Nghiên cứu phương pháp sửa chữa và gia cố công trình bê tông cốt thép bằng tấm frp

Trong nội dung đề tài luận văn này tôi sẽ trình bày các giải pháp sửa chữa, gia cố công trình xây dựng đã và đang được sử dụng hiện nay, đồng thời đi sâu vào nghiên cứu một phương pháp m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN ÁN CAO HỌC

TÊN ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA VÀ GIA CỐ CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP

BẰNG TẤM FRP

CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP

MÃ NGÀNH : 23.04.10

KHÓA : 10

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS NGÔ QUANG TƯỜNG

HỌC VIÊN : VÕ VĂN TUẤN

TP HỒ CHÍ MINH Tháng 12 năm 2002

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Người hướng dẫn khoa học :

TS NGÔ QUANG TƯỜNG

Bộ môn Thi công - Khoa Xây dựng – Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

Người chấm phản biện 1 :

Người chấm phản biện 2 :

Luận án cao học được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN ÁN CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

Ngày …… tháng …… năm …………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Bộ Giáo dục và Đào tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

-oOo - -oOo -

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN CAO HỌC

Họ tên học viên : VÕ VĂN TUẤN

Ngày sinh : 17/06/1974

Nơi sinh : Sài Gòn

Chuyên ngành : Xây dựng Dân Dụng & Công Nghiệp

1 TÊN ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA VÀ GIA CỐ CÔNG TRÌNH

BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG TẤM FRP

2 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

5 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGÔ QUANG TƯỜNG

6 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1 :

7 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 2 :

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1 CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

TS NGÔ QUANG TƯỜNG

Nội dung và đề cương của Luận án Cao học đã được thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành

TS CHU QUỐC THẮNG

LỜI CÁM ƠN

Trước tiên, tôi xin được bày tỏ sự biết ơn Thầy hướng dẫn là TS Ngô Quang Tường, người đã đưa ra ý tưởng và giúp tôi lựa chọn đề tài Những lời khuyên quý báu và sự hướng dẫn tận tình của Thầy đã giúp tôi thực hiện luận án này Mặc dù có gặp khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài, nhưng sự động viên và hướng dẫn của Thầy đã góp phần rất lớn giúp tôi hoàn thành luận án

Tôi cũng xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Phòng Quản Lý Khoa Học – Sau Đại Học, Khoa Xây Dựng, các Thầy, các Cô đã tổ chức chương trình đào tạo sau đại học và trực tiếp tham gia giảng dạy đã giúp tôi tiếp thu được những kiến thức cùng cách học tập, làm việc mới có hiệu quả hơn

Đồng thời, tôi xin cám ơn các Thầy Cô, các bạn đồng nghiệp của trường Đại Học Kiến Trúc đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện luận án Cuối cùng, tôi xin tỏ lòng biết ơn đến gia đình tôi đã hỗ trợ rất nhiều cho tôi khi thực hiện luận án này

Xin chân thành cám ơn tất cả

ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG

1 lb/in2 = 0,006895 MPa 1 MPa = 145,033 lb/in2

1 kip/in2 = 6,895 MPa 1 MPa = 0,145 kip/in2

ỨNG SUẤT VÀ MÔ MEN

1 lb/in2 = 0,006895 MPa 1 MPa = 145,033 lb/in2

1 kip/in2 = 6,895 MPa 1 MPa = 0,145 kip/in2

1 ft.lb = 1,356 N.m 1 N.m = 0,7375 ft.lb

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG

CHƯƠNG I : MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 1

I Đặt vấn đề 1

II Sơ lược về vật liệu và phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bằng tấm FRP 1

1 Vật liệu FRP 1

2 Phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bằng tấm FRP 1

III Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

CHƯƠNG II : SỰ CỐ THƯỜNG GẶP Ở CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP, NGUYÊN NHÂN VÀ HƯỚNG XỬ LÝ 4

I Khái niệm 4

II Sự cố nứt bê tông 4

1 Các nguyên nhân nứt bê tông 4

2 Những điểm nhận biết chính của vết nứt thường gặp 6

3 Những dạng vết nứt nguy hiểm và đặc trưng của chúng 8

4 Giới hạn xử lý vết nứt 9

5 Nguyên tắc xử lý vết nứt 10

6 Các phương pháp xử lý vết nứt 11

III Sự cố biến dạng sai lệch vị trí 11

1 Phân loại sự cố biến dạng sai lệch vị trí 11

2 Nguyên nhân thường gặp của biến dạng sai lệch vị trí 11

3 Phương pháp xử lý sự cố biến dạng sai lệch vị trí 12

IV Sự cố cốt thép 12

1 Phân loại sự cố cốt thép và nguyên nhân 12

2 Phương pháp xử lý sự cố cốt thép 13

V Sự cố cường độ bê tông không đủ 13

1 Cường độ bê tông không đủ do chất lượng nguyên vật liệu kém 13

2 Cường độ bê tông không đủ do tỷ lệ cấp phối không tốt 14

3 Cường độ bê tông không đủ do công nghệ thi công bê tông không đúng 15

4 Cường độ bê tông không đủ do quản lý bảo dưỡng mẫu không tốt 15

5 Phương pháp xử lý sự cố cường độ bê tông không đủ 15

VI Sự cố lỗ rỗng, lộ cốt thép, khe hở kẹp lớp cặn trong bê tông 16

1 Nguyên nhân sự cố lỗ rỗng, lộ cốt thép, khe hở kẹp lớp cặn 16

2 Nguyên tắc xử lý sự cố lỗ rỗng, lộ cốt thép, khe hở kẹp lớp cặn trong bê tông 17

3 Phương pháp xử lý sự cố lỗ rỗng, lộ cốt thép, khe hở kẹp lớp cặn trong bê tông 17

VII Sự cố sụp đổ cục bộ 18

1 Tính chất và đặc trưng sự cố sụp đổ cục bộ 18

2 Nguyên nhân thường gặp của sự cố sập đổ cục bộ 18

3 Nguyên tắc xử lý sự cố sập đổ cục bộ 19

4 Phương pháp xử lý sự cố sập đổ cục bộ 19

IIX Nhận xét 20

CHƯƠNG III : CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA, GIA CỐ CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐÃ VÀ ĐANG SỬ DỤNG 21

I Các yêu cầu chung 21

1 Yêu cầu chọn phương án gia cố 21

2 Yêu cầu thiết kế gia cố 21

3 Yêu cầu thi công gia cố 22

II Các ký hiệu sử dụng trong các công thức tính toán trong chương này 22

III Kỹ thuật gia cố nhồi vữa hóa chất 24

1 Chọn và pha chế vật liệu vữa nhồi 25

2 Phương pháp nhồi vữa và thiết bị 27

3 Các bước thi công nhồi vữa hóa chất 27

III Kỹ thuật gia cố phun bê tông 28

1 Phạm vi sử dụng và đặc điểm 28

2 Phương pháp thi công và yêu cầu kỹ thuật 29

III Kỹ thuật gia cố bọc ngoài bằng bê tông cốt thép 33

1 Phương pháp gia cố bọc ngoài bằng bê tông cốt thép 33

2 Tính toán thiết kế bọc ngoài bằng bê tông cốt thép 34

3 Các yêu cầu về cấu tạo và thi công bọc ngoài bằng bê tông cốt thép 37

IV Kỹ thuật gia cố bọc ngoài bằng thép 38

1 Phương pháp gia cố bọc ngoài bằng thép 38

2 Tính toán thiết kế bọc ngoài bằng thép 38

3 Các yêu cầu về cấu tạo và thi công bọc ngoài bằng thép 40

V Kỹ thuật gia cố dán bản thép 41

1 Đặc điểm của kỹ thuật gia cố dán bản thép 41

2 Tính toán thiết kế 41

3 Các yêu cầu về cấu tạo bản thép dán 43

4 Các yêu cầu về thi công dán bản thép 43

VI Kỹ thuật gia cố thay đổi hệ thống chịu lực 45

1 Phương pháp gia cố thay đổi hệ thống chịu lực 45

2 Tính toán thiết kế gia cố thay đổi hệ thống chịu lực 46

3 Phương pháp liên kết và cấu tạo 48

VII Kỹ thuật gia cố thanh kéo ứng suất trước 49

1 Phương pháp gia cố thanh kéo ứng suất trước 49

2 Tính toán sức chịu tải của dầm gia cố bằng thanh kéo ứng suất trước 51

3 Tính toán sức kéo căng của thanh kéo 52

4 Yêu cầu cấu tạo 53

IIX Kỹ thuật gia cố thanh chống ứng suất trước 54

1 Phương pháp gia cố thanh chống ứng suất trước 54

2 Tính toán thiết kế gia cố cột bằng thanh chống ứng suất trước 55

3 Yêu cầu cấu tạo 55

CHƯƠNG IV : VẬT LIỆU FRP 57

I Giới thiệu chung 57

II Vật liệu FRP 57

1 Giới thiệu về vật liệu FRP 57

1.1 Khái quát về vật liệu composite 57

1.2 Vật liệu FRP 58

1.3 Các dạng lực tác động lên vật liệu FRP 59

2 Các nhóm vật liệu sử dụng trong vật liệu FRP 60

2.1 Nhóm vật liệu nhựa (resin) 61

2.3 Nhóm vật liệu độn (filler) 64

2.4 Nhóm vật liệu phụ gia (additive và modifier) 65

2.5 Nhóm vật liệu keo dán (adhesive) 66

2.6 Nhóm vật liệu phủ ngoài (gel coat) 66

2.7 Nhóm vật liệu sợi chịu lực (fibre reinforced) 67

3 Các tính chất cơ bản của vật liệu tấm FRP 69

3.1 Tính chất cơ học của sợi trong tấm 69

3.2 Hướng sợi trong tấm FRP 71

4 Các dạng vật liệu FRP 75

4.1 Dạng tấm (sheet) và dạng vải (fibric) FRP 75

4.2 Dạng miếng (laminate) FRP 76

4.5 Dạng băng (strip) FRP 77

4.4 Dạng vỏ áo (jacket) FRP chế tạo sẵn 77

4.6 Dạng thanh dài (rebar) FRP 77

5 Một số dụng cụ được sử dụng trong phương pháp thi công gia cố, sữa chữa bằng FRP 78

6 Một số loại vật liệu tấm FRP dùng trong gia cố, sửa chữa công trình bê tông cốt thép 80

6.1 Nhóm vật liệu tấm FRP MBrace TM 80

6.2 Nhóm tấm vật liệu FRP Replark 83

6.3 Nhóm tấm vật liệu FRP Sika 84

6.4 Nhóm tấm vật liệu FRP Tyfo 86

CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SỬA CHỮA, GIA CỐ CÔNG TRÌNH

BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG TẤM FRP 88

I Giới thiệu chung 88

II Các ký hiệu sử dụng trong các công thức tính toán trong chương này 88

III Tính toán tăng cường khả năng chịu uốn cho dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP 92

1 Tổng quan 92

2 Các giả thiết và yêu cầu khi tính toán khả năng chịu uốn dầm gia cố bằng FRP 93

2.1 Các mô hình phá hoại uốn của dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP 93

2.2 Các giả thiết khi tính toán thiết kế khả năng chịu uốn dầm gia cố bằng FRP 99

2.3 Các yêu cầu khi khi tính toán thiết kế khả năng chịu uốn dầm gia cố bằng FRP 99

3 Khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP theo BS 8110 (1997) 100

4 Khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP theo ACI 318-95 (1999) 103

4.1 Bước thứ nhất - Tính toán sơ bộ chọn số lớp FRP cần thiết 103

4.2 Bước thứ hai - Tính toán biến dạng ban đầu ở đáy dầm tại thời điểm thi công dán tấm FRP 103

4.3 Bước thứ ba - Xác định mô hình phá hoại của dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP 104

4.4 Bước thứ tư - Xác định khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP 105

4.5 Bước thứ năm - Kiểm tra khả năng làm việc kết cấu khi đã dán tấm FRP và chịu tải 106

5 Tính toán kiểm tra lực liên kết và chiều dài đoạn liên kết neo của tấm dán FRP 107

5.1 Tính toán kiểm tra lực liên kết của tấm dán FRP 107

5.2 Chiều dài đoạn liên kết neo của tấm FRP 107

IV Tính toán tăng cường khả năng chịu cắt cho dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP 108

1 Tổng quan 108

2 Các mô hình phá hoại cắt của dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP 108

2.1 Mô hình phá hoại cắt với tấm FRP bị đứt (shear failure with FRP rupture) 109

2.2 Mô hình phá hoại cắt không có tấm FRP bị đứt (shear failure without FRP rupture) 109

2.3 Mô hình phá hoại cắt do phá hoại liên kết FRP

(shear failure due to FRP debonding) 109

2.4 Mô hình phá hoại cắt gần những chỗ neo cơ học (failure near mechanical anchors) 110

3 Tính toán khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP theo tiêu chuẩn Anh BS 8110 (1997) 110

4 Khả năng chịu cắt dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP theo ACI 318-95 (1999) 112

5 Khả năng chịu cắt dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP theo EuroCode2 115

V Tính toán khả năng chịu lực cho cột bê tông cốt thép gia cố bằng FRP 115

1 Tổng quan 115

2 Các mô hình phá hoại của cột bê tông cốt thép gia cố bằng FRP 116

2.1 Mô hình dựa trên lý thuyết bó bằng thép 117

2.2 Mô hình dựa trên thực nghiệm hoặc giải tích 118

3 Khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép gia cố bằng FRP theo BS 8110 (1997) 119

3.1 Khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép gia cố bằng FRP chịu nén đúng tâm 120

3.2 Khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép gia cố bằng FRP chịu nén lệch tâm 123

4 Khả năng chịu lực cột bê tông cốt thép gia cố bằng FRP theo ACI 318-95 (1999) 124

4.1 Khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép gia cố bằng FRP chịu nén đúng tâm 125

4.2 Khả năng chịu lực cột bê tông cốt thép gia cố bằng FRP chịu nén lệch tâm 125

5 Tính toán cấu kiện cột bê tông cốt thép gia cố bằng FRP theo tiêu chuẩn Nhật Bản 128

5.1 Tổng quan 128

5.2 Tính toán khả năng chịu uốn tới hạn 128

5.3 Tính toán khả năng chịu cắt tới hạn 128

5.4 Thừa số phá hỏng và hệ số phá hỏng 129

5.5 Các bước tính toán gia cố cột bê tông cốt thép bằng FRP theo tiêu chuẩn Nhật Bản 129

6 Khả năng chịu cắt cột bê tông cốt thép gia cố và chiều dài mối nối của tấm FRP 130

6.1 Khả năng chịu cắt cột bê tông cốt thép gia cố bằng FRP 130

6.2 Tính toán chiều dài mối nối của tấm FRP 130

CHƯƠNG VII : CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA GIA CỐ CÔNG TRÌNH

BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG VẬT LIỆU FRP 132

I Phạm vi sử dụng của vật liệu FRP trong công nghiệp sửa chữa, gia cố công trình 132

1 Giới thiệu chung 132

2 Gia cố và sửa chữa kết cấu bê tông cốt thép bằng vật liệu FRP 134

3 Một số ứng dụng của vật liệu FRP gia cố, sửa chữa công trình bê tông cốt thép 134

3.1 Sử dụng vật liệu FRP để gia cố, sửa chữa tăng cường khả năng chịu uốn cho dầm 134

3.2 Sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa, gia cố tăng cường khả năng chịu cắt cho dầm 135

3.3 Sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa, gia cố cho sàn 135

3.4 Sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa, gia cố cho cột 136

3.5 Sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa, gia cố cho tường gạch 138

3.6 Sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa, gia cố khi mở lỗ trong sàn 139

3.7 Sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa, gia cố cho các dạng kết cấu khác 139

3.8 Một số công trình tiêu biểu cho phương pháp gia cố sửa chữa công trình bằng FRP 140

4 Sử dụng vật liệu FRP sửa chữa và gia cố các công trình không phải bê tông cốt thép 144

II Thi công sửa chữa, gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng tấm FRP 145

1 Phân loại các dạng thi công sửa chữa gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng tấm FRP 145

2 Thi công dán theo phương pháp khô (dry lay-up) 146

2.1 Quá trình thi công 146

2.2 Thi công dán tấm FRP gia cố sàn theo phương pháp khô 148

2.3 Thi công dán tấm FRP gia cố cột bằng phương pháp khô 149

3 Quá trình thi công dán tấm FRP theo kiểu ướt (wet lay-up) 153

4 Quá trình thi công dán dùng các thanh nẹp và thanh dài FRP 153

4.1 Quá trình thi công chôn các thanh nẹp FRP 153

4.2 Quá trình thi công chôn các thanh dài FRP 153

5 Quá trình thi công dán dùng các vỏ bọc chế tạo sẵn 154

6 Qui trình thi công phun sợi FRP để gia cố kết cấu bê tông 155

7 Qui trình thi công đan sợi FRP gia cố ống khói, cột 156

III Các chú ý khi thi công sửa chữa, gia cố công trình bê tông cốt thép bằng tấm FRP 157

1 Neo tấm FRP 157

1.1 Neo bằng cách dán các tấm FRP dạng chữ U 157

1.2 Neo bằng cách xẻ rãnh để chôn tấm FRP 157

1.3 Neo bằng bản thép 158

1.4 Neo bằng neo sợi thủy tinh 159

1.5 Neo bằng bu lông neo 160

2 Tạo ứng suất trước trong tấm FRP 160

3 Kiểm tra khả năng chịu lực của keo dán 162

IV Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp sửa chữa, gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng tấm FRP 163

1 Ưu điểm 163

2 Nhược điểm 164

CHƯƠNG VII : VÍ DỤ TÍNH TOÁN GIA CỐ, SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG TẤM FRP 165

I Ví dụ gia cố khả năng chịu uốn cho dầm theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-95 (1999) 165

II Ví dụ gia cố khả năng chịu cắt cho dầm theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-95 (1999) 169

III Ví dụ gia cố khả năng chịu cắt cho dầm theo tiêu chuẩn Anh BS 8110 (1997) 171

IV Ví dụ gia cố cột nén đúng tâm theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-95 (1999) 175

V Ví dụ gia cố cột nén đúng tâm theo tiêu chuẩn Anh BS 8110 (1997) 177

VI Ví dụ gia cố cho cột nén lệch tâm theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-95 (1999) 181

KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 182

TÀI LIỆU THAM KHẢO 183

CHƯƠNG I : MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

I Đặt vấn đề :

Những thống kê gần đây nhất của Bộ Xây dựng cho thấy diện tích nhà ở tại Việt Nam tăng

từ 629 triệu m2 (1991) lên hơn 700 triệu m2 (2000) Tổng số hộ có nhà ở năm 1990 là 95,2%, năm 1999 là 99,3% Tuy nhiên, con số này vẫn chưa đáp ứng yêu cầu cải thiện về nhà ở, đặc

biệt là đối với người có thu nhập thấp Kinh phí chi cho việc xây dựng nhà và công trình trong

cả nước hàng năm vào khoảng 150 nghìn tỷ đồng - đây là con số rất lớn, chiếm một tỷ lệ đáng

kể trong nền kinh tế quốc dân Mặc dù vậy, chất lượng các công trình xây dựng lại là một vấn đề rất cần được quan tâm

Tình trạng hư hỏng và xuống cấp của hiện trạng nhà ở tại nước ta hiện nay là một vấn đề nóng bỏng Nguyên nhân có thể là do chủ quan như do thiết kế, do thi công, do quản lý và sử dụng; hoặc có thể là nguyên nhân do khách quan như do môi trường, thời tiết, khí hậu Tại các

thành phố lớn, đặc biệt là Hà Nội và TP Hồ Chí Minh hiện có khoảng hơn 150 nhà cao tầng

nguy hiểm cần cải tạo, xây dựng lại

Tại Hà Nội, nguồn nhà ở loại chung cư 4-5 tầng xuống cấp và hư hỏng có thể thống kê sơ bộ như sau : khoảng 10% ở tình trạng lún nứt, khoảng 25% đến 30% cần sửa chữa lớn cho các kết cấu cơ bản, khoảng 50% cần sửa chữa vừa cho các kết cấu cơ bản, khoảng 15% nhà chất

lượng còn khá chỉ cần chi phí sửa chữa duy tu Ngoài ra, tại TP Hồ Chí Minh hiện có khoảng

39 cây cầu bê tông hiện đang trong tình trạng “có thể sập” cần phải sửa chữa, trong đó có rất nhiều cây cầu đã được xây dựng từ thời Pháp cách đây gần 100 năm, ví dụ như cầu Nhị Thiên

Đường hay cầu Phú Long xây từ năm 1913 Mặt khác, hiện nay các cây cầu đều phải chịu áp lực của khối lượng giao thông rất lớn gây ra bởi sự phát triển của đô thị, cộng thêm tình trạng thường xuyên phải chịu đựng lưu lượng lớn người xe quá tải lưu thông qua cầu làm cho những cây cầu ngày càng giảm tuổi thọ công trình

Trước hiện trạng hư hỏng nhà ở và xuống cấp của các cây cầu hiện nay, việc nghiên cứu về sửa chữa, cải tạo, nâng cấp công trình xây dựng là vấn đề rất cần thiết Trong nội dung đề tài luận văn này tôi sẽ trình bày các giải pháp sửa chữa, gia cố công trình xây dựng đã và đang

được sử dụng hiện nay, đồng thời đi sâu vào nghiên cứu một phương pháp mới : Phương pháp sử dụng vật liệu tấm FRP (Fiber Reinforced Polymer) để sửa chữa và gia cố các công trình bê tông cốt thép

II Sơ lược về vật liệu FRP và phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bằng tấm FRP :

1 Vật liệu FRP :

- FRP - Fiber Reinforced Polymer là một dạng vật liệu composite được chế tạo từ các vật liệu sợi, trong đó có ba loại vật liệu sợi thường được sử dụng là sợi carbon, sợi thủy tinh và sợi aramid Đặc tính của các loại sợi này là có cường độ chịu kéo rất cao, mô đun đàn hồi rất lớn, trọng lượng nhỏ, khả năng chống mài mòn cao, cách điện, chịu nhiệt tốt, bền theo thời gian …

- Các dạng FRP dùng trong xây dựng thường có các dạng như : FRP dạng tấm, FRP dạng thanh, FRP dạng cáp, FRP dạng vải… Trong sửa chữa và gia cố công trình xây dựng thường dùng các loại FRP dạng tấm và dạng vải

2 Sửa chữa, gia cố công trình xây dựng bằng vật liệu FRP :

- Với các tính chất kể trên, đặc biệt là khả năng chịu lực kéo rất cao, mô đun đàn hồi rất lớn, các dạng tấm FRP, vải FRP thường được dùng để sửa chữa sự giảm khả năng chịu lực hoặc

hư hỏng của các phần tử kết cấu bằng cách dán hoặc bọc bên ngoài cấu kiện

- Mục đích của việc sử dụng FRP (dán hoặc bọc) bên ngoài cấu kiện nhằm tăng khả năng chịu lực của cấu kiện cần sửa chữa hoặc gia cố Chúng ta có thể dán dưới dáy dầm, sàn để tăng cường khả năng chịu uốn; dán hai bên hoặc bọc xung quanh để tăng cường khả năng chịu cắt, bó xung quanh cột để tăng khả năng chịu nén dọc v.v

- Các dạng kết cấu sử dụng FRP để tăng cường khả năng chịu lực hoặc sửa chữa hư hỏng cũng rất đa dạng như : tường cứng BTCT, dầm, cột, sàn bị khoét lỗ, khối xây, tấm sàn, bề mặt sàn … và các dạng công trình khác như dầm sàn cầu, ống khói, si lô, đường hầm …

- Các loại công trình sử dụng FRP để sửa chữa, gia cố cũng rất nhiều loại như : công trình cầu, công trình dân dụng, công trình công nghiệp, công trình lịch sử …

- Việc thi công FRP thường sử dụng kết hợp cùng với các loại keo dán hoặc nhựa dán Đặc điểm của các loại keo này là phải đảm bảo khả năng chịu lực, độ bền, khả năng chống tách lớp, khả năng thay đổi nhiệt độ … và đặc biệt là thời gian đông rắn phải đảm bảo phù hợp với thời gian thi công

III Phạm vi nghiên cứu của đề tài :

Có rất nhiều nguyên nhân gây ra hư hỏng cũng như yêu cầu sửa chữa, gia cố cho công trình, ví dụ như sự thay đổi tải trọng làmviệc, thay đổi về mục đích sử dụng, các hư hỏng do sự phá hoại của môi trường, do sai sót khi thiết kế, thi công

Sửa chữa, gia cố cho kết cấu bê tông cốt thép là công tác rất phổ biến trong ngành xây dựng Ngoài các phương pháp thông thường đã và đang được áp dụng, hiện nay việc sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa, gia cố công trình bằng tấm FRP đã được áp dụng nhiều ở Nhật Bản và đang phát triển ở Mỹ, Châu Âu …

Tại Việt Nam, việc sử dụng tấm FRP đã bắt đầu xuất hiện với sự có mặt của các đại diện của các công ty cung cấp vật liệu và công nghệ sửa chữa, gia cố công trình bê tông cốt thép bằng tấm FRP như công ty Thiên Phát cung cấp sản phẩm Tyfo đã áp dụng sửa chữa, gia cố cột tại công trình Mê Linh Point tại TP Hồ Chí Minh vào tháng 7 năm 1998

Chúng ta có thể tạm thời tóm tắt những ưu điểm chính của phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bằng tấm FRP như sau : thời gian thi công ngắn, ít tốn nhân công, khối lượng gia cố thấp ít ảnh hưởng đến công trình, cách điện, cách nhiệt, chống ăn mòn tốt, rất bền, tính thẩm mỹ cao, không cần bảo trì thường xuyên …

Nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn về một phương pháp thi công mới (phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bằng tấm FRP) để từ đó có thể ứng dụng thiết kế và thi công sửa chữa, gia cố công trình - mục tiêu nghiên cứu của đề tài sẽ đề cập đến các nội dung sau đây :

- Giới thiệu về các dạng sự cố công trình bê tông cốt thép và nguyên nhân, đồng thời tóm lược những phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bê tông cốt thép đã và đang áp dụng hiện nay

- Phần nội dung chính tìm hiểu về vật liệu FRP và các ứng dụng của vật liệu FRP trong sửa chữa, gia cố công trình; tìm hiểu về các tính chất và phân loại các dạng vật liệu FRP cũng như những tính chất ưu việt của nó so với các loại vật liệu hiện nay

- Các phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bê tông cốt thép bằng tấm FRP cho các cấu kiện dầm, sàn, cột và các ứng dụng khác

- Trình bày các phương pháp thi công sửa chữa, gia cố bằng vật liệu FRP như dán theo phương pháp khô (dry lay-up), dán theo phương pháp ướt (wet lay-up) Ngoài ra, còn giới thiệu một số phương pháp thi công khác ít thông dụng như thi công bằng cách phun sợi FRP, thi công dán các áo bọc chế tạo sẵn, thi công bằng cách chôn các thanh FRP, thi công đan cuộn sợi FRP (áp dụng cho gia cố cột và ống khói)

