bài tiểu luân bê tông ứng suất trước

Vấn đề được đặt ra ở đây là: “Các vấn đề rắc rối thường gặp trong thi công công trình xây dựng sử dụng bê tông ứng suất trước và cách giải quyết chúng như thế nào?”. I. Sử dụng bê tông ứng suất trước trên thế giới Trên thế giới, công nghệ bê tông ứng lực trước được phát triển mạnh mẽ và ngày càng hoàn thiện. Nó trở thành công nghệ hữu hiệu cho giải pháp kết cấu, thỏa mãn được yêu cầu về thẩm mỹ, kỹ thuật cao, hiệu quả về kinh tế và có thể áp dụng rộng rãi. Sự phát triển công nghệ ứng lực trước với độ tin cậy cao sẽ là yếu tố quan trọng nhất làm cho kết cấu bê tông cạnh tranh thắng lợi trong các lĩnh vực mà trước đó kết cấu thép chiếm ưu thế nhu cầu vượt khẩu độ lớn, công trình nhà có lưới cột thưa, không gian rộng, các công trình có trọng tải lớn như silo, bể chứa, ống áp lực, tường chắn… Việc sử dụng bê tông ứng suất trước trên thế giới đã xuất hiện từ rất lâu. Pháp là đất nước đầu tiên đưa công nghệ này vào sử dụng thi công những công trình thực tế. Sau đó là Bỉ, Anh, Đức, Thụy Sỹ, Hà Lan…

MỤC LỤC

Mục Lục 1

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG I: Tổng quan về tình hình sử dụng bê tông ứng suất trước trong nước và trên thế giới 3

2.3 Biện pháp làm giảm mất mát ứng suất do biến dạng neo 7

2.4 Biện pháp làm giảm mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi 7

2.5 Biện pháp làm giảm mất mát ứng suất do chùng cốt thép 7

2.6 Biện pháp làm giảm mất mát do co ngót, từ biến 8

2.7 Các biện pháp chung nhằm hạn chế mất mát ứng suất 8

CHƯƠNG 3: Chuyên mục 9

“MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CỌC ỐNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC TRONG THỰC TẾ ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM” 9

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 16

MỞ ĐẦU

Ngày nay với công nghệ càng ngày càng phát triển và không ngừng cải thiện nâng cao các trình độ về khoa học và kỹ thuật Việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật xây dựng tiên tiến vào Việt Nam là một bước đi đúng đắn Đã từ lâu, để xây dựng được những toà nhà cao tầng, kiến trúc độc đáo, hay những cây cầu vượt nhịp với khoảng cách lớn… thì việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước đã và đang càng ngày càng được ứng dụng nhiều

Chúng ta không thể phủ nhận đi được những ưu điểm mà việc sử dụng bê tông ứng suất trước đem lại là rất nhiều Nhưng cái gì cũng có hai mặt của nó, việc áp dụng các kỹ thuật thi công

bê tông ứng suất trước cũng cần phải có kỹ thuật, trình độ chuyên môn tốt từ những kỹ sư xây dựng trực tiếp cũng như gián tiếp vào việc thiết kế công trình Nếu việc thi công không đúng

kỹ thuật hay hiểu sai vấn đề về việc sử dụng bê tông ứng suất trước trong xây dựng công trình thì có thể ảnh hưởng đến chất lượng công trình Nghiêm trọng hơn có thể làm hư hỏng công trình dẫn đến thiệt hại về người, tài sản, cũng như người dân và công trình xung quanh đó

Vấn đề được đặt ra ở đây là: “Các vấn đề rắc rối thường gặp trong thi công công trình xây dựng sử dụng bê tông ứng suất trước và cách giải quyết chúng như thế nào?”.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BÊ TÔNG ỨNG

SUẤT TRƯỚC TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI

I Sử dụng bê tông ứng suất trước trên thế giới

Trên thế giới, công nghệ bê tông ứng lực trước được phát triển mạnh mẽ và ngày càng hoàn thiện Nó trở thành công nghệ hữu hiệu cho giải pháp kết cấu, thỏa mãn được yêu cầu về thẩm mỹ, kỹ thuật cao, hiệu quả về kinh tế và có thể áp dụng rộng rãi

Sự phát triển công nghệ ứng lực trước với độ tin cậy cao sẽ là yếu tố quan trọng nhất làm cho kết cấu bê tông cạnh tranh thắng lợi trong các lĩnh vực mà trước đó kết cấu thép chiếm ưu thế nhu cầu vượt khẩu độ lớn, công trình nhà có lưới cột thưa, không gian rộng, các công trình có trọng tải lớn như silo, bể chứa, ống áp lực, tường chắn…

Việc sử dụng bê tông ứng suất trước trên thế giới đã xuất hiện từ rất lâu Pháp là đất nước đầu tiên đưa công nghệ này vào sử dụng thi công những công trình thực tế Sau đó là Bỉ, Anh, Đức, Thụy Sỹ, Hà Lan…

Hình 1: Tòa nhà năng lượng Duke cao nhất thế giới sử dụng bê tông ứng suất trước

II Sử dụng bê tông ứng suất trước ở Việt Nam

Ở Việt Nam, bê tông ứng suất trước được sử dụng lần đầu tiên vào những năm 60, đó là công trình cầu Phủ Lỗ và nhà máy đóng tàu Bạch Đằng, nhưng chất lượng còn thấp Những năm gần đây, bê tông ứng suất trước cũng được sử dụng cho một số công trình xây dựng dân dụng

và công nghiệp Công nghệ bê tông ứng lực trước căng sau được áp dụng cho hệ thống si – lô nhà máy xi măng Hoàng Thạch II, nhà máy xi măng Sao Mai, hệ thống sàn nhà Hotel Lake View – HN…

Công nghệ bê tông ứng lực trước ở nước ta còn được tiếp tục phát triển trong ngành xây dựng cầu với việc chế tạo các hệ dầm vượt khẩu độ lớn tới 33 mét cũng như các hệ dầm nhỏ và

panel Trong xây dựng cầu, ngoài việc chế tạo các dầm tiêu chuẩn, công nghệ bê tông ứng lực trước căng sau đang được ứng dụng cho kết cấu cầu nhịp lớn, thi công theo phương pháp đúc hẫng và đúc đẩy Công nghệ đúc hẫng được áp dụng cho cầu Phú Lương và cầu Gianh, công nghệ đúc đẩy được áp dụng cho cầu Mẹt và cầu Hiền Lương Nhưng đó vẫn là các công trình xây dựng theo công nghệ nước ngoài như công nghệ VSL, công nghệ Freyssinete, công nghệ Trung Quốc, công nghệ Liên bang Nga…

Hình 2a: Nhà điều hành Đại học Quốc gia Hà Nội sử dụng hệ thống sàn

bê tông ứng suất trước căng sau (1997)

Hình 2b: Hệ thống silo của nhà máy xi măng Bút sơn có thành là

bê tông ứng suất trước (1997)

CHƯƠNG II: NHỮNG VẤN ĐỀ VÀ CÁCH KHẮC PHỤC TRONG VIỆC SỬ DỤNG BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

• Phân loại kết cấu bê tông ứng lực trước

Theo thời điểm căng thép ứng lực trước:

+ Phương pháp căng trước

+Phương pháp căng sau

Trong kết cấu bê tông ƯLT, sau khi bê tông cốt thép được nén trước bằng các bó thép, có nhiều yếu tố phát sinh làm giảm hiệu quả của lực căng trước Một vài mất mát xuất hiện hầu như tức thời trong khi nhiều loại khác phát triển theo thời gian và thậm chí phải mất nhiều năm mới kết thúc

A Các mất mát ứng suất trong kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước

• Các mất mát tức thời: xảy ra ngay sau khi kéo căng cáp và truyền ƯL vào bê tông

+ Do trượt thép trong neo;

+ Do nén đàn hồi (hay co ngắn) của bê tông;

+ Ma sát giữa bó cáp và thành ống

+ Các mất mát ứng suất theo thời gian:

+ Do co ngót của bê tông

+ Do từ biến của bê tông

+ Do chùng bó cốt thép:

Tổng ứng suất mất mát là tích luỹ của các mất mát xuất hiện tại các giai đoạn tải trọng khác nhau suốt tuổi thọ của công trình Tổng mất mát ứng suất phụ thuộc vào phương pháp căng cốt thép Đó là phương pháp căng trước hoặc phương pháp căng sau

Bảng 1: Các loại tổn hao ứng suất trước trong cốt thép căng

Thứ tự Nguyên nhân gây hao tổn Tổn hao ứng suất trước

Trên bệ Trên bê tông

I – Các tổn hao thứ nhất

-2 Chênh lệch nhiệt độ giữa cốt thép và bê tông

4 Ma sát giữa cốt thép và các bộ phận tiếp xúc

-II – Các tổn hao thứ hai

7 Chùng ứng suất của cốt thép (căng trên BT)

-Tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 quy định trong mọi trường hợp tổng hợp các tổn hao thứ nhất và các tổn hao thứ hai không ít hơn 100MPa

Đối với các trường hợp tự gây ứng suất trước thì tổn hao ứng suất trước chỉ có các thành phần

do co ngót và từ biến của bê tông gây nên Xác định giá trị của tổn hao này phải xét đến các yếu tố cường độ của bê tông và các yếu tố môi trường

Bảng 2: Các nhóm tổn hao ứng suất trước

Phương pháp tạo ứng suất trước Các tổn hao thứ nhất Các tổn hao thứ hai

I Các giai đoạn tính toán làm mất mát ứng suất

Khi xác định các trị số các mất mát cần xét đến phương pháp chế tạo kết cấu bằng cách kéo căng cốt thép trước khi hay sau khi đổ bê tông Cũng phải xét đến giai đoạn muốn kiểm toán ứng suất là giai đoạn chế tạo ở thời điểm truyền DƯL nén vào bê tông hay là giai đoạn sử dụng kết cấu

Trong mỗi giai đoạn làm việc khác nhau của cấu kiện được DƯL, các mất mát dự ứng suất trong cốt thép phải được tính sao cho bất lợi nhất, phản ánh mọi tổ hợp các mất mát có thể xảy ra, có xét tới công nghệ chế tạo và lắp ráp kết cấu

Nói chung, phân chia ra làm 2 nhóm:

- Nhóm các mất mát tức thời: xảy ra ngay khi kéo căng cáp và truyền DƯL nén vào bê tông

- Nhóm các mất mát xảy ra theo thời gian

II Phân tích và đề xuất các biện pháp hạn chế mất mát ứng suất:

II.1 Sự cần thiết phải giảm các mất mát ứng suất trong kết cấu bêtông DƯL

Trong các phần trình bày ở trên cho thấy nếu mất mát ứng suất trong kết cấu bêtông DƯL quá lớn sẽ làm giảm tác dụng của thép DƯL hoặc phải bù vào bằng cách tăng lực căng đến mức đủ lớn sao cho cấu kiện có thể đảm bảo về mặt chịu lực Điều này dễ dẫn đến việc chọn lựa thép DƯL có cường độ chảy cao hoặc bố trí nhiều bó cốt thép hơn Đồng thời với việc này là phải thiết kế bêtông có cường độ cao hơn để kết cấu bê tông không bị nứt hoặc phá hoại trong quá trình căng kéo Hơn nữa cả hai phương án này đều không hiệu quả về mặt kinh tế Như vậy việc đề ra các biện pháp nhằm giảm mất mát ứng suất trong kết cấu bêtông DƯL là giải pháp cần thiết đối với các nhà thiết kế

Sau đây là các biện pháp hạn chế mất mát ứng suất trong kết cấu bêtông DƯL

II.2 Biện pháp làm giảm mất mát ứng suất do ma sát

2.2.1 Nguyên nhân gây ma sát

• Do ma sát giữa bó cáp DƯL và thành ống gen (ống bọc cáp DƯL)

