Khai thác, kiểm định, sửa chữa, tăng cường cầu

G24-2W „Œ PGS.TS NGUYỄN VIẾT TRUNG | TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THONG VẬN TẢI-C0 SỞ THU VIEN 003284 HAI THÁC, MIỂM ĐỊNH, SUA CHUA, TANG CUONG CAU (TAI BAN LAN CO SUA CHUA VA BO SUNG) NHA XUAT BAN GIAO THONG VAN TAI HA NOI - 2004 LOI NOI DAU MUC LUC CHƯƠNG MỞ ĐẦU: NHŨNG VẤN ĐỀ CHƯNG 1.1 Khái qt mơn học: 1.2 Tình hình khai thác cầu Việt Nam 1.3 Yêu cầu chung công tác quản lý khai thác 1.4 Tổ chức bảo dưỡng sửa chữa CHUONG 1: LIKIEM TRA VA DANH GIA PHAN LOAI 11CHAT LUGNG KỸ THUẬT CONG TRINH "1 11 kể 1.1 Khai niém chung 1.2 Công tác đo đạc theo dõi cải 1.3 Bảo dưỡng mặt cầu đường đầu cải 1.4 Điều tra hư hỏng chung kết cấu thép kết cấu liên hợp thép - POT cass lS 1.5 Điều tra hư hỏng chung kết cấu nhịp bê tông, đá xây, bê tông cốt thép ưa «ZG 1.6 Điều tra liên kết kết cấu thép bê tông cốt thép 30 1.7 Điều tra gối cầu 35) 1.8 Điều tra mố trụ móng 38, 1.9, Diéu tra ảnh hưởng mơi trường ăn mịn cơng trình cầu 1.10 Điều tra hậu động đất, cháy, nổ, lở núi 1.11 Sơ phân cấp hạng trạng thái kỹ thuật cầu 1.12 Yêu cầu sơ điều tra hư hỏng cầu khuyết tật CHƯƠNG 2: THỬNGHIỆM CẦU 2.1 Các vấn đề chung 2.2 Phương pháp dùng ten-xơ-met để đo ứng suất 2.3 Các máy độ võng đo chuyển vị thẳng 2.4 Nhận xét kết thử tĩnh cầu 2.5 Các phương pháp thiết bị đo thử động cầu 2.6 Xác định đặc trưng lý tính chất vật liệu 2.7 Phát khuyết tật hư hỏng ẩn giấu 2.8 Xử lý kết đo phân tích kết luận CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA CẦU Đà QUA KHAI THÁC 87 3.1 Khái niệm chung 3.2 Công thức chung tính tốn đẳng cấp cầu thép đường sắt 3.3 Tính đẳng cấp dầm chủ hệ dầm mặt cầu 3.4 Tính tốn phận dàn chủ 102 3.5 Xét ảnh hưởng hư hỏng khuyết tật phận - 103 3.6 Tính tốn phận tăng cường 106 3.7 Các dẫn thực hành tính tốn 107 HƯƠNG 4: SỬA CHỮA VÀ TĂNG CƯỜNG CẦU 108 4.1 Các giải pháp kết cấu công nghệ sửa chữa kết cấu nhịp cầu thép 108 4.2 Các giải pháp kết cấu công nghệ sửa chữa kết cấu nhịp cầu BTCT „113 4.3 Các giải pháp kết cấu công nghệ sửa chữa mố trụ cầu ele 4.4 Sửa chữa cầu đá, cầu vịm bê tơng, cống, ¿119 4.5 Các giải pháp kết cấu công nghệ tăng cường mở rộng kết cấu cầu thép eo AD, 4.6 Tăng cường kết cấu nhịp cầu BTCT, bê tông đá xây - 128 4.7 Các giải pháp kết cấu công nghệ tăng cường mố trụ cầu 132 LỜI NÓI ĐẦU Tài liệu biên soạn làm giáo trình giảng dạy môn học "Khai thác, kiểm định, sửa chữa, tăng cường cầu cống" cho sinh uiên ngành cầu hầm, cầu đường bộ, cầu đường sắt, giao thông công chính, tự động hóa thiết bế cầu đường - Trường Đại học Giao thơng Vận tải ngồi ra, tài liệu tham khảo tốt cho cán kỹ thuật làm công tác quản lý, hiểm định, sửa chữa cầu cống Nội dụng tài liệu tương ứng uới đề cương môn học "Khai thác, kiểm định, sửa chữa, tăng cường cầu cống" Tài liệu gôm chương, phụ lục uà danh mục sách tham khảo Đây lần biên soạn thứ có bổ sung thêm số uấn đê cho phù hợp uới Tiêu chuẩn Bộ Giao thông Vận tải, khơng tránh khỏi thiếu sót, tác giả xin chân thành tiếp thu ý biến xây dựng bạn đọc để bổ sung cho lần tái sau hoàn thiện TÁC GIẢ CHƯƠNG MỞ ĐẦU NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 KHÁI QUÁT VỀ MÔN HỌC - Hầm, tường chắn, cầu cống cơng trình nhân tạo đường có thời hạn phục vụ giá trị lớn Chúng thường xuyên chịu tác động tải trọng, môi trường thiên nhiên cac thay đổi điều kiện bất thường trình khai thác Hơn nữa, nhu cầu vận tải dẫn đến bất cập, ảnh hưởng đến điều kiện khai thác thân cơng trình bị giảm cấp - Việc thay đổi cơng trình khơng phải dễ dàng lúc thực nên cần phải phát triển công tác sửa chữa hư hỏng, khơi phục mở rộng tăng cường Nội dung môn học >_ Cung cấp kiến thức hiểu biết để kiểm tra, khắc phục hư hỏng, khuyết tật cơng trình giao thơng >_ Các phương pháp đo đạc, thử nghiệm để đánh giá lực chịu tải đánh >- giá lực cơng trình Những phương pháp sửa chữa, cải tạo, tăng cường nhằm khôi phục hư hại nâng cao lực chịu tải 1.2 TÌNH HÌNH KHAI THÁC CẦU Ở VIỆT NAM 1.2.1 Tình trạng cầu cống nước ta Hiện nước ta có nhiều cơng trình cầu