Sử dụng thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối cầu phục vụ sửa chữa một số cầu ở Việt Nam

Đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số thiết bị chuyên dùng phục vụ sửa chữa nâng cấp cầu bê tông ở Việt Nam” mã số ĐTĐL 2003/04 do Viện Khoa học và Công nghệ GTVT Chủ trì thực hiện đã được Hội đồng Nhà nước nghiệm thu tháng 2/2005 và đánh giá đạt loại xuất sắc

Theo yêu cầu sửa chữa, khôi phục một số cầu đang bị hư hỏng, các tác giả đã nghiên cứu sử dụng hệ thống thiết bị đồng hộ nâng dầm thay gối cầu phục vụ sửa chữa một số loại hình hư hỏng của cầu như nâng dầm thay gối, sửa chữa gối cầu, nâng do chiều cao thông thuyền khôi phục khả năng làm việc, đưa về trạng thái khai thác bình thường. Hệ thống thiết bị đáp ứng được các yêu cầu phục vụ công nghệ sửa chữa hư hỏng của cầu đáp ứng mục tiêu khôi phục nâng cấp các loại cầu bê tông cốt thép (BTCT) và cầu thép. Đã ứng dụng sửa chữa thành công ở một số công trình cầu BTCT và cầu thép như cầu Chương Dương năm 2004, cầu Ngã Tư Sở năm 2005 (Hà Nội), cầu Phù Long năm 2006 (đảo Cát Bà), cầu Pắc Luồng năm 2007 (Lạng Sơn)...

1. Đặt vấn đề

Các thiết bị nâng dầm thay gối cầu đã được nhiều hãng chế tạo và đưa vào danh mục các sản phẩm chủ yếu, chào bán trong phạm vi toàn thế giới. Tùy theo các mục tiêu sử dụng khác nhau mà có những hệ thống thiết bị phù hợp, tuy nhiên có giá thành rất cao. Trong điều kiện kinh tế còn nhiều khó khăn, chúng ta không thể cung cấp đại trà cho các đơn vị thi công sửa chữa cầu ở nước ta.

Việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị nâng dầm thay gối cầu phục vụ nhu cầu sử dụng trong nước trở nên bức thiết hiện nay.

Được sự quan tâm của Nhà nước, Đề tài độc lập cấp Nhà nước "Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số thiết bị chuyên dùng phục vụ sửa chữa nâng cấp cầu bê tông ở Việt Nam" mã số ĐTĐL 2003/04 do Viện Khoa học và Công nghệ GTVT chủ trì thực hiện (từ 1/2003 đến 12/2004). Đề tài đã được Hội đồng Nhà nước nghiệm thu tháng 2/2005 và đánh giá đạt loại xuất sắc Một trong những sản phẩm của đề tài là thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối cầu đã được nhóm nghiên cứu thiết kế hoàn chỉnh và bước đầu được thử nghiệm thành công tại công trình cầu Chương Dương, công trình được đánh giá xuất sắc về tiến độ và chất lượng nâng dầm sửa chữa cầu.

Đây là thiết bị công nghệ mới, đã được thực tế tích cực đón nhận. Ngay sau khi nghiên cứu thành công, một số đơn vị trong ngành GTVT đã xin được chuyển giao công nghệ thực hiện công việc nâng dầm thay gối cầu cho nhiều cầu trên tuyến đường Hồ Chí Minh. Ngoài khả năng phục vụ công việc nâng dầm thay gối, thiết bị còn có thể thực hiện những loại hình công việc sửa chữa cầu khác. Nhóm nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm những công dụng khác của chúng trên các công trình cụ thể. Trong phạm vi của bài báo này, chúng tôi giới thiệu một số ứng dụng khác của thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối trong công việc sửa chữa cầu.

2. Giới thiệu hệ thống thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối.

Hệ thống thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối gồm 03 hệ thiết bị cơ bản:

- Hệ thống kích nâng làm việc 2 chiều, chiều nâng thuỷ lực, chiều hạ nhờ lò xo bố trí bên trong kích, có ê cu hãm cần pít tông đảm bảo an toàn tuyệt đối;

- Bộ nguồn thuỷ lực có hệ thống van phân phối điều khiển điện thuỷ lực, có các van khóa tải 2 chiều. Liên kết giữa bộ nguồn thuỷ lực và hệ kích nâng bằng các đường ống mềm cao áp.

