Nghiên cứu các giải pháp sửa chữa, nâng cấp kết cấu nhịp cầu dầm btct thường trên địa bàn tỉnh thanh hóa

1 LỜI CẢM ƠN Trong giai đoạn phát triển nay, với xu hội nhập mở cửa, nên nhu cầu xây dựng hạ tầng sở trở nên thiết yếu nhằm phục vụ cho tăng trưởng nhanh chóng vững đất nước Nổi bật nhu cầu xây dựng, phát triển mạng lưới giao thông vận tải, lĩnh vực cần trước bước để làm tiền đề cho ngành khác phát triển Với nhận thức tầm quan trọng vấn đề trên, học viên thuộc ngành Xây Dựng Cầu - Hầm thuộc trường Đại học Xây Dựng Hà Nội, năm qua, với dạy dỗ tận tâm thầy cô giáo trường em cố gắng học hỏi trau dồi kiến thức để phục vụ tốt cho công tác quản lý sau Trong khuôn khổ luận văn với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp sửa chữa, nâng cấp kết cấu nhịp cầu dầm BTCT thường địa bàn tỉnh Thanh Hóa” phần giúp em làm quen với nhiệm vụ nâng cấp sửa chữa cơng trình cầu cũ nhằm đáp ứng nhu cầu giao thông trạng ứng dụng rộng rãi cho hệ thống cầu BTCT xuống cấp địa bàn tỉnh Thanh Hóa Hệ thống cầu địa bàn tỉnh Thanh Hóa xây dựng từ cuối năm 1980, năm 1990 phải đảm đương khối lượng vận tải lớn, vượt cấp tải trọng cho phép, cần sửa chữa, làm Tuy nhiên, nguồn kinh phí để xây dựng đồng loạt cầu đáp ứng Do việc khảo sát thực trạng hệ thống cầu địa bàn để thống kê, đánh giá, tìm biện pháp gia cố, tăng cường việc làm cần thiết Phối hợp với quan chức để tìm hiểu nguồn gốc, quy mô, kết hợp với số liệu kiểm tra thực tế trường Trên sở tính tốn khả chịu lực kết cấu nhịp trước sau gia cố, tăng cường Từ kết khảo sát, tính tốn khả chịu lực kết cấu nhịp trước sau gia cố cho phép đơn vị quản lý đưa định có nên xử lý gia cố, tăng cường hay khơng, góp phần tiết kiệm giảm chi phí ngân sách cho Nhà nước Trong luận văn em khó tránh khỏi sai sót Vậy em mong quan tâm bảo thầy, cô để luận văn em hoàn thiện tốt Cuối cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS TS Phạm Duy Hòa thầy trường tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2012 Học viên thực luận văn Nguyễn Văn Thủy MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG BỘ VÀ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CẦU BTCT Ở THANH HÓA 1.1 Tổng quan mạng lưới giao thông đường thuộc địa phận tỉnh Thanh Hóa 1.1.1 Quốc lộ 1.1.2 Đường tỉnh 12 1.2 Hiện trạng hệ thống cầu tuyến quốc lộ, tỉnh lộ tỉnh Thanh Hóa 21 1.2.1 Hiện trạng hệ thốngcầu tuyến quốc lộ 21 1.2.2 Hiện trạng hệ thống cầu tuyến tỉnh lộ .22 1.2.3 Hiện trạng cầu BTCT tỉnh Thanh Hóa 24 1.2.3.1 Đặc điểm hệ thống cầu BTCT Thanh Hóa: .24 1.2.3.2 Các cầu BTCT xây dựng thời gian trước 1995 25 1.2.3.3 Các cầu BTCT xây dựng từ 1995 đến 26 1.2.3.4 Cầu BTCTDƯL xây dựng từ năm 1995 trở lại .27 1.2.3.5 Vị trí, đặc điểm cầu BTCT Thanh Hóa .27 1.2.4 Các dạng hư hỏng cầu BTCT tỉnh Thanh Hóa .38 1.2.4.1 Hư hỏng kết cấu nhịp 38 1.2.4.2 Hư hỏng kết cấu phần 43 1.2.4.3 Một số hư hỏng kết cấu gối cầu .45 1.2.4.4 Một số hư hỏng thường gặp khe co giãn .47 1.2.4.5 Một số hư hỏng thường gặp hệ mặt cầu .48 1.2.5 Các nguyên nhân gây hư hỏng cầu BTCT 50 1.2.5.1 Các tác động học .50 1.2.5.2 Tác động nhiệt độ 50 1.2.5.3 Phá hoại lý hóa .50 1.2.5.4 Sự ăn mòn cốt thép: 51 1.2.5.5 Hậu co ngót chậm 52 1.2.5.6 Sai sót khâu thiết kế 52 1.2.5.7 Sai sót đồ án thi cơng 53 1.2.5.8 Sai sót điều kiện thi cơng 53 1.2.5.9 Sự thay đổi điều kiện sử dụng, điều kiện môi trường 54 1.3 Kết luận chương 55 CHƯƠNG II CÁC GIẢI PHÁP SỬA CHỮA, NÂNG CẤP KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM BTCT THƯỜNG 56 2.1 Đặc điểm cấu tạo kết cấu nhịp dầm giản đơn BTCT thường 