cống quy mơ khơng lón, có tiêu chuẩn kỹ thuật thấp, xây dựng từ lâu, thời gian khai thác dài, chịu ảnh hưởng nhiều thời tiết khắc nghiệt chiến tranh 4.2.2 Tình trạng quản lý khai thác - Việc quản lý khai thác ngành đường sắt tương đối hệ thống, Ban quần lý cơng trình Ban Cơ sơ hạ tầng Liên hiệp Đường sắt Việt Nam - Việc quản lý khai thác ngành đường Cục Quản lý đường có chức quản lý khai thác cơng trình nhân tạo đường - Tình trạng quản lý thiếu tính hệ thống, khơng rõ ràng, trách nhiệm đơn vị chồng chéo với Liên hiệp xí nghiệp giao thơng vận tải gồm có: + Khu quản lý đường (quản lý khai thác) + Tổng cơng ty xây dựng cơng trình giao thơng Trên mạng lưới đường sắt đường nước ta có nhận xét chung: + Chất lượng cơng trình không ngừng suy giảm xuống cấp, giá thành vận tải hạ thấp, chưa đáp ứng yêu cầu giao thông cách hiệu + Sự thiếu hụt kinh phí vốn đâu tư cho cơng tác khôi phục sửa chữa + Việc quản lý lỏng lẻo, kiểm tra không thường xuyên thiếu hệ thống, tiêu chuẩn để đánh giá cơng trình, phương pháp kiểm tra kỹ thuật chẩn đoán lạc hậu Vì làm cho tình trạng cơng trình xuống cấp trầm trọng gây trở ngại lớn cho vận tải (hạn chế tốc độ, hạn chế tải trọng) 1.2.3 Kết luận Cùng với thiết kế xây dựng công trình mới, vấn đề mà ngành GTVT để cập giải là: + Đổi tổ chức, chế phương pháp làm việc hệ thống quản lý cơng trình + Nâng cao trình độ, kỹ thuật kiểm tra, đánh giá chất lượng cơng trình, áp dụng tiên tiến có hiệu để chẩn đốn hư hỏng khuyết tật cơng trình + Đề xuất giải pháp sửa chữa, cải tạo tăng cường cách hợp lý có hiệu Đó cơng việc cấp thiết có tính sống cịn nghiệp phát triển ngành GTVT, góp phần để ngành hồn thành chức vai trị việc xây dựng phát triển kinh tế quốc dân 1.3 YÊU CẦU CHUNG CỦA CÔNG TÁC QUẢN LÝ KHAI THÁC Mục tiêu chủ yếu ngành Giao thơng an tồn vận tải, lực vận tải ổn định Khi kinh tế quốc dân phát triển, ngành Giao thơng Vận tải có nghĩa vụ bảo dam tăng trưởng khả vận tải điều kiện trang bị kỹ thuật sở hạ tầng có với điều kiện ổn định an tồn Cơng tác quản lý khai thác cầu ngành đường sắt giữ nếp hệ thống từ ngày thành lập nên văn ban pháp lý, tài liệu kỹ thuật tài liệu nghiệp vụ cho cán thống chặt chẽ Đối với ngành đường bộ, tài liệu kỹ thuật hướng dẫn có tính pháp lý quy trình, quy phạm có, cơng tác quản lý cịn phân tán nên nói chung tài liệu có tính pháp lý quản lý đường thất lạc nhiều, không đủ cấp sở trực tiếp quản lý cầu đường Đây khó khăn việc nâng cao chất lượng quản lý khai thác cầu đường nói chung Hiện phạm vi quản lý Cục đường Việt Nam, cầu cống nói chung đề số tiêu cần quản lý kỹ thuật đưa vào hệ thống thông tin máy sau: - Tên cầu - Tinh - Tén tuyén - Ly trinh - Năm xây dựng - Chiều đài toàn cầu - Chiểu rộng: + Của phần xe chạy + Của lề - Chiểu cao khống chế cầu: Cao độ mặt cầu, cao độ đáy cầu - Tải trọng: + Theo thiết kế ban đầu + Theo thực tế - Đặc tính kỹ thuật: + Mơ tả loại kết cấu nhịp, sơ đổ, chiều dài nhịp + Đặc điểm mặt cầu (gỗ, bê tông, BTCT, đá xây ) + Mô tả cấu tạo hai mố: Vật liệu, kiểu mố, kiểu móng + Mơ tả cấu tạo trụ: Vật liệu, kiểu, chiều cao, kiểu móng - Đặc điểm địa chất - Các mực nước: + Mực nước cao + Mực nước thấp - Chiều cao chiều rộng khống chế nhỏ cầu nhu cầu thông thuyền hay thuỷ lợi - Các tiêu tiêu tổng quát, đếm hệ thống quản lý cấp cao Cục Đường Khu Quản lý đường Ở Cung Quản lý cầu phải lập hổ sơ riêng cho cầu để theo đõi lâu dài - Trong ngành đường sắt, tiêu kỹ thuật cần quản lý cầu có nhiều tiêu 1.4 TỔ CHỨC BẢO DUGNG VÀ SỬA CHUA _ Công tác bảo đưỡng hạt cầu đường đảm nhiệm (trong có đoạn - khu), bao gồm nội dung: + Bảo:dưỡng thường xuyên + Sửa chữa lớn 1.4.1 Bảo dưỡng thường xuyên Làm thải rác chất bẩn tiết, phận kết cấu cầu (liên kết, hốc tiết điểm, bầu dầm, rãnh, ống thoát nước Sửa chữa chỗ hư hỏng khuyết tật nhẹ riêng biệt khơng u cầu phí lớn: + Thay tà vẹt cầu + Tróc sơn cục + Siết lại bu lông thay vài đỉnh tán 1.4.2 Sửa chữa lớn Công tác tiến hành sau có kết kiểm tra, chẩn đốn kỹ thuật có phương án tiết cho việc sửa chữa, có kế hoạch dự tốn Cơng tác sửa