Cầu đi bộ mô-đun: Hướng dẫn thiết kế, chi phí và lắp đặt bằng thép đúc sẵn

Khi một quận ở An Huy cần một cây cầu bắc qua sông Xinlai, và một dự án nhà máy điện ở Bangladesh phải di chuyển công nhân qua một con kênh trước khi bắt đầu vận hành thử, cả hai đội đã giải quyết cùng một giải pháp: một cây cầu thép mô-đun với các bộ phận đúc sẵn. Quyết định đó không phải là ngẫu nhiên. Một cây cầu đi bộ mô-đun chuyển công việc khó khăn vào nhà máy, nơi việc cắt, hàn, khoan và phủ diễn ra trong các điều kiện được kiểm soát, sau đó chuyển các phần đã hoàn thiện đến địa điểm để bắt vít và nâng. Cấu trúc có thể được thi công trong vài ngày, với hồ sơ chất lượng mà công trình đúc tại chỗ không thể dễ dàng sánh được.

Các kết luận quyết định hầu hết việc mua cầu đều rất đơn giản. Kết cấu thép mô-đun nén chương trình tại công trường, chuyển việc kiểm soát chất lượng vào xưởng và giữ cho các lựa chọn trong tương lai luôn mở. Sau đây là hướng dẫn thực tế để xác định, chế tạo, lắp đặt và mua sắm cầu đi bộ kiểu mô-đun, dựa trên công việc của chúng tôi trong các dự án công nghiệp, công cộng và ở nước ngoài.

Điều gì định nghĩa một cây cầu đi bộ mô-đun

Cầu đi bộ mô-đun là một kết cấu thép được sản xuất dưới dạng các phần có thể vận chuyển và lắp ráp tại chỗ. Các mô-đun có thể là một giàn đơn, một dầm hộp được chia thành các đoạn hoặc một bộ dầm với hệ thống sàn được lắp đặt tại nhà máy. Tay vịn, tấm sàn chống trượt và các chi tiết thoát nước thường được hoàn thiện tại xưởng nên nhóm hiện trường tập trung vào việc căn chỉnh, nối và lắp đặt ổ trục.

Phạm vi nhịp thực tế là khoảng 10 m đến 60 m trong một mô-đun được hỗ trợ đơn giản, với các điểm giao cắt dài hơn đạt được bằng cách thêm các trụ trung gian và nhiều nhịp. Phạm vi đó bao gồm hầu hết các cây cầu đường mòn, cầu đi bộ trong công viên, cầu vượt kênh và các công trình tiếp cận. Đối với các lối đi trong đô thị rộng hơn, cấu hình nhiều dầm hoặc giàn sẽ bổ sung thêm chiều rộng sàn mà không làm tăng chiều sâu kết cấu quá mức.

Thép là vật liệu mặc định cho cầu đi bộ kiểu mô-đun vì ba lý do. Nó có tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao nhất trong số các vật liệu kết cấu thông thường, giúp giảm tải trọng chết lên nền móng. Quá trình chế tạo diễn ra trong nhà, nơi các mối hàn có thể được kiểm tra và lớp phủ được áp dụng theo tiêu chuẩn nhất quán. Và vì các kết nối hiện trường được bắt vít nên cây cầu có thể được tháo rời, di dời hoặc tái sử dụng, điều này rất quan trọng đối với việc tiếp cận xây dựng tạm thời và đối với chủ sở hữu lên kế hoạch mở rộng đường mòn trong tương lai.

Thông tin thiết kế ngăn chặn sự chậm trễ

Cách nhanh nhất để giữ dự án cầu đúng tiến độ là sửa bốn thông số trước khi gửi yêu cầu: nhịp thông suốt, chiều rộng thông suốt, tải trọng thiết kế và môi trường ăn mòn. Mọi quyết định khác, từ kích thước thành viên đến độ dày lớp phủ, đều tuân theo bốn quyết định đó. Các giá trị không xác định là lý do chính khiến báo giá quay trở lại với tiêu chuẩn và lý do khiến giá thay đổi sau khi thép đã được cắt giảm.