- Tiến hành xem xét các mô hình phá hoại và công thức tính toán các cấu kiện chịu uốn, chịu cắt, cấu kiện chịu nén đúng tâm, cấu kiện chịu nén lệch tâm bằng bê tông cốt thép được gia cố bằng tấm FRP áp dụng trong tính toán thiết kế gia cố, sửa chữa cấu kiện bê tông cốt thép

Tìm hiểu phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bằng tấm FRP, để từ đó có thể ứng dụng thiết kế và thi công sửa chữa, gia cố công trình - đó chính là mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bằng tấm FRP là phương pháp còn khá mới, đặc biệt là tại Việt Nam, do đó việc thiếu tài liệu và hạn chế về các thông tin liên quan trong quá trình nghiên cứu đề tài là không thể tránh khỏi Rất mong nhận được sự góp ý từ quý thầy cô cùng các anh chị đồng nghiệp, xin chân thành cám ơn

CHƯƠNG II : SỰ CỐ THƯỜNG GẶP Ở CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT

THÉP, NGUYÊN NHÂN VÀ HƯỚNG XỬ LÝ

I Khái niệm :

Sự cố và hư hỏng công trình bê tông cốt thép thường gặp có các dạng sau : bê tông bị nứt; cấu kiện bê tông cốt thép bị sai vị trí, bị biến dạng; chất lượng cốt thép bị suy giảm; cường độ bêtông không đủ; bê tông bị rỗng, hở cốt thép, kẹp lớp; công trình bị sụp đổ cụïc bộ Để dễ dàng trong việc sửa chữa và gia cố công trình bê tông cốt thép hư hỏng ta sẽ lần lượt tìm hiểu lần lượt các nguyên nhân trên

II Sự cố nứt bê tông :

Hiện tượng nứt bê tông rất phổ biến, sự phá hoại của không ít kết cấu bê tông cốt thép đều bắt đầu từ vết nứt Do đó phải chú trọng đến việc phân tích và xử lý vết nứt của bê tông Tuy nhiên chúng ta cũng phải hiểu rằng có một số dạng nứt trong bê tông là không thể tránh khỏi

như cấu kiện chịu uốn bê tông cốt thép thông thường với 30% ~ 40% tải trọng thiết kế là đã có vết nứt trong khi đó ứng suất của cốt thép chịu kéo chỉ là 1/14 ~ 1/10 cường độ thiết kế của cốt

thép Ngoài những vết nứt hình thành dưới tác động của tải trọng, phần lớn vết nứt là sự co ngót của bê tông và biến dạng nhiệt độ gây nên Trên thực tế những dạng vết nứt thường gặp

do co ngót của bê tông, biến dạng của nhiệt độ, vết nứt nhỏ ở vùng bê tông chịu kéo thường không phát triển về độ lớn theo thời gian, không nguy hiểm đến an toàn của cấu kiện và thường được sửa chữa bằng các biện pháp đơn giản như trát, láng vữa xi măng

Để xử lý sự cố vết nứt bê tông phải bắt đầu từ phân tích và nhận biết nguyên nhân, tính chất, sự nguy hại của vết nứt Từ đó mới chọn phương pháp và thời điểm xử lý một cách hợp lý sự cố nứt của bê tông

1 Các nguyên nhân nứt bê tông :

Nứt bê tông do nhiều nguyên nhân gây ra Chúng ta có thể tạm phân loại các nguyên nhân nứt bê tông theo các nhóm sau :

- Nứt do chất lượng vật liệu như : tính ổn định của xi măng không đạt yêu cầu; chất lượng cốt

liệu kém, cát quá mịn, hàm lượng bùn trong đá và cát quá qui định; sử dụng cốt liệu có tính phản ứng hoặc đá phong hóa; sử dụng nước có nồng độ muối clorua không thích đáng; cốt thép không bảo quản kỹ, bị rỉ sét nhiều

- Nứt do bố trí mặt bằng và cấu tạo không tốt như : bố trí mặt bằng không hợp lý, biện pháp

cấu tạo kết cấu không đảm bảo, thiếu các hệ giằng cấu tạo; không bố trí hoặc bố trí không đúng khe co giãn; cốt thép cấu tạo không đủ, bố trí không đúng theo quy phạm

- Nứt do sai sót trong thiết kế kết cấu như : tỉ lệ cốt thép quá nhỏ; không thiết kế chống nứt

trong các các công trình đặc biệt; cường độ chống cắt không đủ; tiết diện cấu kiện quá nhỏ; khả năng chống xoắn không được kiểm tra; chọn tải trọng tính toán không chính xác; không chú ý đến khả năng chống va đập, chống xung động

- Nứt do biến dạng nền không đều như : một đầu nhà lún quá nhiều; hai đầu nhà lún nhiều

hơn ở giữa; lún cục bộ của nền quá lớn; tải trọng trên mặt đất quá lớn

- Nứt do kỹ thuật thi công kém hoặc không đảm bảo như : tỷ lệ cấp phối của bê tông không

đúng; ván khuôn bị biến dạng; trình tự đổ bê tông hoặc phương pháp đổ bê tông không tốt; tốc độ đổ bê tông quá nhanh; cây chống ván khuôn bị lún; vị trí mạch ngừng không đúng hoặc xử lý không tốt; lớp bảo vệ cốt thép quá nhỏ hoặc quá lớn không đúng quy định; bảo

dưỡng kém, co ngót thời kỳ đầu quá lớn; bị chấn động trong thời kỳ đầu; sớm chịu lạnh; gia tải quá sớm hoặc thi công vượt tải; công nghệ vận chuyển, cẩu lắp không tốt; công nghệ thi công ván khuôn trượt không tốt; bê tông không đạt cường độ thiết kế

- Nứt do ảnh hưởng của nhiệt độ như : mái nhà nở ra khi chịu nhiệt độ hoặc co ngót khi giảm

nhiệt độ; tác dụng của nhiệt độ cao; nhiệt độ hạ xuống đột ngột

- Nứt do co ngót của bê tông như : sau khi bê tông đông cứng bề mặt mất nước nhanh; co

ngót sau khi đông cứng

- Nứt do các nguyên nhân khác như : ăn mòn hóa học của axít, muối; chấn động do nổ; do

hỏa hoạn …

Bê tông nứt do môi trường kiềm Bê tông phá hoại do va đập của nước

(Hình 5) (Hình 6)

Bê tông bị nứt do co giản thể tích Bê tông bị ăn mòn do axít trong nước Khi phân tích nguyên nhân gây nứt bê tông nói riêng, cho công trình nói chung chúng ta cần phải phân tích, xem xét tất cả các nguyên nhân vì nguyên nhân nứt thường do nhiều nguyên nhân tác dụng

2 Những điểm nhận biết chính của vết nứt thường gặp :

Trong số các nguyên nhân gây ra nứt kể trên thường gặp nhất là vết nứt do nhiệt độ, vết nứt co ngót, vết nứt do tải trọng và vết nứt do biến dạng nền Dưới đây là những điểm chính nhận biết các dạng vết nứt này

2.1 Vị trí và đặc trưng phân bố của vết nứt :

- Vết nứt do nhiệt độ : vết nứt tường của nhà bê tông mái bằng do sự chênh lệch nhiệt độ của

thời tiết gây ra thường xảy ra ở vị trí dưới mái hoặc gần đó Các vết nứt của dầm, sàn do ảnh hưởng của nhiệt độ thường xảy ra ở kết cấu mái Vết nứt do ảnh hưởng của nhiệt độ cao trong sử dụng sinh ra thường tương đối nghiêm trọng trên bề mặt gần nguồn nhiệt

- Vết nứt do co ngót : vết nứt co ngót thời kỳ đầu của bê tông chủ yếu xảy ra trên bề mặt bên

ngoài Sau khi bê tông đã đông cứng, vết nứt co ngót tương đối nhiều ở gần phần giữa của kết cấu, ở hai đầu tương đối ít

- Vết nứt do tải trọng : đều xuất hiện ở nơi gần vị trí ứng suất lớn nhất như các vết nứt đứng ở

phần dưới giữa nhịp dầm hoặc phần trên gần gối dầm liên tục do chịu kéo trong cấu kiện chịu uốn gây nên Vết nứt xiên ở gần gối tựa hoặc ở gần điểm đặt tải tập trung tác động do lực cắt và mô men uốn cùng tác động gây nên Vết nứt xuất hiện ở vùng chịu nén gần nơi có mô men lớn nhất của dầm do mặt cắt của bê tông quá nhỏ hay tỷ lệ cốt thép quá cao gây nên

- Vết nứt do biến dạng nền : thông thường xuất hiện tương đối nhiều ở phần dưới công trình

Vị trí vết nứt đều ở chỗ độ cong lớn của đường cong lún Trong các nhà công nghiệp một tầng thường tải trọng nền quá lớn làm nền lún không đều gây ra nứt rời phần dưới cột và gần phần chân cột phía trên; nếu lún nhiều quá có thể kéo theo nứt cấu kiện mái

2.2 Phương hướng và hình dạng vết nứt :

- Vết nứt do nhiệt độ : dầm sàn hoặc kết cấu có chiều dài tương đối lớn, chiều của vết nứt

nhiệt độ thông thường song song với cạnh ngắn, hình dạng vết nứt thông thường một đầu rộng một đầu hẹp, có khi độ rộng vết nứt thay đổi không lớn Nứt khối tường do biến dạng nhiệt độ nhiệt độ của mái bằng gây nên phần lớn là vết nứt xiên, hình dạng phía trên rộng phía dưới hẹp hoặc tưong đối rộng ở gần lỗ cửa sổ, dần dần thu hẹp lại

- Vết nứt do co ngót : Vết nứt co ngót thời kỳ đầu hình dạng không theo quy luật, chiều của

vết nứt sau khi bê tông đông cứng thông thuờng thẳng góc với trục cấu kiện, phần lớn hính dạng của nó là hai đầu nhỏ ở giữa rộng, chiều rộng các vết nứt trong cấu kiện dạng tấm không lớn

- Vết nứt do tải trọng : vết nứt chịu kéo thẳng góc với ứng suất pháp như chiều vết nứt chịu

kéo của dầm chịu uốn thẳng góc với tuyến trục của dầm, một đầu rộng một đầu hẹp; vết nứt trong thanh chịu kéo thẳng góc với tuyến trục của của cấu kiện có độ rộng vết nứt thay

đổi không nhiều Vết nứt cắt ở gần gối tựa thường dọc theo 45o và phát triển lên phía trên

vào giữa nhịp Chiều vết nứt do chịu nén sinh nén sinh ra thường song song với chiều của lực nén, phần lớn hình dạng vết nứt là hai đầu nhỏ ở giữa rộng Vết nứt do xoắn có hình

xoắn ốc xiên 45o với chiều xung lực

- Vết nứt do biến dạng nền : chiều của nó thẳng góc với chiều của ứng suất pháp mà biến

dạng nền sinh ra, ở trên tường phần lớn là vết nứt xiên, rất ít các vết nứt đứng và vết nứt ngang; ở dầm hoặc sàn phần lớn là vết nứt thẳng góc, cũng có một ít vết nứt xiên; với cột thường gặp là vết nứt ngang, hình dạng của những vết nứt này phần lớn là một đầu rộng một đầu hẹp

2.3 Kích thước (chiều rộng, chiều sâu, chiều dài) và số lượng vết nứt :

- Vết nứt do nhiệt độ : chiều rộng của nó không có trị số xác định, tử vết nứt vài µm đến vài

mm đều có, nhưng phần lớn chiều rộng không lớn, số lượng tương đối nhiều; chiều sâu của vết nứt thay đổi tương đối nhiều, có loại ở lớp sâu, có loại xuyên qua Chiều dài vết nứt thay đổi theo theo sự chênh lệch nhiệt độ và đặc trưng kết cấu

- Vết nứt do co ngót : kích thước vết nứt co ngót thời kỳ đầu thường không lớn, thông thường

số lượng vết nứt co ngót sau khi đông cứng xuất hiện nhiều hơn, chiều rộng và chiều sâu không lớn nhưng trong cấu kiện dạng tấm thường gặp những vết nứt xuyên qua chiều dày tấm, độ lớn của chiều dài vết nứt không bằng nhau, phần lớn chiều dài không lớn

- Vết nứt do tải trọng : kích thước vết nứt xuất hiện trong giai đoạn sử dụng bình thường của

bê tông thông thường đều không lớn, chiều rộng giảm dần từ bề mặt vào bên trong Nếu kết cấu vượt tải nghiêm trọng hoặc đạt tới trạng thái giới hạn, chiều rông vết nứt thường tương đối lớn Vết nứt nà cấu kiện chịu nén dọc trục sinh ra mặc dù không lớn nhưng có thể là dấu hiệu tới gần trạng thái giới hạn, cần hết sức chú ý

- Vết nứt do biến dạng nền : kích thước và số lượng vết nứt do biến dạng nền gây ra phụ

thuộc vào độ lún do biến dạng nền gây ra, độ chênh lệch lún càng lớn, kích thước các vết nứt càng lớn

2.4 Thời gian xuất hiện vết nứt :

- Vết nứt do nhiệt độ : vết nứt do thời tiết gây ra thường xuất hiện hoặc mở rộng qua mùa hè

hoặc qua mùa đông Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cao trong môi trường sử dụng, nhiệt độ cao của nguồn nhiệt tuy thời gian tác động không dài cũng có thể làm nứt Nhiệt độ nguồn nhiệt không cao lắm đốt nóng trong thời gian dài cũng có thể làm nứt

