Nghiên cứu khả năng ứng dụng cầu thép trong xây dựng hạ tầng giao thông ở khu vực phía nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THẾ HỒNG TRUNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CẦU THÉP
TRONG XÂY DỰNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG Ở KHU VỰC
PHÍA NAM

Chuyên ngành: Xây dựng cầu, hầm
Mã ngành:

60 58 25

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS. Đặng Đăng Tùng
TS. Nguyễn Cảnh Tuấn

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Lê Thị Bích Thủy

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phạm Quang Nhật

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 17 tháng 01 năm 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm:
1/. Chủ tịch:

TS. Lê Bá Khánh

2/. Thư ký:

TS. Nguyễn Danh Thắng

3/. Phản biện 1:

PGS.TS Lê Thị Bích Thủy

4/. Phản biện 2:

TS. Phạm Quang Nhật

5/. Ủy viên:

TS. Phùng Mạnh Tiến

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

TS. LÊ BÁ KHÁNH

TS. NGUYỄN MINH TÂM

`

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độ lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN THẾ HỒNG TRUNG

MSHV: 11380347

Ngày, tháng, năm sinh: 23/10/1979

Nơi sinh: Đồng Tháp

Chuyên ngành: Xây dựng cầu, hầm

Mã số: 60 58 25

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CẦU THÉP TRONG
XÂY DỰNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG Ở KHU VỰC PHÍA NAM
Nhiệm vụ và nội dung luận văn:
- Điều tra về các nguồn cung ứng sản phẩm thép, các doanh nghiệp có khả năng
chế tác, gia cơng, lắp ráp cầu thép.
- Phân tích, đánh giá hiện trạng giao thơng thành phố Hồ Chí Minh và giao thơng
nơng thôn của khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

- Đề xuất khả năng ứng dụng cầu thép trong xây dựng hạ tầng giao thơng khu
vực phía Nam.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07-07-2014
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07-12-2014
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. ĐẶNG ĐĂNG TÙNG
TS. NGUYỄN CẢNH TUẤN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Tp. HCM, ngày
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. ĐẶNG ĐĂNG TÙNG

TS. NGUYỄN CẢNH TUẤN

tháng

TS. LÊ BÁ KHÁNH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS. NGUYỄN MINH TÂM

năm 2014

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
CẦU ĐƯỜNG

-iLỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Tiến sĩ Đặng Đăng Tùng,
Tiến sĩ Nguyễn Cảnh Tuấn người đã tận tình chỉ dẫn và có những góp ý vơ cùng
q báo giúp tơi hồn thành nghiên cứu này.
Xin chân thành cảm ơn ông Nguyễn Văn Cống Giám đốc Sở Giao thông vận
tải tỉnh Đồng Tháp và các anh, chị trong Ban Quản lý dự án Xây dựng cơng trình
giao thơng Đồng Tháp đã động viên, tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn một
cách đầy đủ nhất.
Xin gửi lời cảm ơn đến Tiến sĩ Phùng Mạnh Tiến và Tiến Sĩ Nguyễn Danh
Thắng đã có những đóng góp tích cực khi phản biện Đề cương của tôi.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình tơi, cha mẹ và vợ tơi,
những người ở phía sau ln giúp đỡ tơi về mọi mặt, tạo mọi điều kiện cho tơi hồn
thành luận văn này.


- ii TĨM TẮT
Thép là loại vật liệu hồn chỉnh được sử dụng rất rộng rãi trong nền kinh tế
quốc dân, đặc biệt trong xây dựng kết cấu hạ tầng giao thông. Tuy nhiên, tỷ trọng
cầu thép trong hạ tầng giao thơng ở khu vực phía Nam cịn khiêm tốn. Việc điều tra
về các nguồn cung ứng sản phẩm thép, các doanh nghiệp có khả năng gia cơng, chế
tác và kỹ thuật xây dựng cầu thép là cần thiết.
Nghiên cứu được trình bày trong nội dung luận văn này là phân tích, tổng hợp,
thống kê và diễn giải các số liệu thu thập được kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm
dựa trên các số liệu hiện trường đo đạc và thu thập thơng qua các thí nghiệm phơi
bày. Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy thị trường thép phục vụ xây dựng rất
dồi dào, trình độ gia cơng, chế tạo và kỹ thuật xây dựng cầu thép ở Việt Nam đã
tiến bộ, có khả năng thi cơng những loại kết cấu phức tạp và thép chịu thời tiết
thông thường được xem là có thể ứng dụng ở ĐBSCL. Do vậy khả năng ứng dụng
cầu thép trong xây dựng hạ tầng giao thơng ở khu vực phía Nam là khả thi.

Tuy nhiên, cần có thêm những kết quả nghiên cứu tiến tới chuẩn hóa khẩu độ,
tiết diện dầm cầu thép để phục vụ xây dựng các tuyến đường trên cao tại TP.HCM,
chuẩn hóa mơ đun cầu GTNT để phục vụ chương trình xây dựng nơng thơn mới.
 

 


- iii ABSTRACT
Steel is a good material that can be used widely in fields of civil engineering
in general, especially in transportation infrastructure construction. However,
percentage of using steel bridges in bridge construction in Southern of Vietnam is
not so high. Then, the investigation of applicability of steel bridge in this area is
necessary.
The content of thesis includes analysis, statistics, and evaluation of the
applicability of steel in construction market based on of detail collected data and
experiments in real sites.
The preliminary study showed that the supplying market of steel construction
is plentiful; and steel products are various, progress in bridge construction is
updated…etc. As the result, steel bridges can be applied widely in construction of
transportation infrastructure in Southern of Vietnam.


