Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu - Chương II: Cấu tạo mố cầu dầm

8/16/2013 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Website:  Bộmôn Cầu và Công trình ngầm Website:  THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG  MỐ TRỤ CẦU TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học:  Hà Nội, 8‐2013 14 CHƯƠNG II Cấu tạo mố cầu dầm 8/16/2013 2 15 Nội dung chương 2 • 2.1. Các bộ phận của mố cầu – Chức năng và các kích thước cơ bản • 2.2. Cấu tạo mố cầu và phạm vi áp dụng – Mố nặng bằng bê tông và đá xây: mố kê, mố chữ U, mố chữ  nhật, mố vùi, mố chữ T, mố chữ thập, mố có tường cánh xiên... – Mố bằng bê tông cốt thép: mố chữ U (tường mỏng), mố vùi  tường, mố cọc, mố cột, mố chân dê... 16 2.1. Các bộ phận của mố cầu • (1) Tường đỉnh • (2) Mũmố • (3) Tường trước • (4) Tường cánh • (5) Móng mố • (6) Mô đất phần tư nón 5 6 3 2 4 1 8/16/2013 3 17 Các bộ phận của mố cầu (t.theo) • (1) Tường đỉnh – Là bộ phận chắn đất sau dầm chủ hoặc dầmmặt cầu. – Có chiều cao từmặt mũmố tới mặt cầu. 5 6 3 2 4 1 18 Các bộ phận của mố cầu (t.theo) • (2) Mũmố – Là bộ phận kê đỡ kết cấu nhịp và trực tiếp chịu áp lực từ kết cấu nhịp truyền xuống. 5 6 3 2 4 1 8/16/2013 4 19 Các bộ phận của mố cầu (t.theo) • (3) Tường trước – Còn được gọi là tường thân mố. – Làm nhiệm vụ tường chắn đất đồng thời đỡ tường đỉnh và mũmố. 5 6 3 2 4 1 20 Các bộ phận của mố cầu (t.theo) • (4) Tường cánh – Là tường chắn đất để đảm bảo ổn định cho nền đường đầu cầu. 5 6 3 2 4 1 8/16/2013 5 21 Các bộ phận của mố cầu (t.theo) • (5) Móng mố – Đỡ tường thân mố, tường cánh và truyền áp lực xuống kết cấu móng. – Nếu kết cấu móng là móng cọc thì bệmố đồng thời là đài cọc – Nếu địa chất tốt, bệmố đặt trên nền thiên nhiên thì bệmố làm luôn chức năng của móng 5 6 3 2 4 1 22 Các bộ phận của mố cầu (t.theo) • (6) Mô đất phần tư nón – Có tác dụng giữ ổn định cho taluy nền đường đầu cầu. – Hướng cho dòng chảy êm thuận. 5 6 3 2 4 1 8/16/2013 6 23 Các bộ phận của mố cầu (t.theo) • (7) Một số bộ phận khác – Bản quá độ,  – Bản giảm tải – Tường tai (tạo mỹ quan, chắn rác và nước vào gối cầu) – Bản chắn, tường chống... 24 Các bộ phận của mố cầu (t.theo) • Xác định kích thước cơ bản của mố Hình dạng mố và các kích thước cơ bản của mố phụ thuộc vào các yếu tố sau: – Điều kiện thủy văn – Điều kiện địa chất – Chiều cao cầu – Chiều dài nhịp – Bề rộng cầu –   8/16/2013 7 25 Các bộ phận của mố cầu (t.theo) Cao độ đỉnh móng (đỉnh bệmố): – Cao độ đỉnh móng có thể chọn dựa vào các điều kiện: • Điều kiện làm việc của mố trong quá trình khai thác • Thuận tiện cho thi công • Tính kinh tế cao – Với cầu cạn, cao độ đỉnh móng thường đặt tại cao độmặt đất (trừ các loại mố vùi). – Với cầu qua sông, cao độ đỉnh móng thường đặt dưới MNTN  0.5m  để đảm bảo yêu cầu mỹ quan và giảm thắt hẹp dòng chảy. 26 Các bộ phận của mố cầu (t.theo) Cao độ đỉnh mũmố : – Cao độ đỉnh mũmố phải cao hơn MNCN