chữa lớn bao gồm: + Thay hệ thống tà vẹt cầu, làm lại toàn lớp phủ mặt cầu + Tiến hành tăng cường phận không đủ lực chịu tải + Tiến hành sơn lại toàn cầu + Mở rộng khổ giới hạn cải tạo khổ giới hạn + Xây dựng lại phần mố trụ Trong tiến hành sửa chữa lớn tiêp tục công tác bảo dưỡng thường xuyên Tất số liệu đặc trưng cơng trình trước sau sửa chữa ghi chép đủ lưu vào hồ sỡ 10 CHUONG KIEM TRA VA DANH GIA PHAN LOA! CHAT LUGNG KY THUAT CONG TRINH 1th.KHAI NIEM CHUNG *Muc dich: Đánh giá trạng cơng trình khai thác Trên sở xây dựng khuyến cáo (đề nghị) việc tiếp tục sử dụng công trình * Yêu cầu: - Cần phải nghiên cứu kỹ tất hồ sơ kỹ thuật cơng trình lưu trữ trước tiến hành kiểm tra - Việc kiểm tra cần tiến hành tất phận cơng trình nhằm thu thập số liệu tin cậy làm việc cơng trình * Tác dụng cơng tác kiểm tra: 'Trên sở số liệu kiểm tra (chẩn đoán kẹt thuật cơng trình) người ta đánh giá trạng chất lượng cơng trình, xác định lực chịu tải, khả tiếp tục sử dụng đề xuất giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ tin cậy tuổi thọ đưa chế độ thay đổi việc khai thác công trình 1.2 CƠNG TÁC ĐO ĐẠC THEO DÕI CẦU 4.2.1 Theo dõi tình hình lịng sơng cầu Do điều kiện lịch sử để lại, sông miền Bắc thường có đê viền hai bên bờ, sơng miền Nam miền Trung thường khơng có đê nên nước chảy tràn bờ có lũ Điều kiện ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy tượng xói mịn, bồi đắp khu vực cầu với đặc điểm khác miền đất nước Người quản lý cầu cần lưu ý vấn đề Bình thường lịng sơng cầu có biến động, năm gần nạn phá rừng bừa bãi biến động thời tiết khiến cho điều kiện thuỷ văn miền khác trước, gây thay đổi tình hình lịng sơng eầu Vì sau mùa lũ cần phải theo đối biến đổi lịng sơng đưới cầu, đặc biệt đổi với cầu lớn cầu trung Những nguyên nhân làm thay đổi trạng thái lòng sông đưới cầu là: 11 - Khẩu độ cầu không đủ khả lũ - Cơng trình điều chỉnh lịng sơng khơng có khơng đáp ứng u cầu - Mái đốc đường vào cầu, nón mố đầu cầu không gia cố đủ mức cần thiết để chống xói lở - Có cơng trình xây dựng thượng lưu hạ lưu gây ảnh hưởng xấu đến chế độ dòng chảy Để phát nguyên nhân cần phải có tài liệu thống kê nhiều năm số liệu đo đạc mặt cắt lịng sơng chế độ thuỷ văn cầu (các mực nước, lưu tốc, hướng địng chảy v.v ) Để đo đạc mặt cắt ngang sông cầu thường cách 25m phía thượng lưu hạ lưu cầu trục đọc cầu cần phải đo vẽ Thời điểm đo nên trước sau mùa lũ Nếu phát có tình trạng xói cục nhiều quanh trụ phải đo nhiều điểm Nói chung cầu dài q 50m điểm đo thường cách chừng 10m Nếu cầu ngắn 50m đo cách quãng 5m Nếu cầu có kết cấu nhịp dàn nên thả dây đo từ điểm nút dàn cho thuận tiện đo vẽ Có thể đo từ kết cấu nhịp hay từ thuyển phương pháp thuận tiện, đủ xác Nói chung Việt Nam thường đo cách buộc vật nặng Nếu có máy đo sâu thuỷ âm đại nhanh Loại máy đo thời gian phản hồi sóng âm phát hướng xuống đáy sơng, từ suy độ sâu lịng sơng Nếu dùng dây đo nên đánh dấu cách quãng 20cm dây Để định vị trí điểm đo đo từ thuyền căng dây thẳng ngang sông sông nhỏ dùng phép đo kiểu toàn đạc với máy kinh vĩ bờ mia dựng thuyền Kết đo vẽ theo dạng mẫu hình vẽ 1.1 1.2.2 Đo đạc kích thước hình học Mục đích cơng tác đo lập lại vẽ mặt bằng, trắc dọc cầu, mặt cắt ngang đặc trưng thực tế câu nói chung phận kết cấu nhịp, mố trụ, móng, đường đầu cầu, cơng trình phụ khác Phải vào tài liệu đo vẽ này, tài liệu thiết kế hồn cơng tài liệu kiểm định cũ để đánh giá vị trí xác phận cầu khơng gian chất lượng cầu Từ nhận xét nguyên nhân hư hồng, chuyển vị hay biến dạng phận cầu theo thời gian 1.2.2.1 Do cao độ Phải cao đạc máy cao đạc có độ xác trung bình, sai số trung phương + 4mm 1km Đối với cầu mà qua điều tra phát biến dạng lớn có nhiều nghỉ vấn cần dùng loại máy cao đạc độ xác cao Ni - 004 với sai số trung phương + 5mm km 12 Hinh 4.13 Va vom da cách đổ bê tông Khung cốt tháp; Dém gỗ đỡ uán khuôn; Ván khn; Neo; Con ném; Vành m đá cũ 4.4.2 Sửa chữa cống Nội dung công tác sửa chữa cống bao gồm: sửa -_ Sửa chữa sân cống thượng lưu hạ lưu, trát lại mạch vữa xây, đổ bê tông vá - Sửa