- iv LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là Nguyễn Thế Hồng Trung, tôi xin cam đoan rằng Luận văn thạc sĩ
với đề tài “Nghiên cứu khả năng ứng dạng cầu thép trong xây dựng hạ tầng giao
thơng ở khu vực phía Nam” là do tôi tự tiến hành thực hiện và khơng sao chép của
các luận văn đi trước. Mọi trích dẫn trong luận văn (nếu có) từ các nguồn tải liệu
sách, báo mạng, tiêu chuẩn hiện hành đều được tôi ghi chi tiết nguồn trích dẫn và
tên tác giả. Nếu nhà trường phát hiện có điều gì gian dối, tơi xin hoàn toàn chịu

trách nhiệm.


-vMỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i 
TÓM TẮT ................................................................................................................. ii 
ABSTRACT ............................................................................................................. iii 
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iv 
MỤC LỤC ..................................................................................................................v 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... ix 
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ ...................................................................................x 
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ............................................................................. xi 
DANH MỤC CÁC TỪ VIÊT TẮT .................................................................. xiii 
CHƯƠNG MỞ ĐẦU .................................................................................................1 
TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ....................1 
1. 

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................1 

2. 

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .........................................................................2 

3. 

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..............................................2 

4. 

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................3 

5. 

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ............................3 

CHƯƠNG 1................................................................................................................4 
HIỆN TRẠNG NGÀNH THÉP VIỆT NAM ..........................................................4 
1.1. 

TỔNG QUAN NGÀNH THÉP ...................................................................4 

1.1.1.  Tầm quan trọng của ngành thép ....................................................................4 
1.1.2.  Lịch sử hình thành và phát triển ....................................................................4 
1.1.3.  Đặc điểm của vật liệu thép và cầu thép .........................................................5 
1.1.4.  Ưu, khuyết điểm của cầu thép .......................................................................6 
1.1.5.  Vật liệu thép chịu thời tiết .............................................................................7 
1.2. 

ĐẶC ĐIỂM NGÀNH THÉP VIỆT NAM ...............................................14 

1.2.1.  Thực trạng phát triển ngành thép Việt Nam ................................................14 
1.2.2.  Trình độ cơng nghệ sản xuất, gia cơng và kỹ thuật xây dựng .....................15 
1.2.3.  Triển vọng cua Ngành và khả năng cung ứng thép .................................24 


- vi 1.3. 

TÌNH TRẠNG SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CẦU THÉP Ở NƯỚC TA ......................................................................................28 

1.3.1.  Tình trạng sử dụng cầu thép ở nước ta ........................................................28 
1.3.2.  Phương hướng phát triển cầu thép ...............................................................31 
CHƯƠNG 2..............................................................................................................32 
KHẢ NĂNG ỨNG DỰNG CẦU THÉP TRONG PHÁT TRIỂN GIAO
THÔNG ĐÔ THỊ.....................................................................................................32 
2.1. 

HIỆN TRẠNG GIAO THÔNG ĐÔ THỊ.................................................32 

2.1.1.  Tổng quan về đô thị TP.HCM .....................................................................32 
2.1.2.  Hiện trạng kết cấu hạ tầng giao thơng .........................................................33 
2.1.3.  Những khó khăn, hạn chế trong việc phát triển hệ thống giao thông đô thị37 
2.2. 

TƯƠNG LAI PHÁT TRIỂN CỦA GIAO THÔNG ĐÔ THỊ................38 

2.2.1.  Phương hướng phát triển giao thông đô thị .................................................38 
2.2.2.  Chiến lược và mục tiêu phát triển giao thông .............................................39 
2.2.3.  Quy hoạch phát triển các tuyến đường ........................................................39 
2.3. 

KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CẦU THÉP TRONG PHÁT TRIỂN GIAO

THÔNG ĐÔ THỊ.....................................................................................................45 
2.3.1.  Các dạng cầu thường sử dụng cho các tuyến đường trên cao .....................45 
2.3.2.  Đề xuất quy mố, giải pháp thiết kế các tuyến đường trên cao tại TP.HCM48 
2.3.3.  Ứng dụng cầu thép trong xây dựng các tuyến đường trên cao tại TP.HCM 51 
CHƯƠNG 3..............................................................................................................55 
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CẦU THÉP TRONG PHÁT TRIỂN GTNT ..........55 
3.1. 

HIỆN TRẠNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN VÙNG ĐBSCL ...........55 

3.1.1.  Tổng quan về vùng ĐBSCL ........................................................................55 
3.1.2.  Hiện trạng chung của GTNT .......................................................................56 
3.1.3.  Các đặc trưng cơ bản về địa hình, địa chất thuy văn vùng ĐBSCL ........57 
3.1.4.  Đánh giá chung về xây dựng và phát triển GTNT vùng ĐBSCL ...............61 
3.2. 

XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT CHO CẦU GTNT Ở KHU

VỰC ĐBSCL............................................................................................................62 
3.2.1.  Yêu cầu xác định tiêu chuẩn kỹ thuật cho cầu GTNT ở khu vực ĐBSCL..62 


- vii 3.2.2.  Các khích thước cơ bản cầu GTNT .............................................................63 
3.2.3.  Các tiêu chuẩn kỹ thuật cho cầu GTNT ......................................................63 
3.2.4.  Phương hướng phát triển hệ thống GTNT ở ĐBSCL .................................68 
3.3. 