tối thiểu 0.25m để đảm bảo gối cầu khô ráo trong mùa lũ – Cao độ đỉnh mũmố còn phải đảm bảo cho cao độ đáy dầm cao hơn MNCN tối thiểu • 1m trong trường hợp sông có cây trôi vật trôi và tối thiểu • 0.5m trong trường hợp không có cây trôi vật trôi. 8/16/2013 8 27 2.2. Cấu tạo mố cầu A. MỐ NẶNG • 2.2.1. Mố chữ nhật – Là dạng mố cầu đơn giản nhất làm bằng đá xây hoặc bê tông (mố nặng). – Cấu tạo mố gồm 2 bộ phận là thân mố và móng mố đều có dạng chữ nhật đặc. – Toàn bộ thân và móng mố đều được chôn trong nền đường đầu cầu 1. Thân mố; 2. Móng mố; 3. Kết cấu nhịp 28 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Đặc điểmmố chữ nhật: • Khối lượng lớn, rất tốn vật liệu • Tiếp nối giữa đường và cầu không đảm bảo êm thuận cho xe chạy • Các bộ phận bằng thép của phần kết cấu nhịp vùi trong nền đất dễ bị gỉ – Phạm vi áp dụng: • Ít dùng do những nhược điểm về cấu tạo và do tốn vật liệu => chỉ dùng cho các cầu nhịp nhỏ, khổ hẹp, lòng sông không sâu; • Trong thực tế, với các cầu khổ hẹp đôi khi vẫn áp dụng mô hình mố chữ nhật nhưng có cấu tạo hoàn chỉnh hơn. 8/16/2013 9 29 Cấu tạo mố cầu (t.theo) Mố chữ nhật cấu tạo hoàn chỉnh: ‐ Cấu tạo thêm tường đỉnh ‐ Bềmặt mố vuốt dốc 30 Cấu tạo mố cầu (t.theo) Mố chữ nhật khoét rỗng: ‐ Giúp giảm khối lượng vật liệu ‐ Ít cản trở dòng chảy hơn ‐ Tăng tính mỹ quan 8/16/2013 10 31 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • 2.2.2. Mố kê 1. Tường đỉnh; 2. Thân mố; 3. Móng mố; 4. Tường cánh; 5. Tường tai (mố kê áp dụng khi lớp địa chất tốt nằm gần mặt đất tự nhiên) 32 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Mố kê là một dạng mố chữ nhật có chiều cao thấp, áp dụng khi lớp địa chất tốt nằm gần mặt đất tự nhiên. – Thân mố đồng thời giữ vai trò mũmố để đỡ kết cấu nhịp và tựa lên móng trên nền thiên nhiên. – Tường đỉnh và tường tai được cấu tạo để tránh hiện tượng đất phủ đầu dầm và gối cầu. – Ngoài ra có thể cấu tạo thêm tường cánh để giữ ổn định cho nền đường đắp đầu cầu. 8/16/2013 11 33 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • 2.2.3. Mố chữ U – Khi chiều cao mố lớn và cầu có khổ rộng, để giảm bớt vật liệu cho mố chữ nhật => khoét rỗng phần trong thân mố, bằng cách này, mố trở thành mố chữ U 1. Tường đỉnh; 2. Mũmố; 3. Tường trước; 4. Móng; 5. Tường cánh; 6.  Đá kê gối; 7. Taluy khối nón; 8. Kết cấu thoát nước sau mố. 34 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Mố chữ U là loại mố toàn khối bằng đá xây hoặc bê tông (được áp dụng phổ biến khi chiều cao đất đắp H = 4‐6m, cá biệt lên tới 8‐10m). – Nhiệm vụ của tường thân mố (3) • Đỡmũmố và tường đỉnh • Làm tường chắn giữ cho đất nền đường đầu cầu không bị sụt về phía sông 8/16/2013 12 35 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Cấu tạo của tường thân mố (3) • Thân mố vừa chịu áp lực thẳng đứng và áp lực ngang của đất (theo phương dọc cầu).  • => Chiều dày tường thân mố giảm dần theo chiều cao (từ dưới lên trên) và mặt trước của tường thân mố thường được cấu tạo thẳng đứng. 36 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Nhiệm vụ của tường cánh (5) • Giữ đất đắp bên trong được ổn định • Liên kết với tường thân mố để giúp tường thân mố chịu lực tốt hơn – Cấu tạo của tường cánh (5) • Trong mố chữ U, tường cánh được làm thẳng góc và liền khối với tường thân mố. Tường cánh tựa trên bệmố và chiều dày tường giảm dần dần theo chiều cao (từ dưới lên trên). 8/16/2013 13 37 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • Để giữ ổn định cho đỉnh khối phần tư nón và nối tiếp chắc chắn giữa đường với cầu, đuôi tường cánh phải ngàm sâu trong nền đường đầu cầu tối thiểu: 0.65m khi chiều cao đất đắp < 6m 1.00m khi chiều cao đất đắp > 6m 38 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • Với mố nặng bằng bê tông, khoảng cách giữa 2 mép ngoài tường cánh có thể lấy bằng tổng bề rộng cầu Tuy nhiên, để tiết kiệm có thể lấy khoảng cách này bằng chiều rộng đường xe chạy => phần đường bộ hành trên mố ngàm vào tường cánh. 8/16/2013 14 39 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Móng mố (4) • Móng mố có thể đặt trên nền thiên nhiên, nền cọc, hoặc giếng chìm tùy theo từng điều kiện địa chất. – Ưu điểm của mố nặng chữ U so với mố chữ nhật: • Khả năng chịu lực tốt hơn • Ổn định chống lật tốt hơn, khả năng chống trượt cao hơn • => trước đây được áp dụng khá rộng rãi trong cầu đường bộ và đường sắt khổ rộng (hiện nay ít áp dụng do sử dụng vật liệu BTCT có khả năng tiết kiệm vật liệu hơn). 40 Cấu tạo mố cầu (t.theo) Mố chữ U bằng đá xây 8/16/2013 15 41 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • 2.2.4. Mố chữ T và mố chữ thập – Thường được áp dụng trong các cầu đường sắt khổ đơn có chiều cao mố lớn. a) II b) II II I - I II - II 42 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Mố chữ T thực chất là mố chữ nhật có phần thân sau được thu hẹp trong khi phần thân trước được giữ nguyên đảm bảo bề rộng cần thiết để kê gối. • Khối lượng vật liệu giảm đáng kể so với mố hình chữ nhật • Tường trước làm nhiệm vụ chắn đất trượt ra phía sông • Tường dọc có tác dụng tăng độ cứng và ổn định chung của mố đồng thời đảm bảo tiếp nối giữa đường và cầu. 8/16/2013 16 43 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Đối với mố chữ T có chiều cao lớn có thể cấu tạo thêm tường chống phía trước để tăng cường ổn định cho mố.  => mố có dạng mố chữ thập 44 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • 2.2.5. Mố có tường cánh xiên – Một biến thể của mố chữ U là mố có tường cánh xiên. • Tường cánh được bố trí xiên góc với tường trước 1. Tường trước;  2. Móng tường trước;  3. Tường cánh xiên;  4. Móng tường cánh xiên. 8/16/2013 17 45 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Do diện tích chắn đất giảm và hầu như không chịu áp lực đất đẩy ngang do hoạt tải nên khối lượng tường cánh xiên giảm => tiết kiệm vật liệu tường cánh – Tường cánh xiên có tác dụng hướng cho dòng chảy êm thuận => tránh xói lở nền đường – Mố tường cánh xiên làm việc bất lợi hơn kết cấu có tường cánh dọc (mố chữ U) đặc biệt là điều kiện ổn định chống lật của tường trước kém => mố tường cánh xiên ít được áp dụng 46 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • 2.2.6. Mố vùi – Với chiều cao đất đắp từ 5‐6m trở lên (có thể tới 20m), mố chữ U  không còn thích hợp do khối lượng vật liệu quá lớn => chuyển sang sử dụng mố vùi 1. Tường đỉnh; 2. Mũmố; 3. Tường thân mố;  4. Móng; 5. Tường cánh; 6. Đá kê gối 8/16/2013 18 47 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Một phần của tường thân mố được vùi trong mô đất đường đầu cầu – Tường cánh của mố vùi có cấu tạo hẫng được ngàm vào tường trước và được chôn vào nền đường – Để tăng ổn định chống lật, thân mố được làm nghiêng về phía nền đường – Chiều dày tường thân mố tăng dần từ trên xuống; độ nghiêng của mặt trước từ 3:1 đến 2:1, mặt sau từ 12:1 đến 5:1. 2 3 1 6 4 5 MNCN 48 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Độ dốc taluy của khối nón ở phần tiếp giáp với mặt bên mố lấy bằng 1:1 tới 1:1.25; phần ngập nước lấy không vượt quá 1:1.5 – Điểm giao của khối nón với mặt trước của mố phải cao hơn MNCN tối thiểu 0.5m để không bị xói lở đỉnh taluy. 2 3 1 6 4 5 MNCN 8/16/2013 19 49 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Ưu nhược điểm của mố vùi: • So với mố chữ U, mố vùi có khả năng tiết kiệm vật liệu hơn, đặc biệt khi chiều cao mố lớn. • Tuy nhiên, do mô đất trước mố lấn ra phía sông làm thu hẹp dòng chảy nên nhiều khi phải kéo dài nhịp để đảm bảo khẩu độ thoát nước => làm tăng chi phí kết cấu nhịp.     2 3 1 6 4 5 MNCN 50 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • 2.2.7. Mố vùi tường – Mố vùi có tường trước khoét rỗng được gọi là mố vùi tường. • Trong kết cấu mố vùi,  do toàn bộ phần thân mố chôn trong nền đất đắp và phần lớn mô đất hình nón nằm ở phía trước mố nên tác dụng chắn đất của tường trước không còn ý nghĩa quan trọng như trong mố chữ U  => có thể khoét lỗ tường trước để tiết kiệm vật liệu. 8/16/2013 20 51 Cấu tạo mố cầu (t.theo) B. MỐ NHẸ • 2.2.8. Mố chữ U tường mỏng – Mũmố và các tường mỏng bằng BTCT liên kết toàn khối với nhau – Bệmố (4) • Bằng BTCT với chiều dày phụ thuộc vào kết cấu móng • Khi bệmố đóng vai trò là móng trên nền thiên nhiên thì chiều dày lấy khoảng từ 0.4 đến 1.0m 1. Tường trước; 2. Tường cánh; 3. Tường chống; 4. Bệmố; 5. Bản quá độ 52 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Chiều dày của tường trước (1) được xác định trên cơ sở chịu lực, thường từ 15‐40cm • Do tường trước bằng BTCT có khả năng chịu uốn nên chiều dày có thể giảm nhiều so với mố chữ U – Các tường chống (3) • Là sườn tăng cường cho tường trước và tăng độ cứng chung cho toàn mố • Chiều dày từ 20 đến 40cm 8/16/2013 21 53 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Tường cánh (2) • Phần trên của tường cánh được cấu tạo hẫng để giảm khối lượng tường cánh và bệmố • Chiều dài tường cánh bao gồm: phần tựa trên bệmố (khoảng ½ chiều cao đất đắp) và phần hẫng đủ để vùi vào nền đường (tối thiểu 0.75m) • Trên phương ngang, có thể cấu tạo một tường mỏng (8) để liên kết tường cánh với tường chống tạo thành 1  khoang kín => điều kiện làm việc của tường cánh sẽ tốt hơn. 8 54 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Mố chữ U tường mỏng tuy có khối lượng bê tông nhỏ hơn nhiều so với mố chữ U nhưng tốn cốt thép, thi công phức tạp,  thời gian thi công kéo dài => ít dùng trong thực tế. Trong thực tếmố chữ U bằng BTCT không có cấu tạo tường chống (3) và vách ngăn (8)  được sử dụng phổ biến 8/16/2013 22 55 Cấu tạo mố cầu (t.theo) Mặt cắt đứng và mặt bằng mố chữ U bằng BTCT (sử dụng móng cọc khoan nhồi) 56 Cấu tạo mố cầu (t.theo) Mố chữ U bằng BTCT 8/16/2013 23 57 Cấu tạo mố cầu (t.theo) Mố chữ U bằng BTCT, tuyến Hà Nội – Lạng Sơn 58 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • 2.2.9. Mố vùi tường mỏng – Thân mố gồm các tường mỏng bằng BTCT (tường dọc). – Mũmố được cấu tạo nhưmột dầm BTCT tựa trên các tường dọc. 8/16/2013 24 59 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Số lượng, khoảng cách giữa các tường dọc phụ thuộc vào: • Chiều rộng cầu • Chiều cao mố • Kích thước mũmố => khi bố trí các tường dọc cần tránh cho mũmố chịu uốn quá lớn và đồng thời hạn chế tăng số lượng tường dọc để giảm khối lượng vật liệu 60 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • 2.2.10. Mố chân dê Mố chân dê lắp ghép.  ‐ Thân mố gồm 2  hàng cột BTCT tiết diện 35x35cm.  Hàng cột trước có độ nghiêng 2.5:1.  ‐ Các cặp cọc thường được bố trí ngay dưới vị trí kê gối. 8/16/2013 25 61 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Mố chân dê là loại mố vùi có thân mố là hai hàng cột (hoặc cọc), trong đó hàng trước bố trí xiên về phía lòng sông.  – Mố chân dê cho phép giảm vật liệu một cách đáng kể và thường được áp dụng khi chiều cao đất đắp từ 4‐10m. – Trường hợp mố chân dê sử dụng móng cọc thì không cần cấu tạo bệmốmà các hàng cọc móng được kéo dài và liên kết trực tiếp với xà mũ • Hàng cọc trước đóng với độ xiên 1:4 đến 1:7 • Xà mũ có thể lắp ghép hoặc đổ tại chỗ. Trong thực tế xà mũ thường được đổ trực tiếp để đảm bảo liên kết chắc chắn giữa cọc với xà mũ, đồng thời khắc phục các sai lệch khi đóng cọc. 62 Cấu tạo mố cầu (t.theo) • 2.2.11. Mố cọc và mố cột – Mố cọc: • Cấu tạo thân mố gồmmột hoặc hai  hàng cọc thẳng đứng như hình vẽ • Tiết diện cọc 30x30cm đến 40x40cm • Các cọc được liên kết với nhau bằng xà mũ BTCT • Áp dụng cho các cầu nhịp nhỏ khi chiều cao đất đắp từ 2‐4m. 8/16/2013 26 63 Cấu tạo mố cầu (t.theo) – Mố cột: • Cấu tạo thân mố bằng các cột tròn bằng BTCT đường kính từ 0.8‐2m,  hoặc kết hợp sử dụng kết cấu móng cọc ống, cọc khoan nhồi. a) Mố cột lắp ghép;                                      b) Mố cọc ống