56 2.1.1 Dầm chủ 57 2.1.2 Mối nối dầm 57 2.1.3 Đặc trưng lý vật liệu 57 2.2 Thực trạng hư hỏng xuống cấp nguyên nhân hư hỏng cầu BTCT tuyến Quốc lộ .58 2.2.1 Trồi, nứt lớp bê tông nhựa phủ mặt 58 2.2.2 Hư hỏng lớp bê tông tạo dốc 59 2.2.3 Nứt dọc mặt cầu 60 2.2.4 Nứt ngang mặt cầu 60 2.2.5 Nứt bê tông dầm chủ .61 2.2.6 Nứt vỡ bê tông dầm vị trí gối .62 2.2.7 Nứt vỡ bê tông cánh dầm vị trí đầu dầm 62 2.2.8 Bê tông rỗ tổ ong, gỉ côt thép 63 2.3 Nghiên cứu giải pháp nâng cao khả chịu lực kết cấu nhịp 63 2.3.1 Tăng cường độ cứng ngang kết cấu nhịp 64 2.3.1.1 Tăng cường độ cứng ngang lớp BTCT 64 2.3.1.2 Tăng độ cứng ngang cách cấu tạo thêm dầm ngang 66 2.3.2 Tăng cường khả chịu lực dầm chủ 67 2.3.2.1 Tăng chiều cao dầm chủ: giải pháp phát triển theo hai hướng: 67 2.3.2.2 Sử dụng công nghệ dán thép 68 2.3.3 Bổ sung dự ứng lực 69 2.3.4 Tăng cường độ cứng ngang dọc cầu .70 2.4 Kết luận chương 70 CHƯƠNG III NÂNG CẤP TẢI TRỌNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BỐ KM327+050 - QL1A, TỈNH THANH HÓA 71 3.1 Hiện trạng cầu Bố Km 327+50, quốc lộ 1A 71 3.2 Giải pháp sửa chữa nâng cấp tải trọng 73 3.2.1 Yêu cầu vật liệu 73 3.2.2 Cấu tạo bổ sung dầm ngang vị trí gối nhịp .74 3.2.3 Thay lớp phủ mặt cầu cũ lớp BTCT 74 3.2.4 Kiểm toán dầm chủ 75 3.2.4.1 Các số liệu tính tốn .76 3.2.4.2 Kiểm toán dầm chủ 77 3.3 Kết luận chương 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO .81 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU CHƯƠNG I Bảng1-1: Hiện trạng quốc lộ địa bàn Thanh Hoá 11 Bảng 1-2: Hiện trạng chất lượng tuyến tỉnh lộ .18 Bảng 1-3: Hiện trạng hệ thống cầu tuyến quốc lộ .21 Bảng 1-4: Số lượng cầu theo chiều dài nhịp .22 Bảng 1-5: Hiện trạng hệ thống cầu tuyến tỉnh lộ .22 Bảng 1-6: Vị trí đặc điểm cầu BTCT tuyến quốc lộ 28 Bảng 1-7: Vị trí đặc điểm cầu BTCT thuộc tuyến tỉnh lộ 33 CHƯƠNG II Bảng 2-1: Tỷ lệ chiều dài dầm BTCT 56 Bảng 2-2: Kích thước dầm chủ .56 CHƯƠNG III Bảng 3.1: Mô men uốn tính tốn lớn ứng với loại tải trọng 78 Bảng 3.2: mô men uốn lớn tính tốn theo tổ hợp tải trọng 78 Bảng 3.3: lực cắt tính tốn lớn ứng với loại tải trọng 79 Bảng 3.4: lực cắt lớn tính toán theo tổ hợp tải trọng 79 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG I Hình 1.1: Tỷ lệ dạng kết cấu nhịp cầu 21 Hình 1.2: Hiện trạng cầu Phà Lò .26 Hình 1.3: Vết nứt nhiệt cầu Choán .39 Hình 1.4: Vết nứt co ngót cầu Tân Luật 39 Hình 1.5: Vết nứt uốn dầm T 40 Hình 1.6: Vết nứt cắt dầm 40 Hình 1.7: Tróc mảng nhỏ cầu Eo Lê 41 Hình 1.8: Tróc mảng vừa cầu Thiều 41 Hình 1.9: Tróc mảng lớn cầu Hào .42 Hình 1.10: Tróc mảng nghiêm trọng cầu Voi 42 Hình 1.11: Rỗ tổ ong cầu Sơng Hồng .42 CHƯƠNG II Hình 2.1: Cắt ngang cầu 57 Hình 2.2 : Cắt ngang dầm chữ T .57 Hình 2.3- Hư hỏng lớp phủ mặt cầu .59 Hình 2.4: Hư hỏng lớp bê tông tạo dốc .59 Hình 2.5: Nứt dọc theo mối nối dầm T .60 Hình 2.6: Vết nứt ngang mặt cầu 60 Hình 2.7: Hư hỏng bê tơng sát với cao su khe co dãn 61 Hình 2.8: Nứt vỡ bê tơng đầu dầm 62 Hình 2.9: Nứt vỡ bê tông cánh dầm 63 Hình 2.10: Bê tông nứt vỡ, gỉ cốt thép 63 Hình 2.11: Cấu tạo thêm dầm ngang 66 Hình 2.12: Biện pháp tăng cường dầm biên 67 Hình 2.13: Biện pháp dán thép 68 Hình 2.14: Biện pháp bổ sung dự ứng lực 69 CHƯƠNG III Hình 3.1: Hiện trạng cầu Bố .72 Hình 3.2: Cắt ngang cầu sau gia cố .76 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT  BTXM: Bêtông ximăng  BTCT: Bêtông cốt thép  BTCT DUL: Bê tông cốt thép dự ứng lực MỞ ĐẦU Trong năm gần thực sách đổi mới, Chính phủ Việt Nam tập trung đầu tư mạnh mẽ cho kết cấu hạ tầng giao thông