Khi dầm cầu không đúc sẵn mà đổ bê tông tại chỗ, có ba cách chính ngoài đúc hẫng: đà giáo cố định chống từ mặt đất lên cho cầu thấp và ngắn; đà giáo di động, một hệ dầm thép lớn tự dời từ nhịp này sang nhịp khác, cho cầu cạn dài nhiều nhịp đều nhau; và đúc đẩy, đúc từng đốt dầm sau mố rồi dùng kích đẩy cả dải dầm vươn dần qua các trụ. Mỗi cách hợp với một hình dạng cầu, một điều kiện mặt bằng và một quy mô khác nhau.
Người ngoài ngành thường chỉ phân biệt dầm đúc sẵn với dầm đổ tại chỗ. Nhưng với người lập biện pháp, chọn sai cách đổ dầm có thể làm chi phí thiết bị tạm vượt quá chi phí bê tông, hoặc kéo tiến độ thêm nhiều tháng. Bài viết so sánh ba cách, giải thích nguyên lý từng cách và những chỗ dễ sai.
Đà giáo cố định: cách cổ điển nhất và giới hạn của nó
Đà giáo cố định là hệ cột chống, dàn thép hoặc trụ tạm dựng từ mặt đất lên tới đáy dầm, trên đó lắp ván khuôn, đổ bê tông cả nhịp hoặc vài nhịp một lần. Nó đơn giản về nguyên lý, dùng vật tư phổ biến, và hợp với cầu thấp, ngắn, có hình dạng phức tạp như cầu cong gắt, nút giao nhiều nhánh, đoạn mở rộng mà các phương pháp lặp lại không áp dụng được.
Giới hạn đến từ mặt đất bên dưới. Đà giáo truyền toàn bộ trọng lượng bê tông ướt, ván khuôn và người làm việc xuống nền, nên nền phải được gia cố, thoát nước tốt; nền lún không đều trong lúc đổ là nguyên nhân của các vết nứt dầm và cả những sự cố sập đà giáo. Cầu càng cao, đà giáo càng tốn và càng nhạy với gió. Qua sông sâu, qua đường đang khai thác hay qua khu dân cư, việc chiếm mặt bằng bên dưới trong nhiều tuần thường không khả thi.
Một điểm kỹ thuật người mới hay bỏ qua là độ lún của bản thân đà giáo khi nhận tải. Hệ chống bằng thép có các mối nối, nêm kê, chân đế; khi đổ bê tông, chúng co lại một chút. Ván khuôn đáy vì vậy được đặt cao hơn cao độ thiết kế một lượng dự phòng, cộng với độ vồng ngược nếu dầm dài. Đà giáo được thử tải hoặc tính toán kỹ trước khi đổ, và trong lúc đổ có người theo dõi độ lún tại các điểm mốc.
Đà giáo di động: nhà máy đúc dầm chạy dọc cầu
Đà giáo di động, thường gọi theo tên tiếng Anh viết tắt là MSS, là một hệ dầm thép rất dài, dài hơn một nhịp, đỡ toàn bộ ván khuôn của một nhịp dầm. Khi đổ xong một nhịp và căng cáp, cả hệ được hạ ván, mở ra và tự di chuyển sang nhịp tiếp theo. Những điểm cần biết:
- Hai kiểu chính: kiểu đỡ dưới, dầm chính nằm dưới cánh dầm cầu và tựa lên giá đỡ gắn vào trụ; kiểu treo trên, dầm chính nằm phía trên mặt cầu, ván khuôn được treo xuống. Kiểu treo trên hợp khi không gian dưới dầm hạn chế, nhưng làm vướng việc trên mặt cầu.
- Hợp với cầu dài, nhịp đều: chi phí chế tạo và lắp dựng hệ rất lớn, chỉ có lợi khi lặp lại hàng chục nhịp có chiều dài và tiết diện giống nhau, ví dụ cầu cạn dài qua vùng trũng, qua đô thị.
- Chu kỳ một nhịp: di chuyển và điều chỉnh hệ, lắp cốt thép và ống gen, đổ bê tông, bảo dưỡng, căng cáp, hạ ván. Đội quen việc giữ được chu kỳ đều đặn, mỗi nhịp tính bằng ngày tới vài tuần tuỳ quy mô.
- Không cần mặt bằng dưới gầm: trừ chỗ lắp dựng ban đầu, hệ chỉ tựa lên trụ đã làm. Giao thông bên dưới gần như không bị ảnh hưởng ngoài lúc di chuyển hệ.
- Mạch nối giữa các nhịp: mỗi nhịp thường được đổ vươn qua trụ một đoạn ngắn tới vị trí mômen nhỏ, nối với nhịp sau bằng bộ nối cáp. Xử lý mạch nối và nối cáp đúng là chỗ quyết định độ bền của cả dải dầm.
