Gia cố cầu giao thông lớn

1.1 Tổng quan về cầu

Kết cấu nhịp cầu là 14m + 14m + 14m = 42m, mặt cắt ngang mặt cầu là 2,0m (vỉa hè) + 26m (toa xe) + 2,0m (vỉa hè) = 30,0m. Kết cấu phần trên sử dụng bản sàn bê tông cốt thép liên tục thông thường, dầm bản sàn được hoàn thiện bằng phương pháp đúc liền khối một lần trên trụ cầu. Tổng cộng có 4 bản sàn được bố trí trên toàn bộ cầu, với độ dày 70cm, chiều rộng phần trên cùng của bản sàn là 750cm, chiều rộng phần dưới cùng của bản sàn là 450cm, chiều dài dầm công xôn là 150cm. Sử dụng bê tông C40, cốt thép đều là cốt thép cấp II.

Trụ cầu sử dụng trụ cầu bê tông cốt thép đặc hình hoa sen, dày 80cm, rộng đỉnh 250cm, rộng đáy 100cm. Phần nắp cầu là tiết diện hình chữ nhật, kết cấu bê tông cốt thép, dày 150cm. Cọc sử dụng cọc khoan nhồi đường kính 100cm, thiết kế theo phương pháp cọc ma sát. Mố trụ cầu sử dụng mố trụ nhẹ kiểu cọc-cột, đường kính cột 80cm, đường kính cọc ma sát 100cm. Kết cấu phần dưới đều được làm bằng bê tông C30, riêng cọc được làm bằng bê tông ngầm C25.

Mặt cầu có cùng độ dày, dày 10cm, khoảng cách giữa các lớp bê tông là 10cm - 10cm. Bê tông mặt cầu đổ tại chỗ là bê tông chống thấm C40.

1.2 Bệnh cầu nối

Trước khi thiết kế gia cố cầu, hiện trạng cầu đã được kiểm tra. Kết quả kiểm tra cho thấy các vấn đề chính của cầu hiện nay là các vết nứt ngang của dầm bản và độ võng một phần nhịp cầu. Một phần mối nối ướt giữa bản và dầm bị nứt dọc, thấm nước và bê tông bột cục bộ. Mặt cầu bị nứt dạng lưới và một khe dọc dài, khe co giãn bị tắc, dải cao su bị hư hỏng một phần, bê tông ở khu vực neo bị nứt. Trong kết cấu phần dưới, thân trụ cầu bị rỗ tổ ong một phần.

2.1 Thiết kế cốt thép cầu

Theo kết quả tính toán phản ứng kết cấu của xe tải trọng nặng đi qua gầm cầu trước khi gia cố, có thể thấy khả năng chịu lực của kết cấu phần trên và phần dưới cầu còn kém xa so với yêu cầu. Đối với phương pháp gia cố truyền thống cho dầm bản trên với tiết diện lớn (gia cố bằng thép tấm dán) và cốt thép dự ứng lực ngoài, không có phương pháp nào có thể giải quyết hiệu quả vấn đề sức chịu lực của kết cấu phần trên và phần dưới không đủ. Do đó, phương án gia cố cầu là tăng cường trụ tạm.

2.1.1 Lựa chọn phương pháp lắp đặt trụ đỡ tạm thời

Sau khi phân tích, khi xe tải nặng đi qua cầu, các hạng mục thiết kế cốt thép điều khiển chính là phản lực chịu lực của dầm bản tại trụ giữa và lực tổng hợp của lực thẳng đứng tác dụng lên đỉnh trụ giữa. Để kiểm soát phản lực đỡ tại trụ ban đầu dưới gầm xe tải nặng và lực thẳng đứng của đỉnh trụ, cần đảm bảo độ cứng chịu nén thẳng đứng của trụ đỡ tạm thời mới. Sau khi tính toán và phân tích, quyết định sử dụng trụ đỡ bê tông tạm thời, sử dụng cột trụ vuông 80cm và 80cm, và bố trí hai hàng trụ đỡ cho mỗi nhịp dầm bản 3# dưới chế độ tải trọng cục bộ.

2.1.2Điều trị hỗ trợ

Do các trụ cầu ban đầu được trang bị nhiều trụ cố định và trụ đơn, nên bản và dầm được nối với nhau bằng mối nối ướt của bê tông đổ tại chỗ. Theo nhiều phương án thiết lập trụ tạm thời khác nhau, tải trọng cầu dọc và ngang quá mức sẽ được tạo ra tại trụ cầu ban đầu khi xe hạng nặng đi qua cầu. Vấn đề này đã được so sánh và phân tích bằng cách sử dụng chương trình phần tử hữu hạn không gian. Sau khi so sánh kết quả tính toán, người ta thấy rằng mặc dù giá trị số của phản lực thẳng đứng và ngang nhỏ hơn giá trị của mô hình lưới. Tuy nhiên, khi tất cả 14 trục trước của xe hạng nặng đều ở trên cầu, các giá trị cực đại theo chiều dọc và chiều ngang lần lượt đạt 921kN và 269,4kN. Do đó, để đảm bảo các trụ không bị hư hại khi xe hạng nặng đi qua cầu, một số trụ cố định và trụ một chiều của cầu ban đầu nên được thay thế tạm thời trước khi đi qua cầu.