cửa cống - Sửa mối nối đốt cống (nếu cống bị biến dạng, nước thấm tự vào đường) Khí phải đào đường hạn chế giao thông - Sửa chữa gia cố mái đường xung quanh cửa cống Nói chung cống chế độ chảy có áp thường dễ xảy hư hỏng trường hợp cống chảy không áp Trước sau mùa lũ phải kiểm tra sửa chữa kịp thời hư hỏng “Trên đường trần hỗn hợp cống, việc sửa chữa cống phải kết hợp với sửa chữa đường tràn Các vật liệu phương pháp tràn hỗn hợp cống, việc sửa chữa cống phải kết hợp với việc sửa chữa đường tràn Các vật liệu phương pháp sửa chữa áp dụng giống cầu BTCT, cầu bê tông cầu đá xây 4.5 CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG NGHỆ TĂNG CƯỜNG MỞ RỘNG KẾT CẤU CẦU THÉP 4.5.1, Nguyên tắc chung Khi cầu thép khơng cịn đủ khả chịu hoạt tải phát triển nặng cầu trở nên hẹp không đáp ứng lưu lượng xe qua cầu nhiều trước, cần phải tăng cường mở rộng cầu 120 Két cấu cầu, đặc biệt cầu thép, gồm nhiều phận chịu lực khác nhau, khơng phải phận có đồng cường độ cần tăng cường phận yếu Mức độ cần thiết tăng cường cầu tuỳ theo yêu cầu phát triển giao thông quy hoạch cbung tuyến đường Phương pháp tăng cường có nhiều áp dụng cho tình khác tuỳ trạng thái thực tế cầu mục đích việc tang cường, khả vốn đâu tư cơng nghệ sẵn có Các phương pháp liệt kê sau: - Tang cường mặt cắt ngang phận kết hợp chịu lực với phận cũ - Làm thêm phận hệ thống kết cấu, ví dụ thêm dàn, thêm sác sườn tăng cường, liên kết - Thay déi sơ đồ tĩnh học kết cấu dàn hay dầm cách đặt hệ tăng đầy đầm, làm thêm biên dàn nữa, chuyển kết cấu nhịp giản đơn thành kết cấu nhịp liên tục - Làm thêm trụ tạm - -_ Biến đổi kết cấu nhịp thép thành kết cấu liên hợp thép - BTCT - Tao du ting lực bổ sung cho kết cấu nhịp thép Việc tăng cường mặt cắt cho phận kết cấu nhịp cách thêm thép dùng liên kết đình tán, bu lông cường độ cao hàn dạng thường gặp Nếu muốn tăng cường khả chịu mỏi phận kết cấu tán đỉnh nên thay đỉnh tán hàng liên kết bu lông cường độ cao Cần lưu ý muốn đùng liên kết hàn để tăng cường cầu cũ phải cân nhắc kỹ gặp loại thép cũ không chịu hàn dé xảy vết nứt ứng suất tập trung, trình độ hàn kéra V.V Trên giới người ta trọng nhiều đến phương pháp dự ứng lực bổ sung để tăng cường cầu Ở Việt Nam, cầu Tân Thuận thuộc TP HCM tăng cường vay để tăng tải trọng từ xe H18 lên xe H30 Tuy nhiên muốn áp dụng phương pháp phải có đủ thiết bị, vật tư, đặc biệt trình độ kỹ thuật cao đảm bảo chất lượng Vấn đề tăng cường phải thực theo dé án thiết kế tăng cường Đặc biệt ý việc đảm bảo an toàn giao thông lúc thi công 4.5.2 Tăng cường phần xe chạy Trên hình 4-14 cách điển hình để tăng cường cánh đầm dọc dầm ngang Liên kết táp vào dầm đỉnh tán, bu lông cường độ cao mối hàn Trước ghép thép tán cần làm bề mặt tiếp xúc với cách phun cát cạo hết sơn, gỉ cũ Thông thường vừa sửa cầu vừa thông xe nên việc chuẩn bị thép, khoan lỗ, phân làm chu đáo từ trước Đến lúc cấm cầu để sửa 121 cần chặt đỉnh cũ, lắp táp xiết lại bu lông cường độ cao Nếu thời gian hai đợt có tàu qua cầu ngắn cắt đơi táp, lắp dần nửa táp để đảm bảo thời gian thi cơng hình 4-14b Các bu lông cường độ cao phải xiết làm hai đợt Lúc vội cần xiết chặt cờ lê thường nhằm lắp táp cho nhanh Sau lắp xong an toàn xiết đợt cờ lê đo lực cho đủ mức cân thiết Nếu điều kiện thông xe liên tục mà táp thêm cánh dầm tap thêm thép góc hình 4.14c Lúc bị vướng vào sườn tăng cường đứng bụng dầm Cần phải khoét rãnh sườn Phương pháp hiệu đặt cốt thép dự ứng lực ngồi dọc theo đáy dầm Nói chung tăng cường dầm phải tăng cường liên kết dầm dọc với dầm ngang liên kết dầm ngang với dàn chủ Muốn có thay đỉnh tán liên kết bu lông cường độ cao đặt đỉnh tán to mức độ tăng cường không nhiều Tốt đặt thêm nhiều đỉnh tán bu lông cường độ cao trước, phải thêm đệm rộng hình 4.15a Nếu khơng muốn làm đệm hàn vào nhánh sắt góc hình 4.15b Tuy đứt mối hàn Hình 4.16 Tăng cường liên kết dầm dọc uới dầm ngang cách thêm đệm (a) hàn rộng cánh thép góc (b) Bản đệm; Bản nổi; Mối hàn 122 Có cầu cũ mà chỗ nối dầm dọc với dầm ngang khơng có cá nên thường bị nứt đứt đầu đỉnh