Một vài nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu dầm cầu bê tông cốt thép trong quá trình khai thác biện pháp khắc phục

Mục lục Chương mở đầu: Giới thiệu tổng quan Chương 1: Một số nguyên nhân gây hư hỏng phương pháp thu thập thông tin cầu bê tông cốt thép khai thác 1.1 Một số nguyên nhân gây hư hỏng cầu bê tông cốt thép khai thác 1.1.1 Các hư hỏng trình phá hủy vật liệu .6 1.1.1.1 Sự phá hủy lý hóa bê tông 1.1.1.2 Sự hư hỏng tượng ăn mịn cốt thép bê tơng 11 1.1.1.3 Sự hư hỏng nứt co ngót bê tông 15 1.1.2 Những hư hỏng khảo sát, thiết kế có sai sót 15 1.1.2.1 Những hư hỏng tính tốn kết cấu 16 1.1.2.2 Những hư hỏng xảy lựa chọn giải pháp kết cấu không tốt 18 1.1.3 Những hư hỏng liên quan đến thi công chế tạo 19 1.1.3.1 Bê tông 19 1.1.3.2 Cốt thép bê tông 19 1.1.3.3 Bố trí cốt thép ván khn thi công căng kéo 20 1.1.3.4 Những sai sót q trình thi cơng 20 1.1.4 Những hư hỏng trình khai thác sử dụng 21 1.1.4.1 Nứt cấu kiện chịu nhiệt tải 21 1.1.4.2 Trạng thái nứt lún khơng cơng trình 22 1.1.4.3 Trạng thái nứt mỏi 22 1.2 Các phương pháp thu thập thông tin cầu bê tông cốt thép khai thác 23 1.2.1 Mục tiêu thu thập thông tin 23 1.2.2 Nguyên tắc thu thập thông tin 23 1.2.3 Các hình thức mức độ kiểm tra thu thập thông tin 23 1.2.3.1 Kiểm tra thường xuyên 23 1.2.3.2 Kiểm tra định kỳ 24 1.2.3.3 Kiểm tra đặc biệt 24 1.2.4 Các phương pháp kiểm tra vật liệu 24 1.2.4.1 Phương pháp phá hoại mẫu 24 1.2.4.2 Phương pháp không phá hoại mẫu NDT 25 1.2.4.3 Sử dụng kết hợp phương pháp 28 1.2.5 Các phương pháp đo đạc hiệu ứng kết cấu 30 1.2.5.1 Thử tải tĩnh 30 1.2.5.2 Thử tải động 31 1.2.5.3 Đo đạc thời gian dài 31 1.2.6 Trang thiết bị sử dụng 31 -1- Chương 2: Phương pháp xác định suy giảm chất lượng cầu BTCT khai thác 2.1 Giới thiệu 2.1.1 Bài toán chẩn đoán kỹ thuật đối v 2.1.2 Quy trình chẩn đốn kỹ thuật 2.1.3 Phương pháp đánh giá suy giả 2.1.3.1 2.1.3.2 2.1.4 Các mức độ việc chẩn đoán đ 2.1.5 Ưu nhược điểm hai phương p 2.2 Xây dựng toán chẩn đoán kỹ thuật cầu BTCT 2.2.1 Mục tiêu toán 2.2.2 Sơ đồ giải toán chẩn đoán kỹ thuật cho cầu BTCT 2.2.2.1 Theo quan điểm nhận dạng học hệ thống 2.2.2.2 Theo quan điểm thống kê 2.2.3 Giải toán chẩn đoán, đánh giá 2.2.3.1 Theo quan điểm nhận dạng học hệ thống 2.2.3.2 Theo quan điểm thống kê Chương 3: Các biện pháp sửa chữa khắc phục hư hỏng cầu BTCT 3.1 Nguyên tắc xử lý hư hỏng kết cấu bê tông cốt thép 3.1.1 Đối với vết nứt bê tông 3.1.2 Xử lý vết nứt 3.1.3 Đối với hư hỏng bong vỡ 3.1.4 Đối với cốt thép khu vực quan 3.2 Các loại vật liệu chuyên dùng cho công tác sửa chữa cầu BTCT 3.2.1 Yêu cầu vật liệu chuyên d 3.2.2 Chuẩn bị bề mặt liên kết làm s 3.3 Giới thiệu vài biện pháp sửa chữa điển hình áp dụng Việt nam 3.3.1 Biện pháp sửa chữa vật liệu truyền thống 3.3.2 Biện pháp phun bê tông 3.3.3 Phun keo êpôxy 3.3.4 Thêm cốt thép 3.3.5 Sử dụng vật liệu bê tông polyme 3.4 Các biện pháp sửa chữa dầm cầu Viện KHCN GTVT nghiên cứu áp dụng 3.4.1 Vật liệu bê tông polyme PEX 3.4.2 Sửa chữa phục hồi dầm tăng 3.4.3 Sửa chữa tăng cường dầm p 3.4.4 Áp dụng thực tế sửa chữa phục h 3.4.5 Áp dụng thực tế sửa chữa phục h Kết luận Tài liệu tham khảo Chương mở đầu GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Trong hệ thống đường Việt nam có khối lượng cầu bê tơng cốt thép lớn với nhiều chủng loại khác Khi cơng trình cầu bê tơng cốt thép xây dựng, chưa qua thử thách với môi trường thời gian, khơng người nghĩ bê tơng cốt thép loại vật liệu vĩnh cửu Song sau qua thời gian sử dụng thực tế, người ta nhận vật liệu có nhược điểm như: - Khối lượng nặng nề thơng qua tỷ số trọng lượng thể tích với cường độ vật liệu, gây tốn cho móng - Bê tông dù với độ đặc theo công nghệ thi cơng hành mang tính rỗng, đễ bị thấm nước bị mao dẫn - Trong trình rắn kết bê tơng bị co ngót, tạo trạng thái nứt, làm tính tồn khối khả chống thấm kết cấu - Bê tông dễ bị nứt nhỏ cường độ chịu kéo thấp Đây nguyên nhân chung trạng thái nứt khác - Bê tông loại vật liệu bị biến đổi q trình lão hố Q trình suy thoái xảy ba phương diện học, hố học vật lý - Khả dính bám bê tông với bê tông cũ thi công thời điểm khác kém, chịu tải trọng động Nhược điểm dầm cầu bê tông cốt thép chịu tải trọng, ứng suất cốt thép đạt tới 500 kg/cm2 bê tơng bị nứt độ dãn bê tông chịu kéo vượt 0,15-0,20% Chính nhược điểm nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu bê tơng cốt thép nói chung cầu bê tơng cốt thép nói riêng, làm giảm độ tin cậy tuổi thọ cơng trình Do phát triển kinh tế đất nước, đa phần cầu phải gánh lượng vận tải lớn, nhiều vượt tải trọng cho phép Mặt khác, cơng trình cầu cũ nước ta cịn chịu ảnh hưởng môi trường, chiến tranh công tác tu -3- bảo dưỡng khơng thường xun Chính nên có nhiều cầu cũ tình trạng hư hỏng xuống cấp nghiêm trọng Việc xây dựng cầu để thay cầu cũ khó thực thiếu vốn, việc gia cố, sửa chữa, tăng cường cầu giải pháp nhất, thực cấp bách Để tiếp tục tận dụng, khai thác phát huy khả làm việc cơng trình cần phải đánh giá, phân loại trạng nguyên nhân gây hư hỏng, từ nghiên cứu giải pháp xử lý Hiện giới, cầu BTCT thực loại sửa chữa : Công nghệ phun sơn êpôxy bề mặt bê tông nhằm hạn chế thâm nhập môi trường vào bê tông làm gỉ cốt thép Công nghệ phun vữa-keo để xử lý vết nứt kết cấu BTCT, trám vá mảng vỡ Công nghệ sửa chữa gỉ cốt thép kết cấu BTCT Công nghệ sửa chữa cầu BTCT dự ứng lực ngồi Cơng nghệ dán thép, vải sợi bon Ở Việt Nam việc sửa chữa cầu BTCT theo phương hướng thực giới Chúng ta nghiên cứu loại vật liệu để trám vá vỡ bê tông, phun vào vết nứt Viện KHCN GTVT nghiên cứu chế tạo thiết bị để phun keo vào sâu vết nứt; áp dụng công nghệ sửa chữa cầu BTCT dự ứng lực hãng Fressinet (Pháp) chuyển giao sửa chữa cầu Niệm; cầu chữ Y: sửa chữa đứt cáp ngang dự ứng lực ngoài; sửa chữa tăng cường nhiều cầu DƯL (cầu Đa Phúc, Châu ổ, Tân Thuận, Chữ Y, An Dương, Sài Gịn ); ngồi cịn nghiên cứu sửa chữa tăng cường cầu công nghệ dán thép Với mục đích nâng cao hiệu trình khai thác, phát huy khả làm việc nâng cao độ tin cậy cơng trình cầu bê tơng cốt thép điều kiện Việt nam Trong luận án tác giả giải việc tìm hiểu nguyên nhân gây nên hư hỏng kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép; Xác định phương pháp thu thập thông tin từ chọn phương pháp tính tốn đánh giá suy giảm chất lượng để đề xuất biện pháp khắc phục có hiệu hư hỏng Trên sở áp dụng kết nghiên cứu sửa chữa cầu bê tông cốt thép cũ khai thác hệ thống mạng giao thông đường nước ta Tên luận án là: Một vài nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu dầm cầu bê tông cốt thép khai thác, biện pháp khắc phục -4- Nội dung luận án gồm chương: Chương 1: Tìm hiểu số nguyên nhân gây hư hỏng phương pháp thu thập thông tin dầm cầu BTCT khai thác Chương 2: Phương pháp xác định suy giảm chất lượng dầm cầu BTCT khai thác Chương 3: Các biện pháp sửa chữa khắc phục hư hỏng dầm cầu BTCT Qua thực tế cơng trình cầu BTCT cũ tham gia sửa chữa tham khảo kết đề tài nghiên cứu ngồi nước số cơng trình cầu sửa chữa khác, mục tiêu mà luận văn muốn đạt nghiên cứu đề xuất biện pháp sửa chữa cầu BTCT cách có hiệu xuất phát từ việc xác định rõ nguyên nhân gây hư hỏng chữa bệnh Luận văn giới thiệu loại vật liệu sửa chữa cầu BTCT cũ có nhiều ưu điểm Viện KHCN GTVT nghiên cứu chế tạo dùng cho số cơng trình vật liệu bê tông polyme PEX Đồng thời giới thiệu hai biện pháp sửa chữa tăng cường cầu BTCT cũ : Tăng cường thêm dự ứng lực dán thép tăng cường cho dầm BTCT Các kết nghiên cứu thí nghiệm phịng Cơng nghệ Vật liệu – Viện KHCN GTVT áp dụng vào sửa chữa cơng trình cầu BTCT khai thác Viện KHCN GTVT triển khai -5- Chương MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY HƢ HỎNG VÀ PHƢƠNG PHÁP THU THẬP THÔNG TIN ĐỐI VỚI DẦM CẦU BTCT ĐANG KHAI THÁC 1.1 MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY HƢ HỎNG DẦM CẦU BTCT ĐANG KHAI THÁC Sự hư hỏng cầu bê tơng cốt thép ngun nhân sau: - Q trình phá hủy vật liệu tác động môi trường, bão, lũ lụt - Khảo sát thiết kế có sai sót - Sai sót q trình thi cơng - Trong trình sử dụng, thiếu tu sửa chữa, khai thác tải 1.1.1 Các hƣ hỏng trình phá hủy vật liệu tác động mơi trƣờng 1.1.1.1 Sự phá hủy lý hóa bê tơng Dạng hư hỏng xảy tác động bên thành phần thân bê tơng Phản ứng hóa học phổ biến xảy tác dụng ngậm nước thẩm thấu nước Khi kết cấu thay đổi liên tục ẩm khô, nước thấm qua bê tơng hịa tan vài thành phần, làm tăng độ rỗng Hiện tượng kéo theo xuất sùi mặt thành mụn vỡ mủn Các phá hủy thường số tác động sau: a Sự hƣ hỏng tác dụng cacbonat hóa bê tơng Chúng ta biết rằng, khơng khí chứa chất dioxit cacbon (CO2) với tỷ lệ trung bình 0,03% theo thể tích, hàm lượng khí CO tùy thuộc vào áp suất nhiệt độ Tỉ lệ thay đổi theo điều kiện địa lý Ở khu vực đô thị hay trung tâm dân cư, cơng nghiệp, hàm lượng khí tăng lớn khu vực khác Khí CO khí tác động trở lại vùng chứa vôi vữa xi măng để tạo cacbonat canxi (CaCO3), dẫn đến sụt giảm tính kiềm (pH) dung dịch nội bao xuống cịn khoảng 9, thường khơng đủ để bảo vệ cốt thép chống lại ăn mòn Phản ứng viết sau: nước + gốc alcali Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O -6- Cơ chế phản ứng phụ thuộc vào mối quan hệ phức tạp Sự cacbonat hóa thực điơxít cacbon tan nước phản ứng với vôi thông qua hịa tan Trong hịa tan dung dịch bão hịa vơi nhiệt độ 25 C theo quy định 1,2g/l giảm nằm khu vực giàu tính kiềm Phản ứng tăng trưởng dần từ vào theo tốc độ thay đổi lớn xảy theo nhiều giai đoạn: CO32- + H2O CO2( khơng khí) + 2OH Vì pH thấp xuống, vơi bắt đầu hịa tan + 2OH Ca(OH)2(rắn) Ca2+ + CO 2- - CaCO3 Cho đến đây, độ pH giữ cố định Khi Ca(OH) rắn tan hết, độ pH giảm xuống nhanh, nồng độ CO32- tăng, pH gần 9,5 dung dịch xuất HCO 3- đưa đến cân CO32- HCO3- pH gần 8,3 CO32- + H2O CaCO3 + OH - Nhiều thành phần vữa ximăng pooclăng phản ứng (C – S – H, C – A – H) hình thành CaCO3 Cuối bê tơng cacbonat hóa, người ta phân biệt vùng: - Bê tơng hồn tồn bị cacbonat hóa (pH gần 8,3) - Bê tơng bị cacbonat hóa phần (pH gần 10) - Bê tơng ngun, pH gần 13,5 –12,5 (kiềm bị khuyếch tán) Để theo dõi tiến triển tượng cacbonat hóa, cần phải xác định chiều sâu cacbonat hóa theo hai phương pháp sau: - Phương pháp xác định trọng lượng thành phần vữa - Phương pháp kiểm tra phenonlphtalin (tương đương với pH = 9,1) Về mặt tính thụ động cốt thép, định nghĩa vùng giới hạn cacbonat hóa pH = 11 Những kết thí nghiệm khẳng định có quan hệ độ sâu cacbonat hóa tỉ lệ với bậc hai thời gian: x = D t đó: x - độ sâu cacbonat hóa; t - thời gian; D - hệ số biến thiên khuyếch tán CO2 -7- Phương trình cho thấy chế việc khuyếch tán CO điều khiển tác động cacbonat hóa Các sản phẩm cacbonat hóa làm thay đổi cấu trúc xốp bê tông cách làm giảm độ chống thấm Người ta xác định có giá trị giới hạn cacbonat hóa xlim qua cacbonat hóa khơng tiến triển Với cơng trình sử dụng, xác định D khơng dễ dàng Nó đụng chạm đến tất khả khơng chắn mơ hình lịch sử cơng trình Có hai phương pháp xác định hệ số khuyếch tán D, là: - Phương pháp thực nghiệm cách đo độ sâu cacbonat hóa thời điểm khác để thu D = x / t Đồng thời người ta chứng minh phụ thuộc D với thẩm thấu khơng khí bề mặt bê tơng đo máy bơm chân không - Phương pháp bán thực nghiệm cách xác định thơng số ảnh hưởng đến D tổ hợp kết thí nghiệm Các thơng số độ ẩm thành phần bê tông Với thông số độ ẩm, ngườig ta rút nhận xét bê tông bão hịa khơng có cacbonat hóa đáng kể (sự khuyếch tán CO khó) Sự cacbonat hóa xảy bê tông khô (sự khuyếch tán CO dễ dàng khơng có phản ứng hóa học khơng có nước) Với thành phần bê tơng có nhiều thơng số: nước/xi măng (N/X), loại lượng xi măng, loại lượng phụ gia, lượng nước, có mặt chất làm lỏng, làm dẻo, có mặt chất tạo khí, độ bền học, chất lượng trộn có thơng số lượng vơi phản ứng thẩm thấu nguyên liệu b Sự hƣ hỏng nguyên nhân kiềm hóa Hiện tượng ăn mịn có đá xi măng xảy lịng khối bê tơng phần tử với Bản thân clinke chứa lượng chất kiềm Trong cốt liệu bê tông, đặc biệt cát, lại hay gặp hợp chất silic vơ định hình (opan, chanxeđơn, thủy tinh núi lửa) Chúng tác dụng với kiềm xi măng nhiệt độ thường làm cho bề mặt hạt cốt liệu nở ra, bê tông phồng lên theo hướng, sau tạo thành hệ thống vết nứt theo ô lưới khoảng 30 cm chiều kết cấu bị phá hủy hoàn tồn Do phồng rộp bê tơng, mà khí CO2 thâm nhập vào đưa đến hình thành CaCO tạo sụt giảm pH dung dịch nội bao, khởi điểm tượng cacbonat hóa mà -8- biết Hiện tượng hư hỏng ăn mòn kiềm hóa diễn chậm kéo dài hàng năm, hạn chế chúng cách lựa chọn thành phần bê tơng thích hợp c Sự hƣ hỏng ngun nhân tác dụng clorua sunfat Nguyên nhân tính chất xâm thực mơi trường ven biển có chứa muối sản phẩm phản ứng axit bazơ Các dung dịch muối axit mạnh bazơ mạnh có pH trung tính (pH = 7) Ngược lại thủy phân muối bazơ mạnh với axit yếu axit mạnh với bazơ yếu dẫn đến dung dịch có tính kiềm axit Q trình cơng dung dịch muối phức tạp, khơng phụ thuộc vào tính chất axit gốc muối mà vào áp lực chúng với ion canxi ion OH - Tác dụng muối phụ thuộc vào độ hòa tan sản phẩm, vào phản ứng thủy phân chất dính kết vào tính chất giãn nở tức thời Các clorua, tác dụng xấu lên cốt thép kết cấu bê tơng cốt thép, cịn ngun nhân gây nên hư hỏng chất dính kết chúng có nồng độ cao (như mơi trường kiềm nhiễm mặn), nồng độ thấp (< 1000mg/l) Quá trình xuống cấp, trường hợp có nồng độ ion Cl – tương đối thấp, tương ứng chủ yếu với canxi chất dính kết tạo thành CaCl tan thường kéo theo dần canxi, gắn liền vào hệ số tốc độ khuyếch tán bê tông ion Cl – với cation kết hợp Các ion Cl – xâm nhập nhanh vào sâu vữa xi măng, tác dụng màng bám thấm Chúng trao đổi với ion OH– khuyếch tán ngược chiều tạo với Ca(OH) C – S – H, chất clorua canxi tan thấm ngược Các cation kiềm thổ di động kết tủa bề mặt bê tơng dạng hydroxit (thí dụ: Ca(OH)2, Mg(OH)2) Hơn phần clorua gắn silicat canxi ngậm nước dạng mono cloro aluminat canxi 3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O; chất sau phản ứng với aluminat canxi tạo ximăng Các ảnh hưởng sunfat nguồn quan trọng xuống cấp bê tơng, thể dạng rắn, lỏng khí Nhưng nguyên nhân nữa, tác dụng trạng thái rắn khí cần tới có mặt nước dạng chất lỏng -9- Các sunfat có nguồn gốc tự nhiên, sinh học từ chất bẩn sinh hoạt công nghiệp Nước mưa, đặc biệt mưa axit có chứa sufat dạng axit sunfuric, đáng sợ cho bê tơng cứng rắn Nước biển Việt Nam có chứa số muối mang tính xâm thực bê tơng cốt thép NaCl (2,7%), MgCl2 (0,32%), MgSO4 (0,22%), KHCO3 (0,02%) Khơng khí vùng biển khác so với khơng khí nội địa, có chứa hàm lượng ion clorua cao Kết điều tra sơ nồng độ ion clorua khí số địa phương ven biển Việt Nam cho thấy hàm lượng muối dần theo chiều sâu vào đất liền theo chiều cao cách mặt biển Ảnh hưởng khí hậu biển vào sâu đất liền tới km Nét đặc trưng khí hậu Việt nam độ ẩm cao (>80%) Nhiệt độ trung bình tương đối lớn Miền Nam có nhiệt độ cao miền Bắc Tuy nhiên miền bắc lại có biên độ dao động lớn miền Nam kèm theo nhiều ngày sương mù gây ẩm ướt trực tiếp lên bề mặt kết cấu Một yếu tố cần phải kể tới tượng mưa rào đột ngột Việt Nam tạo nên chu kỳ khô - ẩm làm tăng trình thẩm thấu chất xâm thực vào bê tơng Các đợt gió mùa giơng bão góp phần đưa lượng muối lớn vào đất liền Tổng hợp tất yếu tố khí hậu nói kết hợp với nồng độ muối cao khơng khí cho thấy khí ven biển Việt Nam mơi trường xâm thực mạnh kết cấu bê tông cốt thép có đặc thù riêng so với vùng biển khác giới: Tùy theo tính chất xâm thực vùng (vùng ngập nước, vùng nước lên xuống, vùng khí hậu ven biển) mà q trình ăn mịn bê tơng cốt thép có khác d Sự xuống cấp bê tơng có nguồn gốc sinh học Các loại nước bẩn nhỏ xuống xảy phản ứng vi sinh vật khí yếm khí, có khả làm hư hỏng bê tông Các vùng dễ bị hư hỏng vùng nơi có nồng độ chất thải lớn, tốc độ chảy thấp nhiệt độ cao Trong vùng bay lên khí hydro sunfua (H2S) tác động ơxy hóa vi sinh vật sunfo kỵ khí lên lớp chất hữu hay vơ lưu huỳnh có chứa nước Bản thân H2S tính xâm thực bê tơng Nhưng trở thành axit -10- thỏa mãn số yêu cầu khác như: lực bám dính tốt với bê tông cũ với cốt thép, bền vững với tải trọng cặp, rung động, va chạm, có thời gian đơng kết ngắn ngắn, có độ linh động cần thiết cho thi công thời gian đủ để thi cơng, u cầu thỏa mãn vật liệu bê tông polymer PEX - Hai phải có phương pháp cơng nghệ giải pháp thi công sửa chữa phù hợp với điều kiện thực tế Để đảm bảo chất lượng, bê tông kết cấu cầu phải đủ khả chống cắt trượt, bề mặt bê tông trước dán keo phải khô Khi áp thép vào bê tông phải tạo lực ép dàn keo làm cho thép áp sát theo dạng bề mặt bê tông Công nghệ triển khai qua bước đây: - Tiến hành xác định phần bê tông bị hư hỏng, xác định trạng gỉ cốt thép Trên sở khảo sát, tính tốn để phục hồi khả làm việc thiết kế cũ hay gia cường để nâng cao khả chịu lực dầm để xác định loại kích thước thép liên kết dán bụng dầm bỏ Bước cần xác định chỗ bê tông hư hỏng, tiến hành đục phá - Q trình phá bỏ bê tơng cần thực theo yêu cầu đề cập - Xác định chỗ cốt thép bị gỉ, tiến hành tẩy gỉ, chỗ cốt thép bị giảm tiết diện ăn mịn cần phải có biện pháp bổ xung, tăng cường - Dọc theo chiều dài bụng dầm, cần xác định vị trí chơn cấy bulơng tiến hành khoan lỗ vào bê tơng Sau làm bề mặt lỗ khoan, quét lớp tăng cường bám dính PEX lên lỗ khoan phần bulông chôn bê tông Bulông định vị vào lỗ nhồi vữa polymer PEX để chôn bulông Việc cấy thêm bu lông để tăng cường cho việc dán chống trượt bê tông thép đề xuất Viện KHCN GTVT Song song với công tác chuẩn bị trên, tiến hành chuẩn bị thép dán có kích thước theo thiết kế Xác định vị trí tương ứng bulông chôn chờ để khoan lỗ thép dùng cho việc lắp bu lông chờ sau Bề mặt thép, phía áp vào bụng dầm, cần phải tẩy hết dầu mỡ, tiến hành mài nhám làm bề mặt Bước công tác chuẩn bị bề mặt bê tông làm bề mặt Dùng chất tăng bám dính PEX quét lên bề mặt chuẩn bị bê tông cốt thép chổi quét sơn Bản thép dán lắp vào bụng dầm qua bulông chôn sẵn Bản -78- thép dán định vị khoảng cách chiều dày lớp bê tông sửa chữa dùng thép làm đáy ván khuôn đổ bê tông sửa chữa Đồng thời lắp thành ván khn vào phía sườn dầm Phía cịn lại để hở để đổ bê tơng polymer PEX sửa chữa Sau chỉnh định vị ván khuôn, tiến hành quét phủ chất tăng cường bám dính PEX lên bề mặt thép phía tiếp xúc với bụng dầm sau Cùng với công tác chuẩn bị dầm, phận khác chuẩn bị nguyên vật liệu bê tông polymer PEX sẵn sàng Khi cơng tác chuẩn bị dầm xong bắt đầu trộn bê tông đổ bê tông vào bụng dầm Trong đổ ý nhồi lèn chặt Vì thời gian trì độ dẻo bê tơng polymer PEX không dài, nên việc phải tiến hành phối hợp cách ăn ý Thời gian thi công mẻ trộn kéo dài 30-45 phút Mặt khác thi công phải chuẩn bị đà giáo vững phía bụng dầm chuẩn bị kích thủy lực đẩy, đặt thẳng đứng đà giáo phía bụng dầm Đầu Pittơng kích tỳ vào mặt thép dán Tiến hành bơm kích để đẩy ép thép dán vào bụng dầm đến độ chối Sau dùng êcu để xiết vào bu lông chôn sẵn Cuối cắt bỏ phần bê tơng polymer PEX thừa, hồn thiện bề mặt tháo hạ kích thủy lực Tháo cốp pha phía sườn dầm bên hồn thiện bề mặt Thời gian chờ đợi cần giờ, sau cho xe cộ qua lại bình thường Cịn người qua lại phương tiện giao thơng nhẹ lại khơng hạn chế Tuy nhiên việc dán thép cịn có số tồn là: Để đảm bảo cho tập thép làm việc với kết cấu, thép phải khơng trượt bê tơng, địi hỏi bê tơng phải có độ phẳng đủ khả chống trượt Điều khó kết cấu BTCT cũ bị hư hỏng, trước dán thép ta phải đập bỏ hồn tồn phần bê tơng cũ bị hư hỏng, tạo lớp bê tơng dính bám tốt với bê tơng cũ có cường độ phải đủ lớn Lớp bê tông định đến chất lượng hiệu việc dán keo, ta tạo lớp bê tông chất lượng tốt khả chịu lực chất lượng cơng trình cải thiện rõ ràng nhiều việc dán thêm thép cần phải xem xét lại Mặt khác, để liên kết tốt thép với bê tơng, dùng keo êpơxy, chất lượng khó đảm bảo, điều kiện khai thác cầu diễn bình -79- thường, mà người ta phải tạo liên kết ngồi bu tơng dể ép thép vào bê tông Việc thực tạo bu lông chôn sẵn bê tơng khó thực thông thường thép dán đáy dầm (nút có mơ men dương lớn nhất) Khi việc khoan lỗ bu lông dễ bị vướng vào vị trí bố trí cốt thép dày đặc, thực không tốt dẫn đến phá hoại cốt thép chịu lực sẵn có thân kết cấu làm giảm khả chịu lực cầu Đây vấn đề khó thực q trình thi công 3.4.4 Áp dụng thực tế sửa chữa phục hồi cầu Muối (km 17+140 - ql1A- Tỉnh Lạng Sơn) a Hiện trạng hƣ hỏng cầu: Cầu Muối thuộc loại cầu BTCT loại vừa, cầu dài 7,3m gồm hai đơn nguyên Đơn nguyên cầu vòm xây dựng từ thời Pháp thuộc Đơn nguyên 1à cầu BTCT dạng dầm có sườn, đúc chỗ, có sườn, đơn nguyên xây dựng mở rộng QL 1A rộng gấp đôi, sườn dài 7,3m cao 35cm, chiều rộng bụng sườn 28cm, chiều rộng hai cánh sườn 865cm, chiều dày cánh 12cm Qua nhiều năm sử dụng qua năm chiến tranh biên giới (1978), nên cầu bị xuống cấp hư hỏng nặng Cầu khơng cịn đủ đảm bảo an tồn giao thơng bình thường với thời kỳ kinh tế mở cửa vùng thị xã biên giới Phần kết cấu trên, mặt cầu có mảng thủng lớn có đường kính 1m đạn pháo cối thời kỳ chiến tranh biên giới phá thủng, lỗ vá tạm bê tông đặt lát thép dày phía phương tiện giao thơng qua lại Phía mặt bê tơng bị hư hỏng suy thối nặng Diện tích bê tơng bị vỡ, lở, bong tróc cánh nhiều chỗ, để lộ cất thép chịu lực sườn cánh Diện tích bê tơng tróc lở để hở cốt thép chiếm tới 80% Các sườn kết cấu phận chịu cực quan trọng mặt cầu Hầu hết sườn bị hư hỏng, vỡ lở bê tông, lộ cốt thép, có sườn bị vỡ tồn bụng Tất cốt thép lộ bị gỉ, có khu vực bị gỉ nghiêm trọng, cốt thép chủ bị giảm tiết diện nhiều Bởi cầu dòng nước thải thị xã, cộng thêm loại rác thải, chất hữu thối rữa bị ứ đọng trở thành môi trường xâm thực mạnh gây gỉ cốt thép -80- Tại sườn số 8, toàn sườn bê tơng bị vỡ 100%, cốt thép phía bụng dầm bị hở 100% cốt thép bị gỉ nặng, tiết diện bị giảm, có chỗ bị giảm đến 50% Các sườn lại 1, 2, 3, 4, 5, bị tróc bê tơng, hở cốt thép, gỉ cốt thép mức độ khác Các phần sườn sườn 2, sườn sườn 3, sườn sườn 5, sườn sườn bê tông bị phồng rộp, bong tróc để hở cốt thép Phần kết cấu phía gồm hai mố xây đá xây liền mố với tường bên hai phía Ở tường bên, hai mố phía thượng lưu bị nứt từ mặt đường xuống chân tường Tường bên phía Hà Nội bị nứt xé rộng, chiều rộng khe nứt tới 5cm b Kiểm toán dầm trƣớc tăng cƣờng Phương trình cân lực tiết diện: P k = Pb + Pn đó: Pk : lực cốt thép chịu kéo Pn : lực cốt thép chịu nén ' Pb B : Lực bê tông chịu nén F n P n x Pb Fk' Pk' Phương trình cân vùng kéo phát triển tới cánh dầm: Rkf.Fk = Rnf.Fn + Rub.B.x Phương trình cân vùng kéo phát triển tới bụng dầm: Rkf.Fk = Rnf.Fn + Rub.B.bc+ Rub.B.b.(x-b) đó: Rkf; Rnf : cường độ tính tốn cốt thép chịu kéo chịu nén -81- Ru; Rn: cường độ tính tốn bê tông chịu uốn chịu nén x: chiều sâu vùng nén bê tơng Tính tốn khả chịu mômen tiếp diện cần kiểm tra: Đối với vùng nén cánh: [M] = Rn.B.x.(h0 - x/2) + Rnf.Fn.(h0 - an) Đối với vùng nén phát triển đến bụng dầm: [M] = Ru.b.x (h0 - x/2) + Rn.(B - b).bc.(h0 - bc/2) + Rnf.Fn (h0 - an) c Phƣơng án công nghệ sửa chữa Bƣớc 1: Khảo sát, chẩn đoán đánh giá khả làm việc cầu Để có số liệu khoa học cho phương án sửa chữa Chúng tiến hành công đoạn khảo sát, đo đạc trường xác định thơng số chuẩn đốn : - Chiều sâu cacbonat hóa sườn BTCT - Xác định cường độ mác bê tông thực tế, xác định vùng bê tông bị suy giảm cường độ - Xác định trạng thái gỉ cốt thép đánh giá chất lượng lại cốt thép thông qua đo điện (phương pháp Half - Cell Potention) thông qua hàm lượng Clorua thâm nhập Trên sở số liệu đo đạc, thu thập xác định vùng bê tông không đủ đảm bảo theo yêu cầu, để phá bỏ, đục tẩy Đồng thời xác định chỗ cốt thép bị gỉ cần thay tăng cường thêm để đạt yêu cầu thiết kế Bƣớc 2: Thiết kế gia cường sườn BTCT phương pháp liên kết dán thép bụng sườn: Trên sở khảo sát, đánh giá khả chịu tải lại dầm bản, tiến hành tính tốn kích thước thép, số lượng cần tăng cường cho sườn phía bụng Bƣớc 3: Thi công lắp đặt dán thép tăng cường sườn dầm BTCT: a) Lắp dựng đà giáo thi công: Trước bắt đầu công tác sửa chữa, tiến hành lắp dựng đà giáo phía gầm cầu Đà giáo cần vững để sau cịn đặt kích đẩy ép Đà giáo cần trì suốt trình thi cơng -82- b) Phá bỏ, đục tẩy vùng bê tông xấu vùng xung quanh cốt thép bị gỉ Tẩy gỉ cốt thép làm bề mặt cốt thép Thay hay tăng cường cốt thép bị hư hỏng Làm bề mặt bê tông bề mặt cốt thép c) Khoan lỗ vào bê tông bụng sườn để chôn bu lông chờ d) Quét lớp chất tăng cường bám dính PEX lên bề mặt bê tông làm khô lên mặt cốt thép e) Lắp thép dán tăng cường vào bulông chờ, quét lớp tăng cường bám dính PEX lên bề mặt thép dán f) Đổ BT polymer PEX nhồi, lèn chặt vào khoảng không bụng dầm thép g) Đặt kích thủy lực ép thép dán vào bụng sườn dầm Chốt êcu vào bu lông chờ h) Cắt phần bê tông thừa, sang sửa bề mặt giữ cố định kích vịng 30 phút sau dỡ bỏ kích Sơ đồ lắp đặt dán thép Bƣớc 4: Thi công sửa chữa, trám vá gia cường phần dầm Tiến hành bước: Đục tẩy phá bỏ bê tông xấu, làm bề mặt bê tông, đánh gỉ cốt thép, thay gia cường cốt thép cuối trám vá bê tông polymer PEX hoàn thiện bề mặt tương tự bước thi công -83- Cuối phục hồi lại kết cấu toàn khối dầm sườn BTCT Trong bụng sườn liên kết dán với thép bê tông polymer PEX Bƣớc 5: Sửa chữa nứt hai đầu tường cánh mố Hai vết nứt hai đầu tường cánh lớn, khơng phải nút thơng thường mà dạng nứt xé tường cao chịu áp lực đẩy đường Cho nên xử lý nứt có ý nghĩa nên kết hai phần tường cũ lại Liên kết nối tường chắn với bê tơng polymer PEX, cịn phần bên bơm vữa xi măng đất đắp lấp đầy hốc Việc sửa chữa tiến hành bình thường, hàng ngày giao thơng hoạt động bình thường mặt cầu, cịn thi cơng sửa chữa thực gầm cầu Chỉ có đổ bê tơng polymer PEX bố trí buổi tối xe cộ qua lại Và sau thời gian ngắn sửa chữa cơng trình hồn thành bên nghiệm thu Cơng trình sửa chữa vào đầu năm 1999 đến năm thử thách mà cơng trình hoạt động tốt d Kiểm toán sau tăng cƣờng F n Pn x Fk' Pk' Pt Phương trình cân lực tiết diện: P k + Pt = P b + P n -84- Phương trình cân vùng kéo phát triển tới cánh dầm: Rkf.Fk k + Ft.Rt = Rnf.Fn + Ru.B.x Phương trình cân vùng kéo phát triển tới bụng dầm: Rkf.Fk + Ft.Rt = Rnf.Fn + Ru.b.x + Rn.B.