Khoảng cách, chiều rộng và ý nghĩa thực sự của các con số

Nhịp là khoảng cách giữa các tâm chịu lực ở mỗi mố, không phải là chiều dài tổng thể của cầu. Các rãnh thoát nước, khe co giãn và trụ cuối lan can nằm trong chiều dài tổng thể, do đó, việc nhầm lẫn giữa cả hai có thể tạo ra một cây cầu không tựa vào ổ đỡ của nó hoặc nhô ra khỏi mép mố. Chiều rộng rõ ràng được đo giữa các mặt bên trong của lan can. Một cây cầu dành cho xe đạp hoặc thiết bị bảo trì cần có chiều rộng thông thoáng hơn đường dành cho người đi bộ và sự khác biệt thể hiện trực tiếp ở trọng tải và giá thép.

Tải trọng, mã số và câu hỏi bảo dưỡng xe

Cầu dành cho người đi bộ được kiểm soát bởi tải trọng đám đông hơn là mật độ giao thông đông đúc. EN 1991-2 quy định tải trọng đám đông là 5 kN/m2 đối với cầu đi bộ theo thông lệ Châu Âu; AASHTO sử dụng khoảng 4,3 kN/m2; Các dự án của Trung Quốc áp dụng cường độ tương tự thông qua các quy tắc thiết kế thép JTGD và GB 50017. Một nhà chế tạo có kinh nghiệm với công việc xuất khẩu sẽ cảm thấy thoải mái khi áp dụng nhiều họ mã vì cùng một hệ thống mô-đun có thể được điều chỉnh cho phù hợp với các yêu cầu phê duyệt trong nước hoặc nước ngoài.

Câu hỏi làm thay đổi thiết kế nhiều nhất là liệu phương tiện bảo trì có được đưa lên boong hay không. Một chiếc xe tải tiện ích nhỏ hoặc máy cắt cỏ bổ sung thêm tải trọng trục tập trung có thể chi phối kích thước tấm boong và dầm dọc. Người mua nên nêu rõ nhu cầu này. Việc áp dụng nó sau khi chế tạo có thể yêu cầu gia cố mặt cầu, việc này tốn kém và làm trì hoãn chương trình.

Tại sao chất lượng chế tạo quyết định thành công của lĩnh vực này

Trên một cây cầu mô-đun, xưởng là nơi tạo ra tính toàn vẹn về cấu trúc và địa điểm là nơi nó được bảo tồn. Đội thợ giỏi nhất tại chỗ không thể sửa chữa các mối hàn kém, các lỗ nối không khớp hoặc lớp phủ được sơn trong thời tiết xấu. Người mua đánh giá một nhà chế tạo nên tìm kiếm bốn khả năng cụ thể:

• Giấy chứng nhận vật liệu có thể truy nguyên cho mỗi tấm và phần cán;
• Các quy trình hàn được chấp nhận theo quy định hiện hành và được thực hiện bởi thợ hàn được chứng nhận;
• Kiểm soát kích thước được thể hiện bằng cách cắt CNC, lắp ráp dựa trên đồ gá và xác minh khảo sát;
• Một hệ thống lớp phủ phù hợp với môi trường ăn mòn và được thỏa thuận bằng văn bản.

Giấy chứng nhận vật liệu phải xác nhận loại được chỉ định, chẳng hạn như S355 theo thuật ngữ EN, ASTM A709 theo thuật ngữ của Hoa Kỳ hoặc Q355 theo thông lệ của Trung Quốc. Kiểm soát kích thước là sự khác biệt rõ ràng nhất giữa xưởng sản xuất cầu trưởng thành và xưởng chế tạo thông thường. Các mô-đun thường được sản xuất theo các đoạn dài từ 6 đến 12 mét và độ căn chỉnh mặt bích phải nằm trong khoảng từ 2 đến 5 mm ở mỗi mối nối bắt vít. Các mẫu lỗ không thẳng hàng tại mối nối hiện trường là nguyên nhân phổ biến nhất của việc làm lại cầu mô-đun.

Cầu đường Tashan: Vòm ống thép hai nhịp bắc qua sông Xinlai Cây cầu vòm hình ống thép hai nhịp dài 42 mét được hoàn thành vào năm 2016, đáng chú ý là cây cầu thép đầu tiên của quận được trưng cầu dân ý phê duyệt, minh họa cho việc áp dụng cầu thép của địa phương. Xem sản phẩm →

Bảo vệ bề mặt xứng đáng được chú ý nhiều như thiết kế kết cấu. Hệ thống lớp phủ và việc chuẩn bị bề mặt quyết định bao nhiêu năm trôi qua trước khi thực hiện hoạt động bảo trì lớn đầu tiên. Đối với cầu đi bộ trên đất liền trong môi trường vừa phải, C3 theo ISO 12944 có thể là đủ; vùng ven biển, khu công nghiệp và vùng làm tan muối thường yêu cầu C4 hoặc C5 với lớp sơn lót giàu kẽm. Phun cát mài mòn đạt Sa2.5 là tiêu chuẩn chuẩn bị thông thường và độ dày màng khô đã được thỏa thuận trước mang lại cho cả hai bên một tiêu chí chấp nhận rõ ràng.