tán liên kết Trên hình 4.16 giới thiệu cách đặt tăng cường thêm để làm nhiệm vụ cá Các luồn qua lỗ khoan sẵn bụng dầm ngang Đầu hàn vào thép, liên với cánh đầm dọc bu lông cường độ cao Một số cầu cũ có dầm ngang kiểu đàn khó khăn cho việc tăng cường Tốt thay dầm ngang đặc bụng Cũng áp dụng dự ứng lực ngồi Thông thường việc tăng cường hệ dầm mặt cầu kết hợp với vá sửa chỗ hư hồng, gỉ nát v.v Al oo oe +l la A-A =1 2_[Tellle SBalliba ol] HP Sys: sills bs Siig alls sis sis sills sis Hình 4.16 Dùng nối làm thay nhiệm vu ban cá Thanh nối; Bản nối; Mối hàn 4.5.2 Tăng cường dầm chủ đặc bụng Nếu mức độ tăng cường không cần nhiều dầm làm thêm táp cánh thép góc táp dầm dọc dầm ngang Muốn hợp lý nên áp dụng biện pháp điều chỉnh nội lực phần thép thêm tham gia tĩnh tải Ví dụ tháo dỡ tạm hệ BTCT mặt cầu trước lúc táp thêm thép tạo hệ tăng đáy dầm tạm thời để gây mô men ngược dấu với mô men tĩnh tải Sau táp thêm thép tháo đỡ hệ tăng tạm thời Cũng để lại vĩnh viễn hệ tăng Như ta có hệ thống dự ứng lực để tăng cường dầm chủ Thanh chịu dự ứng lực kéo hệ thép trịn cường độ cao bó cáp cường độ cao cầu BTCT liên kết ụ neo vào kết cấu thép cũ (Hình 4-17) BTCT dự ứng lực Khó khăn Để biến dầm thép có BTCT đặt thành dầm thép liên hợp, chịu lực phải tạo neo liên kết dầm dùng loại neo cứng, bulơng cường độ cao hình 4-18 thép BTCT Có thể 128 aH _—f ae ——teosesarieo Hinh 4.17 Tang cuéng dim bang ting da a Các sơ đồ tăng cường; b Cấu tạo núi Cùng với việc tăng cường dầm chủ, phải tăng cường liên kết mối nối Biện pháp thông dụng thay đỉnh tán cũ bulơng cường độ cao có đường kính lớn (như phải doa rộng thêm lễ định cũ) Việc thực làm dân nhiều đợt, cho đợt thay 10% tổng số đinh cũ Nếu biện pháp chưa đủ tăng cường tbay bảng nối dày to Lúc tăng cường kết hợp sửa chỗ gỉ, nứt dầm chủ Hình 4.18 Liên kết BTCT uới dâm tháp cũ để tạo kết cấu thép liên hợp BTCT 124 4.5.3 Tăng cường dàn chủ Cách làm thông thường để tăng cường dàn chủ tăng mặt cắt thép cho dàn thay đổi sơ đồ tĩnh học dàn Biện pháp điều chỉnh nội lực nhân tạo cách thay đổi sơ đổ tĩnh học, tạo dự ứng lực ngồi, thay đổi vị trí gối tựa, thêm gếi tựa, giảm bớt tinh tải mặt cầu tỏ hữu hiệu 'Trên hình 4.19 vài dạng tăng cường cách thay đổi sơ đồ tĩnh học dàn chủ Trên hình 4.20 giới thiệu sơ dé đặt cáp dự ứng lực để tăng cường dàn thép Đây biện pháp tất tăng nhiều sức chịu tải cầu mà không cản trở việc thơng xe qua cầu lúc thi cơng Khó khăn địi hỏi trình độ cơng nghệ cao giải pháp cấu tạo ar: tồn chống ăn mịn cáp dự ứng lực liên kết ụ neo vào dần cũ Sø đồ 4.20 a, b tăng cường dự ứng lực cho số riêng lẻ Các khác dàn khơng có dự ứng lực nén Sơ dé 4.20 c, d làm thay đổi sơ đồ tĩnh học ban đầu dàn, dự ứng lực bổ sung ảnh hưởng đến hầu hết dàn Sơ đồ 4.20 e gây dự ứng lực cho dàn, nhiên biên chịu kéo tạo dự ứng lực nén mạnh đủ mức cần thiết aa Khi thay đổi sơ đổ dàn trên, phải tăng cường cục cho liên kết, tiếp điểm cách táp thêm thép, thêm đỉnh, dùng bulêng cường độ cao Trên hình vẽ 4.21 sơ đổ đặt thêm thép cho loại dạng mặt cắt dài Nguyên tắc chung phải gây độ lệch tâm bổ sung mặt cắt liên kết dàn Vì vừa thi công tăng cường, vừa đảm bảo cho xe qua cầu nên đồng thời tap ban thép rộng bể rộng mặt cắt mà phải làm dần dải hình 4.21 a Để liên kết phần thép táp thêm vào với nút dàn làm hình 4.22 Cốt thép dự ứng lực ngồi để tăng cường đàn dạng tròn cường độ cao cáp thép cường độ cao Vị trí cốt thép mặt cắt dàn đặt cho gây dự ứng lực nén tâm Đơi có trường hợp cố tình tạo dự ứng lực nén lệch tâm cho dàn, điều tuỳ thuộc vào tính toán cấu tạo cụ thể dàn Để giữ vị trí cốt thép dự ứng lực ngồi phải đặt ngăn ngang có khoét rãnh khoan lỗ thích hợp cho cốt thép qua Các đàn chịu nén đưới tải trọng tăng cường khả chịu nén 125 ổn định cách thêm thép góc bổ sung vào mặt cắt biện pháp khác nhằm làm giảm chiều dài tự =— ——*à £ + Hình 4.19 Vai vi du thay đổi sơ đồ dàn cũ a) b) £ - " a a 2) a 4£ * ì Là Hình 4.20 Ví dụ sơ đồ tăng cường câu dàn cũ cách tạo dự ứng lực a, b Chỉ tạo dự ứng lực ngồi cho i riêng lẻ: ¢, d Thay