LỰA CHỌN VẬT LIỆU, KẾT CẤU HỢP LÝ ĐỂ ĐẨY NHANH VIỆC

XÂY DỰNG CẦU GTNT Ở KHU VỰC ĐBSCL ................................................70 
3.4. 

KHÁI QUÁT VỀ CẦU THEP VÀ KHẢ NĂNG VẬN DỤNG CHO

GTNT KHU VỰC ĐBSCL .....................................................................................71 
3.4.1.  Khái quát về kết cầu cầu thép ......................................................................71 
3.4.2.  Hiện trạng cầu GTNT sử dụng kết cấu thép ................................................78 

3.5. 

VẬT LIỆU THÉP CHỊU THỜI TIẾT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG Ở

KHU VỰC ĐBSCL .................................................................................................79 
3.5.1.  Vật liệu thép chịu thời tiết. ..........................................................................79 
3.5.2.  Khả năng ứng dụng thép chịu thời tiết ở khu vực ĐBSCL .........................79 
3.6. 

SO SÁNH CHI PHÍ XÂY DỰNG GIỮA CẦU BTCT DƯL VÀ CẦU

THÉP CÁC CẦU GTNT Ở ĐBSCL ......................................................................81 
3.7. 

KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CẦU THÉP TRONG XÂY DỰNG CẦU

GTNT VÙNG ĐBSCL ............................................................................................84 
3.8. 

ỨNG DỤNG THỰC TẾ TẠI TỈNH ĐỒNG THÁP ...............................85 

3.8.1.  Giới thiệu chung về cầu Xẻo Bèo ................................................................85 
3.8.2.  Phương án thiết kế dầm thép chịu thời tiết, mặt cầu BTCT ........................86 
3.8.3.  Kiểm toán dầm thép tiết diện chữ I, dài L = 23m........................................88 
(kèm theo thuyết minh tính tốn) ...............................................................................88 
CHƯƠNG 4..............................................................................................................89 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................89 
4.1. 

BIỂU ĐỒ SO SÁNH GIỮA CHIỀU DÀI NHỊP VÀ GIÁ THÀNH XÂY

DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CẦU THÉP ........................................89 
4.1.1.  Hiệp hội cầu đường Nhật Bản .....................................................................89 
4.1.2.  Cầu GTNT ở khu vực ĐBSCL ....................................................................90 
4.2. 

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ........................................................................91 

4.2.1.  Kết luận........................................................................................................91 


- viii 4.2.2.  Kiến nghị .....................................................................................................93 
4.3. 

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI ..................................................93 

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................94 
PHỤ LỤC TÍNH TỐN .........................................................................................97 


- ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Mục tiêu sản xuất thép của Việt Nam đến năm 2025
Bảng 1.2. Các dự án sản xuất thép của nước ngoài đầu tư vào Việt Nam
Bảng 2.1. Tổng hợp bề rộng mặt cầu theo các tiêu chuẩn
Bảng 3.1. Tải trọng thiết kế cầu GTNT vùng ĐBSCL
Bảng 3.2. Bề rộng cầu GTNT vùng ĐBSCL
Bảng 3.3. Bảng thống kê cầu thép nông thôn loại M
Bảng 3.4. Bảng thống kê cầu thép nông thôn loại MK
Bảng 3.5. Bảng thống kê cầu thép nông thôn loại H
Bảng 3.6. Bảng thống kê cầu thép nông thôn loại HA

Bảng 3.7. Bảng thống kê cầu thép nông thôn loại HB
Bảng 3.8. Bảng thống kê cầu thép nông thôn loại A
Bảng 3.9. Bảng thống kê cầu thép nông thôn loại B
Bảng 3.10. Bảng thống kê cầu thép nông thôn loại CT
Bảng 3.11. Bảng tổng hợp suất đầu tư cầu BTCT DƯL
Bảng 3.12. Bảng tổng hợp suất đầu tư cầu dàn thép sơn
Bảng 3.13. Bảng tổng hợp suất đầu tư cầu dàn mạ kẽm
Bảng 3.14. Bảng tổng hợp suất đầu tư dầm thép liên hợp BTCT


-xDANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 1.1. So sánh mất mát ăn mòn thép chịu thời tiết và thép carbon thông
thường
Biểu đồ 1.2. Đường cong ứng suất – biến dạng điển hình cho các loại thép kết cấu
Biểu đồ 1.3. Dự báo sản lượng tiêu thụ thép tại Việt Nam
Biểu đồ 2.1. Cơ cấu phân cấp đường ở TP.HCM
Biểu đồ 2.2. Sản lượng sản xuất và tiêu thụ thép xây dựng 6 tháng năm 2014
Biểu đồ 2.3. Biểu đồ giá thép từ tháng 1/2012 đến tháng 5/2014
Biểu đồ 3.1. Mối tương quan giữa mất mát ăn mòn và khoảng cách bờ biển
Biểu đồ 3.2. Mối quan hệ giữa chiều dài nhịp và chi phí xây dựng
Biểu đồ 4.1. Quan hệ giữa chiều dài nhịp và chi phí xây dựng cầu ở Nhật Bản


