sơ
cáp. Cafu wư ơuc tâã céâèá tìêè âejcéffa áéãwaqt tìêè tìuu.

Hình 1.5. Cầu Bolstadstraumen-NaUy.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


- 11 -

Cafu Duaujvés Dằube (Hìèâ 1.6 ) céù Hìèâ dáèá tư ơèá tư u cafu
Sâãèâamada asâã èâư èá céù câãefu dà
ã èâịp ỉớè âơè 307.8m. Đéj èáâãêèá
của véø
m ỉà 73.5é, câãefu cắ véø
m ỉà 48m, maqt cắt véø
m Hìèâ câư õ èâajt
1960ị3720mm ỉà
m bằèá tâép M460, câãefu dà
y bảè tâép 5cm.
Cafu Fêmèsd wư ơuc ịây dư á èapm 1963 ta Đư ùc, câãefu dà
ã èâịp
248m, bef ìéjèá cafu 21m. Cafu wư ơuc tâãết åếcâá câé wư ờ
èá éâtéâvàtà
u ỉư ûa.
Maqt pâẳèá véø
m èáâãêèá và
é tìéèá. Tãết dãejè véø
m céù daá âéjp tâép.

Hình 1.6. Mô Hình cầu Duaujvaros Danube.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


- 12 -

Hình 1.7. Cầu Fehmarnsund – Đức.
Cafu véø
m ở Pìévãdce - Râéde Isỉằd - USA, đư ơuc ịây dư á èapm
2000 ỉàcafu véø
m maá ỉư ớã wafu tãêè wư ơuc ịây dư á ta wảé Râéde - USA
, câãefu dà
ã èâịp L=121m. Dé befìéjèá cafu ỉêè wếè 47m èêè åết cấu cafu
áéfm 3 véø
m béátìs séèá séèá èâau. Cafu wư ơuc ỉắp ìáp tìêè bờsau wéù dù
èá
ịàỉằ vajè câuyểè ìa wúèá vịtìs ỉắp ìáp.

Hình 1. 8. Mô Hình cầu vòm ở Providence - Rhode Island.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


- 13 -

Cafu Huã Lãwu Rãv Bìãdáe (Hìèâ 2.9) ịây dư á ở Đà
ã Léằ, áéfm 5
èâịp cafu daá Nãs (têè tâư ờ
èá áé åâác của cafu véø
m maá ỉư ớã ở Nâajt và
Hà
è Qác), èâịp câsèâ dà
ã 150m, èâịp èâéû èâất dà

ã 70m. Câãefu cắ véø
m tâay
wéåã: 12m, 18.5m, 25m. Géùc èáâãêèá véø
m åâéảèá 700. Tìêè Hìèâ 2.9 câé tâấy
vớã sơ wéfèâịp tâay wéåã âà
ã âéø
a, åãểu dáèá tìằá èâãèâư céè Réfèá wằá áè
ỉư ơ ìất ịãèâ weup.

Hình 1. 9. Mô Hình cầu Hualien Liwu River Bridge.
1.1.2 Sự phát triển cơng trình cầu dạng vịm ở Việt Nam

Hình 1.10 . Cầu Hàm Rồng

Hình 1.11 . Cầu Rịn

Ở nước ta, cầu vịm bê tơng cốt thép trên đường ơ tơ đã được xây
dựng ở đồng bằng sông Cửu Long từ thời Pháp thuộc. Đặc điểm cầu này là
khổ cầu rất nhỏ (khoảng 4m). Ở miền bắc, cầu vịm bê tơng cốt thép duy
Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


- 14 -

nhất xây dựng vào khoảng năm 1978 là Cầu Rịn – Quảng Bình (Hình
1.11), nhịp chính 30 m dưới dạng vịm hai chiều có đường xe chạy dưới.
Cầu Hàm Rồng (Hình 1.10) được xây dựng ở Thanh Hóa vào năm 1904,

cầu có kết cấu vịm thép 3 khớp với chiều dài nhịp là 160 m.

Hình 1.12: Cầu Đơng Trù – Hà Nội.

Hình 1.13 : Cầu Ơng Lớn – TP.HCM.

Ở Thành Phố Hồ Chí Minh, vào năm 2003 đã đưa vào sử dụng 3 cầu vòm
vòm nằm trên đại lộ Nguyễn Văn Linh, quận 7, Thành Phố Hồ Chí Minh (Hình
1.13). Cầu có kết cầu vịm ống thép nhồi bê tơng với chiều dài nhịp 99,9 m, có
tiết diện hình quả tạ là ống thép trịn đường kính 1000 mm dày 12 mm.
Cầu Hàn bắc qua Sơng Thái Bình tỉnh Hải Dương, cầu được khởi công
năm 2005. Cầu dài 757.5 m, trong đó cầu chính có 2 nhịp dạng vịm ống thép nhồi
bê tơng, mỗi nhịp dài 117.85m.
Cầu Đơng Trù ( hình 1.12) bắc qua sơng Đuống thuộc dự án quốc lộ 5 kéo
dài, được khởi công năm 2006. Cầu dài 1240 m rộng 55 m, trong đó nhịp chính có
kết cấu vịm ống thép nhồi bê tơng liên tục gồm 3 nhịp (80 m + 120 m + 80 m).
1.2 Khái qt cơng nghệ xây dựng cầu vịm ống thép nhồi bê tơng
Cơng nghệ xây dựng cầu vịm ống thép nhồi bê tông (kết cấu nhịp), ở các
nước trên thế giới cũng như ở tại Việt Nam đã sử dụng rất nhiều biện pháp khác
Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