đổi sơ đồ hình học; e Tăng cường cho dàn liên tục “Lt za E¬- aL La ¬ al Hình 4.21 Các sơ đồ đặt thêm thép cho mặt cắt dàn 126 Hinh 4.22 Lién két phan thép tăng cường uào nút dàn nhờ nối (a) uà thép góc (b) Bản nối; Thép góc VÀ DL ø_ Bu lông cường di + Định tán cũ Hình 4.23 Các sơ đồ đặt cáp dự ứng lực mặt cắt dàn 4.5.4 Tính tốn tăng cường kết cấu nhịp thép Đây vấn đề phức tạp nhiều dựa vào kinh nghiệm người thiết kế Về mặt pháp lý, cách tính tốn phải theo Quy trình 1979 Bộ GTVT, nội dung Quy trình nhiều chỗ khơng phù hợp tình hình sửa chữa cầu cũ Vì phải dựa thêm vào nguyên lý môn học: Cơ học xây dựng, Sức bền vật liệu kết cấu thép để tính tốn Đơi phải để chấp nhận số giả thiết tính tốn nhằm đơn giản hố phải tổ chức thử tải cầu để có định sát thực tế Những câu hỏi ln ln cần đặt tìm cách giải đáp lúc tính tốn tăng cường cầu: - Sự phân chia trách nhiệm chịu tải phần kết cấu cũ mặt cắt phần thép thêm vào mặt cắt nào? - Cấu tạo liên kết hợp lý để nối phần kết cấu cũ phận thép thêm vào 127 - Sau mét thdi gian tiếp tục khai thác, liệu biện pháp điều chỉnh ứng lực nhân tạo tạo dự ứng lực nhân tạo, tạo dự ứng lực ngồi bổ sung, điều chỉnh theo độ gối có giữ nguyên hiệu ban đầu không, diễn biến nội lực theo thời gian ~_ Tình trạng ứng suất tập trung ứng suất dư hàn -_ Khả bảo vệ dự ứng lực bổ sung - Sự làm việc thực tế bulông cường độ cao đặt thêm cầu cũ nào? -_ Cách xét đến khuyết tật hư hỏng kết cấu thép cũ Đặc biệt dự định dùng dự ứng lực bổ sung để tăng cường cầu thép phải chọn hợp lý tham số sau: r — tỉ số đặc trưng cường độ vật liệu thép cũ vật liệu thép dự ứng lực bổ sung B; — hệ số hiệu tập trung ứng suất thép dự ứng lực ngồi bổ sung ơ; - độ mềm đàn hếi liên kết thép dự ứng lực neo, ụ đặt neo, Tỉ sốr lớn tiết kiệm vật liệu tăng cường cầu đồi hỏi trình độ cơng nghệ cao Để giảm hệ số hiệu tập trung ứng suất dùng thép dự ứng lực ren gia cơng cách cán ren tăng bán kính vuốt tròn ren Độ mềm đàn hồi liên kết thép dự ứng lực cao độ bền mỏi thép cao : Một điều đáng ý hiệu tăng cường cầu lớn phần tĩnh tải chiếm tỉ lệ lớn Vì việc tăng cường phận dàn chủ nhịp lớn hiệu tăng cường nhịp ngắn “Trong thiết kế tăng cường dự ứng lực ngồi bổ sung cần đặc biệt lưu ¥ thiét ke liên kết ụ neo kết cấu thép cũ Sau thời gian xẩy trượt bể mặt tiếp xúc liên kết đỉnh tán bulông cường độ cao khiến cho sớm xảy hư hồng liên kết Để an toàn nên bulơng cường độ cao phía hàng lỗ ngồi liên kết tính tốn khơng nên lấy hệ số ma sát cao 4.6 TANG CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT, BÊ TÔNG VÀ ĐÁ XÂY Câu BTCT, bê tơng đá xây có tĩnh tải lớn, so với hoạt tải, hoạt tải thể chịu tải mà không cần phát triển nặng thêm câu bảo dưỡng tốt có việc tăng cường cầu BTCT tăng cường Trong trường hợp phải so sánh kinh tế cũ với việc phá bỏ thay kết cấu Giá thành dự toán tăng cường cầu 1⁄2 giá xây cầu lúc thi cơng xong giá thực tế xấp xỉ giá xây cầu có nhiều vấn để nảy sinh thêm q trình thi cơng sửa chữa tăng cường mà lúc thiết kế đỗ án để tăng cường chưa phát Trên tuyến đường sắt Hà Nội ~ Sài Gịn có đến xấp xỉ 600 cầu BTCT cũ với 128 tuổi xấp xỉ 60 + 70 năm Nhiều cầu hỏng đến mức tăng cường sửa chữa cách kinh tế mà phải thay dầm Trên tuyến đường ôtô miền Trung miền Nam nhiều cầu BTCT cũ Pháp xây dựng từ năm 1930 khổ hẹp khai thác Rất nhiều cầu dầm BTCT dự ứng lực kéo trước sản xuất theo đổ án mẫu Mỹ bị hư hồng tượng đứt dẫn cáp dự ứng lực ngang Như yêu cầu thực tế việc tăng cường cầu BTCT nước ta lớn Các cầu bê tông cầu đá cũ nói chung cịn vấn để tăng cường chúng thường không đặt Việt Nam lúc Nói chung cơng việc tăng cường cầu BTCT cũ chủ yếu tăng khả chịu ứng suất pháp ứng suất kéo chủ 4.8.1 Thêm cốt thép Nếu cần tăng khả chịu lực không nhiều, chừng 10 + 15%, nên đặt thêm cốt thép chủ chịu kéo đáy đầm Các cốt thép hàn nối vào hàng cốt thép chủ cũ đạng đầm Muốn phải đập bỏ tầng bê tông bảo hộ đáy hầm đến lộ nửa đường kính cốt thép chủ hàng Các mối hàn liên kết cốt thép mối cốt thép đổ bê tông phần đáy dầm để che phủ bảo vệ cốt thép thêm Ở nước