MỘT SỐ Ý KIẾN VỀ HỆ THỐNG CẦU CẠN TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC VIỆT NAM

Bài báo gửi Hội thảo về Dường cao tốc của Hội Kết cấu và Công nghệ xây dựng Việt Nam, 10/2014

2

MỘT SỐ Ý KIẾN VỀ HỆ THỐNG CẦU CẠN

TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC VIỆT NAM

GS.TS Nguyễn Viết Trung

Hội Kết cấu và công nghệ xây dựng Việt nam

1. Giới thiệu chung

Trên các tuyến đường Cao tốc đã và đang xây dựng ở Việt nam có nhiều đoạn cầu

cạn với cấu tạo kết cấu nhịp và mố trụ, móng rất đa dạng, được thiết kế bởi nhiều Tổ

chức Tư vấn trong nước và nước ngoài, được thi công theo các công nghệ khác nhau,

Nhà thầu khác nhau và thậm chí nguồn nguyên vật liệu cũng rất khác nhau. Nhiều

đoạn cầu cạn đã góp phần quan trọng vào thành công và tính hiệu quả của cả tuyến

Cao tốc.

Một số sự cố: nứt dầm, chuyển dịch mố trụ quá mức , rơi gãy dầm gây tai nạn.

Báo cáo này góp một cái nhìn về hệ thống cầu cạn trên đường cao tốc, các kinh

nghiệm rút ra từ công tác thiết kế , thi công và quản lý.


3

1.1 Về phạm vi áp dụng cầu cạn trên cao tốc

Cầu cạn trên tuyến cao tốc thường được áp dụng trong một số tình huống sau:

- Khi tuyến Cao tốc đi qua vùng đất yếu, qua vùng có hang động Kaster giải

pháp làm cầu cạn thay cho đường đắp cao có thể đem lại hiệu quả rút ngắn thời

gian thi công và tránh lún sụt, góp phần nâng cao chất lượng êm thuận của tuyến

Cao tốc. Điển hình là tuyến Sài gòn – Trung Lương đã có đến đoạn dài khoảng

13 km cầu cạn.

- Cầu cạn tại các Nút giao khác mức, được áp dụng khá phổ biển trên tất cả

các tuyến Cao tốc hiện nay.

- Cầu cạn áp dụng cho tuyến Vành đai đô thị, cao, giải quyết được nạn ùn tắc

giao thông, mang lại hiệu quả ví dụ điển hình là Vành đai 3 ở Hà nội.

- Cầu cạn nhiều nhịp bằng nhau trên phần cầu dẫn của các cầu qua sông lớn, ví

dụ là Phần cầu dẫn của các cầu lớn như Mỹ thuận, Cần Thơ, Nhật Tân, v,v…


4

1.2 Về cấu tạo kết cấu nhịp

Kết cấu nhịp cầu cạn thường là các dầm BTCT có cùng cấu tạo và chiều dài

trên một đoạn tuyến để mang tính thống nhất hóa cao, nhờ đó có hiệu quả kinh tế

cao.

- Chiều dài nhịp phù hợp thường được chọn trong khoảng 30-40m.

- Loại hình kết cấu dầm thường được áp dụng là sơ đồ dầm giản đơn, có bản

liên tục nhiệt.

- Có 2 loại dầm được áp dụng phổ biến là dầm I và dầm Super-T chế sẵn bằng

BTCT dự ứng lực kéo trước hoặc kéo sau. Sau khi các dầm chế sẵn được lắp

ghép lên vị trí nhịp thì phần bản mặt cầu được đúc bê tông tại chỗ tạo thành

kết cấu nhịp cầu thẳng, cầu chéo góc hoặc cầu cong.

- Những loại dầm bản rỗng dự ứng lực cũng có được dùng nhưng không phổ

biến.


5

Hình 1: Lắp dầm PCI bằng cần cẩu

mũi tên

Hình 2: Lắp dầm SPT bằng cần cẩu

mũi tên


6

Hình 3: Dầm PCI Cao tốc HN-HP đã

đặt lên mố trụ

Hình 4: Dầm PCI Cao tốc HN-HP ở bãi

đúc


7

Hình 5: Dầm SPT Cao tốc SG-TL đã

lắp lên các trụ

Hình 6: Chế tạo Dầm SPT Cao tốc

SG-TL


8

:


9

Hình 7: Dầm 2 hộp cong

Nút giao Cao tốc HN-HP


10

1.3 Về cấu tạo mố trụ cầu

- Thân trụ các cầu cạn thường có dạng thân cột đơn BTCT thường và

- Phần xà mũ mở rộng bằng BTCT dự ứng lực được đặt các bó cáp dự

ứng lực kéo sau. Nhờ đó trụ có dạng thon gọn và khoảng không gian dưới

gần cầu được thông thoáng.