- Hệ điều khiển tự động đảm bảo chiều cao nâng, hạ của kích theo đúng yêu cầu với sai số không quá 2mm, các sensor đo lực và đo hành trình nâng cảm biến lực và hành trình nâng của từng kích, điều khiển tự động theo các chương trình được cài đặt sẵn, đồng thời có chế độ điều khiển bán tự động. Hệ thống điều khiển PLC được kết nối với máy tính. Chương trình điều khiển được lập ở dạng mở.

Tính năng kỹ thuật và phạm vi ứng dụng hệ thống thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối cầu mà Đề tài đã chế tạo được trình bày trong bảng.

Tính năng kỹ thuật cơ bản của thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối cầu

3. Nghiên cứu sử dụng hệ thống thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối phục vụ sửa chữa cầu

Trong quá trình sửa chữa một số các loại hình hư hỏng của cầu, đòi hỏi hệ thống thiết bị phải đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật, về an toàn, về quy trình thi công và các yêu cầu cụ thể khác như sau:

Đảm bảo an toàn cho kết cấu cầu trong quá trình sửa chữa.

Sửa chữa cầu nhýng phải đảm bảo an toàn, không làm hý hỏng cho các kết cấu dầm. Điều đó đòi hỏi trong quá trình nâng dầm, trên một mặt cắt ngang không có sự chuyển động tương đối giữa các dầm với nhau hoặc giữa các phần của một dầm, đảm bảo dầm không bị uốn ngang, chịu tải trọng bất lợi có thể gây hư hỏng cho cầu trong quá trình sửa chữa. Thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối cho héo điều chỉnh chiều cao nâng sai khác không quá 2mm, đảm bảo an toàn cho kết cấu dầm không bị nứt.

Thi công trong điều kiện vẫn đảm bảo giao thông bình thường:

Đặc thù của ngành GTVT là phải đảm bảo giao thông thông suốt trong mọi tình huống, kể cả khi thực hiện công tác sửa chữa nâng dầm thay gối cầu Trong quá trình sử dụng hệ thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối, các phương tiện giao thông vẫn được lưu thông bình thường ngay cả trên đỉnh các dầm có gối đang được thay.

Nhờ có hệ thống ê cu hãm cần pít tông của kích đồng thời lại có hệ van khóa tải 2 chiều đảm bảo hệ thống kích tuyệt đối an toàn và ổn định. Mọi lực động phát sinh do tải trọng của các phương tiện qua cầu trong quá trình thi công đều do bộ hãm cõ khí (ê cu hãm cần pít tông) đảm nhiệm mà không ảnh hưởng gì tới hệ thống thủy lực...

Điều chỉnh chiều cao nâng của từng kích theo yêu cầu: Trong một số công việc sửa chữa cầu, cần phải nâng cao chiều cao thông thuyền của cầu hoặc điều chỉnh cao độ của từng đầu dầm khác nhau theo yêu cầu.

Hệ điều khiển có thể cho phép từng kích nâng với hành trình khác nhau với sai số không quá 2mm và hành trình 1 lần nâng không quá 80mm (đảm bảo yếu tố an toàn tổng thể). Trường hợp cần nâng tới chiều cao lớn hơn, tiến hành nâng nhiều lần.

Tăng thêm số lượng kích nâng cho những cẩu có nhiều dầm trong một nhịp:

Quá trình nâng dầm được thực hiện đồng thời đối với tất cả các dầm trong mặt cắt ngang cầu. Số lượng kích nâng phụ thuộc vào số lượng dầm trong mặt cắt ngang, thông thường từ 6-12 dầm, nhiều cầu hiện đại số lượng kích sử dụng đồng thời có thể tới 26 kích hoặc nhiều hơn nữa.

Hệ thống thiết bị được thiết kế dạng môđuyn, chương trình điều khiển được lập dạng mờ phù hợp với đặc thù của nhiều loại hình ở Việt Nam. Khi cần số lượng kích lớn hơn 10, ta chỉ cần lắp ghép thêm các cụm van phân phối và điều chỉnh chương trình cho phù hợp.