Xưởng chế tạo của chúng tôi áp dụng trình tự này cho mọi hợp đồng cầu thép, bao gồm cả các mô-đun cầu vượt sông và kênh mà chúng tôi đã cung cấp. Một mô-đun rời khỏi nhà máy với hình dạng đã được xác minh, hồ sơ đầy đủ và lớp phủ được chỉ định sẽ mang lại cho nhóm công trường sự khởi đầu tốt nhất có thể.

Cài đặt: lịch trình được nén như thế nào

Lập luận kinh tế cho một cây cầu đi bộ kiểu mô-đun là việc chế tạo và thi công tại công trường phải diễn ra song song. Trong khi các mô-đun thép được sản xuất, tổng thầu sẽ hoàn thiện các mố, nền móng và khối đệm tiếp cận. Khi các mô-đun đến nơi, quá trình lắp đặt có thể mất vài ngày thay vì vài tháng, miễn là thiết bị nâng có thể đến được vị trí cuối cùng. Đối với những địa điểm không có cần trục tiếp cận, phương pháp chùm tia phóng hoặc phương pháp trượt vào sẽ di chuyển các mô-đun qua khoảng trống theo từng bước được kiểm soát.

Vượt sông và kênh

Đường vượt sông ưa chuộng xây dựng theo mô-đun vì không có cách nào để xây dựng giàn giáo từ bên dưới. Hồ sơ bàn giao của chúng tôi bao gồm một cây cầu tiếp cận dành cho người đi bộ và phương tiện giao thông nhẹ qua một con kênh tại một dự án nhà máy điện ở Bangladesh. Các mô-đun thép được chế tạo tại xưởng Vô Tích của chúng tôi và vận chuyển đến địa điểm, nơi lắp ráp cầu vượt mà không cần nhiều tháng làm ván khuôn, ván khuôn và bảo dưỡng mà lẽ ra cần phải có giải pháp thay thế bê tông tại một địa điểm nhà máy ở xa.

Cầu tiếp cận nhà máy điện Bangladesh: Vòm một nhịp bắc qua kênh Cây cầu dạng vòm một nhịp dài 42 mét dành cho dự án điện EPC 337MW/305MW, được chế tạo ở Vô Tích và vận chuyển đến công trường, tránh làm giàn giáo đúc tại chỗ ở một địa điểm xa. Xem sản phẩm →

Giao cắt trên đường sống và đường cao tốc

Khi một cây cầu bắc qua một con đường phải thông thoáng, thép mô-đun thường là lựa chọn kinh tế duy nhất. Dầm hộp thép đúc sẵn có thể được hạ thủy khi đóng một làn đường qua đêm, trong khi việc thi công đúc tại chỗ yêu cầu thiết lập quản lý giao thông lặp đi lặp lại đối với giàn giáo, đổ bê tông và tháo dỡ ván khuôn. Logic tương tự cũng áp dụng cho những cây cầu dành cho xe cộ lớn hơn. Xưởng của chúng tôi đã cung cấp dầm hộp thép đúc sẵn cho các kết cấu đường cao tốc, được định vị trong thời gian đóng cửa theo kế hoạch và hoàn thiện bằng các mối nối bắt vít.

Cầu cao tốc Puxing: Vòm thép có tay cầm giỏ dài 230 mét Cây cầu vòm thép buộc tay cầm giỏ lớn nhất Thượng Hải, với nhịp chính dài 230 mét, sườn vòm nghiêng dài tới 46 mét và có 27 móc treo mỗi bên, một điểm nhấn nổi bật. Xem sản phẩm →

Cài đặt thành công phụ thuộc vào sự chuẩn bị. Kế hoạch nâng, vị trí cần cẩu, thứ tự giao mô-đun, giá trị mô-men xoắn bu lông và vị trí ổ trục đều được giải quyết trước khi nhà máy xuất xưởng mô-đun đầu tiên. Sau đó, công việc thực địa sẽ tuân theo một trình tự đã biết thay vì ngẫu hứng trong ngày, đó là lý do tại sao việc lắp đặt mô-đun hiếm khi bị trễ ngày hoàn thành theo kế hoạch.

