Nghiên cứu nguyên nhân hư hỏng của các cấu kiện bê tông cốt thép trong công trình cảng dưới tác động của môi trường biển và các biện pháp xử lý

Sự suy giảm cường độ chịu lực của các cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) trong công trình cảng diễn ra tương đối nhanh so với các công trình dân dụng khác có thể gây ra bởi các yếu tố xâm thực của môi trường biển. Sự xuống cấp của các cấu kiện này không những phụ thuộc vào hàm lượng xâm nhập của Sulphate (SO2− 4 ) và Chloride (Cl – ) từ môi trường biển vào cốt thép mà còn khác nhau giữa các vùng tác động lên cấu kiện BTCT. Do đó, phân tích chính xác các nguyên nhân dẫn đến sự xuống cấp và hư hỏng cấu kiện BTCT trong công trình cảng là một nhiệm vụ cấp thiết. Trên cơ sở các phân tích, bài báo đề xuất các biện xử lý đối với từng loại hư hỏng ở từng vị trí cụ thể trên cấu kiện nhằm khắc phục và nâng cao tuổi thọ cho công trình cảng trong vùng biển Việt Nam.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 14 (2V): 107–121 NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG CỦA CÁC CẤU KIỆN BÊ TƠNG CỐT THÉP TRONG CƠNG TRÌNH CẢNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG BIỂN VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ Vũ Quốc Hưnga,∗ a Khoa Công trình thủy, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 08/08/2019, Sửa xong 19/03/2020, Chấp nhận đăng 21/04/2020 Tóm tắt Sự suy giảm cường độ chịu lực cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) công trình cảng diễn tương đối nhanh so với cơng trình dân dụng khác gây yếu tố xâm thực môi trường biển Sự xuống cấp cấu kiện phụ thuộc vào hàm lượng xâm nhập Sulphate (SO2− ) Chloride (Cl – ) từ môi trường biển vào cốt thép mà khác vùng tác động lên cấu kiện BTCT Do đó, phân tích xác nguyên nhân dẫn đến xuống cấp hư hỏng cấu kiện BTCT cơng trình cảng nhiệm vụ cấp thiết Trên sở phân tích, báo đề xuất biện xử lý loại hư hỏng vị trí cụ thể cấu kiện nhằm khắc phục nâng cao tuổi thọ cho cơng trình cảng vùng biển Việt Nam Từ khố: suy giảm cường độ bê tơng cốt thép; ăn mòn cốt thép; xâm nhập Cl – ; carbonat hóa CAUSES OF REINFORCED CONCRETE DETERIORATION IN BERTHING STRUCTURES UNDER MARINE ENVIRONMENT AND PROPOSED SOLUTIONS Abstract Derterioration of reinforced concrete in berthing structures has been occurring more rapidly in comparison with that of civil engineering structures due to probably the penetration of marine environments This derterioration – depends on not only the penetration of Sulphate (SO2− ) and Chloride (Cl ) from the marine environment, but also different components of reinforced concrete where marine environment attacks Therefore, it is important to accurately determine the cause of these damage Based these analyses, the detailed solutions are proposed to improve the lifetime of berthing structures in Vietnam’s seas Keywords: reinforced concrete deterioration; corrosion of reinforced steel; penetration of Cl – ; carbonation https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(2V)-10 c 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Đặt vấn đề Hệ thống cảng biển Việt Nam khai thác có khoảng 272 bến cảng, 350 cầu cảng, tổng chiều dài tuyến bến đạt khoảng 92,2 km [1] Phần lớn kết cấu cảng cấu kiện bê tông cốt thép Nhiều cầu cảng xây dựng từ thập niên 70, 80 kỷ trước có dấu hiệu xuống cấp nghiêm trọng ảnh hưởng đến việc khai thác an toàn lao động Tốc độ xuống cấp diễn nhanh, nhiều cơng trình có tuổi thọ thiết kế 30÷40 năm, xong bị hư hỏng sau 10÷20 năm sử dụng, chí có cơng trình xuất dấu hiệu xuống cấp sau 7-10 năm sử dụng [2, 3] ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: hungvq@nuce.edu.vn (Hưng, V Q.) 107 cầu cảng, tổng chiều dài tuyến bến đạt khoảng 92,2 km [1] Phần lớn kết cấu cảng cấu kiện bê tông cốt thép Nhiều cầu cảng xây dựng từ thập niên 70, 80 kỷ trước có dấu hiệu xuống cấp nghiêm trọng ảnh hưởng đến việc khai thác an toàn lao động Tốc độ xuống cấp diễn nhanh, nhiều cơng trình có tuổi thọ thiết kế 30÷40 năm, xong bị hư hỏng chỉHưng, sau 10÷20 sửKhoa dụng,học chínghệ có cơng trình xuất dấu V Q / năm Tạp chí Cơng Xây dựng hiệu xuống cấp sau 7-10 năm sử dụng[2, 3] Điển hình thực trạng xuống cấp bến Điển hình thực trạng xuống cấp bến cầu tàu 5000T cảng Thị Nại (Quy Nhơn) phản ánh cầu tàu 5000T cảng Thị Nại (Quy Nhơn) phản ánh thời gian gần ví thời gian gần ví dụ [4] Theo khảo sát, lớp bê tông cầu tàu bị bong tróc, trơ cốt dụ [4] Theo khảo sát, lớp bê tơng cầu tàu bị bong tróc, trơ cốt thép kèm theo nhiều vết thép kèm theo nhiều vết nứt dọc (Hình 1) nứt dọc (Hình 1) Hình 5000T cảng cảng Thị Thị Nại Nại [4] [4] Hình 1 Thực Thực trạng trạng xuống xuống cấp cấp cầu cầu cảng cảng 5000T Từ thực trạng cho thấy, nhu cầu sửa chữa xây cơng trình cảng dọc bờ Từ thực trạng cho thấy, nhu cầu sửa chữa xây cơng trình cảng dọc bờ biển biển Việt Nam lớn Do đó, phân tích ngun nhân gây tình trạng xuống cấp Việt Nam lớn Do đó, phân tích ngun nhân gây tình trạng xuống cấp cấu kiện cấu kiện BTCT cơng trình cảng biện pháp hạn chế, khắc phục vấn đề BTCT công trình cảng biện pháp hạn chế, khắc phục vấn đề cấp thiết Phâncấp tíchthiết dấu hiệu xuống cấp từ thực tế khảo sát cho thấy, hư hỏng suy giảm cường độ kết cấu BTCT diễn ratếtương nhanh cấu BTCT Phân tích dấucơng hiệu trình xuốngcảng cấp từ thực khảo đối sát cho thấy,sosựvới hưcác hỏng kiện suy giảm cơngcường trình dân dụng [1, BTCT 5] Ngun nhân trình hư hỏng nàyđối thơng kê độ cáckhác kết cấu công cảng diễn tương nhanh so với cácchia theo nhómcấu bao gồm: điều kiện môi trường chiếm khoảng 45%, tải khai thác chiếm kiện BTCT cơng trình dân dụng khác [1, 5] Nguyên nhân hư hỏng 20%, sai sót thiếtthơng kế vàkê thivàcơng nguyên nhânkiện khác [6].khoảng Trong đó, kết chia chiếm theo các20%, nhómvàbao gồm : điều mơichiếm trường15% chiếm hư hỏng BTCT cácchiếm nhóm nguyên nhân vathiết chạm họccông chiếm tàu, giải pháp 45%, cấu kiện tải khaido thác 20%, sai sót kế thi 20%, kết cấu chưa hợpcác lý, nguyên khai thác vượt tải,chiếm thường dễ quahưcác biểu nứt,do gãy, nhân khác 15% [6] Trongphát đó, kết hỏng cấuhiện kiệnnhư BTCT cáchỏng cấu kiện, qua có nhân hướng lý kịp thời vậy, hỏng