vận tải đường Nhiều tuyến đường xây dựng nâng cấp theo hướng Cơng nghiệp hóa - Hiện đại hóa với tiêu chuẩn kỹ thuật cao cơng nghệ tiên tiến Sở GTVT Thanh Hóa Tổng cục đường Việt Nam UBND tỉnh Thanh Hóa giao quản lý 990Km đường Trong có ba tuyến quốc lộ: quốc lộ 47, quốc lộ 15, quốc lộ 217 tổng chiều dài 341Km 649Km tuyến tỉnh lộ; tuyến quốc lộ nằm địa phận tỉnh Thanh Hóa Cơng ty CP QL&XD Đường 472 quản lý: quốc lộ 1A, quốc lộ 10 quốc lộ 45 có tổng chiều dài 266.72Km Các cầu tuyến quốc lộ tỉnh lộ có nhiều chủng loại, kết cấu nhịp đa dạng kết cấu vật liệu sử dụng Đến năm 2012, theo số liệu quan quản lý, số cầu thống kê tuyến quốc lộ tỉnh Thanh Hóa 214 cầu cầu BTCT, BTCT DƯL nhịp giản đơn chiếm 95,79% tổng số cầu Trên tuyến tỉnh lộ 164 cầu cầu BTCT, BTCTDƯL nhịp giản đơn chiếm 83.33% tổng số cầu Do xây dựng qua nhiều thời kỳ, thiết kế, thi công quản lý khai thác theo nhiều quy trình, tiêu chuẩn nhiều nước, nên tình trạng làm việc cầu khác Được đầu tư Chính phủ nguồn vốn nước, vốn vay nước tổ chức quốc tế, hệ thống kết cấu hạ tầng đường Việt Nam nói chung tỉnh Thanh Hóa nói riêng có bước phát triển đáng kể góp phần làm tăng trưởng kinh tế quốc dân Bắc miền Trung khu vực nhiệt đới ẩm, có điều kiện khí hậu khắc nghiệt, lại có hệ thống cầu cũ lớn xây dựng từ cách nhiều năm Hệ thống cầu cũ vừa bị xuống cấp tác động môi trường, vừa bị xuống cấp bom đạn chiến tranh lâu dài việc xây dựng lại sau chiến tranh gặp vơ vàn khó khăn, nên hàng trăm cầu xây dựng vào trước năm 1990 phải đảm đương khối lượng vận tải lớn, vượt cấp tải trọng cho phép, cần sửa chữa, làm Song, nguồn kinh phí để lúc xây dựng hàng loạt cầu đáp ứng Chính vậy, phương án sửa chữa, gia cố, tăng cường để trì làm việc cơng trình cầu thêm thời gian chờ phân bổ nguồn vốn để xây dựng cầu việc cần thiết Nhiệm vụ cấp bách phải đánh giá xác trạng thái kỹ thuật cơng trình, tình trạng, mức độ, nguyên nhân gây hư hỏng phân loại dạng hư hỏng từ đưa giải pháp sửa chữa, phục hồi, nâng cấp tăng cường hệ thống cầu cũ có tuyến quốc lộ tỉnh lộ địa bàn tỉnh Thanh Hóa cách hợp lý điều kiện ngân sách eo hẹp Xuất phát từ thực trạng đó, mục tiêu nghiên cứu đề tài là: khảo sát, đánh giá phân loại dạng hư hỏng cầu nhịp giản đơn sở đưa giải pháp sửa chữa, tăng cường nhằm nâng cao hiệu khai thác cầu tuyến quốc lộ, tỉnh lộ thuộc địa phận tỉnh Thanh Hóa với phương châm đưa phương án tăng cường, sửa chữa đơn giản, dễ thi cơng, sử dụng vật liệu sẵn có mang hiệu kinh tế cao, điều kiện nguồn vốn xây dựng gặp khó khăn khơng đủ chi phí để xây cầu Đó mục tiêu nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu giải pháp sửa chữa, nâng cấp kết cấu nhịp cầu dầm BTCT thường địa bàn tỉnh Thanh Hóa” CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG BỘ VÀ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CẦU BTCT Ở THANH HĨA 1.1 Tổng quan mạng lưới giao thơng đường thuộc địa phận tỉnh Thanh Hóa Tổng chiều dài mạng lưới đường tỉnh Thanh Hóa tính đến 30/6/2010 21.071km, khơng kể 10.489,5km đường thơn xóm, 1.023,41km đường giao thông kết hợp với đường đê, 738km đường đô thị, 276,24km đường chuyên dùng 159,87km đường tuần tra Biên giới mạng lưới giao thơng thiết yếu 8.384,3km, đó: (Chi tiết xem Phụ lục 1.1: Bản đồ Quy hoạch tổng thể giao thơng Thanh Hóa giai đoạn 2010 – 2020 định hướng đến năm 2030) - Quốc lộ: 793 km chiếm 9,46%/8.384,3km - Đường tỉnh: 1.023,3 km, chiếm 12,24%/8.384,3km - Đường huyện: 1.959,5 km chiếm 23,36%/8.384,3km - Đường xã: 4.608,5 km chiếm 54,94%/8.384,3km 1.1.1 Quốc lộ Thanh Hố có quốc lộ với tổng chiều