Rủi ro mua sắm và những điều cần xác minh trước khi ký

Hầu hết các vấn đề với cầu đi bộ kiểu mô-đun đều không liên quan đến kết cấu; chúng mang tính thủ tục. Rủi ro rõ ràng nhất là mối liên hệ giữa nhà cung cấp cầu và bên thiết kế và xây dựng mố cầu. Độ cao của ổ trục, bố trí bu lông neo và phản lực phải được thay đổi trước khi bắt đầu chế tạo. Sự không khớp được phát hiện trong quá trình nâng có nghĩa là phải dừng lại tốn kém vì cầu đã có sẵn trên xe tải.

Rủi ro thứ hai là tài liệu. Người mua nên yêu cầu hồ sơ chất lượng đầy đủ ở giai đoạn đấu thầu: chứng chỉ nhà máy, hồ sơ hàn, báo cáo NDT, đo độ dày lớp phủ và bản vẽ hoàn công. Khi những tài liệu này được tạo ra trong quá trình sản xuất chứ không phải được tập hợp ở khâu cuối, thì việc kiểm soát chất lượng là điều hiển nhiên. Công ty chúng tôi xây dựng hồ sơ theo tiến độ công việc và bàn giao cho cầu, một thông lệ mà các khách hàng lâu năm đã mong đợi.

Rủi ro thứ ba là hậu cần. Các mô-đun thép dài và nặng và việc vận chuyển thường kiểm soát độ dài của đoạn. Một nhà chế tạo vận chuyển thép cầu ra nước ngoài đã xử lý các quy trình vận chuyển đường biển, xử lý hàng hóa hạng nặng và lắp dựng mà một cửa hàng thuần túy ở địa phương có thể không xem xét đến. Người mua nên yêu cầu tài liệu tham khảo phù hợp với điều kiện giao cắt của họ và so sánh tổng chi phí lắp đặt thay vì chỉ so sánh giá xưởng. Việc phân chia trách nhiệm giữa thiết kế, bán hàng và lắp đặt được giải thích trong hướng dẫn người mua dự án kết cấu thép , trong đó làm rõ các điểm bàn giao để tránh bất ngờ.

Tổng chi phí và giá trị tài sản di dời

Cầu đi bộ bằng thép mô-đun thường có đơn giá/kg cao hơn kết cấu thông thường nhưng tổng chi phí lắp đặt thường thấp hơn. Công việc tại địa điểm nhỏ hơn, thời gian nâng ngắn và các giao dịch hoàn thiện gần như biến mất. Thay vào đó, số tiền lẽ ra sẽ được dùng để hàn công trường, làm giàn giáo, sơn lại và kiểm tra trong điều kiện dễ tiếp xúc lại được đầu tư vào công việc tại nhà máy, nơi năng suất cao hơn và lượng chất thải thấp hơn.

Chi phí vòng đời ủng hộ thép mô-đun vì những lý do tương tự. Một hệ thống lớp phủ được chỉ định phù hợp sẽ giữ cho cấu trúc chính bền vững trong nhiều thập kỷ và vì cây cầu được bắt vít nên các bộ phận riêng lẻ có thể được thay thế mà không phá hủy toàn bộ nhịp. Tấm sàn bị mòn, lan can bị hư hỏng và vòng bi cần điều chỉnh; tất cả đều là những công việc đơn giản trên cấu trúc mô-đun. Đối với các lối qua tạm thời, toàn bộ cây cầu có thể được dỡ bỏ, vận chuyển đi nơi khác và được dựng lại, đó là lý do tại sao các chủ sở hữu quản lý việc xây dựng theo giai đoạn hoặc các phần mở rộng đường mòn trong tương lai thích một hệ thống mà họ có thể triển khai lại.

Bài học thực tế cho người mua là chọn một nhà chế tạo có kinh nghiệm được ghi chép trong chế tạo thép chính xác, chuỗi hồ sơ vật liệu và hàn rõ ràng, cũng như lịch sử giao hàng bao gồm cả cầu mô-đun trong và ngoài nước. Sự kết hợp đó là những gì chúng tôi mang đến cho dự án cầu đi bộ, từ việc xác định nhịp đầu tiên đến bàn giao mặt bằng cuối cùng và nền kỹ thuật và chế tạo được ghi chép chi tiết.