- Tại các vị trí có đường nhánh lên xuống cầu, trụ được mở rộng thành 3

cột để đỡ phần xà mũ được mở rộng.


11


12


13

Hình 8: Một số kiểu trụ cầu cạn trên

Cao tốc Việt nam


14

Mố các cầu cạn thường là

- mố chữ U bằng BTCT được đúc bê tông tại chỗ.

- Hầu như ở Việt nam chưa áp dụng kết cấu thân mố, trụ lắp ghép cho

các cầu cạn trên cao tốc.

1.4 Về cấu tạo móng của mố trụ

Phần móng các mố trụ cầu cạn thường là các cọc khoan nhồi có đường

kính phổ biến 1000; 1200 và 1500mm.

Móng cọc đóng được sử dụng rất ít, có thể là vì lý do tránh ảnh hưởng

đến khu vực dân cư lân cận cầu đang được thi công.


15

1.5 Về cấu tạo đường dẫn lên cầu cạn

Đường dẫn lên cầu cạn thường là đường đắp cao, ví dụ như trên Vành

đai 3 ở Hà nội. Nhưng tại các Nút giao khác mức của tuyến Cao tốc thì

đường dẫn lên cầu cạn thường có tường chắn đất có cốt.

Hình 9: Tường chắn đất có cốt dẫn lên cầu cạn


16

Rất nhiều cầu cạn đã có hệ thống xử lý nền đất yếu trước và sau

mố bằng các giải pháp thay đất , cọc cát, bấc thấm, gia tải trước, bệ

phản áp, v,v… đặc biệt là giải pháp làm sàn giảm tải BTCT đặt trên

hệ móng cọc đóng hoặc móng cọc khoan nhồi đã được áp dụng

nhiều dự án, thậm chí đôi lúc quá mức cần thiết.

Hệ thống thiết bị trên các cầu cạn gồm gối cầu, khe biến dạng, ống

nước, lan can, cột điện, biển báo giao thông,v,v… chưa có gì khác

so với trên các cầu qua sông thông thường, mặc dù yêu cầu an toàn

lẽ ra phải cao hơn, tránh xe rơi từ cầu cạn xuống phần đường có giao

thông đông đúc bên dưới.


17

67.5

392.

515

0

610

135

118

R1000

130

70

265 U - M22 x 650

a

120

100

30 30

50

90 105105600

50 150300 200

150

250

8.5 8.5

a - a

a

13

130

Tay vÞn trªn

101.6, t = 4.2

Tay vÞn díi

76.3, t = 3.2

èng thÐp liªn kÕt

90, L = 300

èng thÐp liªn kÕt

67.5, L = 300

cèt thÐp trªn nhÞp

50

50

600

2712

3

150

250

5025

0

20050

N2- 13-250

N3- 13-250

8N1- 13

600

5050

N2*- 13-250

250

5025

0

119.

713

0.3

250

N1*- 1350N3*- 13-250 50200

cèt thÐp trªn mè

Hình 10: Một kiểu lan can của cầu cạn trên Cao tốc Việt nam


18

1.6 Một số đặc điểm về thi công

- Các dầm cầu PCI hoặc SPT thường được chế tạo tại bãi sản xuất

gần công trường, sau đó vận chuyển bằng xe chuyên dụng đến vị trí

cần lao lắp.

Để lao lắp các dầm này lên trụ thường dùng cần cẩu mũi tên, giá

long môn, giá lao cầu tự tạo


19

Hình 11: bãi đúc dầm SPT cho Cao toc

SG-TL

Hình 12: Gia 3 chân lao dầm SPT cho

cầu cạn Vành đai 3 Hà nội


20

Hình 13: Giá lao dầm cầu cạn Cao toc

HN-HP

Hình 14 : Hệ đà giáo đúc tại chỗ dầm

hộp cầu cong Nút giao Cao tốc HN-HP

-


21

Các kết cấu nhịp cong thường áp dụng 2 giải pháp:

- Hoặc lắp ghép các dầm PCI chéo góc nhịp giản đơn giữa các

trụ liền kề rồi đổ bê tông tại chỗ phần bản mặt cầu cong trên

mặt bằng tạo thành bề mặt cầu cong tren các dầm PCI thẳng.