• Phương pháp luồn bó cáp DƯL: việc chọn thời điểm luồn bó cáp DƯL trước khi đổ bêtông hoặc sau khi độ bêtông cũng ảnh hưởng rất lớn đến sự ma sát giữa bó cáp DƯL với thành ống gen Công tác luồng cáp DƯL trước khi đổ bêtông sẽ đơn giản hơn sau khi đổ bêtông nhưng nếu luồn cáp DƯL trước lúc đổ bêtông sẽ làm cho trọng lượng của cáp DƯL đè lên ống gen dẫn đến làm dịch chuyển ống gen và kết quả sẽ làm tăng ma sát cho bó cáp…

2.2.2 Biện pháp hạn chế các mất mát

Đối với các kết cấu BTCT DƯL quan trọng, người ta thường thực hiện các thí nghiệm tại hiện trường để kiểm tra sự mất mát do ma sát Đó là hai phương pháp: phương pháp đồng hồ

áp lực chính xác và phương pháp dụng cụ đo cảm ứng

Để giảm mất mát do ma sát gây ra cần có các biện pháp sau:

• Chọn phương pháp luồng cáp DƯL hợp lý: phương pháp luồng cáp sau khi đổ bêtông Thực tế hiện nay người ta dùng phương pháp luồng các bó cáp DƯL sau khi đổ bêtông (Nếu luồng trước cáp trước khi đổ bêtông sẽ phát sinh thêm một công đoạn thi công luồng các bó cáp và điều này sẽ ảnh hưởng đến tiến độ thi công Hơn nữa việc luồng cáp sau khi đổ bêtông sẽ diễn ra lúc chờ bêtông đạt đến cường độ căng kéo cáp – thời gian chờ thường ít nhất là 4 ngày)

• Hoàn thiện và làm tốt lỗ chừa sẵn

• Chọn loại thép và cải thiện mặt ngoài của cốt thép bằng cách dùng dầu mỡ bôi trơn

• Căng với lực căng vượt so với yêu cầu thiết kế, căng đến 1,05fpi

2.3 Biện pháp làm giảm mất mát ứng suất do biến dạng neo

Đối với trường hợp mất mát này tuỳ thuộc vào thiết bị neo mà có các giá trị mất mất mát ứng suất khác nhau Tuy nhiên độ lớn của mất mát do thiết bị neo phải là trị số lớn hơn số yêu cầu

để khống chế các ứng suất trong thép DƯL khi truyền hoặc số kiến nghị bởi nhà sản xuất neo

Độ lớn của mất mát do thiết bị neo giả thiết để thiết kế và dùng để tính toán mất mát của thiết

bị phải được chỉ ra trong hồ sơ hợp đồng và kiểm chứng trong khi thi công

Trong quá trình căng kéo cáp và đo độ giãn dài của cáp DƯL cần chú ý kiểm tra trị số co trong của cáp DƯL tại đầu kéo để tránh trường hợp mất mát ứng suất do các thiết bị neo gây

ra có thể vượt quá trị số cho phép của thiết kế Nếu trị số co trong của cốt thép DƯL đo được lớn hơn trị số quy định của thiết kế thì cần phải thay đổi và cải thiện công nghệ thao tác như: thay đổi bản chặn giới hạn vị trí hoặc chọn cách kéo vượt lực

2.4 Biện pháp làm giảm mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi

Đối với kết cấu có nhiều bó thép DƯL, tiến hành kéo nhiều đợt nhưng do tính co ngắn của bêtông mà khi căng kéo bó thép của đợt sau sẽ làm mất mát DƯL của bó thép đợt trước cho nên khi kéo bó cốt thép đợt đầu (đợt trước) cần gia tăng thêm một lực bằng giá trị tổn thất co nén đàn hồi đã tính toán

Áp dụng phương thức căng kéo bó thép kéo dài, nghĩa là sau khi kết thúc tổn thất DƯL ban đầu, tiến hành căng kéo tạo DƯL lại… phương thức này còn gọi là “phương thức kéo bù” Việc áp dụng phương thức này sẽ khắc phục được tổn thất do co nén đàn hồi của bêtông và nhằm đảm bảo kết quả DƯL cho giai đoạn về sau