bởivượt ngun nhómđóngun va xử chạm học củaVìtàu, giảihưpháp kếtcấu cấukiện chưaBTCT hợp lý,gây khairathác nhân nàytải nằmthường ngoàidễ phạm vi nghiên cứu Ngược lại, hư hỏng cấu kiện BTCT môi trường biển phát phát qua biểu nứt, gãy, hỏng cấu kiện qua trình chậm, giai đoạn đầu Khi gây phátrahiện hư hỏng sẽdiễn có hướng xử lýkhó kịp phát thời Vì vậy, hư hỏng cấu kiện BTCT nguyên nhân xâm thực cường độ cấu kiện BTCT suy giảm đáng kể so với thiết kế ban đầu Do đó, mục tiêu nằm ngồi phạm vi nghiên cứu Ngược lại, hư hỏng cấu kiện BTCT mơi trường củabiển bàilàbáo tập chung vào phân tích nguyên nhân giải pháp sửa chữa cho cấu q trình diễn chậm, khó phát giai đoạn đầu Khi phát kiện hư BTCT cơnghỏng trìnhdocảng hưởngđộcủa trường biển.đáng Kếtkểquả xâm chịu thực ảnh cường củacác cấuđiều kiện kiện BTCTmơi suy giảm so nghiên với thiếtcứu kế báo dựa tổng kết lý thuyết ăn mòn cốt thép cho cấu kiện BTCT chịu ảnh hưởng yếu tố môi trường kết hợp với kinh nghiệm sửa chữa kiểm định số công trình cảng thực tế [7] Từ đó, giải pháp sửa chữa cấu kiện BTCT chia theo vùng chịu ảnh hưởng xâm thực Bên cạnh biện pháp sửa chữa thông dụng đổ bê tông gia cường vá cấu kiện, số giải pháp sử dụng keo dính đặc biệt, lưới cốt sợi (FRP), ống PileJax, giới thiệu biện pháp gia cường cơng trình cảng Việt Nam Các nguyên nhân hư hỏng cấu kiện BTCT cơng trình cảng chịu tác động mơi trường biển Các yếu tố mơi trường biển sóng, thủy triều, xâm thực mặn, nguyên nhân dẫn đến hư hỏng giảm tuổi thọ kết cấu BTCT cơng trình cảng Mức độ tác động 108 Hưng, V Q / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng khác theo vị trí cấu kiện BTCT, phân thành vùng tác động [8], trình bày Hình Vùng 1: vùng ln ngập nước vùng thấp mực nước triều thiên văn thấp (LAT) Các cấu kiện vùng ngập nước Vùng 2: vùng dao động mực nước triều, hình thành mực nước triều thiên văn cao (HAT) thấp (LAT) Đây vùng cấu kiện bị xâm thực mạnh Vùng 3: vùng sóng vỗ, nằm mực nước triều thiên văn cao Đây vùng tiếp xúc với nước biển theo chu kỳ Do sóng vỗ vào cấu kiện vỡ tạo thành vùng tiếp xúc pha lỏng pha khí nên xâm thực môi trường biển mạnh vùng Kết cấu dầm, mặt liên kết dầm cọc cơng trình cảng thường thường nằm vùng Vùng 4: vùng không thường xuyên chịu ảnh hưởng trực tiếp nước biển ngoại trừ thời điểm có sóng to gió lớn vỗ vượt lên mặt bến Nên Hình Vùng tác động mơi trường biển đến kết cấu cơng trình cảng chủ yếu hư hỏng cấu kiện BTCT vùng điều kiện khai thác Một nguyên nhân dẫn đến suy giảm cường độ bê tông công Sulphate – (SO2− ) Chloride (Cl ) carbonat hóa (CO2 ) mơi trường vào cốt thép [9] Về bản, cốt thép bê tông bảo vệ môi trường kiềm (pH > 12,5) hình thành từ thành phần hóa học xi măng Portland bê tông, biết đến lớp bảo vệ thụ động (Hình 3(a)) Lớp bảo vệ bị phá vỡ pH môi trường bê tông gần cốt thép giảm mạnh xâm nhập CO2 Cl – qua lỗ rỗng vết nứt vào bê tơng Q trình CO2 từ mơi trường khí thâm nhập vào bê tơng biết đến q trình carbonat hóa (Hình 3(b)) Sản phẩm trình hỗn hợp Fe2 O3 · H2 O, Fe(OH)2 – hay gọi rỉ sắt Lớp rỉ sắt xốp tích gấp đến lần thể tích cốt thép tạo nó, nên lớp rỉ sắt tạo áp lực lớn lên lớp bê tông bảo vệ gây tượng nứt bê (a) Lớp bảo vệ thụ động BTCT (b) Q trình cacbon hóa Hình Ăn mịn cốt thép gây carbon hóa 109 Hưng, V Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng tơng, đến thời điểm lớp bê tơng bị bong tróc [10] Hiện tượng bê tơng bị carbonát hóa thường xảy vùng Trong giai đoạn tích tích tụ hình thành rỉ sắt, tốc độ suy thoái cấu kiện BTCT biểu thị phát triển chiều sâu thâm nhập CO2 theo thời gian xác định công thức (1), (2) (3) theo TCVN 9343-12 [11]: √ x=k t (1) x chiều dày lớp bê tơng bị carbonat hóa (mm); k hệ số tốc độ carbonat hóa; t thời gian bê tơng chịu tác động xâm thực khí CO2 (năm) Thời gian cốt thép bắt đầu rỉ chiều dày bê tông bị carbonat hóa tiến sát tới vị trí cốt thép: C − 10 k tmax = (2) tmax khoảng thời gian kết cấu tồn môi trường đến cốt thép bắt đầu rỉ (năm); C chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép (mm); k hệ số tốc độ carbonat hóa xác định từ số liệu thực nghiệm Trong giai đoạn phát triển rỉ, tốc độ suy thoái kết cấu biểu thị tốc độ rỉ cốt thép theo thời gian tính tỷ lệ hao hụt bán kính cốt thép/năm ∆r = r0 − rt tcorr (3) ∆r mức hao hụt bán kính cốt thép bị rỉ năm (mm/năm); r0 bán kính cốt thép ban đầu (mm); rt bán kính cốt thép thời điểm kiểm tra (mm), tcorr thời gian cốt thép bị rỉ, tính từ thời điểm bắt đầu rỉ đến thời điểm kiểm tra (năm) Một nguyên nhân khác dẫn đến cốt thép bị ăn mòn thâm nhập Cl – , vấn đề nghiêm trọng cấu kiện BTCT cơng trình cảng thường xảy vùng vùng Hiện tượng ăn mòn cốt thép xâm nhập Cl – từ muối biển vào bê tông diễn hai giai đoạn Đầu tiên giai đoạn Cl – thâm nhập vào bê tông phá hủy lớp bảo vệ thụ động cốt thép cịn gọi q trình tích tụ điều kiện gây rỉ (Hình 4) Q trình diễn khoảng 5÷10 năm đầu [8] Giai đoạn biết đến giai đoạn phát triển rỉ, xác định từ cốt thép bị ăn mịn (hình thành rỉ sắt) cốt thép bị hư hỏng hồn tồn Mức độ ăn mịn cốt thép tăng đáng kể giai đoạn phụ thuộc đặc trưng môi trường xung quanh cốt thép hàm lượng O2 , điện trở suất nhiệt độ [12] (a) Quá trình Cl – phá hủy lớp bảo vệ thụ động (b) Sơ đồ suy giảm cường độ thép Hình Ăn mịn cốt thép gây thâm nhập Chloride 110 Hưng, V Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tốc độ suy thoái kết cấu biểu thị hàm lượng Cl – vị trí cốt thép theo thời gian tác động mơi trường biển, tính từ thời điểm bắt đầu, theo định luật Fick sau [11]: x C(x,t) = C0 − er f √ Dt (4) C(x,t) hàm lượng Cl – bê tơng vị trí x, thời điểm t, (kg/m3 ); C0 hàm lượng Cl – bề mặt kết cấu BTCT (kg/m3 ); t thời gian Cl – thâm nhập vào bê tơng tính từ thời điểm ban đầu (năm); D hệ số khuyếch tán Cl – bê tông (cm2 /năm) Trong giai đoạn rỉ, tốc độ xuống cấp kết cấu BTCT xác định tỷ lệ hao hụt bán kính cốt thép cơng thức (3) tính tỷ lệ suy giảm diện tích cốt thép/năm cơng thức sau: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020 Ft Xây Tạp chí Khoa học Công nghệ dựng NUCE 2020 − ∗ 100 Tạp Xây dựng NUCE Tạpchí chíKhoa Khoahọc họcCơng Cơngnghệ nghệ Xây dựng NUCE 2020 2020 F0 ∆F = tcorr (5) q cơng cơng trình trình sử sử dụng dụngBTCT, BTCT,trong trongkhi khiđó qtrình trìnhnày, này,carbonat carbonat hóa hóa có thể gặp gặp ởở tất ∆F diện tích suy giảm cốt thép năm (%); F diện tích cốt thép ban đầu (mm ); F -hóa t q trình carbonat gặp ởở tất cơng trình BTCT, q trìnhnày, này, carbonat gặp tất trình cơng trình sử dụng BTCT, q trình thâm nhập xảy chủ yếu cơng trình mà cósử Cl-dụng tồntại ởmơi mơitrong trường xung -hóa q thâm nhậptạiCl Cl xảy chủ yếu cơng mà có Cl tồn trường xung ); t thời gian cốt thép bị rỉ, tính từ thời điểm bắt trình diện tích cốt thép thời điểm kiểm tra (mm corr trình thâm nhập Cl xảy trình thâm Cl- -biển xảy rachủ chủyếu yếuởởcác cáccơng cơngtrình trình mà mà có có Cl Cl tồn tồn tại ởở môi môi trường trường xung xung quanh môi trường đầu rỉ đến thời điểm kiểm tra (năm) quanh môinhập trường biển quanh quanhnhư nhưmôi môitrường trườngbiển biển (a)Cọc Cọc BTCT bịbịăn ăn mịn theo hình (a) bị mịn hình (a)BTCT Cọc BTCT ăn mịn theotheo hình (a)Cọc CọcBTCT BTCTbịbịăn ănmịn mịntheo theohình hìnhcơn (a) (b) Bong BTCT (b)(b) Bong tróc sàn BTCT Bong tróc tróc sànsàn BTCT (b) Bong Bong tróc tróc sàn sàn BTCT BTCT (b) Hư hỏng lớp BT bảo vệ gờ chắn xe (d) Đứt cốt thép ăn mòn môi trường biển (c)Hư Hư(c)hỏng hỏng lớpBT BT bảo bảo vệ vệ gờ gờ chắn chắn xe xe (d) (c) lớp (d) Đứt Đứt cốt cốt thép thép doăn ănmịn mịntrong trongmơi mơi (c)Hư Hưhỏng hỏngHình lớp5.BT BT bảo vệ gờ chắn xe cấu(d) (c) lớp xe (d) Đứt cốt thép ăn mịn mơi Cácbảo dạngvệ hư gờ hỏngchắn điển hình kiện BTCT cơng trình cảng Đứt cốt thép ănbiển mịn mơi trường trường biển trường biển trường biển 111 Hình5.5.Các Cácdạng dạng hư hư hỏng hỏng điển điển hình hình của cấu Hình cấu kiện kiện BTCT BTCT trongcơng cơngtrình trìnhcảng cảng Hình Các dạng hư hỏng điển hình cấu kiện BTCT cơng trình cảng Hình Các dạng hư hỏng điển hình cấu kiện BTCT cơng trình cảng Cácbiện biệnpháp phápsửa sửachữa chữa và giảm giảm thiểu thiểu ăn ăn mòn 3.3.Các mòn cốt cốt thép thép Các biện pháp sửa chữa giảm thiểu ăn mòn cốt thép Hưng, V Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hư hỏng kết cấu BTCT cơng trình cảng đến từ bào mịn gây sóng, dòng chảy thường xuất vùng (vùng dao động triều) Trong vùng này, lớp bảo vệ không đủ dày, theo thời gian, cọc BTCT bị ăn mịn theo Hình 5(a) Lớp bê tông bảo vệ cốt thép mặt sàn dầm cầu tàu nằm vùng thường bị bong tróc lớp rỉ sắt hình thành từ xâm nhập CO2 Cl – (Hình 5(b)) Trong hai trình này, carbonat hóa gặp tất cơng trình sử dụng BTCT, q trình thâm nhập Cl – xảy chủ yếu cơng trình mà có Cl – tồn môi trường xung quanh môi trường biển Các biện pháp sửa chữa giảm thiểu ăn mòn cốt thép Các biện pháp sửa chữa giảm thiểu ăn mịn cốt thép cấu kiện BTCT cơng trình cảng phụ thuộc vào vị trí hư hỏng để tìm ngun nhân dẫn đến hư hỏng Mặt khác, việc đánh giá mức độ hư hỏng nhiệm vụ quan trọng để đưa hướng xử lý phù hợp [13] Về bản, việc khảo sát phải xác định cốt thép bị ăn mòn giai đoạn phát triển Hình 6, kết hợp với việc đánh giá kiểm tra số về: khả chịu lực, độ bền lại kết cấu so với yêu cầu theo TCVN 5574:2012 [14], từ so sánh với phân cấp hư hỏng trình bày Bảng 1, để đưa hướng xử lý phù hợp Hình Sơ đồ phát triển mức độ hư hỏng ăn mòn cốt thép theo thời gian Căn vào mức độ suy thoái, tốc độ suy thoái tầm quan trọng kết cấu khả tài chủ đầu tư, để cân nhắc lựa chọn hướng xử lý phù hợp cho kết cấu hư hỏng, cụ thể sau: - Hư hỏng cấp I: sửa chữa bảo vệ dự phịng cho kết cấu thuộc nhóm A - Hư hỏng cấp II: sửa chữa bảo vệ dự phịng cho kết cấu thuộc nhóm A B điều kiện tài cho phép thời gian sử dụng dài Các trường hợp khác cần tiếp tục theo dõi - Hư hỏng cấp III: gia cường sửa chữa cho kết cấu thuộc loại bảo trì Tuy nhiên, thời gian cịn lại cấu kiện khơng cịn dài tăng cường theo dõi, hạn chế sử dụng chống đỡ tạm thời cần 112 Hưng, V Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Phân cấp hư hỏng cấu kiện BTCT biện pháp khắc phục chung Cấp hư hỏng Các phương án khắc phục chung Mô tả trạng thái hư hỏng Mức độ hư hỏng theo yêu cầu kỹ thuật I Khơng có dấu hiệu hư hỏng thể bên kết cấu (tuy nhiên cốt thép giai đoạn tích tụ hình thành rỉ) - Khả chịu lực: đạt yêu cầu - Sự làm việc bình thường: đạt yêu cầu - Độ bền: đạt yêu cầu II Cốt thép rỉ nhẹ, gây nứt lớp bê tông bảo vệ chưa bong, lở Các dạng vết nứt khác với bề rộng < 0,5 mm - Khả chịu lực: đạt yêu cầu - Sự làm việc bình thường: đạt yêu cầu không đạt bề rộng vết nứt lớn mức cho phép - Độ bền: đạt yêu cầu không đạt yêu cầu ( kết cấu thuộc bảo trì loại A) III Cốt thép rỉ nặng, bê tông bảo vệ nứt to bong lở hồn tồn, có dấu ổn định mặt chịu lực - Khả chịu lực: đạt yêu cầu không đạt u cầu tùy vào tính tốn cụ thể - Sự làm việc bình thường: khơng đạt u cầu - Độ bền: không đạt yêu cầu (∆F ∆r vượt giá trị giới hạn) IV Kết cấu bị gãy gục, sụp - Khả chịu lực: không đổ đạt u cầu - Sự làm việc bình thường: khơng đạt yêu cầu - Độ bền: không đạt yêu cầu Sửa Gia Tăng cường Chống đỡ tạm thời Phá chữa cường theo dõi hạn chế sử dụng bỏ Ghi chú: Nhóm A: bảo trì phịng ngừa cho loại cơng trình đặc biệt quan trọng có tuổi thọ > 100 năm Nhóm B: bảo trì thơng thường cho cơng trình dân dụng cơng nghiệp có tuổi thọ thiết kế < 100 năm Nhóm C: nhóm cơng trình tạm, có niên hạn sử dụng 20 năm Nhóm D: thuộc nhóm cơng trình ngồi khơi, cơng trình ngầm cơng trình nước - Hư hỏng hạng IV: dỡ bỏ kết cấu trường hợp Nhìn chung, cơng trình cảng thuộc nhóm D nghiên cứu tập chung vào hướng xử lý cho cấu kiện thuộc hư hỏng cấp III Theo đó, nghiên cứu đề xuất ba hướng xử lý cho cấu kiện BTCT cơng trình cảng sau: - Khơi phục lại cường độ chịu lực kết cấu - Tăng cường độ chịu lực cho kết cấu - Khơi phục lại hình dạng bề mặt kết cấu 3.1 Biện pháp sửa chữa hư hỏng vùng Vùng vùng bị ngập nước, cơng tác sửa chữa vùng thường phải lên kế hoạch cụ thể theo hướng thời gian thi công nước ngắn phải liên quan đến cơng tác lặn Cách khắc phục vùng thường sử dụng bao gồm: sử dụng ống đổ bê tông 113 ường hợp vị trí bê tơng hư hỏng nằm liên kết cọc đất (Hình 7a.), việc h vị trí bê tơng bị hỏng nhiệm vụ cần thực (Hình 7b.) Ván khn Hưng, V Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng p đặt xung quanh cọc đảm bảo đủ không gian cho hai ống cấp bê tông đặt đối diện (Tremie pipe concrete), bơm bê tông áp lực cao (injection concrete), bơm vữa bê tông áp lực cao cốt thép gia cường (micro concrete) bơm chất kết dính đặc biệt (special epoxy) a Sử dụng ống đổ bê tông nước Trường hợp vị trí bê tơng hư hỏng nằm liên kết cọc đất (Hình 7(a)), việc làm vị trí bê tơng bị hỏng nhiệm vụ cần thực (Hình 7(b)) Ván khuôn lắp đặt xung quanh cọc đảm bảo đủ không gian cho hai ống cấp bê tông đặt đối diện hai bên cốt thép gia cường Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020 Trường hợp vị trí bê tơng hư hỏng nằm liên kết cọc đất (Hình 7a.), việc làm vị trí bê tơng bị hỏng nhiệm vụ cần thực (Hình 7b.) Ván khn lắp đặt xung quanh cọc đảm bảo đủ không gian cho hai ống cấp bê tông đặt đối diện hai bên cốt thép gia cường trí hư hỏng liên kết giữavà cọc đất nền rí hư hỏng nằm(a) ởVị liên kếtnằmgiữa cọc đất (a) Vị trí hư hỏng nằm liên kết cọc đất Làm lớp BTlớp hư hỏng (b)(b)Làm BT hư hỏng (b) Làm lớp BT hư hỏng Hình Sử dụng ống đổ bê tông xử lý phần BT hư hỏng cọc đất Hình Sử dụng ống đổ bê tông xửđổ bêlýtôngphần BTBThư hỏng cọc đất Hình Sử dụng ống xử lý phần hư hỏng cọc đất Trường hợp phần bê tông bị hư hại nằm khoảng vùng 1, túi vải địa kỹ thuật sử dụng thay cho hệ thống phần bê tơng làm Trường hợpván phầnkhn bê tơng (Hình bị hư hại8) nằmSau khoảng vùng 1, túihỏng vải địađược kỹ thuật có sạch, hệ thống thép gia cườngthểđược địathống kỹ ván thuật (Hình phần8.) BTSauhưkhihỏng, túitơng vảihỏng địa kỹ thuật đượclồng sử dụng thaytúi vải cho hệ khuôn phần bê làmtông sạch,hư hệ thống thép gia cường vảitúi địavùng kỹ thuật BTvải hư ường hợpkhóa phần bê tơng bị hại nằm tạiđược khoảng 1,phần túi địakhác kỹnhư thuật có kín trước bê bơm vào Cũng cólồng thểtrong thaytúi vải địa vật liệu hỏng, túi vải địa kỹ thuật khóa kín trước bê tơng bơm vào Cũng thay ống nhựa tổng hợp cốt sợi thủy tinh sợi carbon (PileJax) Sau đổ bê tông, ống c sử dụng thếthế cho hệbằng thống khn (Hình 8.) phần bê tơng hỏng túi vải địa vật liệuván khác ống nhựa tổng hợp cốt sợi thủySau tinh hoặckhi sợi carbon để lạithay phần kết cấu gia cường (PileJax) Sau đổ bê tông, ống để lại phần kết cấu gia cường m sạch, hệ thống thép gia cường lồng túi vải địa kỹ thuật phần BT hư i vải địa kỹ thuật khóa kín trước bê tơng bơm vào Cũng thay ải địa vật liệu khác ống nhựa tổng hợp cốt sợi thủy tinh sợi carbon ) Sau đổ bê tông, ống để lại phần kết cấu gia cường Hình Sử dụng ống đổ bê tông kết hợp túi vải địa kỹ thuật xử lý phần BT hư hỏng chìm Hình Sử dụng ống đổ bê tông kết hợp túi vải địa kỹ thuật xử lý phần BT hư hỏng chìm nước, nằm cọc 10 b Bơm bê tơng áp lực cao Phương pháp có ưu điểm chiều dày lớp bê tông gia cường nhỏ so với phương pháp sử dụng ống đổ bê tơng Tuy nhiên, phương pháp lại địi hỏi phải có thiết bị bơm bê tơng áp lực 114 Hưng, V Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng cao chuyên dụng Cốt liệu bê tông gia cường chia làm phần Phần thô với cốt liệu có đường kính cm ≤ d ≤ cm đặt trước với hệ thống cốt pha thép gia cường (Hình 9) Phần bê tơng (gồm vữa bê tông cốt liệu nhỏ < cm) bơm áp lực cao từ phía đáy cốt pha theo phương pháp dâng bê tơng nước Hình Sử dụng bơm bê tông áp lực cao xử lý phần BT hư hỏng c Bơm vữa bê tông áp lực cao Đây biện pháp đơn giản hóa phương pháp bơm bê tơng áp lực cao Về quy trình thực hồn tồn tương tự phương pháp bơm bê tơng áp lực cao, khác phần cốt liệu hoàn toàn đặt trước vào hệ cốt pha phần bơm có vữa bê tơng Một ưu điểm khác phương pháp phù hợp với xử lý hư hại nhỏ phần bê tông hư hỏng tường góc bến (Hình 10) Hình 10 Sử dụng bơm vữa bê tông áp lực cao xử lý phần BT hư hỏng tường bến d Phương pháp sử dụng chất kết dính đặc biệt Đối với phần bê tông bị hư hại nhẹ (< 0,01 m3 ), sử dụng keo kết dính đặc biệt (sử dụng môi trường nước biển) phương pháp thủ công 115 Hưng, V Q / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng e Phương pháp dùng phụ chống rửa trôi Đây phương án kết hợp xi măng phụ gia chống rửa trôi (rescon) dùng cho bê tông nước Sử dụng kết hợp xi măng phụ gia chống rửa trôi giúp giá thành sửa chữa giảm đáng kể so với việc sử dụng epoxy 3.2 Biện pháp sửa chữa hư hỏng vùng (vùng dao động triều) Các biện pháp sửa chữa vùng hoàn toàn áp dụng cho vùng Tuy nhiên việc thi công khô mục tiêu ưu tiên sửa chữa phần bê tơng hư hỏng, vùng áp Tạp pháp chí Khoa họcnhư Công dụng thêm số biện sửa chữa sau:nghệ Xây dựng NUCE 2020 a Phương pháp sử dụng hộp sắt thi công kết hợp phun bê tông (Shotcrete) Khi phần bê tông hư hỏng nằm vùng dao động triều, lắp đặt hệ thống hộp thi cơng Tạp chí Khoa học Cơng Xây với dựngphun NUCE ngăn nước bao quanh cọc BTCT tường bến nghệ kết hợp bê2020 tơng Hình 11 (a)(a) Lắp cơngsửa sửachữa chữa BTCT (b) Lắp đặt hộp tường bếntường bến Lắpđặt đặthộp hộp thi thi công cọccọc BTCT (b) thi Lắpcông đặt hộp thi công (a) Lắp đặt hộp thi công sửa chữa cọc BTCT (b) Lắp đặt hộp thi công tường bến (c)(c) Lắp tôngđầu đầucọccọc Lắpđặt đặthộp hộp bê bê tơng Hình 11 Sử dụng hộp sắt thi cơng khơ kết hợp phun bê tơng Hình 11 Sử dụng hộp sắt thi công khô kết hợp phun bê tông Phần bê tông hư hại cốt thép đánh rửa máy phun cát nước áp lực cao Phầnhưbêhại tơng phun vào 2÷3bằng cm trước tiến thêm Phần bê tông vàmới cốt thép đánhmột rửalớp máy phun cáthành hoặccấy nước áp cốt lực cao (nếumới cần thiết).phun Có(c) thể tiến hành mộtkhi lớptiến với chiều cấy dày thêm 4÷5cm Phần thép bê tơng vào lớpphun 2÷3bê cmtơng trước hành cốthoặc thép2 lớp (nếu cần Lắp đặt hộp bê tông đầu cọc dày 2÷3 cm.phun Tỷ lệbê nước/xi măng tơng dày phun4÷5 thường 20MPa lệ nước/xi măngđược bê < 0.4, cường độ bê tông u cầu có độ dính bám > 20 MPa Phần bêb.tông hư hại vàsửcốt đánh rửanhựa máycốtphun cáttinh nước áp Phương pháp dụngthép ống đổ bê tông kết hợp gia cường sợi thủy 116 (tremiemới pipe concrete+ glassvào fibre reinforced cao Phần bê tơng phun lớp polyester) 2÷3 cm trước tiến hành cấy thêm cốt lực Ván khuôn treo hệ thống bulong vít khoan phía phần bê tơng hư thép (nếu cần thiết) Có thể tiến hành phun bê tơng lớp với chiều dày 4÷5cm lớp hỏng, đáy ván khuôn hai nửa bán cầu có đường kính phù hợp với đường kình chiều dày 2÷3cọc cm Tỷ lệ nước/xi bê tông phun thường