2.1.3 Thiết kế cốt thép vùng liên kết dầm tấm

Mô hình phần tử hữu hạn của thực thể cầu được thiết lập bằng cách sử dụng chương trình phần tử hữu hạn không gian và lực tác dụng lên diện tích mối nối của bản và dầm dưới cầu được nghiên cứu. Trong điều kiện thay thế tạm thời hệ thống đỡ dầm bản để giảm bớt các ràng buộc dọc và ngang dư thừa, khi tất cả các cầu thép 14 trục đều nằm trên cầu, giá trị ứng suất ngang tăng tối đa tại đáy diện tích mối nối dầm bản là 5,06MPa. Để hỗ trợ lực tại diện tích mối nối của các dầm bản, các vách ngăn ngang đã được thêm vào giữa các dầm 2#, 4# và dầm 3#, và các thanh kết nối thép tiết diện đã được thêm vào tại diện tích giữa các vách ngăn. Sau khi tính toán, ứng suất bê tông tăng tại diện tích mối nối ban đầu của dầm bản sau khi gia cố màng ngăn giảm cục bộ xuống còn 2,49MPa và ứng suất tăng tối đa của màng ngăn ngang là 3,72MPa. Sau khi bê tông màng ngăn nứt, ứng suất kéo được truyền đến tấm thép đáy và thanh thép dọc của màng ngăn.

2.2 Kế hoạch gia cố cầu

Sau khi tính toán và phân tích so sánh, các phương án gia cố sau đây được áp dụng cho cầu:

(1) Sửa chữa và xử lý các hư hỏng tại khu vực mối nối ướt của dầm.

(2) Gia cố dầm 3# bằng cách bổ sung các trụ đỡ tạm thời. Hai trụ đỡ tạm thời sẽ được bổ sung cho mỗi nhịp, và các trụ đỡ tạm thời sẽ là các trụ móng và trụ cột mở rộng.

(3) Đặt các tấm chắn bê tông giữa các dầm bản 2#, 4# và dầm bản 3#, và đặt các thanh thép tiết diện tại khu vực giữa các tấm chắn để chịu lực của các bản cánh của dầm bản.

3. Quá trình xây dựng

(1) Bịt kín và bơm vữa các vết nứt ở khu vực mối nối ướt của dầm sàn, đục và loại bỏ bê tông cũ và lỏng lẻo ở khu vực mối nối thành một phần rắn chắc, và sửa chữa bằng vữa epoxy cho đến khi bằng phẳng với bề mặt ban đầu.

(2) Móng bê tông chống đỡ tạm thời đúc tại chỗ và cột trụ chống đỡ tạm thời.

(3) Tiến hành trồng cốt thép, buộc thép và hàn thép ở cả hai bên dầm 2#, 3# và 4#, và lắp đặt bê tông tự san phẳng có thanh ngang và thanh đỡ thép giữa các dầm đúc.

(4) Lắp đặt kích nâng sau khi san phẳng đỉnh của mỗi trụ đỡ tạm thời. Lực nâng mục tiêu tại một điểm của mỗi trụ đỡ là (200/2kN, 600/2kN, 600/2kN, 600/2kN, 500/2kN, 500kN/2.70/2kN). Sau khi nâng xong, sao chép đáy dầm và dỡ tải kích nâng.

(5) Xây dựng công trình bảo vệ lòng sông.

(6) Tháo dỡ tất cả các trụ đỡ tạm thời và khôi phục lại mặt đường sông và bảo vệ mái dốc trước sân ga.

4 Kết luận

Trong quá trình vận chuyển thực tế, đoàn xe vận tải cỡ lớn đã đi qua cầu an toàn và thuận lợi. Khi thiết bị đi qua cầu, đội ngũ chuyên nghiệp đã theo dõi cầu, kết quả cho thấy biến dạng cầu và các thông số khác về cơ bản phù hợp với tính toán lý thuyết. Sau khi thiết bị đi qua cầu, đội ngũ chuyên nghiệp đã kiểm tra cầu. Kết quả kiểm tra cho thấy lần này các thiết bị chính đã đi qua cầu mà không gây hư hại cho cầu.