- Hoặc đúc tại chỗ toàn bộ kết cấu nhịp dạng dầm hộp và dạng

bản cong liên tục nhiều nhịp tạo thành Kết cấu nhịp cong trên

mặt bằng

- Móng cọc khoan nhồi thi công theo các phương pháp thông

thường, thân các mố, trụ được đổ bê tông tại chỗ, không có gì

đặc biệt


22

2. Phân tích một số sự cố cầu cạn trên Cao tốc và những vấn

đề cần rút kinh nghiệm

2.1 Sự cố rơi dầm cầu Chợ Đệm, Cao tốc Sài gòn-Trung Lương

Hình 15: Rơi dầm càu Chợ

Đệm-Cao tốc Sài gòn Trung

Lương


23

2.2 Sự cố rơi dầm cầu Vành đai 3 Hà nội

Hình 16: Rơi dầm Linh

Đam –Vành đai 3 Hà

nội


24

Cầu cạn của Vanh dai qua khu vực Linh Đàm, Hà nội có 3 phiến

dầm PCI đã đặt lên gối được 3 tháng nhưng không có chống đỡ nên

khi gối cao su biến dạng đã làm nghiên 1 dầm dẫn đến đỏ va vào 2

dầm bên cạnh khiến cả 3 dầm rơi cuống đất gãy làm nhiều đoạn

2.3 Chất lượng dầm Super-T

2.3.1 Vấn đề nứt đầu dầm SPT có khấc

Rất nhiều dầm SPT có đầu khấc của nhiều dự án Cao tốc như Sài

gòn-Trung Lương, Vành đai 3 Hà nội, v.v…đã bị nứt ở khu vực

khấc đầu dầm. Bộ GTVT đã giao Viện KHCN GTVT thực hiện một

đề tài nghiên cứu và đã có kết luận về nguyên nhân và đưa ra các


25

giải pháp khắc phục, đặc biệt cho dự án Vành đai 3 Hà nội. Tuy

nhiên đối với các dự án mới, Nhà thầu mới, nguy cơ xảy ra vết nứt

vẫn là chưa hoàn toàn loại bỏ được.

Hình 17 : Cốt thép

quá dày đặc gây khó

khăn đổ BT là một

trong các nguyên

nhân gây nứt vùng

đầu khấc dầm SPT


26

Hình 18. Các dạng nứt

khu vực đầu dầm

super-T cắt khấc

Dạng 1: nứt xiên ởgóc

khấc;

Dạng 2: nứt dọc

ởkhu vực bầu dầm

phía dưới;

Dạng 3: nứt dọc phần

tiếp giáp giữa cánh

dầm và thân dầm;

Dạng 4: nứt xiên

trên cánh dầm ởvịtrí

tiếp giáp giữa phần

đặc và phần rỗng


27

2.3.2 Vấn đề lộ vết cốt đai dầm SPT

Nhiều dầm SPT của các dự án Cao tốc bị lộ vết cốt đai cách đều

nhau hiện rõ trên bề mặt thành dầm.

Có nhiều lý do nêu ra như chiều dầy bê tông bảo hộ mỏng, cốt đai

bị rỉ không được làm sạch trước lúc đổ bê tông dầm, v,v…

Cho đén nay đây vẫn còn là một khuyết điểm chưa xử lý triệt để

được.


28

Hình 19 : Dầm SPT bị lộ vết cốt đai,

Cao tốcVành đai 3 Hà nội

Hình 20 : Dầm SPT bị lộ vết cốt

đai, Cao tốc HN-HP


29

2.4 Chất lượng dầm PCI

- Dầm PCI có nhiều ưu điểmvề Lao lắp, áp dụng linh hoạt cho cầu

thẳng , cầu chéo và cầu cong

- môt nhược điểm lớn là momen quán tính đối với trục thẳng đứng

của mặt cắt nhỏ do đó các dầm dài đến xấp xỉ 40m rất dễ bị mất ổn

định khi cẩu lắp và đặt trên gối.

Đấy cũng là nguyên nhân góp phần làm rơi dầm cầu Chợ Đệm

trên Cao tốc Sài gòn Trung Lương và gây rơi dầm từ trên gối của

cầu Vành đai 3 Hà nội.


30

3. Một số đề nghị rút kinh nghiệm từ các dự án Cao tốc đã

thực hiện

- Về phạm vi áp dụng hợp lý các cầu cạn:

- ngoài những vị trí Nút giao khác mức, cần xét chọn giải pháp cả

đoạn cầu cạn dài qua vùng địa chất yếu, tránh nền đắp cao.