thường dùng bê tông phun mà không dùng ván khuôn đổ bê tông kiểu thông thường Chiều cao đầm tăng lên chút làm giảm chiểu cao khổ giới hạn gầm cầu Sức chịu tải dầm cầu tăng lên chủ yếu nhờ cốt thép thêm, cốt thép tham gia chịu hoạt tải Hình 4.34 Tăng cường dầm cầu BTCT cách thêm cốt thép hàn uào cốt thép cũ nhờ mều cốt thép ngắn (ø) uà nhờ đai ngắn (b) Vùng tăng cường; Cốt thép cũ; 3.Cốt thép thêm; Mối hàn; Dai ngén xiên; Đai ngắn Nếu muốn tăng sức chịu tải kết cấu nhịp lên từ 15% + 35% phải tìm cách tăng chiều cao đầm kết hợp tăng thêm cốt thép chịu kéo Khi phải thêm cốt đai ngắn Những công tác cần làm là: -_ Đục bỏ lớp bê tông bảo hộ cốt thép chủ hàng đưới -_ Hàn đoạn cốt thép xiên ngắn 129 ~_ Đục bỏ lớp bê tông bảo hộ số cốt đai - Han ghép cốt đai nối vào cốt đai cũ cho dài xuống phía đáy dầm đủ mức cần thiết -_ Đặt cốt thép chủ nối thêm liên kết chúng với đai nối dài vào cốt xiên bổ sung ~_ Gia công bể mặt bê tông cũ -_ Đổ bê tông phun bê tông tạo phần bổ sung thêm dầm, bao phủ cốt thép thêm Muốn sửa chữa tốt phải dùng vật liệu bê tơng tốt có pha phụ gia hoá đẻo, phụ gia tăng cứng nhanh dùng bê tơng pơlyme Để tăng dính bám bê tông cũ bê tông cần quét lên bể mặt làm bê tông cũ lớp vữa sở nhựa êpôxy hông tăng cường cốt thép chịu kéo đáy dầm, nhiều cầu phải thêm cốt thép xiên cốt đai mở rộng sườn dầm để tăng khả chịu lực cắt 4.6.2 Dán thép bổ sung Từ năm 1993, môn Cầu ĐHGTVT phối hợp với Viện nghiên cứu thiết kế đường sắt tiến hành tăng cường bốn cầu BTCT cũ đường Hà Nội - Sài Gịn phương pháp dùng bê tơng pơlyme kết hợp dán thép ngồi thêm đáy dầm, đặt thêm cốt đai bụng dầm Kết thực tế sử dụng 10 năm qua đến (2003) tốt Ưu điểm phương pháp dán thép ngồi việc sửa chữa khơng ảnh hưởng đến việc thơng tàu qua cầu thường xuyên Bản thép có độ dày + 10 mm dán keo êpôxy vào mặt đáy dầm cũ gia công sửa chữa cho phẳng bê tông pôlyme Khi dán phải tạo áp lực ép 0,4 kg/m? lúc keo hố cứng hồn tồn khoảng 1h Cũng dán thép vào mặt bên dầm để tăng khả chịu cắt chống nứt 4.6.3 Tao dis ứng lực bổ sung Một số cầu nước ta tăng cường dự ứng lực đạt kết tốt cầu chữ Y, cầu Tân Thuận Thành Phố Hồ Chí Minh, câu Niệm, cầu An Dương Hải Phịng Cốt thép dự ứng lực ngồi bổ sung thường đặt cho tạo dự ứng lực nén tâm dự ứng lực nén lệch tâm mặt cắt tuỳ theo ý đồ thiết kế Cốt thép bao gồm cáp thép xoắn sợi cường độ cao ghép lại, đặt ống bảo vệ pôlyêtylen mật 1a to Các hãng xây dựng Quốc tế lớn có hệ thống dự ứng lực riêng với chất lượng cạo bao gồm: Cáp, ống chiếu cáp, mấu neo, mối nối cáp kích kéo cáng cốt thép 130 Để liên kết cốt thép vào dầm cũ cần phải tao ụ neo ngồi bổ sung thép bê tơng cốt thép An toàn làm ụ neo BTCT đúc bê tơng chỗ dính vào bể mặt bê tông sườn dầm đáy dầm cũ Các đặt nằm ngang cầu kéo căng loại kích đặc biệt Ở vị trí chuyển hướng cáp dự ứng lực phải làm ụ chuyển hướng có cấu tạo tương tự ụ neo Cốt thép dự ứng lực ngồi thường căng loại kích đặc biệt sau neo lại bơm vữa lấp lòng ống chứa cáp để bảo vệ cáp chống gỉ Mức độ dự ứng lực tạo phụ thuộc kết tính tốn chịu đựng lực chung kết cấu cũ cốt thép Dây phương pháp tăng cường cầu BTCT cách hiệu đồi hỏi trình độ cơng nghệ cao áp dụng rộng rãi giới 4.6.4 Về cách tăng cường cầu vịm bê tơng cầu đá Vấn đề tăng cường cầu vịm bê tơng cầu vịm cịn Nói chung biện pháp đá cũ đặt số cầu để tăng cường làm thêm vòm BTCT đỡ bên cầu cũ mố trụ đủ khả chịu lực Đơi đổ bê tơng dày 20 + 25 cm có đủ chiều rộng cho xe chạy dài suốt kết cấu nhịp, đè lên kết cấu vịm cũ 4.6.5 Tính tốn tăng cường cầu BTCT cũ Vấn đề phức tạp việc tính tốn tăng cường cầu thép cũ Phải khảo sát tính tốn tỉ mỉ, chí phải thử tải cầu cũ trước thiết kế tăng cường Đối với cầu cũ BTCT, việc tính toán để đặt thêm cốt thép thường đặt cốt thép dự ứng lực ngồi theo giả thiết phù hợp thiên an tồn Nhưng kết cấu nhịp cũ BTCT dự ứng lực, việc tăng cường dự ứng lực phức tạp khó xác định xác tình trạng dự ứng suất lại kết cấu cũ Ở cầu Niệm phải chọn giải pháp loại bỏ hoàn toàn dự ứng lực cũ cách cắt đứt cáp cũ sau đợt đặt kéo số lượng định