NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG XÂY DỰNG KẾT CẤU MƯƠNG DỌC, HỐ GA TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Một số kiến nghị khắc phục nhược điểm hiện nay của kết cấu mương dọc, hố ga 12 Chương III: Ứng dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng mương dọc, hố ga 1.. Nghiên cứu ứng dụng bê tông

SỞ GIAO THÔNG VẬN TẢI TP ĐÀ NẴNG PHÒNG GIÁM ĐỊNH VÀ QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH

Các thành viên tham gia: Huỳnh Phương Nam

Hồ Nguyễn Quốc Cường

Đà Nẵng, tháng 12 năm 2011

MỤC LỤC

Chương I: Tổng quan

1 Các căn cứ thực hiện đề tài Trang 3

2 Tổng quan tình hình ứng dụng bê tông cường độ cao 3

4 Mục tiêu của đề tài - Đối tượng - Phạm vi nghiên cứu 6

Chương II: Tình trạng kết cấu mương dọc- hố ga đang được

khai thác, sử dụng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

1 Tổng quan về hệ thống thoát nước đang xây dựng, khai thác 7

2 Đánh giá tình trạng kết cấu thoát nước đang sử dụng 9

3 Một số kiến nghị khắc phục nhược điểm hiện nay của kết cấu

mương dọc, hố ga

12

Chương III: Ứng dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng

mương dọc, hố ga

1 Nghiên cứu về bê tông cường độ cao trong điều kiện địa phương 14

2 Nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao trong kết cấu mương

dọc, hố ga

16

3 So sánh, đánh giá đối với kết cấu mương dọc, hố ga hiện nay 19

Chương IV: KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ

Phụ lục

2 Phiếu thiết kế thành phần cấp phối bê tông cường độ cao sử dụng

vật liệu địa phương

3 Khái toán kinh phí cho cấu kiện mương dọc, hố ga

Tài liệu tham khảo

2

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BT Bê tông

BTCT Bê tông cốt thép

BTCĐC Bê tông cường độ cao

GTVT Giao thông vận tải

HPC High Strength concrete (Bê tông cường độ cao)

3

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

I CÁC CĂN CỨ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

- Quyết định số 429/QĐ-SGTVT ngày 18/6/2010 của Sở GTVT TP Đà Nẵng “V/v Ban hành quy trình xây dựng, xét duyệt và nghiệm thu các đề tài, nhiệm vụ khoa học và công nghệ thuộc chương trình công tác khoa học và công nghệ ngành giao thông vận tải thành phố Đà Nẵng”;

- Quyết định số 298/QĐ-SGTVT ngày 09/4/2011 của Sở GTVT TP Đà Nẵng “V/v ban hành Chương trình công tác khoa học công nghệ Ngành GTVT năm 2011”;

- Quyết định số 608/QĐ-SGTVT ngày 05/8/2011 của Sở GTVT TP Đà

Nẵng “V/v phê duyệt đề cương đề tài Nghiên cứu sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng kết cấu mương dọc, hố ga trên địa bàn thành phố Đà Nẵng”

II TỔNG QUAN TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

1 Khái niệm chung về bê tông cường độ cao (BTCĐC)

Trên thế giới, khái niệm về bê tông cường độ cao (High Strength concrete- HPC) chưa thống nhất, còn khác nhau ở nhiều tiêu chí, tuy nhiên đều thống nhất là có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày không nhỏ hơn 40 Mpa (đối với nhiều tài liệu thì con số này có thể là 40 ,50, 55, 60) Mẫu thử được chế tạo, dưỡng hộ, thí nghiệm theo các tiêu chuẩn hiện hành Theo tiêu chuẩn của Bắc

Mỹ (ASTM) qui định bê tông cường độ cao là loại bê tông có cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ≥ 42 Mpa; Theo tiêu chuẩn châu Âu (ACI) có qui định về khả năng thi công, các tính chất cơ học dài hạn (co ngót, từ biến) được cải thiện sớm, có cường độ hình thành sớm, độ bền cao, tuổi thọ lâu dài trong môi trường khắc nghiệt Các nhà khoa học Nhật Bản cho rằng bê tông tự đầm (là loại bê tông có khả năng chảy và đầm lèn chỉ bằng tỷ trọng, có khả năng lấp đầy không gian thi công mà không cần ngoại lực tác động) cũng là loại bê tông cường độ cao

Bảng 1 – Phân cấp bê tông cường độ cao [1], [4]

Tính chất của bê tông cường độ cao ở trạng thái tươi là tính dễ đổ (độ sụt) hoặc còn gọi là tính công tác Tuy sử dụng lượng xi măng cao, tỷ lệ N/X thấp nhưng độ sụt của bê tông cường độ cao vẫn đạt từ 10-20 cm, giữ được ít nhất là

60 phút Ở trạng thái mềm co ngót dẻo lớn và ổn định thể tích cao so với bê tông

Bên cạnh đó, BTCĐC cũng có nhược điểm là tính giòn cao đặc biệt với trường hợp không có cốt thép, đặc tính này tăng lên cùng với mức tăng cường

độ Ngoài ra, chi phí vật liệu cho hỗn hợp bê tông này có thể cao hơn nhiều lần

so với bê tông thông thường Chi phí đầu tư cho một cấu kiện BTCĐC lớn hơn

bê tông thường vào khoảng 10-15%

2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng BTCĐC trên thế giới và trong nước

Theo tài liệu nghiên cứu của PSG TS Phạm Duy Hữu tổng kết kết quả nghiên cứu của các nước trên thế giới và Việt Nam [1]

cho thấy thì bê tông cường

độ cao đã được sử dụng từ năm 1975 tại Mỹ cho việc xây dựng các nhà cao tầng Năm 1975- 1976, các ngôi nhà từ 43-76 tầng đều dùng bê tông 62Mpa, từ năm 1976-1990, các ngôi nhà ở Chicago với số tầng 50-70 được sử dụng bê tông 80Mpa Tương tự các ngôi nhà cao tầng ở Pháp, Đức (từ 40 tầng) đều sử dụng

bê tông với từ 70-90Mpa Trong xây dựng cầu từ năm 1970 đến nay ở nhiều công trình trên nhiều quốc gia đã áp dụng bê tông cường độ cao Bê tông chất lượng cao thường được sử dụng cho các dầm cầu bê tông dự ứng lực với mục đích giảm tải trọng bản thân dầm và tăng chiều dài kết cấu nhịp Năm 1970, ở Nhật bê tông phổ biến (600-1200) kg/cm2 Ở Pháp năm 1989 bê tông cầu là (60-80)Mpa Các cầu ở Đức, Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc đều đã sử dụng bê tông với cường độ nén khoảng từ 60Mpa đến 100Mpa Các cấu kiện bê tông và bê tông lắp ghép trong kết cấu hạ tầng đô thị cũng đều sử dụng bê tông có cường độ nén không nhỏ hơn 20Mpa

Bảng 2 - Một số hỗn hợp bê tông cường độ cao điển hình được sử dụng

trong công trình xây dựng [4]

5

Các nghiên cứu vê bê tông cường độ cao đã khẳng định việc sử dụng bê tông cường độ cao cho phép tạo ra các sản phẩm có tính kinh tế hơn, cung cấp khả năng giải quyết được nhiêu vấn đề kỹ thuật hơn hoặc đảm bảo cả hai yếu tố trên Các nghiên cứu của nước ngoài cho thấy có thể tiết kiệm được 30% khối lượng bê tông, giảm 30% trọng lượng kết cấu, giảm 10 – 15% tổng giá trị công trình Kết cấu bản BTCT DƯL có thể giảm 30% chiều cao, 40% khối lượng xây lắp

Ở trong nước, trong những năm gần đây bê tông cường độ cao đã chiếm một vị trí quan trọng trong các công trình xây dựng cầu, đường, nhà và công trình thủy quy mô lớn như các công trình nhà cao tầng ở các thành phố lớn (Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng), các công trình cầu có chiều dài nhịp L > 30m, hầm qua đèo Hải Vân hay hầm Thủ Thiêm tại TP Hồ Chí Minh Tuy vậy, các nghiên cứu chuyên sâu về bê tông cường độ cao chưa nhiều, được một số ít nhà

khoa học đầu tư nghiên cứu như "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chế tạo bê tông cường độ cao (đến 100MPa) cho các kết cấu xây dựng" do KS Đặng Hoàng Huy - Hội công nghiệp bê tông Việt Nam làm chủ nhiệm đề tài (2010); " Nghiên cứu sản xuất oxit silic tinh khiết vô định hình cao từ nguồn trấu và tro trấu để làm phụ gia cho bê tông cường độ cao và siêu cao đạt cường độ 110Mpa" của TS.KHKT Trần Bình (2008); Báo cáo NCKH Bộ GD-ĐT “Bê tông chất lượng cao” của PGS.TS Phạm Duy Hữu làm chủ nhiệm đề tài (2000)