- Ngoài ra đối với đoạn tuyến Cao tốc qua vùng có hang động

Kaster , cũng nên xét giải pháp làm cầu cạn thay cho đường đắp

- Về dầm PCI:

- nên phát triển dầm PCI với nhịp từ 30 đến 38m, tránh làm các

nhịp ngắn hơn 30 m để giảm số lượng và chi phí làm trụ cầu.


31

- Các dầm PCI dài quá 38m bắt đầu xuất hiện nguy cơ mất ổn định

khi cẩu lắp.

- Đối với dầm PCI tuy Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05

không quy định rõ nhưng khi thiết kế phải lưu ý kiểm toán cường độ

và ổn định của dầm PCI trong giai đoạn tạo dự ứng lực , vận chuyển

và lao lắp.

- Nên áp dụng thử các thiết kế mới như nối liên tục các dầm PCI

bằng cáp dư ứng lực ngoài theo kinh nghi`ệm của Hàn Quốc. Nếu

không nối liên tục thì nên thống nhất hóa áp dụng bản liên tục nhiệt

cho mọi cầu cạn


32

Về dầm SPT

- nên loại bỏ hẳn kiểu dầm có đầu khấc vì không đem lại nhiều

hiệu quả về vẻ đẹp mà gây ra rất nhiều phí tổn phòng ngừa và xử lý

sự cố nứt đầu dầm.

- Ngoài ra phải tìm cách khắc phục khuyết điểm lộ vết cốt đai của

dầm SPT, ví dụ có thể tăng bề dầy bụng dầm từ 120mm lên 150mm.

- Nên áp dụng các thiết kế mới là dầm U thay cho dầm SPT vì có

nhiều ưu điểm hơn (Bộ GTVT đã có nghiên cứu đề tài này và được

nghiệm thu nhưng chưa đưa ra áp dụng thực tế).


33

-Đối với các đoạn tuyến Cao tốc ven biển,

- cần phát triển các giải pháp sơn phủ bề măt bê tông hiệu quả cả

về kỹ thuật và kinh tế để có thể dùng chung công nghệ chế tạo và

công nghệ lao lắp dầm so với loại dầm tương tự dùng ở đoạn tuyến

không bị ăn mòn.

Việc tăng tính thống nhất hóa sẽ gỉảm giá thành chung công trình.


34

Trường hợp Cao tốc qua đô thị như Vành đai 3 Hà nội:

-, cần phát triển các loại cọc khác với cọc khoan nhồi, nhằm mục

tiêu đảm bảo thi công nhanh trong đô thị chật hẹp, không gây rung

động môi trường xung quanh và chiếm dụng diện tích thi công nhỏ,

bớt gây ách tắc giao thông.

-

Ví dụ loại cọc BTCT nhiều đốt thi công khoan-hạ (công nghệ của

Phan Vũ và Japan pile), cọc ống thép đường kính lớn có cánh xoắn

ở mũi cọc. v,v… hàng ngày.


35

Về lan can cầu cạn:

- Trên cơ sở xem xét các sự cố xe tải đâm phá hủy lan can cầu cạn

và rơi xuống bên dưới ở các cầu cạn Việt nam, cần phải tăng cường

yêu cầu về an toàn thiết kế lan can cầu cạn trong Nút giao khác mức

cao hơn các quy định hiện nay của Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 cho

lan can của các cầu qua sông nói chung.

- Cần đảm bảo tuyệt đối lan can không bị phá hủy và xe tải hợp

pháp qua cầu cạn không thể bị rơi qua lan can xuống tuyến giao

thông bên dưới cầu.


36

Xin cám ơn sự chú ý của các quý vị

Tài liệu tham khảo chính:

[1]. Các báo cáo kiểm tra các dự án Cao tốc : Sai gòn –Trung Lương, Hà nội-Lao

kai, Cầu Giẽ-Ninh bình, Hà nội- Thái nguyên, Hà nội- Hải phòng, tuyến Vành

đai 3 Hà nội trong khoảng 6 năm từ 2008 đến 2014

[2]. Nguyễn viết Trung, Bùi xuân Học. Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp

Bộ GTVT: Nguyên nhân nứt dầm Super-T và giải pháp khắc phục, Hà nội 2012.

MỘT SỐ Ý KIẾN VỀ HỆ THỐNG CẦU CẠN TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC VIỆT NAM

Documents