dài 793 km (bao gồm QL1A, QL10, QL15A, QL45, QL47, QL217, đường HCM đường Nghi Sơn – Bãi Trành) Chi tiết trạng quốc lộ tỉnh Thanh Hoá sau:  Quốc lộ 1A: Từ Lạng Sơn đến Năm Căn dài 2.289 km qua 28 tỉnh thành Đoạn qua tỉnh Thanh Hoá Dốc Xây, kết thúc Khe Nước Lạnh thuộc Khu kinh tế Nghi Sơn dài 98 km Về bản, QL1A hoàn thành đạt tiêu chuẩn đường cấp III, nhựa hoá 100%, cải tạo đầu tư nâng cấp 10  Đường Hồ Chí Minh: Được xây dựng dọc theo chiều dài đất nước từ Pác Bó (Cao Bằng) đến Đất Mũi (Cà Mau) với tổng chiều dài 3.167 km có 500km nhánh Tây Qua Thanh Hoá điểm đầu Thạch Lâm – Thạch Thành Km504, điểm cuối Lâm La – Như Xuân Km634, dài 130km Đi qua huyện: Thạch Thành, Cẩm Thuỷ, Ngọc Lặc, Thọ Xuân, Thường Xuân, Như Xuân Hiện đạt tiêu chuẩn đường cấp III, nhựa hoá 100%  Quốc lộ 10: Từ Điền Hộ (Ranh giới Thanh Hố Ninh Bình) qua thị trấn Nga Sơn, thị trấn Hậu Lộc, thị trấn Bút Sơn (huyện Hoằng Hoá) nối vào Quốc lộ 1A Tào Xuyên – dài 45km Toàn mặt đường láng nhựa, chất lượng mặt đường tương đối tốt, đạt tiêu chuẩn đường cấp IV V  Quốc lộ 15A: Từ Vạn Mai – Quan Hoá đến Thị trấn Ngọc Lặc tổng chiều dài 86 km, đạt tiêu chuẩn cấp V VI, nhựa hoá 100% Hiện tiến hành lập dự án đầu tư nâng cấp QL15A qua Thanh Hoá  Quốc lộ 45: Từ Thành Vân – Thạch Thành đến Yên Cát – Như Xuân dài 124,5 km, đoạn từ Thị trấn Thiệu Hoá TP.Thanh Hoá (Km61 – Km76) đoạn từ TP.Thanh Hoá Như Thanh (Km80+656 – Km111+400) dài 30,744km đạt tiêu chuẩn đường cấp IV, lập dự án đầu tư đoạn Yên Định – Thiệu Hoá (Km51+300 – Km61+250), đoạn Km76 – Km81, đoạn lại đạt cấp IV cấp V nhựa hoá 100%  Quốc lộ 47: Từ Sầm Sơn Lam Sơn – Thọ Xuân dài 61 km, đoạn từ Sầm Sơn TP.Thanh Hố dài 15km xây dựng theo đường thị, xe, rộng 26m đoạn Cầu Thiều Xuân Thắng (Km31+265 – Km51+930) dài 20,665 km theo tiêu chuẩn đường cấp III, đoạn lại đạt cấp IV, nhựa hoá 100% 70 2.3.4 Tăng cường độ cứng ngang dọc cầu Nội dung giải pháp kết hợp giải pháp tăng độ cứng cấu tạo thêm dầm ngang (mục 2.3.1.2) giải pháp tăng chiều cao dầm chủ (mục 2.3.2.1.a) 2.4 Kết luận chương Căn tổng hợp ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng phương pháp, đồng thời vào lực đơn vị trực tiếp quản lý khai thác tuyến Quốc lộ thuộc Sở Giao thông vận tải Thanh Hóa quản lý cịn nhiều hạn chế (điều kiện thiết bị đơn giản, khơng đại; có điều kiện tiếp xúc với công nghệ thi công cầu mới; tay nghề công nhân chuyên ngành cầu chưa cao, ) Kiến nghị chọn giải pháp kết hợp thay lớp phủ mặt cầu cũ BTCT có chiều dày từ từ 10cm đến 20cm cấu tạo bổ sung hệ thống dầm ngang để nâng cấp tải trọng kết cấu nhịp giản đơn cầu BTCT thường 71 CHƯƠNG III NÂNG CẤP TẢI TRỌNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BỐ KM327+050 - QL1A, TỈNH THANH HĨA Trong thực tế, có cơng trình cầu xuống cấp việc thay cầu khó khăn u cầu phải đảm bảo giao thơng bình thường, việc xây dựng đường tránh tạm tốn lý địa hình đền bù, giải tỏa Vì vậy, phương án phù hợp thời gian trước mắt sửa chữa, nâng cấp tải trọng Trong chương này, trình bày giải pháp gia cố sửa chữa cầu Bố bắc qua sông Nhà Lê Km327+050 tuyến Quốc lộ 1A, thuộc địa bàn Thành phố Thanh Hóa để làm rõ thêm hiệu phương án đề xuất chương II Trên sở mở rộng áp dụng cho cầu khác địa bàn tỉnh Thanh Hóa 3.1 Hiện trạng cầu Bố Km 327+50, quốc lộ 1A Cầu Bố xây dựng đưa vào khai thác năm 1983 Công ty Cổ phần Quản lý xây dựng đường 472 - Khu Quản lý đường IV trực tiếp quản lý Cầu gồm nhịp giản đơn dầm BTCT thường (12+15+12)m, chiều dài toàn cầu Lc = 44.6m; mặt cắt ngang gồm phiến dầm T nhịp cao 0.95m, nhịp biên cao 0.90m; lớp phủ mặt cầu bê tông nhựa dày 5cm, lớp BTCT tạo dốc dày từ -:- 19cm; gờ chắn bánh lan can cầu BTCT Bề rộng mặt cầu B = 11.0 + 2x0.2 + 2x1.45 + 2x0.2 = 14.70m, bề rộng phần xe chạy 11.0m, bề rộng lề người rộng 1.45m Độ dốc ngang mặt cầu i = 2.0% Trụ cầu dạng ống nhịm BTCT đường kính D=1.0m Mố cầu dạng mố nhẹ (mố chân dê) BTCT Tứ nón mố gia cố đá hộc xây 72 600 1200 1500 45 35 1200 600 20 1470 145 20 550 20 550 145 50 95 15 20 85 20 105 210 160 50 210 100 210 370 210 210 370 210 100 50 105 160 Hình 3.1: Hiện trạng cầu Bố Do xây dựng từ lâu đến sau thời gian dài hoạt động khai thác cầu có số hư hỏng nhỏ như: - Mặt cầu bê tơng nhựa bị lún, rạn nứt, có tượng ổ gà 73 - Dầm chủ: số đầu dầm bị nứt, bong vỡ bê tông, thân dầm bị bong rỗ nhiều vị trí - Có dấu hiệu nước mưa thấm qua khe co dãn vết tiếp xúc cánh dầm chảy xuống cánh dầm đỉnh xà mũ mố trụ - Trên cột trụ có số vết nứt, vỡ bê tơng, vết vỡ va chạm học, vết vỡ không lớn không gây nguy hiểm cho trụ - Hệ thống lan can tay vịn bê tông gắn khối họa tiết hoa văn đúc sẵn Sơng có thơng thuyền, nhiên lưu lượng thuyền bè qua lại sông không lớn chủ yếu thuyền bè nhỏ Cầu nằm trung tâm thành phố lưu lượng xe qua cầu lớn, theo số liệu đếm xe đến tháng năm 2012, lưu lượng xe qua cầu khoảng 23.000 xe /ngày - đêm Hiện cầu cắm biển hạn chế tải trọng xe qua cầu 25T 3.2 Giải pháp sửa chữa nâng cấp tải trọng Giải pháp sửa chữa, nâng cấp tải trọng bao gồm: - Cấu tạo bổ sung dầm ngang vị trí gối nhịp - Thay lớp phủ mặt cầu cũ (gồm lớp bê tông nhựa lớp BTCT tạo dốc) lớp BTCT dày trung bình 15cm 3.2.1 Yêu cầu vật liệu - Xi măng: Dùng loại PC 40 sản xuất nước - Sikagrout 214 - 11 loại có tính tương đương - Thép: Cốt thép thường: Loại CT3 CT5 Liên Xơ cũ loại có thơng số kỹ thuật tương đương - Cát: Cát hạt thô với mô đuyn cỡ hạt từ 1,6 mm trở lên Hàm lượng bụi 74 sét không vượt 2% - Đá dăm: Dùng loại đá x cm, cường độ chịu nén R  800 kg/cm2 Hàm lượng bụi sét không 1% 3.2.2 Cấu tạo bổ sung dầm ngang vị trí gối nhịp - Khoan tạo lỗ (xuyên táo) 14 sườn dầm vị trí bố trí cốt thép chủ dầm ngang - Lắp đặt cốt thép theo hồ sơ thiết kế - Lắp dựng ván khuôn, đổ bê tông Sikagrount 214 - 11 với tỷ lệ cốt liệu đá 0.5x1.0 1:1 qua lỗ tạo trước vị trí mối nối dầm dọc có kích thước 15x30cm Sử dụng vật liệu Sikagrount 214 - 11 điều kiện thi công đổ bê tơng khó khăn: lỗ để đổ bê tơng vị trí mối nối dọc dầm nhỏ, khơng thể đưa thiết bị đầm để thi công; vật liệu Sikagrount 214 - 11có tính dẻo, tự tràn, khơng co ngót đồng thời lại có cường độ cao (trên 500 kg/cm2 với mẫu lập phương 15x15cm) nên thuận lợi cho việc thi công đổ bê tông dầm ngang - Dầm ngang cấu tạo từ đáy dầm chủ đến sát mép cánh dầm có chiều dày 15cm vừa có tác dụng tăng cường liên kết ngang vừa có tác dụng gia cố dầm chủ vị trí gối - Q trình thi cơng dầm ngang đồng thời với thi công thay lớp phủ mặt cầu 3.2.3 Thay lớp phủ mặt cầu cũ lớp BTCT - Tiến hành đào bóc lớp phủ mặt cầu gồm lớp: lớp bê tông nhựa dày 5cm lớp bê tơng tạo dốc có lưới thép 4mm dày từ -:- 19cm đến sát mặt dầm 75 - Đục tạo nhám, vệ sinh làm bề mặt cánh dầm - Gia công, lắp đặt hai lưới cốt thép 12, theo phương ngang cầu bước thép @ = 10cm, phương dọc cầu bước thép @ = 15cm Sử dụng thép 12 có chiều dài trung bình 15cm khoan cấy vào cánh dầm chủ 5cm để tăng liên kết BTCT với dầm chủ (tính liên hợp), đồng thời cốt thép định vị lưới thép BTCT (tại vị trí mắt lưới thép, khoảng cách cốt thép neo - định vị khoảng 50cm, bố trí dạng hoa mai) - Lắp dựng ván khuôn, quét lớp keo (Sikadur hãng Sika loại có tính kỹ thuật tương đương) có tác dụng liên kết bê tông dầm cầu cũ bê tông mặt cầu, đổ bê tông M300 mặt cầu - Sử dụng bê tơng có phụ gia phát triển cường độ nhanh M300 (thực tế thi công sử dụng bê tơng có cường độ M350, q trình thi công phải vừa thi công sửa chữa, vừa đảm bảo giao thông tuyến, phải sửa chữa 1/2 bề rộng mặt cầu, 1/2 bề rộng mặt cầu cịn lại để thơng xe qua cầu, ảnh hưởng đến q trình ninh kết bê tơng, làm giảm chất lượng bê tơng) 3.2.4 Kiểm tốn dầm chủ Khi cấu tạo lớp BTCT M300 mặt cầu có liên kết với dầm chủ tiết diện dầm chủ xem tiết diện liên hợp Trong phạm vi luận văn xin giới hạn với tính toán sau: - Xác định khả chịu lực tiết diện thẳng góc trục dầm theo mơ men uốn kiểm tra khả chịu lực cắt - Kiểm tra độ võng dầm chủ 76 3.2.4.1 Các số liệu tính tốn a- Khổ cầu: - Q trình sửa chữa tháo bỏ hệ thống lan can, lề người cũ BTCT thay hệ thống lan can loại thông dụng Quốc lộ (Phía có bệ đỡ lan can BTCT, bên lan can thép) - Vị trí đặt bệ đỡ lan can sát mép cánh dầm biên Khi chiều rộng phần xe chạy chiều rộng cầu trừ chiều rộng bệ đỡ lan can Cụ thể sau: Trước sửa chữa: B = 11.0 + 2x0.20 + 2x1.45 + 2x0.2 = 14.70 m Sau sửa chữa : B = 13.70 + 2x0.5 = 14.70m Mặt cắt ngang mặt cầu sau sửa chữa 0.50 13.70 0.50 Lớp BTCT mặt cầu dày TB 15cm 0.40 0.10 Cấu tạo bổ sung dầm ngang vị trí nhịp 0.25 Cấu tạo bổ sung dầm ngang vị trí gèi 1.05 4x2.10 0.90 1.05 Hình 3.2: Cắt ngang cầu sau gia cố b- Cấu tạo dầm chủ: - Mặt cắt ngang gồm phiến dầm, dầm có chiều cao h = 95cm, bề rộng cánh bc = 210cm, chiều dày cánh hs = 15cm, chiều dày sườn dầm hs = 17cm - Theo hồ sơ hồn cơng dầm chủ BTCT mác M300, bố trí 1228 c Cấu tạo mặt cầu thay lớp phủ mặt cầu cũ: 77 - Bản mặt cầu đổ có chiều dày từ 10cm (tại mép gờ chắn bánh) đến 20cm (tại vị trí tim cầu) - Bê tơng có cường độ R28 = 300 Kg/cm2 - Cốt thép sử dụng lưới thép 12, cốt thép ngang mặt cầu, bước thép @ = 10cm; cốt thép phương dọc cầu với bước thép @ = 15cm ; Hai lưới thép bố trí kéo dài sát đến mép cánh dầm biên (nằm gờ chắn bánh) d Cấu tạo bổ sung dầm ngang vị trí gối nhịp dầm : - Tại vị trí gối: Dầm ngang có kích thước 1.93x0.8x0.15 (m); - Tại vị trí nhịp: dầm ngang cấu tạo thấp đáy dầm chủ 10cm, mở rộng phía dầm biên 10cm liên kết với BTCT bê tơng gờ chắn bánh (kích thước hình vẽ) - Bê tơng có cường độ R28 = 300 kg/cm2 - Cốt thép sử dụng lưới thép 12, cốt thép theo phương dọc dầm ngang với bước thép @ =15cm; cốt thép theo phương đứng với bước thép @=20cm ; cốt thép theo phương dọc dầm ngang xuyên táo qua sườn dầm chủ 3.2.4.2 Kiểm toán dầm chủ a- Tác dụng tĩnh tải Giai đoạn 1: Dầm chủ chưa tăng cường lớp BTCT - Tĩnh tải thân dầm: gd = 1.1447 T/m - Tĩnh tải lớp BTCT mới: gp = 0.7339T/m - Tĩnh tải dầm ngang nhịp: gn = 0.0554 T/m 78 Giai đoạn : Sau thi cơng hồn thành dầm ngang lớp mặt BTCT đổ mới, tiết diện dầm chủ liên hợp với BTCT - Tĩnh tải lan can gờ chắn bánh: glc = 0.13 T/m b- Phân phối tải trọng Kết cấu nhịp tăng cường lớp BTCT dầm ngang có độ cứng ngang lớn, coi phân bố ngang tải trọng theo phương pháp nén lệch tâm Do tiến hành kiểm tốn cho dầm biên Trường hợp xếp tải Hệ số phân bố ngang  TT Loại tải trọng H30 xe 0.68 XB80 xe 0.39 c- Mô men uốn dầm biên mặt cắt nhịp Bảng 3.1: Mơ men uốn tính tốn lớn ứng với loại tải trọng Loại tải trọng Trường hợp xếp tải H 30 XB 80 Mô men uốn mặt cắt nhịp (T.m) Tiêu chuẩn Tính tốn 40.05 70.21 xe 70.26 77.29 24.76 28.08 Tĩnh tải Bảng 3.2: mơ men uốn lớn tính tốn theo tổ hợp tải trọng STT Tổ hợp tải trọng Mô men uốn mặt cắt nhịp (T.m) Tiêu chuẩn Tính tốn Xe H30 (2 làn) + tĩnh tải 69.68 105.11 Xe