2.5 Biện pháp làm giảm mất mát ứng suất do chùng cốt thép

Hiện tượng chùng ứng suất là hiện tượng ứng suất ban đầy trong cốt thép ứng suất trước giảm bớt theo thời gian trong khi chiều dài cốt thép ứng suất trước không đổi

2.5.1 Nguyên nhân gây chùng cốt thép

• Thời gian áp dụng tải trọng: Theo kết quả thực nghiệm cho thấy, trong thời gian đầu

sự chùng phát triển rất nhanh Giờ thứ nhất, độ chùng chiếm tỷ lệ 15% đến 35% độ chùng của cả 1000 giờ Về sau hiện tượng chùng diễn ra chậm lại Mất mát do chùng sau một năm bằng 1,25 lần mất mát do chùng của 1000 giờ và mất mát chùng sau 50 năm bằng 1,725 lần mất mát chùng của 1000 giờ

• Chủng loại cốt thép: tỷ suất chùng của thép sợi và cáp thép lớn hơn tỷ suất chùng của các thanh thép đã xử lý nhiệt và các thanh thép tinh chế có ren

• Lực căng ban đầu: lực căng ban đầu càng lớn thì mất mát do chùng cũng lớn

+ Khi fpi < 0,55fpy: mất mát do chùng không đáng kể và có thể bỏ qua;

+ Khi fpi = 0,55fpy: xét đến sự chùng cốt thép;

+ Khi fpi > 0,7fpy: mất mát do chùng tăng rõ rệt và sự biến dạng trở nên phi tuyến

• Nhiệt độ: nhiệt độ tăng cao sẽ gây mất mát chùng cao Theo các thí nghiệm trong

1000 giờ đã tiến hành thì mất mát do chùng ở 40°C lớn gấp 1,5 lần mất mát ở 20°C

2.5.2 Các biện pháp khắc phục

Phân tích các nguyên nhân trên cho thấy, đối với các yếu tố nhiệt độ môi trường và thời gian

áp dụng tải trọng thì không thể nào tránh khỏi Như vậy, các biện pháp đề xuất để giảm thiểu mất mát như sau:

• Căng kéo cốt thép DƯL đến 1,05fpi (kéo vượt fpi) và giữ yên trong 2 phút lực căng sẽ dần dần giảm xuống đến fpi So với kéo từ 0 đến fpi thì tổn thất chùng giảm thiểu 10%

• Sử dụng loại cáp thép hoặc thép sợi có độ chùng thấp (ít chùng) thì mất mát do chùng nhão có thể giảm từ 70% đến 80%

• Áp dụng phương thức kéo bù ở mục III.4 cũng khắc phục được mất mát do chùng cốt thép DƯL

2.6 Biện pháp làm giảm mất mát do co ngót, từ biến

Các mất mát do co ngót và từ biến phát triển theo thời gian Cả hai đều bị chi phối bởi vữa xi măng, tuỳ thuộc vào loại xi măng và tỷ lệ xi măng/ nước (X/N)

Việc khống chế tỷ lệ X/N có thể làm giảm được co ngót từ biến của bêtông, thông thường theo một số quy định thì tỷ lệ X/N < 0,45

Trong một số trường hợp nếu không yêu cầu gấp về tiến độ căng kéo cáp DƯL (yêu cầu cho bêtông đạt cường độ để căng kéo cáp) thì có thể sử dụng các loại xi măng đông cứng chậm và các phụ gia kéo dài thời gian ninh kết

Cũng có thể áp dụng phương thức kéo bù ở mục III.4 để khắc phục được mất mát ứng suất do

từ biến của bêtông

2.7 Các biện pháp chung nhằm hạn chế mất mát ứng suất

• Khi căng kéo đến giá trị cuối cùng và đóng neo thì không nên trả về giá trị 0 ngay mà phải trả về dần dần để tránh gây mất mát ứng suất

• Cần bảo quản cáp DƯL trước khi thi công ở những nơi khô ráo, thoáng mát, không để hiện tượng rò rỉ ăn mòn gây hư hỏng cáp…

• Nên bơm vữa lấp lòng ống gen và bịt đầu dầm ngay nhằm bảo quản tốt cáp DƯL sau khi kéo căng và thiết bị neo cáp DƯL (đối với kết cấu căng sau)