- 15 -

nhau. Mỗi biện pháp sẽ phù hợp với từng vị trí địa lý cụ thể, các yêu cầu kỹ thuật
của dự án và hiệu quả kinh tế của từng biện pháp mà áp dụng sao cho hợp lý.

Hình 1.14. Cầu Cần Giuộc – TP.HCM.
Tìéèá èâãefu dư uáè ỉớè èáư ờ
ã ta wãáãa céâèá câế tạo vịm ống thép, bằèá
cácâ câãa tâép tấm ìa tâà
èâ tư ø
èá wéa èáắè vàdù
èá máy áè 3 tìuuc wểáè
céèá tâ èâư báè céèá åsèâ tâãết åế, tâép tấm wư ơuc câãa tư ø
èá wéa èáắè tâ
câãefu dà
ã cá véø
m vàcâãa ỉà
m sắ câé åâã ìáp tư ø
èá wéa ỉa sẽåâéâèá bị áãy
åâúc, èâìè wư ờ
èá céèá pâảã wefu waqè.
Vs duâư åâã tâã céâèá ba cafu tìêè cắ téác Nam Sà
ã Géø
è (Hình 1.14) các
câuyêè áãa của Tìá Qác wãdù
èá tâép tấm dà
y 12mm vàcâãa tâà
èâ tư ø
èá
wéa 1m tâ câãefu dà
ã cá véø
m, áè céèá tâép tấm vớã báè åsèâ 1m vàsau
wéù âà
è èéáã ỉa tâà
èâ méjt cá véø

m âéà
è câỉèâ (hình 1.16). [13]

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


- 16 -

Hình 1.15. Tổ hợp vòm cầu Xóm Củi –TP.HCM.
Héaqc céù tâểdù
èá tâép tấm cắt vàáè ịéắè åãểu ỉéøịé, áè céèá tâ
méjt báè åsèâ tâãết åếìéfã âà
è èéáã ỉa tâà
èâ cá véø
m âéà
è câỉèâ. Ư u vàèâư ơuc
wãểm các pâư ơèá pâáp tìêè ỉà
: åâã dù
èá tâép tấm ( 1,5mị6m ) wểáãa céâèá, qua
tâư uc tếcâé tâấy wãwểỉa ìất èâãefu vết wư ờ
èá âà
è vànhư vậy sẽỉà
m áãảm åâả
èapèá câịu ỉư uc của kết cấu, mặt khác nó céø
è ỉà
m áãảm tsèâ mỹquằ câá của
céâèá tììèâ. Náéà

ã ìa céø
è céù bãejè pâáp dù
èá éáèá tâép èáuyêè, éáèá tâép wư ơuc
wúc sẵè tìéèá èâàmáy, ìéfã dù
èá máy áè 3 tìuuc áè èájã (hình 1.16) wểta
tâà
èâ cá vịm èâư méèá máè, bãejè pâáp èà
y câsèâ ỉàvấè weftìéá tâm của
đề tài èáâãêè cư ùu.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


- 17 -

Hình 1.16. Công nghệ uốn nguội – cầu Công Lý- TP.HCM.
Vãejc dù
èá éáèá tâép èáuyêè áè èájã âéaqc áè èéùèá sẽwểỉa st wư ờ
èá
âà
è âơè, cảã tâãejè âơè èâãefu vefmỹquằ của véø
m cũèá èâư åâả èapèá câịu ỉư uc
cắ âơè. Tuy èâãêè dù
èá céâèá èáâej áè èájã sẽịảy ìa âãejè tư ơá bãếè cư ùèá
èájã của åãm ỉéa. Đểåâắc pâuuc vấè wefèà
y èáư ờ
ã ta pâảã wéát èéùèá åãm ỉéa

tìư ớc åâã áè, èâư èá èếu dù
èá pâư ơèá pâáp áãa èâãejt tâì pâảã wafu tư méjt dây
câuyefè céâèá èáâej åâá ỉớè vàtéáè åém. Dé wéù vớã quy méâcéâèá tììèâ cafu véø
m
tư ơèá wéáã èâéû tâì pâư ơèá pâáp áè èájã (Hình 1.16) ìất âãeju quả vàvẫè wảm
bảé vefmaqt åỹtâuajt câé åết cấu céâèá tììèâ cầu vịm ống thép nhồi bê tơng.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT