Nghiên cứu bản mặt cầu lắp ghép UHPC ứng dụng trong xây dựng cầu nhanh tại Việt Nam

Cầu An Thượng sử dụng dầm UHPC có chiều dài 21 m

Xây dựng cầu nhanh (Accelerated Bridge Construction - ABC) là hướng nghiên cứu các giải pháp công nghệ tiên tiến trong xây dựng công trình cầu tại nhiều nước phát triển trên thế giới. Các giải pháp thi công nhanh thường liên quan đến các công nghệ chế tạo cấu kiện nhỏ và nhẹ, lắp ghép chúng tại công trường thông qua các mối nối dạng khô hoặc ướt. Để hiện thực các ý tưởng này, vật liệu cường độ cao thường được nhắm tới nhằm giảm tối đa kích thước và trọng lượng cấu kiện, trong khi vẫn đảm bảo khả năng chịu lực cho công trình. Tại Hoa Kỳ, Cục Quản lý Đường bộ Liên bang - FHWA đã ban hành các tài liệu hướng dẫn và giới thiệu về công nghệ ABC, trong đó nhấn mạnh việc sử dụng bê tông chất lượng siêu cao - UHPC là một trong ba giải pháp kết cấu chính.

Bê tông UHPC là nhóm vật liệu xây dựng được phát triển gần đây với các đặc tính vượt trội như cường độ chịu nén lớn (> 120 Mpa), cường độ chịu kéo khi uốn cao (> 8 Mpa), có khả năng chịu mài mòn, khả năng chống chịu trong môi trường thâm nhập mặn tốt hơn nhiều so với bê tông thường [1]. Với các đặc điểm trên, bê tông UHPC được thừa nhận rất phù hợp trong lĩnh vực ABC. Thực tế, bê tông UHPC đã được sử dụng rộng rãi ở một số nước phát triển trên thế giới vào vị trí mối nối giữa các kết cấu cầu; hoặc để sản xuất các cấu kiện chịu lực như dầm cầu và bản mặt cầu có trọng lượng giảm đáng kể. Tại Việt Nam, bê tông UHPC đã được nghiên cứu, nội địa hóa sản xuất và sử dụng thực tế tại một số các công trình cầu gần đây như: dầm cầu An Thượng dài 21 m (Hình 1.1), tấm ván khuôn siêu mỏng phục vụ thi công bản mặt cầu [2], gia cường bản thép trực hướng mặt cầu Thăng Long.

Có thể thấy rằng, bản mặt cầu cho hệ thống cầu dầm nhịp giản đơn thường được thiết kế và cấu tạo có dạng bản BTCT đổ tại chỗ. Việc thi công bản mặt cầu bắt đầu sau khi các dầm đã được lao lắp vào vị trí. Phương pháp thi công bản mặt cầu BTCT hầu hết được lựa chọn là biện pháp đổ bê tông tại chỗ với chiều dày bản thông thường khoảng 20 cm. Với biện pháp thiết kế và thi công như vậy, một số nhược điểm có thể liệt kê bảo gồm: trọng lượng bản mặt cầu rất lớn; thi công ván khuôn phức tạp; thời gian thi công kéo dài. Để giải quyết vấn đề này, những ý tưởng đầu tiên về việc thiết kế bản mặt cầu UHPC dạng sườn mỏng làm việc một phương đã được thực hiện từ năm 2005 bởi một nhóm nghiên cứu từ Pháp [3]. Các nghiên cứu kế thừa của loại bản này đã được phát triển để có thể liên kết với hệ thống dầm chủ hình thành kết cấu liên hợp có khả năng tăng cường chịu lực cho dầm chủ [4]. Gần đây, một nhóm các tác giả từ Hoa Kỳ đã thiết kế một dạng bản sườn mỏng UHPC có trọng lượng siêu nhẹ để thay thế cho mặt cầu thép của hệ thống cầu quay, thường rất dễ bị hư hỏng trong quá trình sử dụng. Trọng lượng bản mặt cầu theo thiết kế của nhóm nghiên cứu này đã đạt được giá trị khoảng 100 kg/m2 [5]. Các nghiên cứu sâu hơn liên quan đến các mối nối và liên kết neo giữa bản mặt cầu UHPC dạng sườn với hệ thống dầm thép [6] hoặc bản mặt cầu trực hướng cũng đã được thực hiện với một số nhóm tác giả [7].

Với các thành công từ việc áp dụng bản mặt cầu UHPC dạng sườn mỏng tại Pháp và Hoa Kỳ, kết hợp với việc gần đây các nhà nghiên cứu Việt Nam đã có thể làm chủ được công nghệ sản xuất và thi công bê tông UHPC khối lượng lớn (Hình 1.1) [8]. Việc nghiên cứu và áp dụng bản mặt cầu UHPC dạng sườn mỏng tại Việt Nam là hoàn toàn khả thi và tiềm năng, mang lại nhiều lợi ích trong lĩnh vực công trình cầu.

Công trình nghiên cứu củ các tác giả: PGS. TS. PHẠM DUY HÒA ; TS. KHÚC ĐĂNG TÙNG, Trường Đại học Xây dựng

Mời độc giả xem nội dung đầy đủ bài khoa học tại đây