CHƯƠNG 3: CHUYÊN MỤC

“MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CỌC ỐNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC TRONG

THỰC TẾ ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM”

Đã từ lâu, ở nước ta nói chung và đồng bằng sông Cửu Long nói riêng, với đặc điểm địa tầng

có lớp đất yếu trên mặt khá dày, cọc BTCT được ứng dụng rất rộng rãi trong kết cấu móng của đa số các công trình xây dựng, từ dân dụng, công nghiệp, thủy lợi, giao thông cho đến hạ tầng kỹ thuật Trong ngành cảng nói riêng, hiện nay cọc ống BTCT ƯST đang dần thay thế cho loại cọc vuông đặc không ƯST truyền thống vì những ưu điểm vượt trội của nó (trong khi ở các nước tiên tiến điều này đã diễn ra từ mấy thập kỷ trước!) Tuy nhiên thực tế thi công các cọc ống BTCT ƯST đang diễn ra ở nước ta đã gặp phải một số bất ổn, có thể làm cho kết cấu công trình làm việc không như mong muốn của người thiết kế, như tình trạng cọc

bị gãy, nứt dọc, vỡ đầu, lệch trên mặt bằng, liên kết không tốt với kết cấu bên trên Tuy phần lớn những hiện tượng này đều gặp ở loại cọc vuông đặc truyền thống nhưng nguyên nhân dẫn đến những hiện tượng này có khác Báo cáo này đề cập chi tiết đến các vấn đề trên, đi sâu vào phân tích nguyên nhân, từ đó đề xuất các biện pháp phòng tránh

3.1 Những sự cố thường gặp trong thực tế

+ Cọc bị nứt, gãy khi cẩu chuyển

Trên thực tế, một số Đơn vị thi công cho công nhân dùng móc cẩu móc trực tiếp tại 2 đầu cọc để cẩu chuyển (hình 3a,b) mà không tính toán kiểm tra vì nghĩ rằng cọc ống BTCT ƯST

có độ cứng rất lớn, cọc không thể bị tổn hại Ở một số công trình đã xảy ra hiện tượng gãy cọc khi cẩu bằng cách này, vừa gây tổn thất lớn về vật tư, vừa gây nguy hiểm cho thiết bị (cần cẩu, xà lan) và những người đang ở bên dưới Nhiều trường hợp cọc bị nứt do cách cẩu chuyển này nhưng rất ít khi được Tư vấn giám sát quan tâm phát hiện; tổn hại này tuy không lớn nhưng ảnh hưởng đến tuổi thọ của cọc, trong khi tuổi thọ của cấu kiện này trong công trình cảng thường là nhân tố chính quyết định đến tuổi thọ của cả công trình

Hình 3a,b: vẩn chuyển cọc bằng cách móc 2 đầu + Cọc bị nứt dọc theo thân trong quá trình đóng cọc

Hiện tượng này thường gặp ở các cọc có mũi hở, thân cọc chìm trong nước hoặc trong quá trình thi công nước rò rỉ vào lòng cọc ở các mối nối không đủ kín Trong 22TCN 289-02

“Qui trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu công trình bến cảng” – điều 7.6.9 có đề cập đến hiện tượng xuất hiện các vết nứt dọc thân cọc và cho rằng đó là do tác động của áp lực thủy động trong lòng cọc khi hạ cọc trong nước hoặc trong đất yếu Trường hợp này cho thấy cốt đai xoắn cấu tạo trong cọc không đủ khả năng chịu tác động của áp lực thủy động trong lòng cọc

hình 4a,b: cọc bị mất ứng suất do quá trình đóng cọc bị nứt +Cọc bị nứt dọc theo thân

Trong quá trình đóng cọc, ở các cọc có mũi hở, thân cọc chìm trong nước, thấy có hiện tượng cọc bị nứt dọc theo thân cọc, nước bên trong trào ra theo các khe nứt này mỗi khi búa nện vào đầu cọc:

Hình 5a,b: Vết nứt dọc (nhìn bên ngoài và bên trong lòng cọc)