Nhập môn cầu - Phòng nước và thoát nước

12/3/2013 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Website:  Bộmôn Cầu và Công trình ngầm Website:  NHẬP MÔN CẦU TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học:  Link dự phòng:  https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/nhap‐mon‐cau Hà Nội, 10‐2013 229 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! 12/3/2013 2 230 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. 231 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. 12/3/2013 3 232 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) 233 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%. 12/3/2013 4 234 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 vềmôi trường mà không thể xả nước trực tiếp từmặt 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. 235 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 Cá c bư ớc th ic ôn g lắp đặ tl ớp ph òn g nư ớc Phòng nước và thoát nước (t.theo) 12/3/2013 5 236 5. Tưới nhựa đường nóng chảy 6. Rải lớp bảo vệ sau khi tướinhựa đường nóng chảy 7. Các tấm bảo vệ được đặt ngay trên bềmặt nhựa đường nóng chảy. 8. Hoàn thành việc lắp đặt lớp phòng nước. Cá c bư ớc th ic ôn g lắp đặ tl ớp ph òn g nư ớc (t .th eo ) Phòng nước và thoát nước (t.theo) 237 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 bềmặt lớp phòng nước. – Cần tuân thủ quy định như sau: cứ 1m2 bềmặt 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 12/3/2013 6 238 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. 239 Cấ u tạo ốn g th oá tn ướ c tr ên cầu ≥10cm Phòng nước và thoát nước (t.theo) 12/3/2013 7 240 Th oá tn ướ c m ặt cầ u (B rid ge D ec k D ra in ag e) Phòng nước và thoát nước (t.theo) 241 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 12/3/2013 8 242 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 đệmmà 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. 243 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. 12/3/2013 9 244 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 dầmmút 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 D 1 0 D 1 6 @ 2 0 0 D 1 6 @ 1 0 0 10 D 1 0 @ 1 0 0 D 1 0 @ 1 0 0 50 0 50 38 0 70 L í p p h ñ 5 0 m m L í p p h ñ 7 5 m m B itu m d Ç y 2 0 m m B ª t« n g ® Ö m M 1 0 0 dμ y 7 5 m m 10% C h i tiÕ t 1 L í p p h ñ 5 0 m m D 1 0 6@ 100 20@ 135 6@ 10050 504000 Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo) 245 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 bệmố 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. 12/3/2013 10 246 Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo) • (C). Đối với cầu dầmmút 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. 247 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 TrụTrụ Mố 12/3/2013 11 248 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 249 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) 3.6‐1. Gối bằng thép 12/3/2013 12 250 Cấu tạo gối tiếp tuyến di động Gối bằng thép (t.theo) 251 Cấu tạo gối tiếp tuyến cố định Gối bằng thép (t.theo) 12/3/2013 13 252 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 Gối bằng thép (t.theo) 253 ‐ 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 Gối bằng thép (t.theo) 12/3/2013 14 254 Gối con lăn (t.theo) Gối bằng thép (t.theo) 255 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 Gối bằng thép (t.theo) 12/3/2013 15 256 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 Gối bằng thép (t.theo) 257 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 Gối bằng thép (t.theo) 12/3/2013 16 258 ‐ 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 3.6‐2. Gối cao su 259 ‐ 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 3.6‐2.A. Gối cao su cốt bản thép (Elastomeric Bearing) 12/3/2013 17 260 Gối cao su cốt bản thép (t.theo) Cấu tạo gối cao su cốt bản thép 261 Gối cao su cốt bản thép (t.theo) 12/3/2013 18 262 Gối cao su cốt bản thép (t.theo) Chuyển vị 263 Gối cao su cốt bản thép (t.theo) 12/3/2013 19 264 Gối cao su cốt bản thép (t.theo) 265 Gối cao su cốt bản thép (t.theo) 12/3/2013 20 266 Gối cao su cốt bản thép (t.theo) 267 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: α = 1.08×10‐5 / 1oC   Mô đun cắt: G = 1000 KPa  Diện tích mặt bằng gối: Ab = 0.158 m2  Chiều cao gối: hrt = 0.078 m Chiều dài dầm sẽ bị co ngắn lại một đoạn là ∆u  Gối cao su di động Gối cao su cố định L = 32.2m  515 1.08 10 32.2 0.00522u T L m           12/3/2013 21 268 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: 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 610 0.158 0.00522 10600 10.6 0.078 b rt G A uH N kN h        269 Tác động của thay đổi nhiệt độ đều Gối cao su trước khi biến dạng Gối cao su sau khi biến dạng do dầm bị co  ngắn lại một đoạn bằng ∆u 10.6b rt G A uH kN h    ∆u H H hrt Biến dạng cắt của gối cao su di động khi dầm bị co ngắn lại một đoạn ∆u 12/3/2013 22 270 Tác động của thay đổi nhiệt độ đều Cấu tạo gối cao su cốt bản thép có thêm bu lông neo (gối cố định) 271 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