- Vết nứt do co ngót : thời kỳ đầu đều xuất hiện trước khi bê tông đông cứng Thời gian sinh

ra vết nứt co ngót của bê tông sau khi đông cứng có liên quan đến các nhân tố như kích thước cấu kiện, cấu tạo, sự ràng buộc, môi trường … có khi sinh ra chỉ sau vài ngày, hoặc mười mấy ngày, nhưng có khi mấy tháng sau mới xuất hiện

- Vết nứt do tải trọng : thông thường xuất hiện khi tải trọng đột ngột tăng lên, như tháo dỡ

ván khuôn kết cấu, lắp đặt thiết bị, kết cấu vượt tải

- Vết nứt do biến dạng nền : phần lớn xuất hiện không lâu sau khi xây nhà xong, có một số ít

công trình đã nứt rõ rệt trong khi thi công, nghiêm trọng thậm chí không thể tiếp tục thi công

2.5 Sự phát triển của vết nứt :

- Vết nứt do nhiệt độ : những vết nứt do nhiệt độ không khí thay đổi sinh ra thông thường

thay đổi theo sự tăng giảm của nhiệt độ không khí Khi nhiệt độ cao nhất (hoặc thấp nhất), chiều rộng và chiều dài vết nứt lớn nhất, số lượng nhiều nhất nhưng loại vết nứt này không phát triển xấu đi

- Vết nứt do co ngót : vì bê tông co ngót hoặc khô dần đi theo thời gian, do đó vết nứt do co

ngót cũng phát triển theo thời gian Nhưng sau khi bê tông ngập nước hoặc ẩm thì thể tích nở ra Do đó vết nứt do co ngót sẽ thay đổi theo độ ẩm của môi trường

- Vết nứt do tải trọng : phát triển theo sự gia tăng và thời gian tác động kéo dài của tải trọng

- Vết nứt do biến dạng nền : thay đổi theo thời gian và sự phát triển của biến dạng nền, kích

thước vết nứt tăng lên, số lượng nhiều lên Sau khi nền ổn định, vết nứt không phát triển nữa

2.6 Tính toán vết nứt :

Bốn loại vết nứt nói trên đều có thể tính toán theo lý thuyết để phân biệt nguyên nhân của chúng

- Vết nứt do nhiệt độ : có thể tính toán bằng lý thuyết trường nhiệt độ và ứng suất nhiệt độ

- Vết nứt do co ngót : có thể dùng các số liệu có liên quan đến sự phát triển của co ngót và

tính toán bằng phương pháp cơ học kết cấu

- Vết nứt do tải trọng : có thể dựa vào cường độ thực tế của vật liệu, kích thước thực tế của

kết cấu, cấu tạo, tải trọng vàcác quy phạm thiết kế bê tông cốt thép để tính toán kiểm tra

- Vết nứt do biến dạng nền : có thể dựa vào tình hình thực tế của nền để tính toán biến dạng,

sau đó dùng phương pháp cơ học kết cấu tính toán ứng suất

Ngoài các việc thông qua lý thuyết tính toán kiểm tra phân biệt các vết nứt khác nhau, còn có thể thông qua phương pháp quan trắc biến dạng để nhận biết (đo đường cong lún của nền,

đo đường cong biến dạng uốn võng của dầm …)

3 Những dạng vết nứt nguy hiểm và đặc trưng của chúng :

Kết cấu hoặc cấu kiện bê tông cốt thép có 6 loại nứt gẫy là : nứt gẫy uốn, nứt gẫy cắt, nứt sau khi chịu nén, nứt gẫy neo, nứt gẫy xoắn và thanh nén mất ổn định Vết nứt nguy hiểm nghiêm trọng có thể dẫn đến nứt gẫy hoặc sập đổ các cấu kiện như cột, dầm, sàn, khung chủ yếu có mấy loại dưới đây :

3.1 Cột :

- Xuất hiện vết nứt, một phần lớp bảo vệ bong dộp, cốt thép lộ ra ngoài

- Một bên sinh ra vết nứt ngang rõ rệt, phía bên kia bê tông bị nén vở, cốt thép lộ ra ngoài

- Xuất hiện các vết nứt đan nhau rõ rệt

3.2 Tường :

Ở phần giữa tường sinh ra các vết nứt đan nhau rõ rệt, hoặc có thêm lớp bảo vệ bong dộp

3.3 Dầm :

- Ở gần giữa nhịp của dầm đơn, dầm liên tục; phía dưới xuất hiện các vết nứt ngang, một

phía của nó kéo lên phía trên tới hơn 2/3 chiều cao dầm; hoặc trên đó xuất hiện nhiều vết

nứt ngang rõ rệt, lớp bảo vệ bị bong dộp, mặt dưới thêm các vết nứt đứng

- Gần gối dầm xuất hiện các vết nứt xiên rõ rệt, đây là vết nứt rất nguy hiểm Khi vết nứt

kéo dài tới 1/3 chiều cao dầm, hoặc khi xuất hiện các vết nứt xiên, vùng chịu nén còn xuất

hiện các vết nứt ngang thì có thể làm cho dầm phá hoại vì bị nứt gẫy; điều đáng chú ý là khi cốt đai quá ít, mà tỷ lệ của khoảng cách từ tải tập trung đến gối và chiều cao hữu hiệu

của dầm lớn hơn 3 lần, nếu xuất hiện các vết nứt xiên, ứng suất của cốt đai rất nhanh đạt

đến cường độ chảy, vết nứt xiên phát triển rất nhanh làm cho dầm nứt làm hai phần và bị

hư hỏng

- Phía trên gần gối dầm liên tục xuất hiện các vết nứt ngang rõ rệt, một phía của nó kéo dài

tới tên 1/3 chiều cao dầm, hoặc phía trên xuất hiện các vết nứt đứng, đồng thời phía dưới

xuất hiện các vết nứt ngang

4 Giới hạn xử lý vết nứt :

4.1 Dựa vào giá trị cho phép chiều rộng vết nứt lớn nhất theo quy phạm :

Ta có thể tham khảo bảng 2.1 giá trị cho phép chiều rộng vết nứt lớn nhất theo quy phạm một số nước để xác định giới hạn xử lý vết nứt

Bảng 2.1 Giá trị cho phép chiều rộng vết nứt lớn nhất của cấu kiện

bê tông cốt thép (mm)

Tên nước Tiêu chuẩn Chiều rộng vết nứt lớn nhất cho phép (mm)

Mỹ Quy phạm xây dựng ACI Cấu kiện trong nhà

Cấu kiện ngoài nhà

0,38 0,25

Châu Aâu Ủy ban bê tông Châu Âu

Cấu kiện trong môi trường ăn mòn Cấu kiện thông thường không có bảo vệ Cấu kiện thông thường có bảo vệ

0,10 0,20 0,30

Trung Quốc Quy phạm bê tông GBJ10-89 Cấu kiện thông thường trong nhà

Cấu kiện thông thường ngoài nhà

0.30 0,20

4.2 Dựa vào tính chất và mức độ nguy hiểm của vết nứt :

Ngoài việc dựa vào trị số cho phép về chiều rộng vết nứt nêu ở phần trên, nếu cấu kiện bê tông cốt thép xảy ra những tính chất về các mặt sau đây thì cần phải tiến hành xử lý vết nứt :

- Về mặt an toàn kết cấu : qua điều tra, phân tích xác nhận là nén nứt; khả năng chịu tải

không đạt được yêu cầu theo quy phạm, tiêu chuẩn; vết nứt không ngừng phát triển, bê tông nén vỡ, lớp bảo vệ bong dộp; Vết nứt ảnh hưởng đến độ cứng của cấu kiện và tính toàn khối của kiến trúc

- Về mặt công năng kiến trúc : vết nứt làm cho công trình bị thấm; vết nứt phá hoại độ kín

của công trình; không cho phép có vết nứt trên các công trình quan trọng và trên công trình có tính kỷ niệm

- Về mặt độ bền : chiều rộng vết nứt vượt quá quy định; cốt thép bị ăn mòn, bê tông bị than

hóa; vết nứt sinh ra do các tác nhân bên ngoài như nhiệt độ cao, rung động, trong bê tông

có muối clorua, môi trường có tính ăn mòn cao

5 Nguyên tắc xử lý vết nứt :

Khi xử lý vết nứt cần tôn trọng những nguyên tắc sau đây :

- Phải tìm hiểu rõ tình hình : chủ yếu tìm hiểu rõ tình trạng thực tế của kiến trúc, tình trạng

vết nứt và tình hình thay đổi và phát triển của nó

- Nhận biết tính chất vết nứt : dựa vào nội dung trình bày ở trên xác định tính chất của vết

nứt.Đối với vết nứt chưa rõ nguyên nhân và tính chất thì cần phải làm rõ thêm tính chất mới tiến hành xử lý

- Làm rõ mục đích xử lý : dựa vào tính chất vết nứt và yêu cầu sử dụng để xác định mục đích

xử lý (ngăn chặn sự phát triển để bảo vệ hoặc gia cố tăng cường …)

- Bảo đảm an toàn cho kết cấu : đối với vết nứt nguy hại tới an toàn kết cấu, phải phân tích

cẩn thận để xử lý, ngăn ngừa các sự cố xấu làm kết cấu phá hoại sập đổ, đồng thời phải dùng ngay các biện pháp ngăn ngừa cần thiết, để tránh sự cố xấu đi

- Đáp ứng yêu cầu sử dụng : ngoài an toàn kết cấu, phải chú ý đến yêu cầu sử dụng về các

mặt : độ cứng, kích thước, không gian của cấu kiện, cùng với các yêu cầu về độ kín hơi, chống thấm, sạch sẽ và mỹ quan

- Bảo đảm độ bền nhất định : chú ý đến độ bền của vật liệu (sự ăn mòn của cốt thép …)

- Xác định thời gian xử lý hợp lý : nên xử lý sau khi vết nứt ổn định; đối với vết nứt do nhiệt

độ thay đổi thì nên xử lý khi vết nứt rộng nhất; đối với vết nứt nguy hiểm tới an toàn của kết cấu phải xử lý sớm

- Loại bỏ các nhân tố gây ra vết nứt : là biện pháp ngăn ngừa vết nứt lại xuất hiện sau khi xử

lý

- Chọn phương pháp xử lý : không chỉ chọn phương pháp xử lý hiệu quả, tin cậy mà còn phải

thực thi được, thi công thuận lợi, an toàn, kinh tế hợp lý …

- Đáp ứng yêu cầu thiết kế : tuân theo các quy định có liên quan của tiêu chuẩn quy phạm

6 Các phương pháp xử lý vết nứt :

Phương pháp xử lý vết nứt có các loại sau :

- Sửa chữa bề mặt : phương pháp thường dùng có ép chặt trát phẳng, sơn chất kết dính epoxy,

phun vữa bê tông, phun vữa xi măng hoặc bê tông đá nhỏ, dùng keo epoxy, tăng tính toàn

khối của lớp mặt, neo vết nứt bằng bu lông sắt

- Sửa chữa cục bộ : thường dùng có phương pháp đắp, phương pháp ứng suất trước, đục bỏ

một phần để đổ bê tông lại

- Phun áp lực vữa bê tông : phù hợp với các vết nứt ổn định có chiều rộng ≥ 0,5mm

- Phun vữa hóa học : có thể phun vào các vết nứt có chiều rộng ≥ 0,05m

- Giảm nội lực của kết cấu : phương pháp thường dùng là giảm tải hoặc khống chế tải trọng,

làm kết cấu giảm tải, tăng cường điểm chống hoặc cây chống, sửa dầm đơn thành dầm liên

tục

- Gia cường kết cấu : phương pháp thường dùng là tăng cường cốt thép, làm sàn dày thêm,

bọc ngoài bằng bê tông cốt thép, bọc ngoài bằng thép, dán các tấm thép, tăng cường hệ

thống ứng suất trước

- Thay đổi phương án kết cấu, tăng cường độ cứng tổng thể : như tăng các dầm ngang của

tấm ngăn

- Các phương pháp khác : phương pháp thường dùng có tháo dỡ làm lại, cải thiện điều kiện

sử dụng của kết cấu

III Sự cố biến dạng sai lệch vị trí :

1 Phân loại sự cố biến dạng sai lệch vị trí :

Sự cố biến dạng sai lệch vị trí có mấy loại dưới đây :

- Vị trí mặt bằng cấu kiện lệch quá lớn

- Toàn bộ công trình lệch vị trí hoặc sai phương hướng

- Vị trí chiều đứng của cấu kiện sai lệch quá lớn

- Cấu kiện như cột, kèo nghiêng quá lớn

- Biến dạng của cấu kiện quá lớn

- Toàn bộ công trình biến dạng

2 Nguyên nhân thường gặp của biến dạng sai lệch vị trí :

Nguyên nhân sinh ra biến dạng sai lệch vị trí thường gặp có mấy loại dưới đây :

- Nhầm lẫn khi xem bản vẽ : thường gặp là nhầm vị trí tim cột tường với tuyến trục; không

chú ý phương hướng đặc biệt

- Mốc đo đạc sai vị trí : như cọc khống chế bố trí không vững, trong khi thi công bị lệch vị

trí

- Sai sót trong đo đạc : thường gặp là đọc thước sai hoặc tính toán sai

- Sai sót trong trình tự thi công : như sau khi lắp cột trong nhà công nghiệp một tầng, đầu

tiên xây tường sau đó cẩu lắp mái làm cho cột tường bị nghiêng …

- Chất lượng thi công kém : như kích thước, hình dạng cấu kiện sai số lớn, chi tiết chôn sẵn

sai vị trí, biến dạng nghiêm trọng, cẩu lắp cấu kiện đúc sẵn vào vị trí sai lệch lớn, độ cứng chống đỡ ván khuôn không đảm bảo …