cáp dự ứng lực Sau tăng cường cầu xong, nên tiến hành thử tải để xác định xác mức độ tăng cường khả chịu tải cầu, nói chung tính tốn dựa giả thiết nhiều khác xa thực tế khảo sát kĩ lưỡng cầu cũ Nhìn chung, vấn để lý thuyết tính tốn tăng cường câu cũ BTCT chưa hồn chỉnh khơng nước có quy trình thiết kế quy định chặt chẽ việc Mỗi trường hợp cụ thể phải xem xét cân nhắc mợi mặt chuyên gia nhiều kinh nghiệm 181 4.7 CÁC GIẢI PHÁP KẾT GẤU CÔNG NGHỆ TĂNG CƯỜNG MỐ TRỤ CẦU 4.7.1 Tăng cường trụ Trừ trường hợp bị hư hỏng bom đạn chiến tranh tai nạn cháy nổ, kết cấu trụ cũ đá xây bê tông khối lượng lớn thường đủ khả chịu lực hoạt tải tăng lên Các trụ BTCT dạng thân cột có xà mũ dạng khung BTCT (thường gặp miền Nam) thường phải tăng cường Phương pháp chung tạo lớp áo BTCT dày 10 + 15 em bao quanh thân trụ cũ suốt chiều cao thân trụ tạo đai BTC†' bao quanh nói phần giới thiệu sửa chữa mố trụ Để tăng cường xà mũ đặt cốt thép đổ bê tơng bổ sung phần bên đưới xà mũ cũ tạo xà mũ có chiều cao lớn đủ cốt thép Một số trụ dạng hai cột tăng cường cách đổ bê tông tường nối liền hai cot suốt chiều cao sát đáy xà mũ Như tĩnh tải tăng móng trụ bị ảnh hưởng Khó khăn tăng cường móng trụ Có thể làm thêm hạ lưu trụ cũ Sau đặt hai bên thượng lưu hạ lưu trụ cũ Sau đặt cốt thép đổ bê tông bệ cọc bao trùm bệ cọc cũ cọc bổ sung Như phần cọc nối thân tham gia chịu hoạt tải phần tĩnh tải bổ sung thân trụ kết cấu nhịp Bệ trụ trở nên lớn, làm việc chung phần cũ tính tốn cách xác Nhiều cầu cũ miền Nam có móng cọc thép cơng binh Mỹ xây dựng chiến tranh Đến cọc thép bị gỉ nghiêm trọng Rất khó khăn tăng cường móng Tốt phá bỏ hư hỏng nghiêm trọng làm trụ Z Sau tăng cường trụ xong nên thử tải cầu Các trụ cầu đặt móng giếng chìm tường khơng cần tăng cường móng khả chịu lực lớn 4.7.2 Tăng cường mố cầu Các phương pháp thông dụng để tăng cường mố cầu là: - Thay đất đắp cũ sau mố đá dăm, đá hộc để giảm áp lực đẩy ngang lăng thể trượt sau mố (hình 4-25) BTCT - Làm thêm làm lại độ có độ dài + m dày 20 + 30 em ‘ - Làm thêm kết cấu chống lực đẩy ngang phía trước mố cao độ móng mố (xem hình 4-26) - Làm thêm hệ thống neo trọ đất thép để tăng cường cho tường trước mố giữ ổn định chống lật, trượt 132 - Kéo dai thém mét nhịp cầu vào phía bờ Như mố phía bờ -_ Xây mố cho to thêm dày thêm BTCT đá xây - Đối với cầu nhỏ nhịp làm thêm chống hai bệ móng mố BTCT chơn đất đáy sông Như giảm mô men uốn thân mố - Việc tăng cường móng mố áp dụng biện pháp tương tự tăng cường móng trụ Biện pháp đơn giản đóng cọc bổ sung làm bệ cọc Những trường hợp mố đặt yếu, bị trượt sâu tính tốn tăng cường phải xét việc tăng cường vùng đất lân cận mố không tăng cường kết cấu mố " Nếu điều kiện thuỷ văn thay đổi, lưu lượng đòng lũ tăng lên nhiều so với trước, có nguy xói mịn lật đổ mố phải xét khả kéo dài cầu, thêm nhịp để mở rộng độ nước biện pháp gia cố lịng suối, gia cố chống xói cho nón mố, đường dầu cầu, làm thêm cơng trình diéu chỉnh địng nước Hình 4.95 Tăng cường mố cách xếp đá sau mố thay cho đất cũ Kết cấu nhịp dầm tạm để xe chạy qua lúc sửa chữa; Khối đá xếp sau mố để giảm áp lực đẩy ngang; Tường trước mố; Kết cấu nhịp ©) Hình 4.26 Tăng cường mố cách làm thêm chống (a) thêm ụ chắn phía trước mố (b), (e) Thanh chống móng hai mố; Ụ chắn; Thanh chống; Ụ chắn 133 DANH MỤC SÁCH THAM KHẢO CHÍNH [1] - Đề cương tiết mơn học "Khai thác, kiểm định, sửa chữa cầu" Đại học Giao thông Vận tải, 2000 [2] - PGS TS Nguyễn Viết Trung - Những phương pháp sửa chữa, nâng cấp cơng trình bê tơng cốt thép Nhà xuất GTVT, 1994 [3] - Nguyễn Xuân Bích - Sửa chữa gia cố cơng trình xây dựng Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1993 [4] - AMERICAN CONCRETE INSTITUTE, The 1994 Manuel of concrete practice, 1994 {5] - Ecole Nationale des Ponts et Chaussees Entretien, réparation et renforcement des ouvrages en béton, 1991 [6] - Bo GTVT- Tiêu chuẩn kiểm định Cầu đường sắt, 1998 [7] - PGS TS Nguyễn Viết Trung - Giáo trình Khai thác, kiểm định, sửa chữa, tăng cường cầu cống 134 Đại học Giao thông Vận tải, 1995