Giữ tải, thi công trong thời gian dài.

- Thiết bị nâng phải an toàn tuyệt đối, giữ tải ổn định trong suốt thời gian thay gối từ 1 -2 ngày.

Điều quan trọng của hệ thống thiết bị nâng dầm thay gối cầu đòi hỏi an toàn tuyệt đối, không bị tụt sập, đảm bảo tính đồng đều cho tất cả các kích nâng dầm.

- Tự động hoặc bán tự động các thao tác trong quá trình thi công; Đặt trước được thông số về chiều cao nâng, chu kỳ kiểm tra...; Lưu trữ, hiển thị các thao tác.

- Thích nghi với môi trường nhiệt đới Việt Nam.

Kết hợp nâng dầm với việc kê an toàn.

Với phương châm "nâng tới đâu kê tới đó" tất cả các điểm kê đều đồng thời chịu lực, đảm bảo giữ tải an toàn trong suốt thời gian thi công. Nếu các tấm kê chịu lực không đồng thời có thể xảy ra mất ổn định, quá tải, gây hậu quả nghiêm trọng. Do đó đòi hỏi phải có các tấm kê tiêu chuẩn hoá phù hợp với cứng hành trình nâng khác nhau, với số lượng phù hợp.

4. Kết quả nghiên cứu.

Xuất phát từ những yêu cầu của thực tế, nhóm nghiên cứu đã sử dụng hệ thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối phục vụ sửa chữa nhiều loại hình hư hỏng khác nhau của cầu.

Đã thực hiện thành công việc nâng cao chiều cao thông thuyền cho cầu Pắc Luồng - Lạng Sơn: nâng các trụ cầu tối đa lên cao 1,3m, tối thiểu 0,4m. Một số hình ảnh đang sử dụng thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối sửa chữa cầu Pắc Luồng.

Đã thực hiện nâng dầm thay gối cao su cho 04 cầu Ngã Tư Sở -  Hà Nội; thực hiện nâng dầm thay các gối thép cho cầu Phù Long tại đảo Cát Bà và nhiều công trình khác..:

KẾT LUẬN

Thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối cầu đã được thử nghiệm thành công phục vụ sửa chữa nhiều dạng hư hỏng của cầu như nâng dầm thay gối, sửa chữa gối, nâng cao chiều cao thông thuyền của cầu lên chiều cao cần thiết… Thiết bị có thể lắp ghép theo môđuyn để có được sức nâng đến hàng nghìn tấn theo yêu cầu của kỹ thuật sửa chữa cầu. Thiết bị được thiết kế chế tạo để sử dụng trong điều kiện vừa thực hiện việc thay gối cầu vừa đảm bảo các phương tiện giao thông qua cầu bình thường; đảm bảo an toàn các kết cấu cầu và an toàn tuyệt đối trong quá trình thi công sửa chữa.

Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm thành công hệ thống thiết bị đồng bộ nâng dầm thay gối cầu mang lại ý nghĩa kỹ thuật - kinh tế - xã hội rõ ràng: thay thế thiết bị nhập ngoại; giá thành các sản phẩm chỉ bằng 40- 50% so với sản phẩm tương đương nhập ngoại (tỷ lệ nội địa hoá khoảng 50 - 60%); phù hợp với khả năng tài chính của các đơn vị thi công; giảm chi phí sản xuất; chủ động trong việc sửa chữa thay thế phụ tùng, tãng hiệu quả sử dụng thiết bị.

Để kết quả nghiên cứu được áp dụng rộng rãi vào thực tế và thực sự phát huy hiệu quả ở nước ta, chúng tôi xin kiến nghị Nhà nước sớm ban hành tiêu chuẩn về hệ thống thiết bị nâng dầm thay gối cầu; chỉ cho phép sử dụng những thiết bị nâng dầm sửa chữa cầu khi có hệ thống điều khiển chiều cao nâng (hạ) của cầu, với sai số không vượt quá 2mm nhằm đảm bảo an toàn cho cầu, tránh bị nứt mặt cầu hoặc gây hư hỏng thêm cho cầu.

TS. NGUYỄN XUÂN KHANG - Viện Khoa học và Công nghệ GTVT