Đặc biệt, những nghiên cứu, ứng dụng bê tông cường độ cao cho các kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị nói chung, hệ thống thoát nước nói riêng hầu như

chưa được quan tâm đúng mức (Chỉ có 01 đề tài Nghiên cứu công nghệ chế tạo

bê tông cốt thép thành mỏng cho hệ thống cấp thoát nước do KS Hoàng Đức

Thảo (Công ty thoát nước và phát triển đô thị tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu) chủ trì đã được trao giải thưởng Sáng tạo KHCN Việt Nam nhưng giữ bản quyền, không phổ biến rộng rãi)

III SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Theo thống kê tổng hợp của Công ty Tư vấn CDM International Inc., (Tư

vấn gói thầu xây dựng Mô hình thủy lực cho thành phố Đà Nẵng), toàn thành

phố Đà Nẵng có khoảng hơn 700km tuyến mương dọc và sẽ còn tiếp tục phát triển trong thời gian đến theo tốc độ đô thị hóa của thành phố Hiện nay kết cấu mương dọc và hố ga thường sử dụng bê tông có cường độ chịu nén từ 10Mpa (mác M100) đến 25Mpa (mác 250) Đây là loại bê tông thông thường Với ưu điểm thiết kế thành phần cấp phối đơn giản nhanh chóng, không đòi hỏi thiết bị máy móc cũng như trình độ tay nghề công nhân cao, kết cấu sử dụng bê tông thông thường đã đã đáp ứng được phần nào các yêu cầu xây dựng nhất định Tuy nhiên, qua quá trình khai thác, đã xuất hiện nhiều vấn đề cần lưu ý trong quản lý chất lượng như: đan hố ga, mương dọc bị nứt, vỡ bê tông, hạn chế khả năng thoát nước (dẫn đến hư hỏng mặt đường) làm mất mỹ quan đô thị Khối lượng cấu kiện lớn gây khó khăn trong việc vận chuyển, cẩu lắp, đồng thời bê tông đổ tại chỗ khó kiểm soát được chất lượng, phụ thuộc vào thời tiết khi thi công Ngoài ra, kết cấu sử dụng bê tông thông thường độ ổn định theo thời gian khá thấp, dễ bị xuống cấp, hư hỏng do các yếu tố lý, hóa của môi trường

6

Với mục tiêu đảm bảo chất lượng công trình, thi công được tại hiện trường trong điều kiện thời tiết bất lợi thì kết cấu lăp ghép đang chiếm ưu thế Tuy nhiên để phát huy ưu điểm của loại kết cấu này, trọng lượng của cấu kiện phải được triết giảm tối đa để thuận lợi nhất cho công tác cẩu lắp Với những ưu điểm nổi bật của bê tông có cường độ cao thì việc nghiên cứu ứng dụng vào trong sản xuất cấu kiện thoát nước dọc như mương dọc, hố ga là hết sức cần thiết

IV MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - ĐỐI TƯỢNG - PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1 Mục tiêu

Nghiên cứu sử dụng bê tông cường độ cao trong kết cấu bê tông, bê tông cốt thép lắp ghép giảm kích thước cấu kiện, tăng không gian sử dụng, giảm khối lượng bê tông sử dụng, dễ dàng cẩu lắp và vận chuyển, rút ngắn được thời gian thi công đồng thời tăng cường quản lý chất lượng

2 Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu mương dọc, hố ga

3 Phạm vi nghiên cứu : Địa bàn thành phố Đà Nẵng

V NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu, đánh giá rút ra nhận xét về ưu điểm, nhược điểm của kết cấu bê tông thông thường hiện nay

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm đưa các phương án ứng dụng bê tông có cường độ cao nhằm khắc phục được các tồn tại

- Tính toán, so sánh, kiểm tra, đánh giá các chi tiêu ( kinh tế, chất lượng, điều kiện thi công, ) của các phương án kết cấu mới với kết cấu hiện tại nhằm tìm ra phương án tối ưu nhất

- Ứng dụng vào thực tế một số công trình thí điểm đang triển khai

1 Về kết cấu xây dựng

Nhìn chung, kết cấu mương dọc, hố ga sử dụng phố biến trên thành phố

Đà Nẵng là kết cấu bê tông (BT) hoặc bê tông cốt thép (BTCT) có cường độ chịu nén từ 20-25MPa, mác uốn từ 2-3MPa Các dạng kết cấu mương dọc, hố ga trên địa bàn gồm:

- Mương hở đậy đan: Thường được thi công tại hiện trường Kết cấu đan

mương dọc bằng bê tông cốt thép mác 20MPa đổ tại chỗ hoặc lắp ghép với chiều dày từ 8-10cm, thân mương bằng bê tông mác (15 - 20)MPa đá 2x4, móng mương bằng bê tông mác 15MPa dày 30cm, đệm móng mương bằng đá dăm 4x6 dày 10cm Khẩu độ loại này từ B = 0,4m đến 1,5m Một số tuyến chính có khẩu độ đến B = 3,0m

- Ống bê tông tròn lắp ghép: Sản xuất trong nhà máy hoặc tại công

trường, gồm loại 01 lưới thép 6 (bố trí trên vỉa hè) và loại 02 lưới thép 6/8 (bố trí qua kiệt, hẻm có xe tải trọng nặng) Khẩu độ ống bê tông từ 0,6m-

1,50m Kết cấu ống cống bằng BTCT (20 -30)MPa

- Cống hộp bằng BTCT: Thường được chế tạo ngay tại công trường Khẩu

độ thường từ 1 cửa 0,75m đến 2,5m hoặc nhiều cửa Kết cấu cống bằng bê tông cốt thép với bê tông (20-30)Mpa chiều dày thành cống hộp từ 20 – 30cm

Mương hở đậy đan Ống bê tông tròn Cống hộp

- Hố ga: Bố trí cách khoảng trung bình từ 15-20,0m/hố Đan hố ga bằng

BTCT (20-25)MPa lắp ghép có niềng thép góc, kích thước tấm đan thay đổi tùy kích thước miệng hố ga Thân hố ga bằng BT hoặc BTCT (15 – 20)MPa dày trung bình 20cm tăng dần theo chiều cao hố ga (độ vát dốc từ 1/10 – 1/6)

8

Tấm đan hố ga Hố ga chưa hoàn thiện

2 Về công nghệ sản xuất, chế tạo

Công nghệ sản xuất chế tạo cấu kiện bê tông hệ thống mương dọc, hố ga khá đa dạng như sản xuất cấu kiện tại công trường bằng thủ công hoặc bán thủ công, sản xuất tại công xưởng bằng phương pháp quay ly tâm, rung ép hoặc rung lõi, va rung,

- Phương pháp thủ công/ bán thủ công :Sử dụng nhân lực là chủ yếu với

thiết bị là xẻng, cào trộn, đầm dùi, có thể có hỗ trợ bằng máy trộn công suất thấp/ xe trộn bê tông, kết hợp máy đào

Hình ảnh thi công thủ công tại hiện trường

- Phương pháp quay ly tâm : Thực hiện trong nhà máy với thiết bị chủ lực

là máy quay ly tâm, chủ yếu áp dụng cho các sản phẩm dạng tròn như: ống cống,

hố ga tròn

- Phương pháp rung ép, rung lõi : Chủ yếu áp dụng cả cho sản xuất các

sản phẩm như cống tròn, cống hộp, hố ga Ngoài ra, phương pháp sử dụng bê tông khô đòi hỏi phải có hệ thống trạm trộn bê tông tự động có độ chính xác cao

Do sử dụng thiết bị máy đúc cống nhập khẩu từ nước ngài nên giá thành rất cao

Phương pháp quay ly tâm Phương pháp rung ép, rung lõi

9

3 Vật liệu sản xuất cấp phối bê tông

Thành phần hỗn hợp của BT/ BTCT chế tạo kết cấu mương dọc, hố ga hiện tại trên địa bàn thành phố bao gồm xi măng (thường là xi măng pooclăng), cốt thép tròn cán nóng (thường là nhóm CI, Ra=2100kg/cm2, nhóm CII, Ra=2700kg/cm2), cát tự nhiên, đá nghiền với kích cỡ nằm trong khoảng từ 10 đến 40mm và nước Tỷ lệ N/X thường được thiết kế tương ứng với độ sụt đạt ở mức > 6cm Cấp phối hiện nay thường không sử dụng phụ gia các loại trừ khi có yêu cầu đặc biệt (phụ gia đông kết nhanh, phụ gia chống xâm thực)

Việc sản xuất cấp phối bê tông sử dụng cho mương dọc và hố ga (trừ ống cống bê tông ly tâm) thường được thực hiện, trộn ngay tại hiện trường theo từng

mẻ trộn, bằng các máy trộn 250L – 500L có trục nghiêng (có thùng lật) hoặc trục nằm ngang Với phương pháp trộn này, việc chuẩn bị vật liệu cấp phối theo thể tích Vì vậy chất lượng cấp phối bê tông thường không cao

Máy trộn bê tông 250L

II ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG KẾT CẤU THOÁT NƯỚC ĐANG SỬ DỤNG HIỆN TẠI

1 Ưu điểm

- Khai thác được tính ưu việt của bê tông thông thường như:

+ Có cường độ chịu nén, mođun đàn hồi phù hợp với kết cấu kết cấu bê tông cốt thép (bê tông sử dụng thông thường có 10-50)Mpa;

+ Giá thành bê tông hợp lý do tận dụng được các nguyên vật liệu địa

phương, (thành phần bê tồng gồm: ximăng pooclăng, cát tự nhiên, đá nghiền với kích cỡ nằm trong khoảng 10 đến 20mm, nước) không cần sử dụng dụng các loại phụ gia;

+ Công nghệ thi công đơn giản, không đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân cao;

+ Khi hư hỏng, dễ dàng thi công thay thế, sửa chữa;

- Kết cấu đổ tại chỗ ( Ghép ván khuôn coffa), đặt cốt thép và đổ bê tông ngay tại vị trí thiết kế của kết cấu):

+ Thi công tại công trình, không tốn chi phí vận chuyển, cẩu lắp;

+ Ít xử lý mối nối;

+ Do các cấu kiện được dính với nhau một cách toàn khối nên kết cấu có

- Nhược điểm của bê tông thông thường:

+ Khả năng chịu lực, đặc biệt là khả năng chịu kéo uốn thấp nên kích thước cấu kiện thường lớn Vì vậy, khó chế tạo các cấu kiện lắp ghép có modun lớn, gây khó khăn về vận chuyển và cẩu lắp;

+ Không đảm bảo chống thấm, chống ăn mòn, năng suất thấp,

- Kết cấu đổ tại chỗ:

+ Vì thi công tại công trình nên khó kiểm soát được chất lượng, phụ thuộc vào thời tiết khi thi công, chất lượng công trình không được đảm bảo gây ra những hư hỏng của cấu kiện;

+ Ô nhiễm môi trường

- Kết cấu lắp ghép hiện nay:

+ Khối lượng cấu kiện vẫn còn lớn, cần có phương tiện cẩu lắp và vận chuyển có tải trọng lớn;

- Phải xử lý mối nối, dẫn đến độ cứng công trình không đồng nhất

3 Những tồn tại thường gặp của hệ thống mương dọc, hố ga hiện trạng

a) Các hiện tượng thường gặp

- Đan hố ga, mương dọc bị nứt nẻ; bể vỡ;

Đan mương gãy Đan hố ga vỡ

- Bê tông thân mương, thân hố ga bị phân tầng; bể vỡ;

11

Bê tông bị phân tầng Thân mương bị gãy, vỡ

- Mất các cấu kiện tấm đan;

- Kích thước cấu kiện không đồng nhất;

- Hình dáng hình học không đảm bảo theo yêu cầu thiết kế;

Đan mương bị mất Kích thước cấu kiện không đồng nhất

- Chất lượng bê tông các cấu kiện lắp ghép không đồng đều;

- Rác bồi lấp làm hạn chế khả năng thoát nước;

Rác lấp mương dọc trong khai thác và trước khi hoàn thành

b) Nguyên nhân

- Khó kiểm soát chất lượng nếu sản xuất tại công trường