- xi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cầu thép chịu thời tiết Serninggerbaach Valley ở Luxebourg
Hình 1.2. Cầu cạn Obridge ở Taunton, Enghland
Hình 1.3. Cầu thép chịu thời tiết trên đường xe lửa, Đan Mạch
Hình 1.4. Cầu thép chịu thời tiết Torno, giữa Pháp và Thụy Điển
Hình 1.5. Cầu đi bộ, Slucovice, Cộng hịa Séc
Hình 1.6. Cầu cạn Piave, Italy được giảm nhẹ sau khi xây dựng

Hình 1.7. Cầu Rạch Rớ - tỉnh Bình Dương
Hình 1.8. Quy trình sản xuất thép
Hình1.9. Cầu thép của Cơng ty cổ phần Cơ khí An Giang sản xuất
Hình 1.10. Cầu 4.2H đang thi cơng lắp đặt cầu thép tại cơng trường
Hình 1.11. Đang thử tải cầu 4.2H kết cấu 3/1
Hình 1.12. Cầu Khém Bà Hành, tỉnh Sóc Trăng
Hình 1.13. Cầu Kênh T4 – tuyến quốc lộ N1
Hình 1.14. Chế tạo dầm thép cầu vượt bằng thép tại ngã 6 Nguyễn Tri Phương - 3/2
- Lý Thái Tổ - TP.HCM
Hình 1.15. Sản xuất lắp đặt toàn bộ hệ kết cấu thép phần nhịp cầu vượt, huyện
Đơng Anh - Hà Nội.
Hình 1.16. Cầu vượt ngã ba Vũng Tàu
Hình 1.17. Thi cơng cầu vượt thép nhẹ vịng xoay cây Gõ, TP.HCM
Hình 1.18 Cầu treo dây văng [34]
Hình 1.19. Cầu giàn khơng gian có trụ giữa [34]
Hình 1.20. Cầu Long Biên, Hà Nội (1893-1903)
Hình 1.21. Cầu Thăng Long, Hà Nội
Hình 1.22. Cầu Bính, Hải Phịng (2002-2005)
Hình 1.23. Cầu Cần Thơ (2004-2010)
Hình 1.24. Cầu Thuận Phước, Đà Nẵng (2003-2009)
Hình 1.25. Cầu Nhật Tân, Hà Nội (sắp hồn thành)
Hình 2.1. Bản đồ địa giới hành chính TP.HCM
Hình 2.2. Mạng lưới đường sá giao thông đối ngoại TP.HCM


- xii Hình 2.3. Đường cao tốc TP.HCM - Long Thành – Giầu Dây
Hình 2.4. Các tuyến đường vành đai TP.HCM
Hình 2.5. Các tuyến đường trên cao TP.HCM
Hình 2.6. Các nút giao thơng TP.HCM
Hình 2.7. Mặt cắt điển hình cầu dầm thép liên hợp bê tơng cốt thép

Hình 2.8. Mặt cắt điển hình cầu dầm hộp thép
Hình 2.9. Mặt cắt điển hình cầu Laader deck
Hình 2.10. Mặt cắt điển hình cầu dầm bê tơng cốt thép
Hình 2.11. Mặt cắt ngang đường trên cao theo TCVN 4054 – 2005
Hình 2.12. Mặt cắt ngang đường trên cao theo TCXDVN 104 – 2007
Hình 2.13. Bình đồ tuyến đường sắt trên cao số 3, TP.HCM
Hình 3.1 Vị trí địa lý Vùng ĐBSCL
Hình 3.2 Các kích thước cơ bản của cầu GTNT
Hình 3.3 Tải trọng thiết kế của cầu GTNT
Hình 3.4. Cầu dầm thép – BTCT liên hợp
Hình 3.5. Mặt cắt ngang cầu thép nơng thơn loại NT2.2M
Hình 3.6. Mặt cắt ngang cầu thép nơng thơn loại NT2.2MK
Hình 3.7. Mặt cắt ngang cầu thép nơng thơn loại NT2.6H
Hình 3.8. Mặt cắt ngang cầu thép nơng thơn loại NT3.2HA
Hình 3.9. Mặt cắt ngang cầu thép nơng thơn loại NT2.6B
Hình 3.10. Cầu treo dây văng
Hình 3.11. Chính diện cầu treo dây võng
Hình 3.12. Chính diện cầu vịm dàn thép khơng gian
Hình 3.13. Sơ đồ vị trí lắp đặt mẫu thí nghiệm các cầu tại tỉnh Đồng Tháp
Hình 3.14. Mẫu thí nghiệm được gắn trên 3 cầu A, A’ và B, tỉnh Đồng Tháp
Hình 3.15. Sơ đồ vị trí cầu xây dựng cầu Xẻo Bèo, tỉnh Đồng Tháp
Hình 3.16. Mặt cắt dọc cầu Xẻo Bèo, theo phương án xây dựng cầu dầm thép
Hình 3.17. Mặt cắt ngang cầu Xẻo Bèo, theo phương án xây dựng cầu dầm thép
Hình 3.18. Chi tiết mối nối dầm thép cầu Xẻo Bèo, tỉnh Đồng Tháp
Hình 3.19. Cầu Xẻo Bèo, thành phố Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp


- xiii -

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TP.HCM:

Thành phố Hồ Chí Minh

ĐBSCL:

Đồng bằng sơng Cửu Long

UBND:

Ủy ban nhân dân

GTNT:

Giao thơng nông thôn

GTVT:

Giao thông vận tải

GTĐP:

Giao thông địa phương

ĐH:

Đường huyện

ĐX:

Đường xã

MNTN:

Mực nước thấp nhất

MNCN:

Mực nước cao nhất

MNTT:

Mực nước thông thuyền

POM:

Công ty Thép Pomina

COMA:

Tổng Cơng ty cơ khí Xây dựng


-1CHƯƠNG MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
-----------------------1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Để đáp ứng được tốc độ phát triển của đất nước ta hiện nay đòi hỏi cơ sở hạ

tầng, đặc biệt là giao thông vận tải phải đi tiên phong. Với công nghệ ứng dụng thép
hiện nay, trên cơ sở kinh nghiệm của các nước và tình hình thực tiễn ở nước ta, có
thể đưa ra 3 hướng ứng dụng của cầu thép như sau:
Tại TP.HCM thì ùn tắc giao thơng, đặc biệt là tại các nút giao thông trọng
điểm đã và đang là mối lo ngại, cản trở lớn nhất đối với sự phát triển của đơ thị này
nói riêng và của cả nước vì đây là địa phương đóng góp tổng sản phẩm quốc nội
(GDP) lớn nhất nước. Hàng loạt các giải pháp được đưa ra như mở rộng đường, hạn
chế xe cộ, đào hầm vượt… nhưng giải pháp cầu vượt nhẹ thép đang là giải pháp tối
ưu với ưu điểm vượt trội của vật liệu thép: nhẹ, thi công nhanh, thẩm mỹ cao [1].
Cùng với thế mạnh hình dáng đa dạng, dễ gia công chế tác lắp ráp, phù hợp
với cảnh quan đơ thị, cầu dầm thép cịn được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu
cạn trên các đường vành đai (Ring road) ở thủ đô các nước Tokyo (Nhật), Bangkok
(Thái Lan). TP.HCM có kế hoạch tập trung xây dựng và hồn thiện khép kín hệ
thống đường vành đai số 3 và số 4 trong tương lai nên việc tham khảo kinh nghiệm
của các nước trong việc xây cầu trên cao (cầu cạn, cầu cong) [2] bằng thép ở khu
vực đất yếu như TP.HCM là cần thiết.
Ứng dụng thép chịu thời tiết trong xây dựng cầu GTNT ở ĐBSCL cũng là
vấn đề thiết thực đáng quan tâm. Với đặc thù là địa hình sơng nước, địa chất yếu, dễ
bị xâm thực, mạng lưới sơng ngịi chằng chịt đã hạn chế thơng thương hàng hóa
giữa các vùng miền, việc phổ biến cầu thép sử dụng thép kháng gỉ, kết cấu nhẹ, chi
phí bảo dưỡng thấp sẽ góp phần đáng kể để cải thiện tình trạng cơ sở hạ tầng ở khu
vực này. Góp phần đẩy nhanh tốc độ thực hiện chương trình nơng thơn mới.
Theo kinh nghiệm của các nước phát triển, để đáp ứng được các yếu tố kể
trên cầu thép luôn là một sự lựa chọn trong những ưu tiên hàng đầu. Những ưu điểm


-2vượt trội của cầu thép là thi cơng nhanh, hình dạng đa dạng và trọng lượng nhẹ và
bảo vệ môi trường.
Việc nghiên cứu và ứng dụng cầu thép trong xây dựng cầu ở nước ta hiện
nay còn hạn chế, do đó một nghiên cứu để đánh giá khả năng ứng dụng cầu thép

trong xây dựng hạ tầng giao thông ở khu vực phía Nam ở nước ta là thực sự cần
thiết và cấp bách.
2.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Hiện nay ngành GTVT nói riêng và các địa phương nói chung đã và đang cố

gắng nghiên cứu ứng dụng cầu thép để phục vụ nhiệm vụ chống ùn tắc giao thông
tại các thành phố lớn và xây dựng GTNT theo chương trình xây dựng nông thôn
mới. Các nhà sản xuất và thiết kế đã đưa ra rất nhiều kiểu dáng và mẫu mã nhằm đa
dạng hóa cầu thép, ở TP.HCM có cầu vượt nhẹ thép, Cơng ty cơ khí An Giang có
mơ hình cầu GTNT loại dàn giống như cầu Maybe của Anh sản xuất tải trọng từ 5
tấn trở xuống và khổ cầu rộng 2,6m, nhà máy cơ khí Tây Ninh có mơ hình cầu dàn
thép dạng vịm, . . . Tuy nhiên, các loại cầu này chưa được nghiên cứu, đánh giá
một cách đầy đủ về tính hợp lý trong xây dựng hạ tầng giao thơng ở khu vực phía
Nam.
Chính vì những lý do trên việc nghiên cứu khả năng ứng dụng cầu thép trong
xây dựng hạ tầng giao thông khu vực phía Nam, cụ thể là xây dựng các tuyến
đường trên cao tại TP.HCM và xây dựng cầu GTNT khu vực vùng ĐBSCL là thực
sự cần thiết.
3.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các loại cầu thép trong xây dựng hạ tầng

giao thông ở khu vực phía Nam.
Qua những nhận xét trên mục đích nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu khả
năng ứng dụng cầu thép trong xây dựng hạ tầng giao thông ở khu vực phía
Nam”. Để phát triển kết cấu hạ tầng giao thơng khu vực phía Nam, đặc biệt là tại
các thành phố lớn như TP.HCM và xây dựng GTNT tại khu vực ĐBSCL theo

chương trình xây dựng nơng thơn mới của Chính phủ, cần theo những mục đích sau:


-3- Phân tích, đánh giá khả năng cung ứng vật liệu thép trong xây dựng và khả
năng gia công chế tạo cầu thép.
- Đánh giá hiện trạng giao thông đô thị, GTNT và tình trạng sử dụng cầu
thép tại khu vực phía Nam.
- Dự báo về tương lai phát triển giao thơng đơ thị và GTNT khu vực phía
Nam.
- Phân tích thành quả đạt được gần đây của ngành thép, đặc biệt là trong xây
dựng kết cấu hạ tầng giao thông, đưa ra dự báo khả năng ứng dụng cầu thép trong
lai.
Trong phạm vi một đề tài luận văn Thạc sĩ, đề tài nhằm mục đích là điều tra
về các nguồn cung ứng sản phẩm thép, các doanh nghiệp có khả năng chế tác, gia
công, lắp ráp cầu thép; phân tích, đánh giá hiện trạng giao thơng TP.HCM và GTNT
của khu vực ĐBSCL và từ đó có thể đưa ra đề xuất khả năng ứng dụng cầu thép
trong xây dựng hạ tầng giao thơng ở khu vực phía Nam.
4.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu của đề tài được giải quyết thơng qua một số phương

pháp chính sau:
- Phương pháp hệ thống điều tra thực địa.
- Phương pháp thống kê và phân tích số liệu thực đo, tổng hợp.
- Phương pháp chuyên gia: Lấy ý kiến chuyên gia về các nội dung nghiên
cứu.
- Phân tích lý luận để lựa chọn giải pháp hợp lý.
5.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Qua việc phân tích, đánh giá khả năng ứng dụng của thép trong xây dựng hạ

tầng giao thông khu vực phía Nam, đề tài sẽ giúp ích cho nhà quản lý, nhà tư vấn
thiết kế lựa chọn được chủng loại vật liệu và các dạng kết cấu cầu thích hợp trong
xây dựng hạ tầng tầng giao thơng tại khu vực phía Nam nói chung, cũng như xây
dựng các tuyến đường trên cao tại TP.HCM và xây dựng cầu giao thơng thơng nơng
thơn tại khu vực ĐBSCL nói riêng.


-4CHƯƠNG 1
HIỆN TRẠNG NGÀNH THÉP VIỆT NAM
1.1.

TỔNG QUAN NGÀNH THÉP

1.1.1. Tầm quan trọng của ngành thép
Sự ra đời của kim loại thép đã góp phần rất lớn vào q trình phát triển của
loài người. Thép dần thay thế các nguyên vật liệu như đá, gỗ…bởi đặc tính vững
chắc và dễ tạo hình. Thép xuất hiện ngày càng nhiều: cơng trình cầu đường, nhà
xưởng, đóng tàu, phương tiện vận chuyển, sản phẩm phục vụ sinh hoạt…
Nhận biết được tầm quan trọng của ngành thép, hầu hết các quốc gia dành
nhiều chính sách ưu đãi để phát triển ngành này. Thép được coi là nguyên vật liệu
lõi cho các ngành công nghiệp khác và là ngành công nghiệp trụ cột của nền kinh tế
trong q trình hiện đại hóa đất nước.
1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển
Ngành thép Việt Nam manh nha từ đầu những năm 60 của thế kỷ thứ XX với
mẻ gang đầu tiên của khu liên hiệp gang thép Thái Nguyên, do Trung Quốc trợ
giúp. Mặc dù năm 1963 mẻ gang đầu tiên được ra đời nhưng mãi đến năm 1975
Việt Nam mới có được sản phẩm thép cán. Sau đó, thời kỳ 1976 – 1989 là thời gian

mà ngành thép khơng có bước tiến đáng kể, chỉ phát triển ở mức độ cầm chừng. Sản
lượng chỉ duy trì ở mức 40.000 – 85.000 tấn/năm.
Do thực hiện chủ trương đổi mới kinh tế và chính sách mở cửa của Chính
phủ, thời kỳ 1989 – 1995, ngành thép bắt đầu có bước tăng trưởng đáng kể, sản
lượng thép sản xuất trong nước vượt ngưỡng 100.000 tấn/năm. Đánh dấu sự phát
triển vượt bậc của ngành thép Việt Nam là sự ra đời của Tổng công ty Thép Việt
Nam vào năm 1990. Thời kỳ này, ngành thép Việt Nam như được thay da đổi thịt,
xuất hiện nhiều dự án đầu tư theo chiều sâu và liên doanh với đối tác nước ngoài
được thực hiện. Ngành thép Việt Nam cũng thu hút được sự quan tâm từ các ngành
trọng điểm khác của nền kinh tế như ngành cơ khí, xây dựng, quốc phòng . . . tham
gia đầu tư dự án nhỏ sản xuất thép để phục vụ sự phát triển của chính ngành mình.