Đà giáo di động là một thiết bị lớn với hệ thuỷ lực, kích, tời và cơ cấu mở ván phức tạp. Lúc di chuyển là lúc nó ở trạng thái tựa ít điểm nhất, nên có quy trình kiểm tra, giới hạn gió và không ai được ở trên hệ trừ người vận hành.
Đúc đẩy: đúc ở một chỗ, đẩy cả dầm đi qua sông
Ở phương pháp đúc đẩy, một bãi đúc cố định được dựng ngay sau mố. Mỗi đốt dầm dài khoảng vài chục mét được đúc nối tiếp vào đuôi đốt trước, căng cáp liên kết, rồi hệ kích thuỷ lực đặt ở mố đẩy cả dải dầm tiến về phía trước đúng bằng một đốt. Đốt tiếp theo lại được đúc vào chỗ vừa trống. Cứ như vậy dải dầm vươn dần qua các trụ cho tới mố bên kia.
Dầm trượt trên các gối trượt tạm đặt ở đỉnh mỗi trụ, mặt trượt có tấm vật liệu ma sát thấp được thợ luồn liên tục vào khe khi dầm trượt qua. Đầu dải dầm gắn một mũi dẫn bằng thép nhẹ, dài khoảng một phần lớn chiều dài nhịp, để khi dầm vươn hẫng ra khỏi trụ thì mũi dẫn nhẹ chạm tới trụ tiếp theo trước, giảm mômen hẫng mà phần dầm bê tông nặng phải chịu.
Vì dầm phải đi qua mọi trụ, mỗi tiết diện lần lượt chịu cả mômen dương khi ở giữa nhịp và mômen âm khi đi qua đỉnh trụ. Cáp dự ứng lực trong giai đoạn đẩy vì thế thường bố trí thẳng, gần như đồng tâm, sau khi đẩy xong mới căng thêm cáp hoàn thiện theo sơ đồ khai thác. Phương pháp này chỉ áp dụng được khi tuyến cầu thẳng hoặc cong đều một bán kính, chiều cao dầm không đổi, nhịp không quá lớn, thường dùng cho dầm hộp qua sông, qua thung lũng, qua đường sắt đang khai thác.
So sánh ba cách đổ dầm tại chỗ
Bảng dưới đặt ba phương pháp cạnh nhau ở các tiêu chí người lập biện pháp phải cân nhắc. Đúc hẫng được đưa vào để đối chiếu:
| Tiêu chí | Đà giáo cố định | Đà giáo di động | Đúc đẩy | Đúc hẫng |
|---|---|---|---|---|
| Chiều dài nhịp hợp lý | Ngắn tới trung bình | Trung bình, đều nhau | Trung bình, đều nhau | Lớn |
| Hình dạng tuyến | Gần như tuỳ ý | Thẳng hoặc cong nhẹ | Thẳng hoặc cong đều một bán kính | Linh hoạt, có thể thay đổi chiều cao dầm |
| Cần mặt bằng dưới gầm | Có, suốt thời gian đổ | Không, trừ lúc lắp dựng | Không, chỉ bãi đúc sau mố | Không, trừ khối đỉnh trụ |
| Chi phí thiết bị tạm | Thấp tới vừa | Rất cao, cần nhiều nhịp để khấu hao | Vừa, tập trung ở bãi đúc và kích | Vừa, mỗi trụ một cặp xe đúc |
| Kiểm soát chất lượng | Phân tán, phụ thuộc nền | Tốt, lặp lại | Rất tốt, đúc ở một chỗ cố định | Phụ thuộc theo dõi cao độ từng đốt |
| Rủi ro điển hình | Lún nền, sập đà giáo | Sự cố khi di chuyển hệ | Lệch tuyến khi đẩy, kẹt gối trượt | Mất cân bằng, sai cao độ hợp long |
Bảng chỉ là xu hướng chung. Một dự án có thể kết hợp nhiều cách: phần cầu dẫn trên cạn dùng đà giáo di động hoặc dầm đúc sẵn, phần nhịp chính qua sông dùng đúc hẫng. Quyết định cuối cùng dựa trên phân tích chi phí, tiến độ và thiết bị mà nhà thầu có hoặc thuê được.
Những điểm kỹ thuật dễ sai khi đúc đẩy
Đúc đẩy trông đơn giản vì lặp lại một chu kỳ ở một chỗ, nhưng có những chi tiết mà sai một lần là phải dừng cả dải dầm:
- Độ chính xác hình học của bãi đúc: mọi sai lệch ở ván khuôn sẽ được đẩy đi theo dầm qua cả cầu. Bãi đúc phải nằm đúng trên đường kéo dài của tuyến, cao độ và độ cong được kiểm tra trước mỗi đốt.
- Gối trượt và tấm trượt: tấm trượt phải được luồn đều, không để dầm trượt trực tiếp trên bê tông hay thép. Ma sát tăng đột ngột ở một trụ có thể gây lực ngang lớn lên trụ đó.