XB80 + tĩnh tải 95.02 105.36 d- Lực cắt dầm biên mặt cắt gối 79 Bảng 3.3: lực cắt tính tốn lớn ứng với loại tải trọng Loại tải trọng Trường hợp xếp tải H 30 XB 80 Lực cắt mặt cắt gối (T) Tiêu chuẩn Tính tốn 16.54 29.00 xe 26.28 28.91 8.30 9.32 Tĩnh tải Bảng 3.4: lực cắt lớn tính tốn theo tổ hợp tải trọng Tổ hợp tải trọng STT Mô men uốn mặt cắt nhịp (T) Tiêu chuẩn Tính tốn Xe H30 (2 làn) + tĩnh tải 24.84 38.42 Xe XB80 + tĩnh tải 34.58 38.33 e- Kiểm tra khả chịu mô men uốn dầm chủ: + Diện tích cốt thép: Theo hồ sơ hồn cơng, cốt thép dầm chủ gồm 12 28 + Tính chất lý vật liệu: - Cường độ chịu nén bê tông: Ru = 125 kg/cm2 - Cường độ tính tốn cốt thép thường CT3: Rt = 1.900 kg/cm2 - Cường độ tính tốn cốt thép thường CT5: Rt = 2.400 kg/cm2 Khả chịu mô men uốn tiết diện: [M]= 156.36 (T.m) Kết luận: Đạt yêu cầu f- Kiểm tra khả chịu lực cắt Theo hồ sơ hồn cơng, cốt thép đai f8 bố trí sau: + 1.5m đầu dầm bố trí bước cốt thép đai u = 10.00 (cm) + Đoạn cịn lại bố trí bước cốt thép đai u = 20.00 (cm) 80 Khả chịu lực cắt tiết diện: [Q]= 65.478 (T) Kết luận: Đạt yêu cầu g Kiểm tra độ võng dầm hoạt tải tiêu chuẩn - Đối với hoạt tải H30: fh = 0.48 (cm)< [f] = 2.85(cm) Đạt yêu cầu - Đối với hoạt tải XB80: fh = 0.84 (cm) < [f] = 2.85(cm) Đạt yêu cầu 3.3 Kết luận chương - Qua nghiên cứu cụ thể giải pháp thay mặt cầu BTCT cấu tạo bổ sung dầm ngang để nâng cấp tải trọng khai thác Cầu Bố Km327+050Quốc lộ 1A, tỉnh Thanh Hóa cho thấy: + Khi kiểm toán theo trạng thái giới hạn thoả mãn yêu cầu, cầu đủ khả khai thác với tải trọng H30 - XB80 + Công nghệ thi công đơn giản, vật liệu chỗ, khơng địi hỏi kỹ thuật cao, phù hợp với lực đơn vị trực tiếp quản lý khai thác cầu tuyến, đồng thời đảm bảo yêu cầu giao thông mức độ hạn chế thời gian ngắn Qua trình sửa chữa, nâng cấp tải trọng cầu Bố, cơng trình nằm QL1A khu vực thị đơng dân cư, cho thấy áp dụng giải pháp để nâng cấp tải trọng khai thác cầu BTCT thường, nhịp giản đơn bị hư hỏng, xuống cấp nhằm đồng với tải trọng khai thác tuyến Quốc lộ H30 - XB80 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Cầu BTCT thường nhịp giản đơn mạng lưới đường tỉnh Thanh Hóa chiếm tỷ lệ lớn Hiện kinh tế chung đất nước ta cịn khó khăn, chi phí đầu tư cho xây dựng cầu đường chưa nhiều, lưu lượng xe tải trọng ngày tăng, việc kiểm tra, phát kịp thời sửa chữa hư hỏng lại không kịp thời làm cho chất lượng cầu bị xuống cấp nghiêm trọng làm giảm khả chịu lực kết cấu Các hư hỏng hệ thống cầu tuyến đường tỉnh Thanh Hóa lại phong phú, đa dạng, mang nhiều đặc trưng khác Luận văn giải số nội dung sau: - Hiện trạng hệ thống cầu tuyến quốc lộ, đường tỉnh thuộc địa phận tỉnh Thanh Hóa; - Thống kê, phân tích, đánh giá dạng hư hỏng chủ yếu hệ thống cầu BTCT - Nguyên tắc lựa chọn đề xuất biện pháp sửa chữa tăng cường khả chịu lực kết cấu nhịp cầu BTCT, tập trung vào phương pháp sửa chữa tăng cường mặt cầu bổ sung dầm ngang Những nội dung nghiên cứu kết luận văn giúp quan quản lý có sở để định lựa chọn phương án sửa chữa tăng cường phù hợp lý, đảm bảo khả chịu lực cầu đạt hiệu kinh tế Luận văn tập trung vào phương pháp sửa chữa, tăng cường áp dụng để sửa chữa tăng cường thành công cho số cơng trình cầu Thanh Hóa, phương pháp kết hợp thay lớp phủ mặt cầu cũ BTCT có chiều dày từ 10 -:- 20cm cấu tạo bổ sung hệ thống dầm ngang Đây phương pháp sửa chữa, tăng cường mang tính toàn diện cho kết cấu cầu cũ So với phương pháp khác, phương pháp có 82 nhiều ưu điểm: Nâng cao khả chịu lực kết cấu nhịp, tăng độ cứng kết cấu nhịp phân phối lại nội lực phận kết cấu cách hợp lý