-5Sản lượng thép cán của ngành Thép năm 1995 đạt 450.000 tấn/năm, tương đương
tăng gấp 4 lần so với năm 1990.
Giai đoạn 1996 – 2000, ngành thép Việt Nam tăng trưởng với tốc độ cao và
có nhiều dự án đầu tư mới theo chiều sâu, có thêm 13 dự án liên doanh, trong đó có
12 nhà máy liên doanh cán thép và gia công chế biến sau cán. Năm 2000, ngành
Thép đạt sản lượng 1,57 triệu tấn. Từ năm 2000 trở đi, do tác động của chính sách
mở cửa và hội nhập nền kinh tế, Việt Nam trở thành một trong những địa chỉ tiềm
năng thu hút nhiều dự án đầu tư từ phía đối tác nước ngồi. Theo đó, nhu cầu về
thép xây dựng cũng như thép dùng trong các ngành công nghiệp khác tăng. Các
doanh nghiệp Việt Nam có điều kiện mở rộng hoạt động sản xuất kinh doanh, đầu
tư theo chiều sâu các dự án nhằm đáp ứng tối đa cho sự phát triển kinh tế đất nước.
Trong một vài năm qua, nhu cầu thép của Việt Nam đều tăng ở mức 2 con số mỗi
năm, dự kiến trong năm 2014 sẽ có mức tăng trưởng từ 10 – 12%. Đáp ứng mức
tăng ấy, sản lượng sản xuất thép của các doanh nghiệp trong nước tăng mạnh theo
từng năm. Tuy nhiên, các chủng loại thép khác như thép cuộn cán nóng, thép hợp
kim, thép chế tạo cơ khí, thép tấm cán nóng, thép tấm cán nguội... cịn phải nhập
khẩu. Năm 2012, Việt Nam nhập khẩu 7,6 triệu tấn thép các loại và nguyên liệu

thép.
1.1.3. Đặc điểm của vật liệu thép và cầu thép
Thép là vật liệu hoàn chỉnh được dùng rộng rãi trong tất cả mọi ngành công
nghiệp cũng như đời sống hàng ngày và trong ngành xây dựng cầu nói riêng.
Thép có tính chịu lực cao với các loại ứng suất: kéo, nén, uốn, cắt…Có thể
dùng để chế tạo tất cả các dạng cầu khác nhau: dầm, dàn, vịm, treo… và các hệ liên
hợp. Thép có trọng lượng riêng lớn, độ bền cao, trọng lượng bản thân nhẹ do đó có
thể xây dựng được những cầu nhịp rất lớn. Mặc khác, thép có cường độ cao và mô
đun đàn hồi lớn – độ cứng lớn, đảm bảo ổn định dưới tác dụng của tải trọng gió và
các loại tải trọng có chu kỳ.
Về mặt lí hóa, thép có tính đồng nhất cao, dưới ảnh hưởng của nhiệt độ,
cường độ và mô đun đàn hồi thay đổi ít nên cầu thường làm việc tốt trong điều kiện
nhiệt độ của môi trường biến đổi.


-6Về mặt chế tạo, thép dễ gia công, dễ cắt, rèn đập, đúc cán, hàn nên có thể chế
tạo thành nhiều loại hình dạng thích hợp với đặc điểm các loại cầu khác nhau, đồng
thời tạo khả năng công nghiệp hóa, tự động hóa chế tạo trong cơng xưởng nhà máy.
Thêm vào đó các bộ phận của cầu thép được vận chuyển từ nơi chế tạo đến công
trường và công việc lắp ráp có thể cơ giới hóa triệt để, tạo điều kiện đẩy nhanh thời
gian xây dựng cơng trình.
Một đặc điểm quan trọng của cầu thép là có nhiều dạng liên kết đáng tin cậy
như bu lông, chốt, đinh tán, hàn và dán. Các loại liên kết của thép đảm bảo tính lắp
ghép cao, làm cho cầu dễ lắp, dễ tháo có thể dùng được trong các cơng trình vĩnh
cửu, các cơng trình tạm và các cơng trình phục vụ quốc phòng.
1.1.4. Ưu, khuyết điểm của cầu thép
1.1.4.1.

Ưu điểm

Thép là loại vật liệu hồn chỉnh nhất. Nó có tính đồng nhất, đẳng hướng, làm
việc hoàn toàn đàn hồi trước khi đạt cường độ chảy, có cường độ chịu nén và chịu
kéo cùng cao. Thép có độ dự trữ biến dạng và cường độ cao mà các vật liệu khác
không có được do đó chịu được ổn định và tải trọng động tốt.
Thời gian xây dựng cầu thép nhanh hơn cầu bêtơng. Nó có thể được lắp dựng
dễ dàng qua sông, suối, thung lũng trong các điều kiện môi trường khác nhau.
Ngồi ra nó có thể dễ dàng thi cơng tại các nút giao thông trong đô thị nên giảm giá
thành xây dựng.
Kết cấu cầu thép có trọng lượng nhẹ nên làm giảm giá thành kết cấu phần
dưới. Điều này càng có ý nghĩa khi gặp địa chất xấu, nền đất yếu.
Kết cấu nhịp cầu thép có thể thiết kế với chiều cao thấp hơn cầu bê tông nên
giảm được chiều cao kiến trúc khi sử dụng xây dựng đường trên cao, cầu vượt tại
các nút giao.
Cầu thép dễ sửa chữa và sửa chữa nhanh hơn cầu bêtông.
1.1.4.2.

Khuyết điểm

Gỉ của thép là vấn đề dai dẳng và tốn kém trong việc duy tu bảo dưỡng cầu.
Đó là ngun nhân chính dẫn đến phá hỏng cầu thép.


-7Giá thành sơn cầu thép trong suốt thời gian phục vụ là rất lớn. Vấn đề cạo gỉ
ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người. Việc cạo sạch sơn cũ và thu gom
các phế thải độc hại vô cùng đắt đỏ, đôi khi giá thành này lại lớn hơn việc bỏ cầu cũ
và xây dựng cầu mới. Việc sơn cầu cũng gây nhiều vấn đề khác như làm ô nhiễm
môi trường, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người…
Với những nhược điểm nói trên đã làm giảm sự hấp dẫn phần nào của cầu
thép so với cầu bêtông ứng suất trước.
1.1.5. Vật liệu thép chịu thời tiết

1.1.5.1.

