Bê tông chất lượng siêu cao là một loại vật liệu xây dựng mới có nhiều tính năng cơ lý và kỹ thuật vượt trội so với bê tông truyền thống (bê tông thường), đã được nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vào các công trình xây dựng, đặc biệt là công trình cầu, ở các nước tiên tiến từ những năm 90 của thế kỷ trước. Ở Việt Nam loại vật liệu này cũng đang ở giai đoạn nghiên cứu phát triển và ứng dụng thử nghiệm. Vì vậy việc nghiên cứu đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao là rất cần thiết. Bài báo trình bày một nghiên cứu đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao thông qua việc so sánh phương án sử dụng bê tông chất lượng siêu cao với bê tông thường để thiết kế và xây dựng cầu dân sinh An Thượng, thành phố Hưng Yên.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020 14 (1V): 46–59 HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO CHO CƠNG TRÌNH CẦU NGHIÊN CỨU CHO CẦU DÂN SINH AN THƯỢNG - THÀNH PHỐ HƯNG YÊN Trần Văn Tấna,∗, Vũ Thị Kim Dunga , Trần Đức Bìnha , Đặng Văn Dựaa , Vũ Kim Yếna a Khoa Kinh tế Quản lý xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 22/11/2019, Sửa xong 21/01/2020, Chấp nhận đăng 21/01/2020 Tóm tắt Bê tơng chất lượng siêu cao loại vật liệu xây dựng có nhiều tính lý kỹ thuật vượt trội so với bê tông truyền thống (bê tông thường), nghiên cứu chế tạo ứng dụng vào cơng trình xây dựng, đặc biệt cơng trình cầu, nước tiên tiến từ năm 90 kỷ trước Ở Việt Nam loại vật liệu giai đoạn nghiên cứu phát triển ứng dụng thử nghiệm Vì việc nghiên cứu đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao cần thiết Bài báo trình bày nghiên cứu đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao thông qua việc so sánh phương án sử dụng bê tông chất lượng siêu cao với bê tông thường để thiết kế xây dựng cầu dân sinh An Thượng, thành phố Hưng n Từ khố: bê tơng; bê tơng chất lượng siêu cao; hiệu kinh tế - kỹ thuật; xây dựng cơng trình cầu EFFICIENCY OF ULTRA HIGH PERFORMANCE CONCRETE USING FOR BRIDGE CONSTRUCTION – CASE STUDY OF AN THUONG BRIDGE, HUNG YEN CITY Abstract Ultra high performance concrete is a new construction material with many advantages of technical characteristic in comparison with normal concrete, which has been studied and applied in construction field, especially in bridge construction, in developed countries since the nineties of the last century In Vietnam the Ultra high performance concrete is also studying and applying to experiment construction So that it is very necessary to evaluate economic-technical efficiency of the Ultra high performance concrete The article presents a study of economic-technical efficiency of the Ultra high performance concrete by comparing the alternative of Ultra high performance concrete usage to the alternative of normal concrete usage to construct An Thuong bridge in Hung Yen city Keywords: concrete; ultra high performance concrete; economic-technical efficiency; bridge construction https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(1V)-05 c 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Bê tông chất lượng siêu cao (Ultra High Performance Concrete - UHPC) loại vật liệu mới, với thành phần cấu tạo hồn tồn khác biệt với bê tơng thơng thường (Normal Concrete – NC), hay gọi bê tông truyền thống UHPC bắt đầu nghiên cứu ứng dụng vào xây dựng nước tiên tiến Pháp, Đức, Hoa Kỳ, Canada từ năm đầu thập niên 90 kỷ XX ∗ Tác giả Địa e-mail: tantv@nuce.edu.vn (Tấn, T V.) 46 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng coi sản phẩm mang tính bước ngoặt phát triển cơng nghệ xây dựng nói chung cơng nghệ bê tơng nói riêng Đây loại vật liệu tiên tiến với tính tuyệt vời vượt trội so với vật liệu NC [1] với: cường độ chịu nén cao hơn, cường độ chịu kéo cao độ bền tăng lên [2] UHPC vật liệu hỗn hợp sử dụng ximăng với sợi cốt thép khơng liên tục, có cường độ chịu nén vượt 21,7 ksi (150 MPa) [3] Tuy vậy, chịu tải trọng, loại vật liệu phát sinh vết phá hủy bề mặt chấp nhận kết cấu xây dựng Nhằm tăng cường đặc tính chịu uốn UHPC, sợi thép siêu nhỏ thêm vào hỗn hợp Các sợi thép thường có đường kính 0,15 mm độ dài từ mm đến 20 mm với cường độ chịu uốn vào khoảng 3000 N/mm2 Việc sử dụng sợi thép cho phép gia tăng khả chịu kéo UHPC tạo tiềm khai thác tính tuyệt vời loại vật liệu Do đó, sử dụng vật liệu UHPC để chế tạo kết cấu cơng trình xây dựng thay cho kiểu kết cấu truyền thống kết cấu NC, kết cấu bê tông dự ứng lực trước, kết cấu thép toán nhiều nhà khoa học quan tâm Đã có nhiều nghiên cứu ngồi nước tập trung vào đặc tính lý UHPC chứng minh vượt trội mặt chịu lực UHPC so với NC Tuy nhiên, muốn ứng dụng UHPC vào thực tiễn, cần đánh giá cách cụ thể hiệu kinh tế - kỹ thuật mà loại vật liệu mang lại Trên thực tế có cơng trình nghiên cứu hiệu UHPC so sánh với số lượng tài liệu xuất vật liệu tính chất kỹ thuật Hiện giới có vài nghiên cứu đề cập đến hiệu kinh tế - kỹ thuật UHPC [4–7], nghiên cứu dừng lại việc so sánh vài tiêu hiệu riêng rẽ UHPC so với NC, mà thiếu so sánh mang tính tổng thể Ở Việt Nam UHPC giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm nên nghiên cứu chủ yếu tập trung vào tính kỹ thuật UHPC mà chưa có nghiên cứu đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật UHPC cách đầy đủ Ngoài ra, việc ứng dụng loại vật liệu xây dựng phụ thuộc vào trường hợp hồn cảnh cụ thể, đòi hỏi cần phải có phương pháp đánh giá phù hợp Trường Đại học Xây dựng triển khai Chương trình khoa học cơng nghệ cấp “Nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) xây dựng cầu quy mô nhỏ trung bình” Đây chương trình nghiên cứu gồm nhiều đề tài thành phần, nghiên cứu phương pháp thiết kế, chế tạo, thi công cầu sử dụng dầm UHPC Đề tài nghiên cứu khoa học đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật UHPC số đề tài nghiên cứu thuộc Chương trình Mục đích nghiên cứu Đề tài đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật sử dụng UHPC cho cơng trình cầu quy mơ vừa nhỏ Việt Nam Phương pháp nghiên cứu Để đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật sử dụng UHPC cho cơng trình cầu, nhóm nghiên cứu đề xuất mơ hình đánh giá cách so sánh phương án xây dựng cầu UHPC với phương án xây dựng cầu NC, áp dụng cụ thể cho cầu dân sinh An Thượng, thành phố Hưng n Để thực tốn so sánh này, nhóm nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu 2.1 Phương pháp so sánh tiêu tổng hợp không đơn vị đo Sử dụng UHPC vào cơng trình xây dựng cầu việc sử dụng vật liệu vào xây dựng cơng trình Để đánh giá hiệu việc sử dụng vật liệu thường sử dụng phương pháp so sánh phương án sử dụng vật liệu với phương án sử dụng vật liệu truyền thống Có nhiều phương pháp so sánh Để thực đề tài này, nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp so sánh tiêu tổng hợp không đơn vị đo [8–11], nội dung sau: 47 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Giả sử có n phương án đưa so sánh, có m tiêu đưa vào tính tốn (mỗi tiêu đặc trưng cho nhân tố ảnh hưởng đến việc so sánh chọn phương án) Chỉ tiêu tổng hợp không đơn vị đo phương án hàm mục tiêu, lựa chọn hướng tiến tới Max hướng tiến tới Min tùy thuộc vào trường hợp cụ thể, tính tốn sau: m Vj = Pi j × Wi (1) i=1 V j tiêu tổng hợp không đơn vị đo phương án j; Wi trọng số phản ảnh tầm quan trọng tiêu i, thường xác định phương pháp lấy ý kiến chuyên gia; Pi j trị số tiêu i thuộc phương án j làm đơn vị đo, xác định sau: Ci j n j=1 C i j Pi j = (2) Ci j giá trị thực xác định phù hợp với đơn vị đo tiêu i thuộc phương án j Trong trường hợp tiêu i khơng có đơn vị đo cụ thể (tức tiêu định tính) sử dụng phương pháp chuyên gia điểm Trong trường hợp tiêu i có hướng biến thiên ngược với hướng hàm mục tiêu chọn phải lấy nghịch đảo trị số để đưa vào tính tốn làm đơn vị đo Sau tính tốn tiêu tổng hợp không đơn vị đo phương án theo cơng thức (1) so sánh, xếp hạng phương án theo hướng hàm mục tiêu chọn 2.2 Phương pháp lập dự toán để xác định số tiêu đánh giá Trong hệ tiêu đưa vào tính toán, so sánh phương án sử dụng vật liệu xây dựng với vật liệu xây dựng truyền thống có nhiều tiêu phải sử dụng phương pháp lập dự toán để xác định trị số cho tiêu này, ví dụ tiêu chi phí đầu tư xây dựng (ĐTXD) kết cấu cơng trình, tiêu chi phí bảo trì kết cấu cơng trình, hao phí lao động sống 2.3 Phương pháp xác định so sánh tiêu chi phí vòng đời Chi phí vòng đời (Life Cycle Cost - LCC) tiêu phản ảnh chi phí xảy suốt vòng đời sản phẩm từ giai đoạn sản xuất, chế tạo giai đoạn sử dụng sản phẩm có tính đến giá trị tiền tệ theo thời gian, tính tốn sau: n LCC = t=0 Ct (1 + i)t (3) n số năm vòng đời sản phẩm gồm giai đoạn sản xuất, chế tạo giai đoạn sử dụng; Ct chi phí cho sản phẩm xảy năm t; i tỷ lệ lãi suất chiết khấu xác định dựa lãi suất thị trường vốn Chỉ tiêu LCC vừa dùng để so sánh trực tiếp phương án sử dụng vật liệu với phương án sử dụng vật liệu truyền thống, vừa tiêu đưa vào hệ tiêu để so sánh phương án tiêu tổng hợp không đơn vị đo 2.4 Phương pháp đánh giá tác động vòng đời Phương pháp đánh giá tác động vòng đời (Life Cycle Assessment - LCA) dùng để tính tốn số tác động lên mơi trường [12, 13] Ở nhóm nghiên cứu sử dụng tiêu Nhu cầu lượng tích lũy (MJ Quang Eq) tiêu Tiềm nóng lên tồn cầu (kg CO2 Eq) cho 48 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng phương án UHPC NC Việc đánh giá tác động vòng đời cơng trình cầu thực phần mềm OpenLCA sở liệu Ecoinvent Trước tiên, nhóm nghiên cứu tính tốn tác động mơi trường m3 UHPC m3 NC cách tổng hợp số liệu tác động môi trường thành phần vật liệu cấu thành nên UHPC NC Những số liệu khai thác sở liệu Ecoinvent Sau đó, tác động mơi trường phương án so sánh, tính riêng cho dầm, xác định cách nhân lên theo khối lượng dầm phương án Tác động mơi trường tính chung cho tồn cầu tính tổng hợp tác động môi trường loại vật liệu cấu tạo cầu 2.5 Phương pháp điều tra xã hội học Phương pháp điều tra xã hội học sử dụng để thu thập ý kiến chuyên gia nhằm kiểm định phù hợp hệ tiêu đánh giá đề xuất, xác định tầm quan trọng (trọng số) tiêu đánh xác định giá trị tiêu định tính Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu định lượng thông qua câu hỏi khảo sát Đối tượng khảo sát nhắm tới chuyên gia lĩnh vực vật liệu xây dựng, thiết kế, xây dựng, quản lý cơng trình cầu Nội dung câu hỏi khảo sát gồm phần: Phần 1: Thông tin người khảo sát Nhóm nghiên cứu hỏi thơng tin số năm hoạt động lĩnh vực xây dựng, vai trò hoạt động người khảo sát lĩnh vực xây dựng Phần 2: Khảo sát mức độ hiểu biết UHPC thiết kế, xây dựng cơng trình cầu Nhóm nghiên cứu đưa câu hỏi riêng mức độ hiểu biết UHPC mức độ hiểu biết thiết kế, xây dựng, bảo trì, quản lý cơng trình cầu chun gia, từ đánh giá mức độ tin cậy thông tin phản hồi từ chuyên gia khảo sát Phần 3: Khảo sát hệ tiêu đánh giá, so sánh phương án sử dụng UHPC phương án sử dụng NC thiết kế, xây dựng quản lý sử dụng, bảo trì cơng trình cầu quy mơ vừa nhỏ Các câu hỏi phần nhằm thu thập ý kiến chuyên gia hệ tiêu đánh giá, trọng số tiêu dùng so sánh phương án sử dụng UHPC phương án sử dụng NC thiết kế, xây dựng quản lý sử dụng, bảo trì cơng trình cầu quy mơ vừa nhỏ Trong phần tiêu định tính mơ hình so sánh chun gia cho điểm theo hướng dẫn Kết nghiên cứu bàn luận Kết nghiên cứu đề tài thể phần đề xuất phương pháp luận phần áp dụng thực tiễn đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật sử dụng UHPC vào công trình cầu quy mơ vừa nhỏ Việt Nam, cụ thể sau: 3.1 Đề xuất mơ hình đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật ứng dụng UHPC vào cơng trình cầu Để đạt mục đích nghiên cứu đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật ứng dụng UHPC vào cơng trình cầu nhóm nghiên cứu xây dựng mơ hình so sánh phương án sử dụng UHPC với phương án sử dụng NC vào cơng trình cầu Hàm mục tiêu để so sánh tiêu tổng hợp không đơn vị đo Số phương án đưa so sánh 02 phương án với điều kiện phương án thỏa mãn u cầu cơng cơng trình Số tiêu đề xuất đưa vào mơ hình tính tốn 35 tiêu, chia làm nhóm Bảng Chi tiết tiêu đề xuất trình bày phần kết tính tốn áp dụng mơ hình đánh giá cho cầu dân sinh An Thượng 49 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Đề xuất nhóm tiêu đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật Nhóm tiêu Các mục tiêu cần đạt phương án Số tiêu Kỹ thuật Đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế dự án tiêu chuẩn ngành 16 Kinh tế Tối thiểu hóa chi phí và/ mang lại thu nhập dương cho dự án Môi trường Đáp ứng yêu cầu luật văn pháp quy liên quan tối thiểu hóa tác hại (và/ tối đa hóa tác động có lợi) lên mơi trường đất, khơng khí, nước chịu tác động dự án Xã hội Đáp ứng yêu cầu luật văn pháp quy liên quan tối thiểu hóa tác hại (và/ tối đa hóa tác động có lợi) lên mơi trường văn hóa, dân cư, di sản, khảo cổ, sức khỏe, thẩm mỹ 3.2 Kết điều tra xã hội học Từ 200 phiếu câu hỏi khảo sát gửi đi, có tất 160 phiếu phản hồi thu thập từ chuyên gia xây dựng, tương ứng với tỷ lệ phản hồi 80% Trong có phiếu bị loại bỏ không hợp lệ (thiếu câu trả lời câu trả lời không thống nhất) Như có 154 phiếu khảo sát sử dụng để phân tích Tất chuyên gia hỏi hoạt động lĩnh vực thiết kế, thi công quản lý xây dựng cầu, 44,16% có kinh nghiệm từ năm đến 15 năm 14,94% có kinh nghiệm 15 năm trở lên Điều giúp đảm bảo độ tin cậy câu trả lời khảo sát Có 95,45% số chuyên gia tham gia khảo sát đồng ý với hệ tiêu kinh tế - kỹ thuật mà nhóm nghiên cứu đề xuất, nên nhóm định giữ nguyên hệ tiêu đánh giá đề xuất để đưa vào mơ hình đánh giá Sau thu thập ý kiến chuyên gia tầm quan trọng tiêu đánh giá, nhóm nghiên cứu chuyển đổi mức độ tầm quan trọng thành số theo thang đo Likert từ đến điểm xác định trọng số tiêu đánh giá theo bình quân điểm số chuyên gia cho 3.3 Kết so sánh phương án sử dụng UHPC với phương án sử dụng NC cho cầu dân sinh An Thượng a Giới thiệu hai phương án xây dựng cầu dân sinh An Thượng Cầu dân sinh An Thượng cầu vượt kênh thủy lợi phường An Tảo, thành phố Hưng Yên, tỉnh Hưng n (Hình 1), thí điểm áp dụng UHPC Đây cơng trình cầu ĐTXD mới, thay cho cầu An Tảo cũ, gây an tồn giao thơng cho người phương tiện qua lại Cơng trình thuộc dự án nhóm C, chủ đầu tư Công ty TNHH dây & cáp điện Ngọc Khánh, tư vấn thiết kế Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Tân Phong, Trường Đại học Xây dựng chịu trách nhiệm thiết kế chế tạo dầm chủ sử dụng UHPC Để đánh giá hiệu sử dụng UHPC, nhóm nghiên cứu đưa phương án so sánh Một phương án thiết kế, thi công cầu An Thượng sử dụng dầm chủ UHPC, phương án thiết kế, thi công cầu sử dụng dầm chủ NC Phương án cầu sử dụng dầm UHPC thiết kế sơ đồ nhịp dài 21 m, tổng chiều dài cầu 31,1 m, cầu rộng m, gồm dầm chủ UHPC tiết diện chữ I, cao 0,72 m, đặt cách 1,75 m (Hình 2) Bản mặt cầu BTCT dày 19 cm, đỡ hệ ván khn chết sử dụng UHPC dày 35 mm, có kích thước 1,47 × m Mố cầu BTCT, móng cọc BTCT 30 × 30 cm gồm 14 cọc/mố 50 a Giới thiệu hai phương án xây dựng cầu dân sinh An Thượng Cầu dân sinh An Thượng cầu vượt kênh thủy lợi phường An Tảo, thành phố Hưng Yên, tỉnh Hưng Yên (Hình 1), thí điểm áp dụng UHPC Đây cơng trình cầu ĐTXD mới, thay cho cầu An Tảo cũ, gây an tồn giao thơng cho người phương tiện qua lại Cơng trình thuộc dự án nhóm C, chủ đầu tư Công ty TNHH dây & cáp điện Ngọc Khánh, tư vấn thiết kế Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Tân Phong, Trường Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Đại học Xây dựng chịu trách nhiệm thiết kế chế tạo dầm chủ sử dụng UHPC Vị trí xây dựng cầu dânMố sinh An Thượng sử móng dụng UHPC UHPC mm, kích thước 1,47x1 m cầu BTCT, cọc BTCT 30x30 cm Hìnhdày 35 VịHình trí 1.có xây dựng cầu dân sinh An Thượng sử dầm dụng dầm UHPC đánh giá hiệu sử dụng UHPC, nhóm nghiên cứu đưa phương án so sánh gồm 14 Để cọc/mố Một phương thiết thithước công 1,47x1 cầu An m Thượng sử dụngBTCT, dầm chủ UHPC, phương UHPC dày 35 án mm, cókế, kích Mố cầu móng cọcmột BTCT 30x30áncm thiết14 kế,cọc/mố thi công cầu sử dụng dầm chủ NC gồm Phương án cầu sử dụng dầm UHPC thiết kế sơ đồ nhịp dài 21 m, tổng chiều dài cầu 31,1 m, cầu rộng m, gồm dầm chủ UHPC tiết diện chữ I, cao 0,72 m, đặt cách 1,75 m (Hình 2) Bản mặt cầu BTCT dày 19 cm, đỡ hệ ván khuôn chết sử dụng Hình Mặt ngang cầu Thượng sử dụng Hình Mặt cắtcắtngang cầuAnAn Thượng sửUHPC dụng UHPC Phương án sử dụng dầm NC thiết kế sơ đồ nhịp 21 m, tổng chiều dài cầu 31,1 m, cầu rộng m gồm phiến dầm chủ sử dụng NC dạng dầm hộp, đặt liền nhau, dầm cao 0,8 m Hình Mặt cắt cầu Thượng sử dụng UHPC (Hình 3) Bản mặt cầu bằng2.BTCT dàyngang 15 cm MốAn cầu BTCT, móng cọc 30x30c m gồm Phương án sử dụng dầm án NC thiếtdầm kếNC sơthiết đồ kế1 sơnhịp tổng cầum,31,1 Phương sử dụng đồ 21 nhịpm, 21 m, tổng chiều chiều dàidài cầu 31,1 cầu m, cầu rộng 20 cọc/mố rộng m gồm phiến dầm chủ sử dụng NC dạng dầm hộp, đặt liền nhau, dầm cao 0,8 gồm phiến dầm chủ sử dụng NC dạng dầm hộp, đặt liền nhau, dầm cao 0,8 m m(Hình 3) Bản Bản mặt cầu BTCT dày 15 cm Mố cầu BTCT, móng cọc 30x30c m gồm cầu BTCT dày(Hình 15 3) cm Mố cầu BTCT, móng cọc 30 × 30 cm gồm 20 cọc/mố 20 cọc/mố Hình Mặt cắt ngang cầu An Thượng sử dụng NC Hình 3.Hình Mặt3 cắt Thượng sử dụng Mặt ngang cắt ngangcầu cầu An An Thượng sử dụng NC NC 51 5m mặt Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Hai phương án thiết khác chủ yếu kết cấu dầm, kết cấu hệ mặt cầu số lượng cọc, ra, dự án thi cơng cơng trình cầu An Thượng thực công việc khác thi công đường dẫn đầu cầu, bao gồm đường mặt đường, thi công mố cầu, đắp đất tứ nón chân khay Các công việc coi giống phương án so sánh b Xác định giá trị tiêu so sánh theo tiêu thành phần Có 35 tiêu chia thành nhóm chi tiêu đề xuất Các tiêu định lượng xác định giá trị cụ thể theo phương án ĐTXD đề xuất, tiêu định tính lượng hóa cách lấy ý kiến chuyên gia Đối với nhóm tiêu phản ảnh mặt kinh tế: vào thành phần cấu tạo phương pháp tổ chức sản xuất, nhóm nghiên cứu tính tốn chi phí cho m3 UHPC 18.859.751 đồng NC 3.917.262 đồng Trên sở khối lượng phương án mặt giá tại, nhóm nghiên cứu tính tốn tiêu so sánh thuộc nhóm tiêu kinh tế thể Bảng Bảng Các tiêu kinh tế phương án TT Chỉ tiêu (i) Đơn vị Chi phí ĐTXD cầu Chi phí ĐTXD dầm cầu Chi phí bảo trì cầu (cho vòng đời tính chiết khấu tại) Chi phí vòng đời tài cầu Suất đầu tư/m2 mặt cầu Mức nội địa hóa cầu Hao phí lao động sống/m2 mặt cầu đồng đồng đồng đồng PA dùng UHPC đồng/m2 % công/m2 PA dùng NC Trọng số (%) 4.509.222.743 626.838.203 975.648.059 5.060.393.623 898.300.764 1.040.030.946 3,245 3,010 2,962 5.484.693.722 6.100.424.569 2,908 39.598.188 97,252 41,927 44.440.095 100,000 48,275 2,932 2,826 2,746 Mặc dù chi phí cho m3 UHPC cao gần gấp lần chi phí cho m3 NC chi phí ĐTXD cho hệ dầm UHPC nhỏ chi phí ĐTXD cho hệ dầm NC Nguyên nhân tính vượt trội khả chịu lực dầm UHPC làm cho số lượng dầm cần thiết phương án cầu UHPC nhỏ phương án cầu NC Tương tự vậy, chi phí ĐTXD phương án cầu UHPC nhỏ phương án cầu NC phương án cầu UHPC có số dầm hơn, số gối cầu số cọc Những lợi tính chịu lực vượt trội UHPC mang lại So sánh tiêu chi phí bảo trì cầu thấy lợi mặt chi phí cầu UHPC Lợi tính bền vững UHPC mang lại Từ lợi chi phí ĐTXD chi phí bảo trì cầu dẫn đến chi phí vòng đời phương án cầu UHPC nhỏ phương án cầu NC nhiều Đây hiệu kinh tế việc sử dụng UHPC cho cầu dân sinh An Thượng Nhóm tiêu phản ảnh mặt kỹ thuật gồm tiêu định lượng tiêu định tính Các tiêu định lượng xác định giá trị dựa số liệu từ phương án thiết kế, thi công, tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng cơng trình cầu Đối với tiêu định tính, giá trị số tiêu xác định cách lấy ý kiến chuyên gia thông qua câu hỏi khảo sát, lấy phương án sử dụng NC làm gốc so sánh Kết xác định giá trị tiêu phản ảnh mặt kỹ thuật thể Bảng Bảng 52 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Các tiêu kỹ thuật định lượng PA STT Chỉ tiêu (i) Đơn vị PA dùng UHPC PA dùng NC Trọng số (%) Tuổi thọ dầm cầu Tuổi thọ toàn cầu Khối lượng dầm cầu Khối lượng toàn cầu Thời gian đúc dầm cầu Thời gian cẩu, lắp dầm cầu cầu trường Tổng thời gian xây dựng tồn cơng trình cầu Chu kỳ tu bảo dưỡng cầu năm năm tấn tháng tháng 100 100 32,977 1.002,348 1,5 0,25 100 100 146,250 1.212,828 2,5 0,5 3,303 3,250 2,877 2,743 2,646 2,606 tháng năm 30 5,5 30 2,879 2,863 Do phương án thiết kế cầu An Thượng sử dụng dầm UHPC, phận kết cấu khác dùng NC, nên so sánh phương án tạm coi tuổi thọ dầm, cầu nhau, có nhiều nghiên cứu cấu kiện UHPC có tuổi thọ cao NC Bảng Các tiêu kỹ thuật định tính PA STT Chỉ tiêu (i) Khả vượt nhịp dầm cầu Chiều cao thông thuyền dầm cầu Mức độ đơn giản khâu chế tạo dầm cầu mặt kỹ thuật thi công Mức độ đơn giản khâu chế tạo dầm cầu mặt tổ chức thi công Mức độ đơn giản khâu cẩu lắp dầm mặt kỹ thuật thi công Mức độ đơn giản khâu cẩu lắp dầm mặt tổ chức thi công Mức độ đơn giản thi cơng tồn cầu mặt kỹ tht thi cơng Mức độ đơn giản thi cơng tồn cầu mặt tổ chức thi công Đơn vị PA dùng UHPC PA dùng NC Trọng số (%) điểm 3,861 3,266 điểm 3,681 2,874 điểm 2,444 2,792 điểm 2,597 2,692 điểm 3,097 2,692 điểm 3,083 2,641 điểm 2,875 2,725 điểm 2,903 2,715 Phương án sử dụng NC coi phương án gốc, tiêu có điểm 3, tiêu phương án sử dụng UHPC chuyên gia cho điểm từ đến (từ đến tốt) 53 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Theo kết khảo sát, chuyên gia cho phương án sử dụng UHPC đơn giản phương án sử dụng NC khâu cẩu lắp dầm (cả mặt kỹ thuật thi công biện pháp thi công), phức tạp khâu sản xuất dầm, thi cơng tồn cầu Khi xem xét yếu tố tác động đến môi trường UHPC NC, nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp LCA tiêu Nhu cầu lượng tích lũy CED (MJ quang Eq), Tiềm nóng lên tồn cầu (kg CO2 Eq) Kết phân tích phương án trình bày Bảng Bảng Các tiêu môi trường PA STT Chỉ tiêu (i) Nhu cầu lượng tích lũy hệ dầm cầu Nhu cầu lượng tích lũy tồn cầu Tiềm nóng lên tồn cầu hệ dầm cầu Tiềm nóng lên tồn cầu tồn cầu Tác động mơi trường q trình chế tạo thi cơng dầm cầu Tác động mơi trường q trình chế tạo thi cơng tồn cầu Tác động mơi trường q trình vận hành cầu Tác động đến mơi trường cầu suốt vòng đời Đơn vị PA dùng UHPC PA dùng NC Trọng số (%) MJ Quang Eq MJ Quang Eq Kg CO2 Eq 28.526,87 51.253,90 2,509 Kg CO2 Eq 140.754,63 190.303,73 2,558 Kg CO2 Eq 8,654 9,257 2,479 34,434 40,423 2,557 30.611,795 54.249,840 2,847 Kg CO2 Eq 171.772,63 224.782,59 2,960 Kg CO2 Eq 413.753,48 413.777,79 2,902 Kg CO2 Eq 585.526,11 638.560,39 2,871 Kết tính tốn tác động mơi trường việc sản xuất m3 UHPC phát thải 2.647,63 kg CO2 Eq, tính theo tiêu Tiềm nóng lên toàn cầu GWP 100a, tiêu hao 0,8195 MJ Eq quang năng, tính theo tiêu Nhu cầu lượng tích lũy CED Hai tiêu NC 980 kg CO2 Eq 0,177 MJ Eq Có thể thấy tác động mơi trường UHPC lớn nhiều so với NC UHPC sử dụng lượng vật liệu cô đặc, hàm lượng cao Nhưng phương án thiết kế xây dựng cầu An Thượng, phương án sử dụng hệ dầm UHPC lại thể tác động môi trường thấp phương án sử dụng hệ dầm NC, phương án sử dụng UHPC sử dụng vật liệu so sánh tổng thể Khi nghiên cứu hiệu xã hội UHPC, nhóm nghiên cứu đề xuất tiêu tính thẩm mỹ dầm cầu Do UHPC có tính kỹ thuật vượt trội so với NC, thể qua cường độ chịu nén chịu uốn tốt, chịu loại tải trọng, cấu kiện sử dụng UHPC có tiết diện (kích thước) yêu cầu nhỏ nhiều so với cấu kiện sử dụng NC Vậy nên ứng dụng UHPC vào cơng trình cầu, cụ thể dầm cầu, dầm UHPC có chiều cao nhỏ hơn, tiết diện mảnh so với dầm NC Ngoài ra, khâu sản xuất cấu kiện UHPC phức tạp nhiều so với cấu kiện NC, UHPC sử dụng cốt liệu mịn, dễ phát tán không khí, nữa, 54 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng sợi thép có đường kính nhỏ gây thương tích cho cơng nhân q trình sản xuất Nên nhóm nghiên cứu đề xuất tiêu vào nhóm hiệu xã hội Khả cải thiện mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động Khả cải thiện mức yêu cầu trang bị bảo hộ lao động Khi so sánh phương án lấy phương án sử dụng NC làm gốc Kết trình bày Bảng Bảng Các tiêu xã hội PA STT Chỉ tiêu (i) Tính thẩm mỹ dầm cầu Tính thẩm mỹ tồn cầu Khả cải thiện mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động chế tạo lắp dựng cầu Khả cải thiện mức yêu cầu trang bị bảo hộ lao động chế tạo lắp dựng cầu Đơn vị PA dùng UHPC PA dùng NC Trọng số (%) điểm điểm điểm 3,764 3,653 2,931 3 2,952 3,151 3,030 điểm 2,972 3,054 Theo ý kiến chuyên gia, phương án sử dụng UHPC cải thiện tính thẩm mỹ cho dầm cho toàn cầu so sánh với phương án sử dụng NC gây ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động cần yêu cầu trang bị bảo hộ lao động nhiều cho công nhân c Kết so sánh tổng hợp Hàm mục tiêu tiêu tổng hợp không đơn vị đo với hướng biến thiên nhỏ tốt Căn vào kết xác định giá trị tiêu, trọng số tiêu xác định phương pháp chun gia, việc tính tốn tiêu tổng hợp không đơn vị đo phương án thể Bảng Bảng Bảng tính tiêu tổng hợp không đơn vị đo STT Tên tiêu (i) I Nhóm tiêu kỹ thuật Tuổi thọ dầm cầu Tuổi thọ toàn cầu Khối lượng dầm cầu Khối lượng toàn cầu Khả vượt nhịp dầm cầu Chiều cao thông thuyền dầm cầu Thời gian đúc dầm cầu Trọng số (Wi ), % Giá trị tiêu làm đơn vị đo Kết tính trị số khơng đơn vị đo PUHPC i PiNC ViUHPC ViNC 6=3×4 7=3×5 3,303 3,250 2,877 2,743 3,266 0,5 0,5 0,184 0,452 0,437 0,5 0,5 0,816 0,548 0,563 1,652 1,625 0,529 1,241 1,428 1,652 1,625 2,348 1,502 1,838 2,874 0,449 0,551 1,291 1,583 2,646 0,375 0,625 0,992 1,654 55 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng STT Tên tiêu (i) Trọng số (Wi ), % Giá trị tiêu làm đơn vị đo Kết tính trị số khơng đơn vị đo PUHPC i PiNC ViUHPC ViNC 6=3×4 7=3×5 Thời gian cẩu, lắp dầm cầu cầu trường Tổng thời gian xây dựng tồn cơng trình cầu Chu kỳ tu, bảo dưỡng cầu Mức độ đơn giản khâu chế tạo dầm cầu mặt kỹ thuật thi công Mức độ đơn giản khâu chế tạo dầm cầu mặt tổ chức thi công Mức độ đơn giản khâu cẩu lắp dầm mặt kỹ thuật thi công Mức độ đơn giản khâu cẩu lắp dầm mặt tổ chức thi công Mức độ đơn giản thi cơng tồn cầu mặt kỹ tht thi cơng Mức độ đơn giản thi cơng tồn cầu mặt tổ chức thi công 2,606 0,333 0,667 0,869 1,737 2,879 0,476 0,524 1,371 1,508 2,863 0,5 0,5 1,432 1,432 2,792 0,551 0,449 1,538 1,254 2,692 0,536 0,464 1,443 1,249 2,629 0,492 0,508 1,293 1,335 2,641 0,493 0,507 1,302 1,338 2,725 0,511 0,489 1,392 1,334 2,715 0,508 0,492 1,380 1,335 3,245 3,010 2,962 0,471 0,411 0,484 0,529 0,589 0,516 1,529 1,237 1,434 1,716 1,773 1,528 2,908 0,473 0,527 1,377 1,531 2,932 2,826 2,746 0,471 0,507 0,465 0,529 0,493 0,535 1,382 1,433 1,276 1,551 1,393 1,469 2,479 0,483 0,517 1,198 1,281 10 11 12 13 14 15 16 II III Nhóm tiêu kinh tế Chi phí ĐTXD cầu Chi phí ĐTXD dầm cầu Chi phí bảo trì cầu (cho vòng đời tính chiết khấu tại) Chi phí vòng đời tài cầu Suất đầu tư/1 m2 mặt cầu Mức nội địa hóa cầu Hao phí lao động sống/1 m2 mặt cầu Nhóm tiêu môi trường Mức tiêu hao lượng dầm cầu 56 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng STT Tên tiêu (i) Trọng số (Wi ), % Giá trị tiêu làm đơn vị đo Kết tính trị số khơng đơn vị đo PUHPC i PiNC ViUHPC ViNC 6=3×4 7=3×5 Mức tiêu hao lượng toàn cầu Mức phát thải khí CO2 dầm cầu Mức phát thải khí CO2 tồn cầu Tác động mơi trường q trình chế tạo thi cơng dầm cầu Tác động mơi trường q trình chế tạo thi cơng tồn cầu Tác động mơi trường q trình vận hành cầu Tác động đến mơi trường cầu suốt vòng đời (thơng qua việc phân tích vòng đời Life Cycle Assessment - LCA) 2,557 0,460 0,540 1,176 1,381 2,509 0,358 0,642 0,897 1,612 2,558 0,425 0,575 1,087 1,470 2,847 0,361 0,639 1,027 1,820 2,960 0,433 0,567 1,282 1,678 2,902 0,500 0,500 1,451 1,451 2,871 0,478 0,522 1,373 1,498 2,952 3,151 0,443 0,451 0,557 0,549 1,309 1,421 1,643 1,730 3,030 0,506 0,494 1,533 1,497 3,054 0,502 0,498 1,534 1,520 45,734 54,266 IV Nhóm tiêu xã hội Tính thẩm mỹ dầm cầu Tính thẩm mỹ toàn cầu Mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động chế tạo lắp dựng cầu Mức yêu cầu trang bị bảo hộ lao động chế tạo lắp dựng cầu Chỉ tiêu tổng hợp không đơn vị đo phương án Với kết tính tốn tiêu tổng hợp khơng đơn vị đo phương án sử dụng UHPC 45,734 điểm, phương án sử dụng NC 54,266 điểm phương án sử dụng hệ dầm UHPC có hiệu kinh tế - kỹ thuật tổng hợp cao so với phương án sử dụng hệ dầm NC mơ hình đánh giá cho cầu dân sinh An Thượng 57 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Kết luận Từ kết nghiên cứu đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật phương án sử dụng UHPC cho xây dựng cầu dân sinh An Thượng so với phương án sử dụng NC rút kết luận sau: - Điểm mạnh UHPC so với NC: + Tính chất lý tính kỹ thuật vượt trội; + Độ bền cao - Điểm yếu UHPC so với NC: + Chi phí đầu tư ban đầu cho m3 cấu kiện UHPC cao nhiều; + Tác động mơi trường tính cho m3 cấu kiện UHPC cao Tuy nhiên hiệu UHPC thể việc khai thác tính ưu việt lý kỹ thuật UHPC làm cho khối lượng xây dựng cơng trình sử dụng cấu kiện UHPC nhỏ khối lượng xây dựng cơng trình sử dụng cấu kiện NC giải toán so sánh tổng thể cơng trình cầu, từ dẫn đến việc sử dụng UHPC có hiệu cao so với việc sử dụng NC, cụ thể sau: - Hiệu tổng hợp thông qua tiêu tổng hợp không đơn vị đo cho thấy phương án xây dựng cầu UHPC có lợi ích so với phương án xây dựng cầu dùng NC; - Chi phí ĐTXD hệ dầm cầu dùng UHPC nhỏ hệ dầm cầu dùng NC; - Chi phí vòng đời tồn cầu phương án dùng UHPC nhỏ so với phương án dùng NC; - Tác động môi trường hệ dầm cầu dùng UHPC nhỏ phương án dùng NC; - Tác động mơi trường cơng trình cầu phương án dùng UHPC nhỏ so với phương án dùng NC Từ đánh giá cho thấy việc phát triển ứng dụng UHPC cho xây dựng cơng trình cầu nói riêng xây dựng cơng trình nói chung hứa hẹn mang lại lợi ích cao hơn, cần phải khuyến khích Tuy nhiên phải thấy việc sử dụng UHPC thay cho NC xây dựng cơng trình cần phải tính tốn, so sánh cho trường hợp cụ thể lẽ trường hợp dùng UHPC có hiệu so với phương án dùng NC Có thể khẳng định tổng quát phương án dùng UHPC có hiệu cao phương án dùng NC dùng UHPC làm giảm đáng kể khối lượng xây dựng cơng trình khai thác tính kỹ thuật vượt trội UHPC Tài liệu tham khảo [1] Stengel, T., Schießl, P (2014) Life cycle assessment (LCA) of ultra high performance concrete (UHPC) structures Eco-efficient Construction and Building Materials, Elsevier, 528–564 [2] Russell, H G., Graybeal, B A (2013) Ultra-high performance concrete: A state-of-the-art report for the bridge community The Federal Highway Administration, Report No: FHWA-HRT-13-060 [3] Alkaysi, M., El-Tawil, S., Liu, Z., Hansen, W (2016) Effects of silica powder and cement type on durability of ultra high performance concrete (UHPC) Cement and Concrete Composites, 66:47–56 [4] Lee, C D., Kim, K.-B., Choi, S (2013) Application of ultra-high performance concrete to pedestrian cable-stayed bridges Journal of Engineering Science and Technology, 8(3):296–305 [5] Ultra High Performance Concrete – Pathway to Commercialization (2011) Ultra High Performance Concrete (UHPC) Workshop Department of Homeland Security - Science and Technology, Columbia University, New York City, NY [6] Tadros, M K., Morcous, G (2009) Application of ultra-high performance concrete to bridge girders Final Reports & Technical Briefs from Mid-America Transportation Center, Report No: SPR-P1(08)P310, University of Nebraska-Lincoln 58 Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [7] Stengel, T., Schießl, P (2009) Life cycle assessment of UHPC bridge constructions: Sherbrooke footbridge, Kassel Găartnerplatz footbridge and Wapello road bridge Architecture Civil Engineering Environment Journal, 1:109–118 [8] Chọn, N V (1996) Những sở lý luận kinh tế đầu tư thiết kế xây dựng Tủ sách sau đại học, Trường Đại học Xây dựng [9] Chọn, N V (2001) Kinh tế đầu tư (Tập 1) Nhà xuất Thống kê [10] Chọn, N V (2001) Kinh tế đầu tư (Tập 2) Nhà xuất Thống kê [11] Chọn, N V (2003) Kinh tế đầu tư xây dựng Nhà xuất Xây dựng [12] Bakhoum, E S., Brown, D C (2012) Developed sustainable scoring system for structural materials evaluation Journal of Construction Engineering and Management, 138(1):110–119 [13] Bakhoum, E S., Brown, D C (2015) An automated decision support system for sustainable selection of structural materials International Journal of Sustainable Engineering, 8(2):80–92 59 ... chuyên gia cho 3.3 Kết so sánh phương án sử dụng UHPC với phương án sử dụng NC cho cầu dân sinh An Thượng a Giới thiệu hai phương án xây dựng cầu dân sinh An Thượng Cầu dân sinh An Thượng cầu vượt... dựng cầu UHPC với phương án xây dựng cầu NC, áp dụng cụ thể cho cầu dân sinh An Thượng, thành phố Hưng Yên Để thực tốn so sánh này, nhóm nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu. .. Chương trình khoa học cơng nghệ cấp Nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) xây dựng cầu quy mô nhỏ trung bình” Đây chương trình nghiên cứu gồm nhiều đề tài thành phần, nghiên cứu