- Nền lún không đều : như độ lệch lún của nền làm cho cột, tường bị nghiêng, cột cao độ đỉnh

ray của dầm cầu trục không bằng phẳng …

- Những nguyên nhân khác : như thiết bị thi công cở lớn va chạm …

3 Phương pháp xử lý sự cố biến dạng sai lệch vị trí :

Xử lý sự cố biến dạng sai lệch vị trí của kết cấu bên trên có các phươmg pháp sau :

- Sửa chữa nghiêng đưa về vị trí cũ : như dùng kích đối với cấu kiện bị nghiêng; dùng tay đòn

và kích điều chỉnh cốt cao độ lắp đặt dầm cầu trục …

- Thay đổi cấu tạo kiến trúc : có thể thêm các kết cấu phụ để điều chỉnh các sai lệch …

- Sửa chữa nghiêng dần hoặc điều chỉnh cục bộ trong công trình tiếp theo : như trong thi công

công trình khung nhiều tầng đổ tại chỗ, khi tuyến trục của cột sai lệch vị trí không lớn, có thể điều chỉnh vào đúng vị trí thiết kế khi thi công cột của tầng trên …

- Tăng thêm cây chống : như sau khi lắp cố định vì kèo, độ lệch theo chiều đứng quá quy

định có thể thêm cây chống mặt phẳng của thanh cánh trên hoặc thanh cánh dưới …

- Làm thêm cấu kiện, các lỗ chôn sẵn : nếu các chi tiết chôn sẵn trong cấu kiện hoặc trong

kết cấu bị bỏ sót hoặc sai lệch vị trí nghiêm trọng thì cần đục bỏ bê tông và bổ sung các chi tiết …

- Gia cố tăng cường : nếu lệch vị trí, biến dạng quá lớn có thể sinh ra ứng suất phụ thêm

tương đối lớn, cần gia cố tăng cường Phương pháp cụ thể là bọc ngoài bằng bê tông cốt thép, boc ngoài bằng thép, dán bằng bản thép

- Tháo dỡ cục bộ làm lại : dựa vào tình hình cụ thể để xử lý sự cố

IV Sự cố cốt thép :

1 Phân loại sự cố cốt thép và nguyên nhân :

Sự cố cốt thép có các loại và nguyên nhân gây ra như sau :

- Chất lượng cốt thép không đạt tiêu chuẩn vật liệu hoặc yêu cầu thiết kế : thường gặp là cốt

thép có điểm chảy hoặc cường độ tới hạn thấp, cốt thép nứt, cốt thép dòn, tính năng hàn không tốt; chất lượng vật liệu cốt thép không phù hợp với yêu cầu, cốt thép có nhiều loại

do nhiều nguồn cung cấp dẫn đến việc lẫn lộn trong khi quản lý; trước khi sử dụng chưa nghiệm thu và kiểm tra theo quy định của quy phạm thi công

- Đặt sai hoặc thiếu cốt thép : thường gặp là đặt sót hoặc đặt sai cốt thép, khiến cho mặt cắt

thiết kế có cốt thép không đủ Nguyên nhân chủ yếu là xem nhầm bản vẽ, bố trí cốt thép sai, thay đổi chủng loại không đúng

- Sai lệch vị trí cốt thép tương đối lớn : thường gặp là cốt thép chôn sẵn của móng sai, cốt

thép mặt trên của dầm sàn bị sệ xuống, cốt thép liên kết cột với cột và cột với dầm sai vị trí Nguyên nhân chủ yếu ngoài việc xem nhầm bản vẽ, còn có công nghệ thi công không tốt, cố định cốt thép không chắc chắn, dẫm đạp hoặc va chạm trong thao tác thi công

- Cốt thép nứt gẫy : cốt thép nứt gẫy ở đây không bao gồm nứt gẫy cốt thép do chất lượng cốt

thép không đạt yêu cầu Thường gặp có nứt gẫy trong vận chuyển lắp đặt cốt thép hợp kim thấp và nứt gẫy trong hàn điện

- Cốt thép bị ăn mòn : thường gặp có cốt thép bị ăn mòn nghiêm trọng, bong lớp vỏ, giảm

diện tích hữu hiệu Sau khi cốt thép bị ăn mòn nghiêm trọng trong cấu kiện sẽ làm cho bê tông bị nứt.Nguyên nhân chủ yếu là là do bảo quản cất giữ cốt thép không tốt, độ đặc chắc của lớp bê tông cấu kiện kém, lớp bảo vệ không đảm bảo, do lượng muối clorua trong bê tông cao

2 Phương pháp xử lý sự cố cốt thép :

Xử lý sự cố cốt thép thường dùng các phương pháp sau đây :

- Bổ sung cốt thép đặt thiếu : như cốt thép chôn sẵn đặt sót hoặc sai vị trí nghiêm trọng, có

thể khoan lỗ trong bê tông chôn bổ sung cốt thép theo quy định; hoặc đục bỏ lớp bảo vệ bê tông, bổ sung cốt thép cần thiết, sau đó dùng phương pháp phun bê tông để làm lại lớp bảo vệ …

- Tăng thêm cốt đai để gia cố : như cốt thép dọc bị bị gập cong nghiêm trọng làm giảm khả

năng chịu tải, đồng thời gây ra hậu quả là làm xấu đi tính năng chống nứt Có thể gia cố bằng cách tăng cốt đai với khoảng cách tương đối nhỏ ở vị trí cốt thép bị gập cong và khu vục xung quanh …

- Gia cố bằng cách tăng cường kết cấu hoặc cấu kiện : thường dùng có phương pháp bọc

ngoài bằng bê tông cốt thép, bọc ngoài bằng thép, dán bản thép, bố trí thêm hệ thống giảm tải ứng suất trước

- Giảm cấp sử dụng : cốt thép bị ăn mòn nghiêm trọng, hoặc cốt thép có tính năng không tốt

nhưng vẫn có thể sử dụng, có thể giảm cấp sử dụng của công trình Cấu kiện đúc sẵn do sự cố cốt thép làm cho các tính năng như khả năng chịu lực giảm cũng có thể dùng phương pháp giảm cấp sử dụng để xử lý

- Phân tích thí nghiệm loại bỏ những điểm nghi ngờ : thường dùng cách tiến hành phân tích

thí nghiệm đối với cấu kiện có cốt thép đáng nghi ngờ; tiến hành phân tích lý thuyết và thí nghiệm tải trọng đối với cấu kiện và kết cấu có sự cố cốt thép Nếu kết quả thí nghiệm cho thấy không cần dùng những biện pháp xử lý cũng có thể đảm bảo an toàn kết cấu, thì không cần phải xử lý

- Xử lý nhiệt hàn nối : dùng phương pháp tôi, nung cốt thép ở nhiệt độ cao để cải thiện tính

chất

- Thay đổi cốt thép : thường dùng khi phát hiện chất lượng cốt thép có vấn đề trước khi đổ bê

tông

V Sự cố cường độ bê tông không đủ :

Nguyên nhân gây ra sự cố cường độ bê tông không đủ thường do các nguyên nhân sau :

1 Cường độ bê tông không đủ do chất lượng nguyên vật liệu kém :

1.1 Chất lượng xi măng không tốt :

- Cường độ xi măng thấp : thường do hai nguyên nhân : một là do chất lượng xuất xưởng của

xi măng kém, khi sử dụng không thí nghiệm mác xi măng để thiết kế cấp phối cho phù hợp; hai là do điều kiện bảo quản xi măng kém, thời gian bảo quản quá lâu, làm cho xi măng vón cục, hoạt tính giảm ảnh hưởng đến cường độ

- Tính ổn định của xi măng không đạt yêu cầu : nguyên nhân chủ yếu do hàm lượng CaO tự

do hoặc hàm lượng MgO quá nhiều trong clanhke, hoặc do trộn thêm nhiều thạch cao gây nên Lượng CaO và MgO khiến cho xi măng phản ứng với nước rất chậm và gây trương nở thể tích làm cho bê tông dễ nứt, đồng thời làm giảm cường độ bê tông

1.2 Chất lượng cốt liệu không tốt :

- Cường độ đá không tốt : khi sử dụng cường độ củ đá thấp hơn cường độ bê tông là cho

cường độ thực tế của bê tông giảm đi

- Tính ổn định thể tích của đá kém : khi sử dụng các loại đá như đá phiến mỏng, đá vôi có lẫn

đất sét khi gặp tác động của độ ẩm, nhiệt độ thay đổi thường có tính ổn định thể tích kém làm cho cường độ bê tông giảm

- Hình dạng và trạng thái mặt đá không tốt : đá dạng hình kim có hàm lượng lớn ảnh hưởng

không tốt đến cường độ bê tông

- Hàm lượng chất hữu cơ cao trong cốt liệu : khi cốt liệu (đặc biệt là trong cát) có hàm lượng

hữu cơ cao thường có ảnh hưởng xấu đối với thủy hóa của xi măng, làm cường độ bê tông giảm đi

- Hàm lượng mica trong cát cao : vì bề mặt mica nhẵn, tính dính kết với đá xi măng rất thấp,

dễ nứt dọc theo lớp của chúng, hàm lượng mica trong cát tương đối cao đều có ảnh hưởng xấu đối với tính năng cơ học vật lý của xi măng

1.3 Chất lượng nước trộn không đạt yêu cầu :

Trộn bê tông dùng nước ao hồ có tạp chất hữu cơ tương đối cao, nước bẩn hoặc nước thải công nghiệp có thể làm giảm tính năng cơ lý của bê tông

1.4 Do phụ gia bê tông :

- Chất lượng phụ gia không tốt : phụ gia có chất lượng không đạt yêu cầu, không đảm bảo

tính năng như yêu cầu

- Sử dụng phụ gia không đúng : sử dụng phụ gia không đúng loại, không đúng liều lượng,

không đúng phương pháp sử dụng theo yêu cầu theo nhà sản xuất

2 Cường độ bê tông không đủ do tỷ lệ cấp phối không tốt :

Tỷ lệ cấp phối của bê tông là một trong những nhân tố quyết định cường độ, trong đó độ lớn của tỷ lệ nước - xi măng trực tiếp ảnh hưởng đến cường độ bê tông Những điều kiện khác như lượng nước dùng, tỷ lệ cát, tỷ lệ cốt liệu - vữa cũng ảnh hưởng đến các tính năng của bê

tông, từ đó gây nên sự cố cường độ không đủ Những nhân tố này trong thi công công trình, thông thường biểu hiện ở các mặt dưới đây :

- Dùng cấp phối không đúng : tỷ lệ cấp phối bê tông được tính toán xác định và tiến hành thí

nghiệm dựa vào đặc điểm công trình, điều kiện thi công và tình hình nguyên vật liệu Nếu chỉ dựa vào chỉ tiêu cấp cường độ bê tông, tùy tiện dùng cấp phối sẽ gây nên sự cố cường độ bê tông không đủ

- Lượng nước sử dụng trộn bê tông bị tăng : thường là do bộ phận đổ nước của máy trộn tính

không chính xác, không trừ lượng nước có trong cát, đá; thậm chí tùy tiện thêm nước ở nơi đổ bê tông Sau khi tăng lượng nước dùng, tỷ lệ nước - xi măng và độ sụt của bê tông đều tăng lên, gây nên sự cố cường độ bê tông không đủ

- Lượng xi măng sử dụng trộn bê tông không đủ : ngoài công trường thi công tính toán lượng

xi măng không chính xác, hoặc là do quen dùng cách tính bằng bao nên nếu trọng lượng xi măng đóng bao không đủ thì cũng sẽ làm cho lượng xi măng dùng trong bê tông không đủ, làm cho cường độ giảm xuống thấp

- Lượng cốt liệu không chính xác : sai sót phổ biến thường là do dụng cụ đo cũ hoặc bảo

dưỡng không tốt, độ chính xác không đạt yêu cầu; không cân cốt liệu cẩn thận; nhầm lẫn chuyển đổi tỷ lệ trọng lượng thành tỷ lệ thể tích, khiến cho lượng cát đá không chuẩn xác

ảnh hưởng đến chất lượng bê tông

3 Cường độ bê tông không đủ do công nghệ thi công bê tông không đúng :

- Trộn bê tông không tốt : vật liệu cho vào máy trộn theo trình tự ngược, thời gian trộn quá

ngắn, vữa bê tông không đều, gây ảnh hưởng đến cường độ bê tông

- Điều kiện vận chuyển kém : trong quá trình vận chuyển phát hiện bê tông phân tầng, nhưng

không có biện pháp hữu hiệu (như trộn lại), công cụ vận chuyển bị rò rỉ vữa đều ảnh hưởng tới cường độ

- Phương pháp đổ bê tông không tốt : như khi đổ bê tông đã sơ ninh, trước khi đổ bê tông đã

phân tầng đều khiến cho cường độ bê tông không đảm bảo

- Đầm bê tông không đặc chắc : tỷ lệ khe rỗng sau khi bê tông vào ván khuôn đạt 10~20%,

nếu đầm không tốt hoặc ván khuôn rò rỉ sẽ ành hưởng đến cường độ

- Chế độ bảo dưỡng không tốt : chủ yếu là không đủ nhiệt độ, độ ẩm, thời kỳ thiếu nước bị

khô, hoặc sớm bị đóng băng, làm cho cường độ bê tông giảm

4 Cường độ bê tông không đủ do quản lý bảo dưỡng mẫu không tốt :

- Mẫu thí nghiệm không bảo dưỡng theo tiêu chuẩn : phải bảo dưỡng mẫu bê tông trong điều

kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 20±3oC và độ ẩm trên 90%) Không được bảo dưỡng mẫu bê tông

theo điều kiện thi công, tránh mẫu bị va chạm gây sứt mẻ làm cho cường độ thí nghiệm mẫu bị giảm

- Quản lý khuôn mẫu kém : khuôn mẫu biến dạng không kịp thời sửa chữa, thay đổi làm cho

mẫu có kích thước không đúng yêu cầu

- Đúc mẫu thí nghiệm không theo đúng quy định : như kích thước khuôn mẫu không phù hợp

với đường kính vật liệu đá; đá trong khối mẫu quá ít, mẫu không được đầm chặt bằng dụng

cụ phù hợp

5 Phương pháp xử lý sự cố cường độ bê tông không đủ :

Sự cố cường độ bê tông không đủ thường dùng các phương pháp xử lý dưới đây :

- Xác định cường độ thực tế của bê tông : nếu kết quả nén mẫu không đạt yêu cầu, ta dự tính

cường độ thực tế của bê tông trong kết cấu có thể đạt được yêu cầu thiết kế bằng phương pháp kiểm tra không phá hoại, hoặc khoan lấy mẫu để xác định cường độ thực tế của bê tông để làm căn cứ xử lý sự cố

- Lợi dụng cường độ cuối kỳ : cường độ bê tông được nâng cao theo tuổi, trong môi trường

khô cường độ ba tháng tuổi có thể đạt được 1,2 lần cường độ 28 ngày, một năm có thể đạt được 1,35 ~1,75 lần Nếu cường độ bê tông thấp hơn không nhiều so với yêu cầu thiết kế ta

có thể dời thời gian gia tải lại tương đối muộn (nếu có thể) và dùng các phương pháp bảo dưỡng bê tông, lợi dụng nguyên lý cường độ cuối kỳ của bê tông để xử lý sự cố cường độ không đủ

- Giảm tải trọng kết cấu : do cường độ bê tông không đủ làm cho sức chịu tải của kết cấu

giảm xuống rõ rệt, nếu dùng phương pháp gia cố tăng cường không thuận lợi, thông thường dùng phương pháp giảm tải trọng kết cấu để xử lý như : dùng vật liệu nhẹ để giảm trọng

lượng bản thân kết cấu; giảm tổng chiều cao công trình …

- Gia cố kết cấu : nếu cường độ bê tông cột không đủ, có thể gia cố bằng cách bọc ngoài

bằng bê tông cốt thép, cũng có thể gia cố bằng cách dùng đai xoắn ốc giằng cột Nếu cường độ bê tông của dầm thấp làm cho khả năng chống cắt không đủ, có thể dùng phương pháp bọc ngoài bằng bê tông cốt thép và phương pháp dán bản thép Nếu cường độ của dầm thiếu trầm trọng, làm cho cường độ mặt cắt ngang không đạt được yêu cầu của quy phạm, có thể dùng bê tông cốt thép tăng chiều cao dầm, cũng có thể dùng hệ thanh

kéo gia cường ứng suất trước để gia cố

- Phân tích tính toán khai thác khả năng chịu lực của kết cấu : nếu cường độ thực tế của bê

tông chênh lệch không nhiều so với cường độ thiết kế, thông thường qua phân tích tính toán kiểm tra, phần lớn không cần xử lý gia cố bằng chuyên môn Nếu cần thiết ta có thể

tiến hành thêm một bước làm thí nghiệm tải trọng để chứng minh kết cấu an toàn tin cậy

- Tháo dỡ xây lại : nếu vấn đề chất lượng nguyên vật liệu nghiêm trọng và cấp phối bê tông

có sai sót, làm cho bê tông không đông cứng hoặc cường độ giảm xuống, thông thường đều tháo dỡ xây lại Nếu cường độ bê tông của cột chịu nén dọc trục hoặc nén lệch tâm ảnh hưởng khá lớn đối với sức chịu tải, nếu không dùng phương pháp gia cố xử lý, cũng thường

dùng phương pháp này

VI Sự cố lỗ rỗng, lộ cốt thép, khe hở kẹp lớp cặn trong bê tông :

Lỗ rỗng trong bê tông là khuyết tật mà chiều sâu vượt quá chiều dày lớp bảo vệ nhưng không vượt quá 1/3 kích thước của mặt cắt Lộ cốt thép là các khuyết tật cốt thép chủ không được bao bọc bằng bê tông Lớp cặn kẹp trong khe rỗng là có khe hở hoặc có kẹp tạp vật khi thi công

1 Nguyên nhân sự cố lỗ rỗng, lộ cốt thép, khe hở kẹp lớp cặn :

1.1 Nguyên nhân sự cố lỗ rỗng :

Nguyên nhân bê tông sinh ra lỗ rỗng có :

- Độ sụt của bê tông khi đổ quá nhỏ, thậm chí đã sơ ninh

- Dùng bê tông đã phân ly để đổ, hoặc phương pháp đổ bê tông không thoả đáng như : chiều

cao rơi tự do của bê tông quá lớn, độ nghiêng của vòi voi quá dốc hoặc vòi voi quá dài …

- Dùng sai phụ gia, như trộn phụ gia đông cứng nhanh vào bê tông đổ trong mùa hè làm cho

việc đầm bê tông trở nên khó khăn …

- Tại những vị trí có cốt thép dày đặc khiến vữa bê tông chảy qua không thuận lợi, dễ sinh ra

lỗ hổng …

- Không tuân thủ một cách cẩn thận theo đúng quy trình thao tác thi công, có chỗ đầm sót …

- Đổ bê tông khối lớn theo lớp nghiêng rất dễ gây ra các lỗ rỗng ở gần phần dưới Khoảng cách lỗ đổ bê tông quá lớn hoặc một lần đổ vữa quá nhiều mà lực lượng san và đầm không đủ cũng dễ gây ra sự cố lỗ rỗng …

- Thi công dùng công nghệ ván khuôn trượt, không khống chế và kiểm tra một cách nghiêm ngặt theo yêu cầu công nghệ

1.2 Nguyên nhân sự cố lộ cốt thép :

Nguyên nhân gây ra sự cố lộ cốt thép gồm có :

- Đặt sót hoặc đặt thiếu tấm đệm cốt thép hoặc tấm đệm cốt thép chuyển vị

- Ở nơi cốt thép dày đặc, vữa xi măng cát bị cốt liệu hoặc bê tông ngăn trở mà không đi qua được

- Bê tông phân ly, thiếu vữa, độ sụt quá nhỏ hoặc ván khuôn rò rỉ vữa nghiêm trọng

- Đầm dùi va chạm vào cốt thép, làm cho vị trí cốt thép chuyển dịch và lộ ra

- Bê tông không đặc chắc hoặc tháo ván khuôn quá sớm

1.3 Nguyên nhân sự cố khe hở kẹp lớp cặn :

Sự cố hở kẹp lớp cặn do những nguyên nhân sau :

- Ở khe thi công chưa dọn sạch hoặc thao tác không theo quy định của quy phạm thi công

- Khi phân lớp đổ bê tông, thời gian ngừng giữa lớp trên và lớp dưới quá lâu hoặc có tạp chất rơi vào

2 Nguyên tắc xử lý sự cố lỗ rỗng, lộ cốt thép, khe hở kẹp lớp cặn trong bê tông :

Nguyên tắc xử lý sự cố lỗ rỗng, lộ cốt thép, khe hở kẹp lớp cặn trong bê tông là :

- Mức độ nghiêm trọng của loại sự cố này chênh lệch nhau rất lớn, thông thường đều do các

cơ quan hữu quan cùng phân tích ảnh hưởng hoặc tính nguy hại của sự cố, xác định biện pháp xử lý, sau cùng lập các văn bản cần thiết cần thiết, mới có thể xử lý

- Cần chú ý an toàn trong thi công các công việc tiếp theo và trong xử lý sự cố, khi cần thiết nên tạm ngừng thi công công đoạn tiếp theo như tháo ván khuôn đáy và cây chống dầm hoặc có khi cần phải lắp dựng giá bảo hộ an toàn

- Sự cố lỗ rỗng bê tông thông thường đều dùng biện pháp gia cường, có khi phải tháo dỡ làm lại

3 Phương pháp xử lý sự cố lỗ rỗng, lộ cốt thép, khe hở kẹp lớp cặn trong bê tông

Tùy theo từng trường hợp ta có những phương pháp xử lý sự cố lỗ rỗng, lộ cốt thép, khe hở kẹp lớp cặn trong bê tông như sau :

- Sửa chữa cục bộ : đục sạch lớp bê tông xốp không đặc chắc và đá lộ ra, dùng bàn chải và

nước sạch rửa mặt đục nhám đồng thời tưới nước trên 72 giờ, dựng ván khuôn, đổ bê tông

đá nhỏ có cường độ cao hơn một cấp so với cường độ bê tông cũ Sau khi tháo dỡ ván khuôn, cẩn thận đục bỏ phần bê tông thừa

- Nhồi vữa : sau khi đục xờm, có thể dùng phương pháp nhồi vữa bê tông khô để xử lý đối

với khuyết tật nhỏ hơn 100mm

- Đổ vữa : có hai phương pháp đổ vữa thường dùng Một là sau khi bịt kín bề mặt, trực tiếp

dùng áp lực đổ vữa xi măng vào Hai là sau khi sửa chữa cục bộ lại đổ vữa để nâng cao độ đặc chắc của vữa

- Phun bê tông : đối với bê tông lộ cốt thép và lỗ rỗng có độ sâu không lớn, sau khi đục xờm,

rữa và tưới đẫm nước, có thể phun bê tông đá nhỏ để sửa chữa

- Gia cường bằng bê tông epoxy resin : sau khi đục xờm lỗ rỗng, dùng bàn chải sắt vệ sinh

đồng thời dùng axêtôn lau chùi, sau đó bôi một lớp kết dính epoxy resin, cuối cùng phân lớp đổ bê tông epoxy resin đồng thời đầm chặt Thời gian thi công và bảo dưỡng tránh

tránh nước, tránh mưa

- Tháo dỡ xây lại : đối với cấu kiện có lỗ rỗng, lộ cốt thép nghiêm trọng, khối lượng công

việc sủa chữa lớn mà khó đảm bảo chất lượng, nên tháo dỡ xây lại

VII Sự cố sụp đổ cục bộ :

1 Tính chất và đặc trưng sự cố sụp đổ cục bộ :

Nói chung rất ít khi xảy ra sự cố sập đổ toàn công trình, phần lớn bộ phận thuộc loại sập đổ cục bộ Xử lý loại sự cố này tương đối phức tạp, thông thường phải chú ý đến ba đặc tính sau đây :

- Tính bất ngờ của sập đổ cục bộ : sập đổ cục bộ công trình phần lớn xảy ra bất ngờ Nguyên

nhân trực tiếp sập đổ bất ngờ thường gặp có : thiết kế sai, chất lượng thi công rất kém, thay đổi đường truyền lực và hệ chịu lực do dựng ván khuôn và tháo dỡ ván khuôn gây nên, kết cấu vượt tải, điều kiện khí hậu khác thường (bão, tuyết lớn)

- Tính nguy hiểm của sập đổ cục bộ : ngoài những tổn thất như sập đổ cục bộ và gây thương

vong cho người, do bộ phận sụp đỗ cục bộ va đập vào kết cấu công trình chưa bị hư hỏng, có thể gây nên sự cố có tính dây chuyền như biến dạng, nứt

- Tính tiềm ẩn của khuyết tật chất lượng : sự cố sập đổ cục bộ mang theo ý nghĩa tính nghiêm

trọng của vấn đề chất lượng, nhưng loại sụp đổ này thường xảy ra ở nơi có vấn đề nghiêm trọng nhất, hoặc ở nơi tổ hợp các điều kiện bên ngoài bất lợi nhất Do đó, bộ phận chưa bị sập đỗ rất có thể tồn tại vấn đề nghiêm trọng nguy hại đến an toàn, công việc loại bỏ nguy hiểm và xử lý sau sụp đổ càng cần phải được coi trọng

2 Nguyên nhân thường gặp của sự cố sập đổ cục bộ :

Những nguyên nhân chủ yếu gây nên sập đổ cục bộ có những vấn đề sau :

- Thiết kế sai sót : thường là do những nguyên nhân như không khảo sát, chọn sức chịu tải

của nền một cách tùy tiện; sử dụng những bản vẽ của công trình khác; mặt cắt cấu kiện

quá nhỏ; cấu tạo kết cấu hoặc liên kết cấu kiện không tốt; kết cấu công sôn không tính

toán kiểm tra lật theo quy định của quy phạm; hệ thống chống đỡ mái không tốt …

- Sửa đổi thiết kế một cách tùy tiện : thường gặp có sập đổ do sửa đổi cấu tạo liên kết dầm

cột tùy tiện, làm tăng khẩu độ của nhịp dầm hoặc giảm chiều dài chống đỡ; sửa đổi cấu tạo liên kết dầm cột biến khớp thành ngàm cứng làm nội lực thay đổi; tăng chiều cao kích thước dầm mà không có biện pháp tương ứng, làm cho cốt thép chịu mô men âm bị xệ xuống; tùy tiện giảm kích thước chi tiết liên kết của kết cấu lắp ghép; đổi cấu kiện có mặt

cắt thay đổi thành mặt cắt không đổi …

- Trình tự thi công sai : thường gặp các trường hợp như không đủ đối trọng nén bên trên kết

cấu công sôn, tháo dỡ cây chống ván khuôn, dẫn đến sập đổ do nghiêng lệch toàn bộ; nhà cao tầng đổ bê tông tại chỗ toàn bộ, sập đổ do tháo dỡ cây chống ván khuôn sàn quá sớm; cẩu lắp kết cấu lắp ghép, sập đổ do không kịp thời lắp đặt cấu kiện chống đỡ, hoặc không

kịp thời liên kết cố định nút …

- Chất lượng thi công kém : nguyên nhân thường gặp là do chất lượng nguyên vật liệu bê

tông kém, như hoạt tính của xi măng kém, hàm lượng tạp chất trong cát, đá cao; bê tông bị tổ ong, lỗ rỗng, lộ cốt thép quá nhiều; lệch vị trí cốt thép nghiêm trọng; kích thước đường

hàn không đủ; chất lượng hàn kém …

- Kết cấu vượt tải : vượt tải gây nên sập đổ cục bộ thường gặp có hai loại : một là vượt tải thi

công; hai là thêm tầng tùy tiện

- Sử dụng không thỏa đáng : như chất vật liệu vượt tải không theo quy định của thiết kế làm

cho tường cột biến dạng dẫn đến sập đổ …

- Phân tích xử lý sự cố không đúng : không kịp thời phân tích xử lý biến dạng và vết nứt rõ

rệt đã xuất hiện ở công trình, cuối cùng dẫn đến sụp đổ; dùng các biện pháp sửa chữa không thỏa đáng đối với kết cấu hoặc cấu kiện có khuyết tật, làm khuyết tật phát triển dẫn

đến sụp đỗ …

3 Nguyên tắc xử lý sự cố sập đổ cục bộ :

Khi xử lý sự cố sập đổ cục bộ cần tuân theo những nguyên tắc sau :

- Sau khi xảy ra sự cố sập đổ, phải nhanh chóng báo cáo cho cơ quan chủ quản xây dựng theo quy định, đồng thời làm tốt công việc cứu chữa và xử lý thương vong; đồng thời phải lập tức tổ chức lực lượng điều tra phân tích nguyên nhân và dùng các biện pháp bảo vệ ngăn ngừa sự cố mở rộng thêm

- Xác định phạm vi và tính chất của sự cố : sau khi xảy ra sập đổ cục bộ, phải kiểm tra toàn diện các bộ phận chưa sập đổ, xác định ảnh hưởng và tính nguy hiểm đối với bộ phận còn lại, tìm ra tai họa tiềm ẩn bên trong bộ phận chưa sập đổ, đồng thời tiến hành kiểm định kỹ

thuật cần thiết, từ đó kết luận có thể tiếp tục sử dụng bộ phận đó hay không

- Sửa chữa phục hồi công trình cần có bản vẽ thiết kế cụ thể, đặc biệt cần chú ý đến cấu tạo

liên kết và chất lượng thi công của bộ phận sửa chữa phục hồi và bộ phận còn để lại

4 Phương pháp xử lý sự cố sập đổ cục bộ :

Xử lý sự cố sập đổ cục bộ gồm những phương pháp sau :

- Dùng các biện pháp trực tiếp : tăng mặt cắt cấu kiện hoặc số lượng cốt thép; nâng cao khả

năng ổn định chống lật; thay đổi phương án kết cấu hoặc biện pháp cấu tạo …

- Sửa lại công nghệ thi công sai : chủ yếu có các mặt : một là sửa sai trình tự thi công, ngăn

ngừa cấu kiện kết cấu mất ổn định trong thi công, hoặc cường độ không đủ mà hư hỏng; hai là sửa sai phương pháp thi công, đảm bảo chất lượng công trình; ba là ngăn ngừa thi công vượt tải nghiêm trọng

- Giảm tải trọng hoặc nội lực : các phương pháp thường dùng có như giảm khẩu độ hoặc

chiều cao cấu kiện; dùng vật liệu nhẹ; giảm trọng lượng bản thân kết cấu; giảm tầng cho công trình …

- Thay đổi hình thức kết cấu : như dùng vì kèo thép thay cho vì kèo tổ hợp; thêm điểm chống

đỡ cho đầu tự do của kết cấu công xôn, hình thành hệ siêu tĩnh; dưới dầm thêm tường xây chịu lực, biến các gian rộng thành các phòng nhỏ

- Dựng thêm chân chống : như tăng thêm các cây chống cho vì kèo, nâng cao tính ổn định

Khi xử lý sự cố sập đổ cục bộ, thường dùng kết hợp 2 ~ 3 loại phương pháp xử lý, thông

thường đem lại hiệu quả tương đối lý tưởng

IIX Nhận xét :

Trong phần trên chúng ta đã tìm hiểu các dạng sự cố của công trình bê tông cốt thép như : bê tông bị nứt; cấu kiện bê tông cốt thép bị sai vị trí, bị biến dạng; chất lượng cốt thép bị suy giảm; cường độ bêtông không đủ; bê tông bị rỗng, hở cốt thép, kẹp lớp; công trình bị sụp đổ cụïc bộ Đồng thời tìm hiểu những nguyên nhân và các phương pháp xử lý sự cố cho từng

trường hợp đã và đang được sử dụng phổ biến như : kỹ thuật gia cố nhồi vữa hóa chất; kỹ thuật gia cố phun bê tông; kỹ thuật gia cố bọc ngoài bằng bê tông; kỹ thuật gia cố bọc ngoài bằng

thép; kỹ thuật gia cố dán bản thép; kỹ thuật gia cố thay đổi hệ thống chịu lực; kỹ thuật gia cố

bằng thanh kéo ứng suất trước; kỹ thuật gia cố bằng thanh chống ứng suất trước Các kỹ thuật

gia cố trên sẽ được trình bày ở chương sau

CHƯƠNG III : CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA, GIA CỐ CÔNG TRÌNH

BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐÃ VÀ ĐANG SỬ DỤNG

I Các yêu cầu chung :

Sửa chữa, gia cố công trình bê tông cốt thép có nhiều cách, về cơ bản có thể có các phương pháp sau đây : nhồi vữa hóa chất, phun bê tông, bọc ngoài bằng bê tông, bọc ngoài bằng thép, dán bản thép, thay đổi hệ thống chịu lực, dùng thanh kéo ứng suất trước, thanh chống ứng suất trước Khi sửa chữa, gia cố công trình bê tông cốt thép chúng ta cần phải tuân theo các yêu cầu sau :

1 Yêu cầu chọn phương án gia cố :

Việc chọn phương án gia cố có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của công việc sửa chữa, gia cố công trình Để chọn phương án gia cố có thể dựa vào các yêu cầu sau :

- Yêu cầu về mặt hiệu quả cục bộ : phương án gia cố phải đáp ứng các yêu cầu như hiệu quả

gia cố tốt, kỹ thuật tin cậy, thi công đơn giản, kinh tế hợp lý và không làm giảm công năng sử dụng của kết cấu

- Yêu cầu về mặt hiệu quả tổng thể : khi chọn phương án gia cố không nên chỉ xem xét sửa

chữa bộ phận kết cấu bị hư hỏng mà phải xem xét hiệu quả tổng thể của công trình sau khi gia cố

2 Yêu cầu thiết kế gia cố :

Khi thiết kế gia cố cần chú ý các yêu cầu đối với các bước sau :

2.1 Chọn vật liệu và cường độ vật liệu :

Yêu cầu đối với vật liệu của kết cấu cũ :

- Nếu chủng loại và tính năng của vật liệu của kết cấu cũ phù hợp với thiết kế cũ ta có thể lấy giá trị cường độ theo số liệu thiết kế cũ

- Nếu không có tài liệu cường độ vật liệu của kết cấu cũ thông thường ta sẽ đo đạc, lấy mẫu thí nghiệm thực tế để đánh giá chọn trị số cường độ vật liệu cũ

Yêu cầu đối với vật liệu gia cố :

- Cốt thép : thông thường chọn các loại thép các bon thông dụng

- Xi măng : sử dụng xi măng có mác không thấp hơn mác 300

- Mác bê tông : cần cao hơn mác bê tông kết cấu cũ một cấp và không được dùng mác thấp

hơn 200

- Vữa xi măng : mác vữa dùng gia cố không được phép dưới mác 100

- Trong thành phần bê tông gia cố không được sử dụng các vật liệu như tro than, tro núi lửa,

xỉ quặng lò cao …

2.2 Chọn giá trị tải trọng thiết kế gia cố :

Đối với tải trọng tác dụng lên kết cấu gia cố, phải chọn sau khi điều tra thực tế Đối với các tải trọng vĩnh viễn (tải trọng bản thân kết cấu, vật liệu lắp đặt lâu dài …) trong quy phạm chưa có thì ta có thể xác định bằng cách lấy mẫu rối đem cân đo thực tế Số mẫu không được ít

hơn 5 mẫu, lấy trị số trung bình nhân hệ số 1,1 Đối với tải trọng công nghệ, tải trọng cầu trục

… có thể lấy theo số liệu đơn vị sử dụng cung cấp

2.3 Tính toán kiểm tra sức chịu tải :

Tính toán kiểm tra sức chịu tải bao gồm hai giai đoạn là giai đoạn xử lý sự cố và giai đoạn sử dụng sau khi hoàn thành việc xử lý Sơ đồ tính toán dùng để tính toán kiểm tra hai giai đoạn này phải xác định theo tình trạng chịu lực và kích thước thực tế của kết cấu Diện tích mặt cắt tiết diện phải lấy theo giá trị hữu hiệu, nghĩa là có tính đến sự hư hỏng của kết cấu Khi tính toán kiểm tra giai đoạn sử dụng cần đặc biệt chú ý đến sự cùng làm việc của phần kết cấu mới và kết cấu cũ, cần phải giảm trị số cường độ vật liệu Ngoài ra, cần xem xét đến những thay đổi của kết cấu như việc độ lệch tâm của tải trọng thực tế, trọng lượng bản thân của kết cấu sau khi gia cố tăng lên … Do đó, cần phải kiểm tra cả những kết cấu liên quan và cả kết cấu móng của công trình

2.4 Yêu cầu cấu tạo :

Gia cố kết cấu không chỉ đáp ứng yêu cầu cấu tạo của bản thân cấu kiện mới mà còn cần đặc biệt chú ý cấu tạo liên kết giữa cấu kiện mới và kết cấu cũ

3 Yêu cầu thi công gia cố :

Trong rất nhiều trường hợp thi công công trình gia cố được tiến hành trong điều kiện có phụ tải hoặc một phần phụ tải Do đó, phải rất chú ý an toàn trong thời gian thi công, cố gắng tháo dỡ toàn bộ hoặc một phần tải trọng ngoài, đồng thời tạo ứng suất trước cho cây chống để giảm ứng suất trong cấu kiện cũ

Trước khi thi công công trình gia cố, cần chú ý xác định chính xác vị trí cần gia cố Trong quá trình thi công gia cố cần phải luôn quan sát chú ý đến những tình huống không lường trước được Nếu xảy ra sự cố trong khi thi công, phải ngừng thi công ngay, đồng thời tìm biện pháp xử lý

Nếu có bổ sung thêm chi tiết gia cố, khi thi công phải kiểm tra sự dính kết và chất lượng liên kết của bộ kết hợp cấu kiện cũ và mới Khi thi công gia cố nên rút ngắn thời gian để giảm bất tiện cho người dân và tránh những sự cố đáng tiếc không lường trước được

II Các ký hiệu sử dụng trong các công thức tính toán trong chương này :

Trong chương này có một số công thức tính toán với các ký hiệu sử dụng được chú thích như sau :

α - Hệ số chiết giảm cường độ của bê tông và cột thép gia cố thêm cùng làm làm việc với

phần kết cấu cũ, α = 0,8 đối với nén đúng tâm, α = 0,9 đối với nén lệch tâm và α = 0,9

đối với dầm

As1 - Diện tích tiết diện cốt thép dùng để gia cố

A em - Diện tích mặt cắt tiết diện bê tông kết cấu cũ

A '

s - Diện tích mặt cắt của cốt thép chịu nén kết cấu cũ

A s - Diện tích mặt cắt của cốt thép chịu kéo kết cấu cũ

A e1 - Diện tích mặt cắt tiết diện bê tông gia cố

A ’

s1 - Diện tích tiết diện cốt thép chịu nén dùng để gia cố

A s1 - Diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo dùng để gia cố

A t - Diện tích mặt cắt của bản thép gia cố

A ’

a - Diện tích mặt cắt của thép hình gia cố chịu nén

A a - Diện tích mặt cắt thép hình bọc một phía bên ngoài của cột hay diện tích mặt cắt thép

hình gia cố chịu kéo

A s2 - Diện tích chuyển đổi của tiết diện thanh chống thép

Ao - Diện tích chuyển đổi của tiết diện thanh chống bê tông

a '

s - Chiều dày lớp bảo vệ của cốt thép dọc chịu nén của dầm, cột bê tông cũ

a s - Chiều dày lớp bảo vệ của cốt thép dọc chịu kéo của dầm, cột bê tông cũ

a '

s1 - Chiều dày lớp bảo vệ của cốt thép dọc chịu nén của dầm, cột bê tông gia cố

a - Khoảng cách giữa tim của hai mặt cắt thép hình phía chịu kéo và chịu nén

a1 - Biến dạng của dụng cụ neo

a2 - Lượng nén đầu trên của thanh chống và bê tông của kết cấu được gia cố,

lấy bằng 2 ~ 4mm

β1 - Hệ số kinh nghiệm, lấy bằng 0,75

β2 - Hệ số kinh nghiệm, lấy bằng 0,9

b1 - Chiều rộng của tiết diện bê tông gia cố

b - Chiều rộng của tiết diện dầm, cột bê tông cũ

b t - Chiều rộng bản thép gia cố chịu kéo

b u - Chiều rộng bản đai dính kết trên mặt bên dầm bê tông

EI - Độ cứng của mặt cắt cột gia cố bọc ngoài bằng thép

E e - Mô đun đàn hồi của cột bê tông cũ

E a - Mô đun đàn hồi của thép hình gia cố

E s2 - Mô đun đàn hồi của thanh chống thép

E o - Mô đun đàn hồi của thanh chống bê tông

e - Độ lệch tâm của lực dọc, bằng khoảng cách từ tâm cốt thép chịu kéo đến lực dọc của cột

f ’

y1 - Cường độ chịu nén cốt thép dùng để gia cố

f y1 - Cường độ chịu kéo cốt thép dùng để gia cố

f ty - Cường độ thiết kế chịu kéo của bản thép gia cố

f y - Cường độ chịu kéo của cốt thép kết cấu cũ

f v - Cường độ chịu cắt dính kết của thép và thép

f cv - Cường độ thiết kế chịu cắt của bê tông bị dán

f e1 - Cường độ chịu nén bê tông gia cố

f y1 - Cường độ chịu nén cốt thép dùng để gia cố

f em - Cường độ chịu nén của bê tông kết cấu cũ

f y ' - Cường độ chịu nén của cốt thép kết cấu cũ

f ’

a - Cường độ chịu nén của thép hình gia cố

H - Lượng bẻ cong ban đầu của thanh kéo ứng suất trước

h o1 - Chiều cao hữu hiệu của mặt cắt sau khi gia cố Nếu tăng thêm diện tích cốt thép

không lớn lắm, có thể lấy gần đúng bằng cao độ hữu hiệu h o của mặt cắt kết cấu cũ

h ’

1 - Chiều dày của bê tông gia cố mặt chịu nén

h1 - Chiều dày của bê tông gia cố mặt chịu kéo

h - Chiều cao tiết diện kết cấu cũ

I e - Mô men quán tính của cột bê tông cũ

L - Chiều cao cột cần chống

L u - Chiều dài bản đai dính kết trên mặt bên dầm bê tông

L 1 - Chiều dài đoạn neo của bản thép gia cố dán

L1 - Khoảng cách giữa thanh chống ngang và điểm làm chặt bên cạnh

L2 - Chiều dài thanh kéo từ điểm neo cố định đến thanh chống đầu tiên

L3 - Chiều dài thanh kéo từ điểm chống đầu tiên đến giữa dầm

1 - Chiều dài hình chiếu của đoạn xiên thanh kéo ứng suất trước

M u - Sức chịu uốn của dầm sau khi được gia cố

N u - Lực dọc của cột sau khi gia cố

n - Số lượng bản đai gia cố ở mỗi đầu

∆L o - Lượng giãn dài kéo căng của thanh kéo ứng suất trước của đoạn L o

∆S L - Tổng lượng giãn dài của biến dạng rút ngắn khép kín, thanh kéo đoạn đường thẳng cùng với biến dạng công cụ neo

∆S - Biến dạng rút ngắn khép kín dầm cũ giữa hai điểm neo của thanh kéo ứng suất trước

∆S1 - Lượng giãn dài của cốt thép cũ trước khi khi kéo căng thanh kéo ứng suất trước

∆S2 - Lượng giãn dài của cốt thép cũ trước sau khi kéo căng thanh kéo ứng suất trước

∆L ’

1 - Biến dạng của thanh gia cố đoạn L1

∆L ’

2 - Biến dạng của thanh gia cố đoạn L2

ϕ - Hệ số ổn định của cấu kiện

ϕ1 - Hệ số ổn định của thanh nhánh chịu nén

σs - Ứng suất trong cốt thép dọc cột bê tông cũ

σa - Ứng suất của thép hình gia cố

σcon - Ứng suất khống chế kéo căng

t a - Chiều dày bản thép gia cố chịu kéo

x - Bề rộng vùng bê tông chịu nén

III Kỹ thuật gia cố nhồi vữa hóa chất :

Kỹ thuật nhồi vữa hóa chất là dùng thiết bị vận chuyển có áp lực đưa dung dịch vữa pha chế hóa chất nhồi vào vết nứt của cấu kiện bê tông để chúng khuyếch tán, đông cứng Dung dịch vữa hóa chất sau khi đông cứng có cường độ dính kết tương đối cao, có thể dính kết tương đối tốt với bê tông, từ đó tăng cường tính toàn khối của kết cấu để cấu kiện khôi phục công năng sử dụng, nâng cao độ bền, đạt được mục tiêu tăng cường chống gỉ

Dung dịch hóa chất dùng để sửa chữa gia cố kết cấu chủ yếu có hai loại : dung dịch epoxy

resin và dung dịch methyl methacpylateg

Dung dịch vữa hóa chất dùng để chống thấm bịt rò rỉ chủ yếu có : acrylamide,

polyurethane, muối axit acrylic … Đây là những chất không tan có thể lấp đầy khe hở để không

thấm nước và tăng cường độ

1 Chọn và pha chế vật liệu vữa nhồi :

1.1 Chọn vật liệu vữa nhồi :

Vật liệu vữa nhồi dùng để sửa chữa kết cấu có thể dựa vào sự khác nhau của chiều rông, độ sâu và mật độ của vết nứt, có thể chọn như sau :

- Đối với các vết nứt nhỏ mà sâu có chiều rông nhỏ hơn 0,3mm nên dùng dung dịch methyl

methacpylateg hoặc dung dịch epoxy resin có độ dính thấp để nhồi tăng cường

- Nếu chiều rộng vết nứt lớn hơn 1,0mm nên dùng dung dịch vữa xi măng - cát trương nở để

sửa chữa

- Đối với các vết nứt có chiều rộng 0,3 ~1,0mm nên dùng dung dịch vữa epoxy resin có độ co

ngót tương đối nhỏ để nhồi gia cường

1.2 Pha chế dung dịch vữa và điều kiện sử dụng :

Pha chế dung dịch vữa phụ thuộc vào mục đích sử dụng và điều kiện sử dụng của vữa

Chúng ta có một vài cách pha chế dung dịch vữa epoxy resin và dung dịch vữa methyl

methacpylateg như sau :

- Dung dịch vữa epoxy resin :

Cách pha chế dung dịch vữa epoxy resin có thể theo bảng 3.1 Tỷ lệ các thành phần thêm vào có ảnh hưởng tương đối lớn đối với tính năng và công năng sử dụng của dung dịch epoxy

resin Khi sử dụng đối với công trình, phải dựa vào công năng sử dụng để chọn cách pha chế

cho phù hợp

Bảng 3.1 Phương pháp pha chế và tính năng dung dịch vữa epoxy resin

Trên vật liệu Quy cách Tỷ lệ pha chế (theo trọng lượng)

Cách 1 Cách 2 Cách 3 Cách 5 Cách 4

1 ngày

- Tính lưu động hơi kém

- Sau 2

ngày ở thể đàn hồi

- Tính lưu động tương đối tốt

- Sau 4

ngày ở thể đàn hồi

- Tính lưu động tương đối tốt

- Sau 6

ngày ở thể đàn hồi

- Tính lưu động rất tốt

- Sau 7

ngày ở thể đàn hồi

- Tính lưu động rất tốt

Nếu trong dung dịch epoxy resin có thêm coal tar thì sẽ làm cho dung dịch vữa epoxy resin

đông cứng rất tốt trong trường hợp có nước và có thể nâng cao cường độ dính kết của nó với vết nứt có nước Pha chế dung dịch vữa sửa chữa vết nứt bê tông ẩm ướt và tính năng có thể xem bảng 3.2

Bảng 3.2 Phương pháp pha chế và tính năng dung dịch vữa epoxy resin

sửa chữa vết nứt ẩm ướt

Thành phần,

Tỷ lệ cấp phối

Thành phần

dung dịch vữa

Epoxy resin (6101) (g) Phthalic twobutyrolaton (ml) Xylene (ml)

Epoxy chlorpropane (ml) Coal tar (g)

Ethylenediamile (ml)

DMP-30 (ml)

Chất dính

Chất tăng dẻo không hoạt tính

Chất pha loảng không hoạt tính

Chất pha loảng hoạt tính

Chất đảm bảo đông cứng trong nước

Tính năng Cường độ chịu nén (MPa)

Cường độ dính kết 28 ngày ẩm ướt (MPa)

17,9 1,25

Trong trường hợp nhiệt độ thấp, độ dính của dung dịch vữa epoxy resin nói chung tương

đối thấp, khó nhồi Nếu chất pha loãng dùng dung môi hữu cơ có độ dính tương đối nhỏ như

aseton có thể làm giảm độ dính của dung dịch vữa epoxy resin, nâng cao tính dễ nhồi và cường

độ dính kết với khe nứt ẩm ướt Nếu trong dung dịch vữa epoxy resin có thêm chất đông cứng

703* có hoạt tính tương đối cao và chất xúc tác DMP-30 thì có thể nâng cao tốc độ đông cứng

ở nhiệt độ thấp

- Dung dịch vữa methyl methacpylateg :

Dung dịch vữa methyl methacpylateg có thể nhồi vào vết nứt nhỏ 0,05mm Khi các công

trình như đập nước, bể nước xuất hiện vết nứt dùng methyl methacpylateg tiến hành khôi phục sửa chữa gia cường rất hữu hiệu Cách pha chế dung dịch vữa methyl methacpylateg có thể

theo bảng 3.3

Bảng 3.3 Phương pháp pha chế dung dịch vữa methyl methacpylateg

Tên vật liệu Ký hiệu Tỷ lệ pha chế (theo trọng lượng)

100

18

-

1,5 1,0 1,0

100

-

10 1,0 1,0 ~ 2,0 0,5 ~ 1,0

100

0 ~ 15

0 ~ 10

1 ~ 1,5 0,5 ~ 1,0 0,5 ~ 1,0

2 Phương pháp nhồi vữa và thiết bị :

Hiện nay có hai phương pháp nhồi vữa thường dùng là : phương pháp nhồi vữa thủ công và phương pháp nhồi vữa bằng máy Ngoài ra, gần đây ở nước ngoài còn có phương pháp nhồi vữa tự động

2.1 Phương pháp thi công nhồi vữa thủ công :

Công cụ nhồi vữa thủ công là súng Dung lượng của nòng súng thông thường là 300ml, có thể chứa dưới 200ml dung dịch vữa Khi thao tác, chứa đầy dung dịch vữa Khi thao tác, chứa

đầy dung dịch vữa đã pha chế xong vào ống súng Nối đầu súng với họng phun vữa, bẩy thanh thao tác là có thể nén dung dịch vữa vào khe Khi thi công có thể tùy ý điều chỉnh áp lự nhồi

vữa Khi dùng sức ép đòn bẩy, áp lực lớn nhất đầu súng có thể đạt đến 20MPa Với áp lực lớn

như vậy có thể nhồi được vữa đặc Phương pháp thủ công dùng ít công cụ lại cơ động linh hoạt, nếu vết nứt không nhiều, lượng nhồi vữa không lớn dùng phương pháp này rất tiện lợi

2.2 Phương pháp thi công nhồi vữa bằng máy :

Nhồi vữa bằng máy là phương pháp thi công bằng máy dùng bơm nén vữa liên tục Công cụ nhồi vữa bao gồm : bơm vữa, ống, họng phun vữa Hiện nay bơm vữa hóa chất chủ yếu có các dạng sau :

- Kiểu HGB : phạm vi điều tiết lưu lượng vữa là 0 ~ 6,4lít/phút

- Kiểu bơm màng đo được lưu lượng 2MJ-3/40 : có độ chính xác cao, lại phù hợp với nhồi

vữa hóa chất, cũng phù hợp với nhồi vữa xi măng, phạm vy điều tiết lưu lượng là 0 ~ 3lít/phút

- Bơm phun vữa hóa chất kiểu JN-4 : có thể dùng cho methyl methacpylateg, lưu lượng lớn

nhất là 2,8lít/phút Ống nén vữa có thể tự tạo, dung lượng của nó tự quyết định ở độ lớn của

lượng tiêu hao vữa của công trình

3 Các bước thi công nhồi vữa hóa chất :

Thi công nhồi vữa hóa chất gồm các bước sau :

3.1 Xử lý vết nứt :

Trước khi nhồi vữa cần phải tiến hành xử lý vết nứt, phương pháp xử lý tùy theo tình hình vết nứt

- Phương pháp xử lý bề mặt : nếu vết nứt tương đối nhỏ (nhỏ hơn 0,3mm), có thể dùng công

cụ như bàn chải sắt chải vết bẩn trên bề mặt vết nứt, sau đó dùng chổi lông quét chất hữu

cơ như methylbenzen hay cồn rửa sạch trong phạm vi 20 ~ 30mm ở hai bên vết nứt, đồng

thời giữ khô

- Phương pháp đục rãnh : nếu vết nứt trên kết cấu tương đối rộng (lớn hơn 0,3mm), tương

đối sâu, nên dùng phương pháp đục rảnh Dùng đục thép hoặc búa hơi đục rãnh hình chữ

"V" dọc theo vết nứt, rãnh rộng 30 ~ 50mm Sau khi đục xong dùng bàn chảy sắt và khí

nén thổi sạch vụn bê tông và bụi

- Phương pháp khoan lỗ : Đối với vết nứt sâu trên bê tông khối lớn hoặc công trình lớn, dùng

phương pháp khoan lỗ Lỗ khoan nên lấy đường kính 50mm cách nhau 2 ~3 m nếu chiều rộng vết nứt lớn hơn 0,5mm; nếu vết nứt nhỏ hơn 0,5mm, thu nhỏ khoảng cách lỗ khoan Sau khi khoan, dọn sạch vụn và bụi trong lỗ, đồng thời dùng sỏi gạch có đường kính 10 ~ 20mm lấp vào lỗ để có thể tiết kiệm vữa