Định nghĩa và đặc điểm của thép chịu thời tiết

Thép chịu thời tiết (tiếng anh: weathering steels/weather resistant steels), hay
để đưa tên kỹ thuật của nó là "thép dùng trong kết cấu với khả năng chống ăn mịn
trong khơng khí được cải thiện", là cái tên để đưa ra một phạm vi về thép hợp kim
thấp cường độ cao, khi dùng chúng trong điều kiện phù hợp, có thể được phơi bày
ngồi hiện trường mà khơng cần phải sơn. Khi được sử dụng hợp lý, thép chịu thời
tiết khơng có sơn có thể tăng cường tính chống gỉ so với thép cacbon hoặc
cacbon/mangan thường trong kết cấu mà khơng có sơn.
Tất cả thép trong kết cấu bị gỉ ở một tốc độ nào đó phụ thuộc vào sự xâm
nhập của hơi ẩm và oxy vào trong kim loại sắt. Khi quá trình xâm nhập này cứ tiếp
tục diễn ra, một lớp oxit gỉ sẽ trở thành một rào cản hạn chế sự xâm nhập khác của
hơi ẩm và oxy tới kim loại, và tốc độ ăn mòn này sẽ giảm xuống. Nếu như lớp gỉ
này ngăn không cho thấm nước một cách thích đáng và dính bám một cách chặt chẽ
thì tốc độ xâm nhập có thể giảm bớt xuống gần như tới zero.
Trong trường hợp dùng thép chịu thời tiết, điều kiện ổn định này có thể đạt
được tới một vài năm tùy thuộc vào điều kiện môi trường, và kim loại sau đó được
bảo vệ từ sự ăn mịn trong tương lai bằng các rào cản là lớp gỉ. Giả định rằng khơng
có sự thay đổi đáng kể nào trong môi trường và với sự kiểm tra thường xuyên tuổi
thọ một cây cầu dùng thép chịu thời tiết, thì điều kiện ổn định có thể xác định được.
Sắt và thép cả hai đều gỉ khi có sự có mặt của khơng khí và nước, kết quả là
sản phẩm của sự ăn mịn, gỉ và sắt oxit. Thép khơng chịu thời tiết (Non-weatherresisting steel) có một lớp oxit tương đối xốp mà có thể giữ ẩm và thúc đẩy sự ăn


-8mòn hơn nữa. Sau một thời gian nhất định (phụ thuộc vào điều kiện), lớp gỉ này sẽ
tách khỏi bề mặt kim loại, làm bề mặt kim loại bị phơi bày ra và gây hư hại nhiều
hơn nữa. Do đó, tốc độ gỉ phát triển như một loạt các đường cong và được xấp xỉ
bởi một đường thẳng, độ dốc của nó phụ thuộc vào tính chất xâm thực của mơi

trường (Biểu đồ 1.1).
Tỷ lệ trung bình
Biểu đồ mất mát
do gỉ theo chu kỳ
Mất mát do gỉ

Thép Các bon / Các bon- Mangan
không được bảo vệ chống gỉ

Thép chịu thời tiết

Thời gian

Biểu đồ 1.1. So sánh giữa mất mát ăn mịn thép chịu thời tiết
và thép carbon thơng thường
Với thép chịu thời tiết, quá trình gỉ được bắt đầu theo cùng một khuynh
hướng như các loại thép cacbon thông thường. Khi phơi bày ngồi mơi trường, gỉ sẽ
hình thành trong giai đoạn đầu với các đặc điểm và tốc độ tương tự như thép cacbon
thông thường, nhưng các thành phần hợp kim đặc biệt trong thép tạo nên một lớp gỉ
ổn định, bám chặt vào kim loại cơ bản và ít xốp. Lớp gỉ “đồng” này phát triển dưới
điều kiện ẩm và khô xen kẻ nhau và tạo nên một lớp oxit chống gỉ, ngăn chặn sự
thâm nhập của oxy và hơi ẩm.
Giới hạn chảy cao của thép chịu thời tiết cho phép giảm giá thành nhờ khả
năng có thể thiết kế mặt cắt kết cấu mảnh hơn. Những loại thép này được thiết kế,
chủ yếu cho những ứng dụng khơng sơn, giảm chi phí bảo dưỡng.


-9-

Biểu đồ 1.2. Đường cong ứng suất – biến dạng điển hình cho các loại thép kết cấu

Hình 1.1. Cầu thép chịu thời tiết Serninggerbaach Valley ở Luxebourg
Thép chịu thời tiết ban đầu có màu nâu cam sáng, khi bề mặt kim loại bị thổi
thì thép bắt đầu bị ơxy hóa. Trong suốt q trình thi cơng thì màu thép dần dần
chuyển sang đen, mặc dù màu sắc có thể khơng hồn tồn đều trong giai đoạn này.
Trong một hoặc hai năm sau khi hoàn thành, bề mặt trở thành màu nâu sẫm, thỉnh
thoảng màu tím nhẹ mà thường phân bố đều. Màu sắc đúng của thép chịu thời tiết
tùy thuộc tới mức độ tác động nào đó của mơi trường. Hình 1.2 thể hiện sự thay đổi
màu sắc của một cầu cụ thể trong suốt quá trình xây dựng.