- Dẫn hướng ngang: các thiết bị chặn ngang ở trụ giữ cho dầm không lệch khỏi tuyến; lệch tuyến phải được phát hiện sớm và chỉnh dần, không chỉnh mạnh một lần.
- Theo dõi trụ khi đẩy: lực ma sát truyền vào đỉnh trụ làm trụ cao bị đẩy cong. Người ta đo chuyển vị đỉnh trụ trong lúc đẩy và dừng khi vượt ngưỡng cho phép.
- Đồng bộ kích: nhiều kích làm việc cùng lúc phải đồng bộ hành trình và áp lực, có hệ thống điều khiển và người theo dõi riêng.
Sau khi dải dầm tới mố bên kia, mũi dẫn được tháo, dầm được kích hạ từ gối trượt xuống gối chính thức, căng cáp hoàn thiện. Đây là chuỗi thao tác cuối với trình tự chặt chẽ, vì lúc này cả dải dầm dài hàng trăm mét được nâng hạ trên các trụ.
Đọc biện pháp đổ dầm: người mới nên tìm những gì
Khi được giao vào một công trường đổ dầm tại chỗ, kỹ sư trẻ thường được phát một tập biện pháp dày. Thay vì đọc từ trang đầu, nên tìm ngay bốn nội dung: sơ đồ các giai đoạn thi công và sơ đồ chịu lực tương ứng; tải trọng thi công cho phép trên kết cấu ở từng giai đoạn; trình tự căng cáp và điều kiện cường độ bê tông trước khi căng; giới hạn thời tiết, gió, nhiệt độ cho các thao tác chính.
Bốn nội dung này cho biết kết cấu đang nằm ở trạng thái nào và đang được phép làm gì. Ví dụ, một nhịp vừa đổ xong trên đà giáo di động chưa căng cáp thì chưa được hạ ván; một dải dầm đúc đẩy đang ở giữa sông thì không được chất thêm vật liệu lên mũi dẫn. Những quy định này không phải hình thức, chúng xuất phát từ tính toán về mômen và độ ổn định ở chính giai đoạn đó.
Cuối cùng, người mới nên đi theo một chu kỳ trọn vẹn, ghi lại thời gian thực tế của từng việc. Chính những ghi chép này, khi so với kế hoạch, giúp đội thi công hiểu chu kỳ đang bị chậm ở khâu nào, và giúp chính người kỹ sư hiểu vì sao biện pháp được viết theo cách ấy.
Câu hỏi thường gặp
Đà giáo di động có dùng được cho cầu cong không?
Được với cầu cong nhẹ, vì ván khuôn có thể điều chỉnh theo từng nhịp. Cầu cong gắt hoặc thay đổi bề rộng nhiều thì hệ phải phức tạp hơn và chi phí tăng, khi đó dầm đúc sẵn hoặc đà giáo cố định có thể hợp lý hơn.
Vì sao đúc đẩy cần mũi dẫn bằng thép?
Khi dải dầm vươn hẫng ra khỏi một trụ để tới trụ tiếp theo, phần hẫng bằng bê tông rất nặng tạo mômen lớn. Mũi dẫn bằng thép nhẹ hơn nhiều, chạm tới trụ trước, nên chiều dài hẫng của phần bê tông nặng được rút ngắn đáng kể.
Đà giáo cố định có cần thử tải không?
Nhiều dự án yêu cầu thử tải đà giáo hoặc ít nhất chất tải thử một phần trước khi đổ bê tông, để kiểm tra độ lún, độ ổn định và hiệu chỉnh cao độ ván khuôn. Yêu cầu cụ thể theo chỉ dẫn kỹ thuật của dự án và biện pháp được duyệt.
Đúc đẩy có nhanh hơn đúc hẫng không?
Với cầu nhiều nhịp đều, thẳng, đúc đẩy có thể nhanh và chất lượng đồng đều vì mọi đốt được đúc ở một chỗ. Nhưng nó bị giới hạn chiều dài nhịp và hình dạng tuyến. Đúc hẫng chậm hơn trên mỗi mét nhưng vượt được nhịp lớn và nhiều mặt trận làm cùng lúc.
Ai quyết định dùng phương pháp nào?
Thiết kế cầu thường đã giả định một phương pháp thi công vì nó ảnh hưởng tới bố trí cáp và nội lực. Nhà thầu có thể đề xuất phương pháp khác nếu có lợi, nhưng phải được thiết kế kiểm tra lại kết cấu và chủ đầu tư chấp thuận theo quy định của dự án.
Đà giáo di động có tái sử dụng cho cầu khác được không?
Có thể, nếu cầu sau có nhịp và tiết diện tương tự hoặc hệ được thiết kế để điều chỉnh. Việc tái sử dụng giúp giảm chi phí khấu hao, nhưng phải kiểm tra, sửa chữa, kiểm định lại trước khi đưa vào công trình mới.