Bên cạnh giải pháp không tiết kiệm kỹ thuật kinh tế mà cịn đơn giản cơng nghệ thi cơng thi cơng điều kiện thơng xe bình thường Đó lý để kiến nghị đưa phương phương pháp vào áp dụng rộng rãi công tác sửa chữa, tăng cường khả chịu lực kết cấu nhịp cầu bê tơng cốt thép nhằm nhanh chóng đồng tải trọng khai thác tuyến Quốc lộ tỉnh lộ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đông Anh, Đỗ Sơn, Trần Hữu Vĩnh (2000), “Đánh giá suy giảm độ bền kết cấu bê tông cốt thép kiểm tra không phá hủy”, Tuyển tập Hội thảo ứng dụng kỹ thuật không phá hủy, tr 21-27, Hà Nội 10/2000 [2] Bộ Giao thông vận tải Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội -2005 [3] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn ngành, Quy trình thử nghiệm cầu 22TCN-170-87, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [4] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn kỹ thuật bảo dưỡng thường xuyên đường 22TCN306-03, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội - 2003 [5] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn ngành, Quy trình kiểm định cầu đường tơ 22TCN243-98, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [6] Bộ Xây dựng, Tiêu chuẩn Việt Nam, Kết cấu bê tông cốt thép-Tiêu chuẩn thiết kế : TCVN 5574-1991, Nxb Xây dựng, Hà Nội [7] Bùi Đức Chính, “Áp dụng bệnh học cơng trình tin học đánh giá kết cấu nhịp đơn giản cầu bê tông cốt thép đường ô tô “, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Hà Nội 2002 [8] Nguyễn Trung Hồ, Kết cấu bê tơng cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 2003 [9] Phạm Duy Hữu, Nghiên cứu Công nghệ bê tông ứng dụng xây dựng cầu đường, Báo cáo Tổng kết KHCN ngành GTVT năm 1999-2004 Nhà xuất GTVT 2004 [10] Phan Văn Khôi (2001), Cơ sở đánh giá độ tin cậy, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [11] Vũ Mạnh Lãng (2000), “Tính tốn, đánh giá kết cấu BTCT cũ“,Tuyển tập báo cáo Hội nghị kết cấu & công nghệ xây dựng2000, tr 315-320, Hà Nội 12/2000 [12] Nguyễn Văn Lạp đồng nghiệp (1995), Lựa chọn công nghệ thích hợp kiểm định cơng trình giao thơng, Báo cáo kết đề tài cấp Nhà nước KC-10-11, Chương trình KC-10, Viện Khoa học [1] 84 [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] Công nghệ GTVT, Hà Nội Trần Đức Nhiệm, Nguyễn Trọng Phú, “Đánh giá độ tin cậy phận kết cấu nhịp cầu BTCT”, tr.18-21, Tạp chí Giao thông vận tải 2002 Trần Đức Nhiệm, ”Về việc xây dựng tiêu chuẩn thiết kế cầu đường sở đảm bảo tiêu độ tin cậy cơng trình xu hội nhập nay”, Tuyển tập cơng trình khoa học, TrườngGTVT, năm 2000 Trần Đức Nhiệm, Nghiên cứu xây dựng mơ hình tải trọng xe thiết kế tiêu chuẩn cầu đường mới, Báo cáo Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ mã số B99-35-74 Võ Văn Thảo (1996), Phương pháp khảo sát-nghiên cứu thực nghiệm cơng trình, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Viết Trung, Chẩn đốn cơng trình cầu, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 2003 Nguyễn Viết Trung, Thiết kế tối ưu, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 2003 Trần Mạnh Tuấn, Tính tốn kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-2002, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 2003 Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22 TCN 18-79 ”, Bộ Giao Thông Vận Tải Nguyễn Viết Trung , “Cầu Bê Tông Cốt Thép ”, Nhà Xuất Bản Giao Thông Vận Tải, năm 2004 Đồ án thiết kế sửa chữa nâng cấp cầu Hạc ( Thanh Hóa) Đồ án thiết kế sửa chữa nâng cấp cầu Bố ( Thanh Hóa) Sở Giao Thơng Vận Tải (2012),“Số liệu cầu địa bàn tỉnh Thanh Hóa” , Thanh Hóa