(B-b) đó: Rkf; Rnf : cường độ tính tốn cốt thép chịu kéo chịu nén Ru; Rn: cường độ tính tốn bê tông chịu uốn chịu nén x: chiều sâu vùng nén bê tơng Tính tốn khả chịu mômen tiếp diện cần kiểm tra: Đối với vùng nén cánh: [M] = Rn.B.x.(h0 - x/2) + Rnf.Fn.(h0 - an) Đối với vùng nén phát triển đến bụng dầm: [M] = Ru.b.x (h0 - x/2) + Rn.(B - b).bc.(h0 - bc/2) + Rnf.Fn (h0 - an) Việc dán thép triển khai áp dụng nhiều cầu nước cầu Cai Quản (QL 80), cầu Trà Ôn, cầu Vịnh Tre (QL 91), Cầu Km 410+567 cầu Km 411+775 (nằm tuyến đường sắt Hà nội-TP Hồ Chí Minh) Cầu xây dựng từ thời Pháp khoảng năm 1920-1925, trải qua chiến tranh chống Pháp Mỹ Mặt khác, cầu lại nằm vùng khí hậu khắc nghiệt, khơng khí chứa nhiều cacbon, muối, độ ẩm cao, có khả xâm thực bê tông mạnh Sau dán thép, chất lượng cơng trình có cải thiện rõ rệt 3.4.5 Áp dụng thực tế sửa chữa phục hồi cầu Đa Phúc (km 33+500 - ql3) a- Tình trạng kỹ thuật: - Kết cấu phần dưới: Bề mặt bê tông trụ bị xâm thực khu vực sát mép nước, có chỗ vỡ bê tơng hở gỉ cốt thép Tường mố M0 có số vết nứt Tường cánh hai mố bị nứt nghiêm trọng, vết nứt trám vá nhiều lần tiếp tục phát triển Tường cánh mố M4 bị lún nghiêng phía thượng lưu 6-10cm -85- - Kết cấu phần trên: Hầu hết dầm chủ nhịp xuất vết nứt xiên phạm vi gần đầu dầm vết nứt thẳng đứng phạm vi nhịp Độ mở rộng vết nứt 0,1-0,2mm Tại nhịp N2 liên kết ngang bị nứt, vỡ bê tông Bản mặt cầu bị nứt vỡ nhiều nhịp nhịp 4, đặc biệt khe co giãn hư hỏng nặng Lan can cầu có nhiều ngang bị gỉ cốt thép b Kiểm toán mặt cắt ngang theo cƣờng độ trƣớc sửa chữa: Theo mô men uốn Mtt (Tm) Mgiới hạn Kết luận (Tm) Theo lực cắt Qtt (Tm) Qgiới hạn Kết luận (Tm) c- Thiết kế tăng cƣờng DUL-N Mỗi nhịp bố trí bó cáp DUL-N vị trí dầm chủ bó phía ngồi dầm biên Các bó cáp qua ụ chuyển hướng neo vào ụ neo cách gối 2,8m Bố trí Maccalloy xuyên qua dầm vị trí vách chuyển hướng, vách neo sử dụng Maccalloy Ụ neo Ụ chuyển hướng neo Cáp DUL-N -86- Ụ d- Vật liệu bản: - Bê tông vấu neo vấu chuyển hướng mác 500 - Cốt thép thường dùng loại AI AII - Cốt thép DUL-N: dùng bó cáp 7-T15 (7 sơi cáp 15,2mm) theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM e Công nghệ thi cơng sửa chữa DUL-N * Các vị trí bong tróc bê tơng, vết trám vá vữa trước đục bỏ làm sạch, sau trát vữa polyme * Khoan lỗ dọc theo vết nứt, thổi làm vệ sinh lỗ khoan, gắn ống nối bơm keo epoxy vào vết nứt * Quét phủ toàn dầm lớp hỗn hợp epoxy dày rum * Thay toàn 48 gối thép bê tông cốt thép gối cao su * Thi công DƯL-N cho dầm cầu tiến hành theo bước sau: - Công tác chuẩn bị: Lắp dựng ván khuôn, đà giáo sàn đạo thi cơng đảm bảo an tồn thuận tiện cho thi công - Thi công ụ neo ụ chuyển hướng: Lấy dấu theo vẽ thi cơng để đánh dấu vị trí khoan cần thực Khoan ngang tạo lỗ cho căng Chế tạo lắp dựng cấu kiện ụ neo (khung cất thép, ống dẫn hướng, ống gen) - Công tác bê tông: Thiết kế cấp phối bê tông đúc mẫu thí nghiệm Trước đổ bê tơng cần tiến hành kiểm tra chất lượng vật liệu, kiểm tra kết ép mẫu, kiểm tra cơng tác an tồn lao động Kiểm tra hỗn hợp bê tông độ sụt Vận chuyển bê tông đảm bảo cự ly vận chuyển không ảnh hưởng tới yêu cầu kỹ thuật công nghệ thi công bê tông Đổ đầm bê tông Bảo dưỡng bê tông tháo ván khuôn - Lắp đặt căng căng cường độ cao - Lắp đặt căng kéo cáp DƯL: Luồn cáp, kéo tao cáp khỏi cuộn cáp cần phải bơi lớp bơi trơn để kéo bó cáp dễ dàng sau luồn chúng vào ống dẫn Khi tao cáp sang đầu bên ống dẫn, cần cắt đủ độ dài dư cần thiết phía neo chủ động neo bị động Bơm vữa xi măng vào ống gen Lắp vòng neo nêm Căng cáp -87- g Kiểm toán sau tăng cƣờng DUL-N: * Tính tốn với mặt cắt nhịp: - Kiểm toán mặt cắt ngang theo cường độ Mô men mặt cắt sau tăng cường DƯL-N M = 185,001 T.m < Mgh = 231,992 T.m Duyệt ứng suất cốt thép chủ: + Ứng suất cất thép chủ dầm trước tăng cường a = 2424,2 kg/cm2 + Ứng suất cốt thép chủ dầm sau tăng cường DƯL-N D =  A * Tính tốn với mặt cắt l/8: Lực cắt dầm mặt cắt 1/8 sau tăng cường DƯL-N Q = Qtt + QD = 64,9 T < Qgh = 73,053 T Qtt: lực cắt tĩnh tải hoạt tải H30 - XB80 * Tính căng Maccalloy 40 Chọn căng Maccalloy đường kính 40 - Số căng cần thiếtn > N: lực căng dọc cáp DƯL tác dụng neo ( N = 230,3 T) Ta chọn n = (đạt yêu cầu) * Kiểm toán ụ neo - Kiểm toán theo điều kiện sử dụng: 0,85 Nn.f.k = 377,2 T > Pm = 230,3 T (đạt yêu cầu) Kiểm toán theo trạng thái giới hạn 0,85.N f k n 1,2 Vế trái = 314,3 T; vế phải = 31 0,9 T  1,35.P m a -88- Vậy đảm bảo an toàn trạng thái giới hạn tới hạn Cơng trình sửa chữa vào đầu năm 1999 đến năm thử thách mà công trình hoạt động tốt -89- KẾT LUẬN Cơng tác tu, sửa chữa cơng trình cầu bê tơng cốt thép vấn đề có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật lớn nước ta Hàng năm theo số liệu Cục Đường Việt Nam, phải bỏ khoản kinh phí lớn cho cơng việc Vì việc nghiên cứu nguyên nhân gây nên hư hỏng kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép, đề biện pháp khắc phục hư hỏng, việc áp dụng có hiệu kết nghiên cứu sửa chữa cầu bê tông cốt thép cũ khai thác hệ thống mạng giao thông đường nước ta mang lại lợi ích kinh tế đáng quan tâm Ở nước ta vấn đề sửa chữa cơng trình bê tơng cốt thép nói chung sửa chữa cơng trình cầu bê tơng cốt thép nói riêng nhu cầu thực tế sản xuất dặt từ lất lâu, trước nhiều lý mà vấn đề không sâu nghiên cứu nhiều Tuy nhiên việc sửa chữa phải tiến hành sử dụng loại vặt liệu thông thường cho sửa chữa vữa xi măng bê tông xi măng poóc lăng , với phương pháp thủ cơng mang tính kinh nghiệm hiệu sửa chữa thấp Vấn đề sửa chữa tăng cường cơng trình cầu BTCT bị hư hại xuống cấp sau thời gian sử dụng nhiệm vụ quan trọng ngành GTVT Trước mắt chưa có đủ kinh phí để tiến hành xây dựng hàng loạt cơng trình việc sửa chữa tăng cường cầu khai thác phù hợp với tải trọng thiết kế việc làm cấp bách cần thiết, đáp ứng yêu cầu phát triển sở hạ tầng phục vụ phát triển kinh tế xã hội Tùy theo mục đích việc sửa chữa để kéo dài tuổi thọ kết cấu hay để khôi phục lại khả chịu lực ban đầu kết cấu mà lựa chọn loại vật liệu, thiết bị phương pháp để sửa chữa Trên sở áp dụng kết nghiên cứu sửa chữa cầu bê tông cốt thép cũ khai thác hệ thống mạng giao thông đường nước ta nói chung kết nghiên cứu cơng trình cầu BTCT thực tế Viện KHCN GTVT triển khai có hiệu nói riêng Luận án sâu nghiên cứu nội dung sau: -90- Xác định số nguyên nhân hư hỏng phương pháp thu thập thông tin cầu BTCT khai thác Phương pháp xác định suy giảm đánh giá chất lượng cầu BTCT khai thác Các biện pháp sửa chữa khắc phục hư hỏng cầu BTCT có hiệu Những đóng góp luận văn: Thống kê nguyên nhân gây hư hỏng trình bày phương pháp thu thập thông tin cầu BTCT khai thác - Nêu phương pháp đánh giá cầu BTCT ví dụ thực tế - Giới thiệu số biện pháp sửa chữa cầu BTCT ví dụ thực tế Kiến nghị: Việc sửa chữa kết cấu BTCT muốn có hiệu phải theo trình tự thực bước trình bày trước tiên phải xác định bệnh, từ đề biện pháp sửa chữa cần thiết Các nghiên cứu luận án ứng dụng vào thực tế đánh giá sửa chữa nhiều cơng trình cầu BTCT nước có hiệu Có thể sử dụng vật liệu bê tông polyme PEX Viện KHCN GTVT nghiên cứu biện pháp sửa chữa tăng cường dự ứng lực ngoài, dán thép để sửa chữa tăng cường cầu BTCT bị hư hỏng điều kiện thi cơng khó khăn mà đảm bảo giao thơng lại bình thường Cơng trình sửa chữa thử thách qua thời gian khai thác dài mà cơng trình hoạt động tốt -91- ... cốt thép khai thác, biện pháp khắc phục -4- Nội dung luận án gồm chương: Chương 1: Tìm hiểu số nguyên nhân gây hư hỏng phương pháp thu thập thông tin dầm cầu BTCT khai thác Chương 2: Phương pháp. .. SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY HƢ HỎNG VÀ PHƢƠNG PHÁP THU THẬP THÔNG TIN ĐỐI VỚI DẦM CẦU BTCT ĐANG KHAI THÁC 1.1 MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY HƢ HỎNG DẦM CẦU BTCT ĐANG KHAI THÁC Sự hư hỏng cầu bê tơng cốt thép. .. hiệu hư hỏng Trên sở áp dụng kết nghiên cứu sửa chữa cầu bê tông cốt thép cũ khai thác hệ thống mạng giao thông đường nước ta Tên luận án là: Một vài nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu dầm cầu bê tông