Hiện nay, trong quá trình cải cách hành chính Nhà nước, Bộ Giao thông vận tải đang tiếp tục hoàn thiện cơ cấu tổ chức để phát huy hiệu quả quản lý nhà nước, thực hiện tốt công tác khai[r]
(1)BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA XÂY DỰNG BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG
Đăng Huy Khánh Bộ môn Cầu Đường
(2)TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA XÂY DỰNG BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG
- o0o -
Ths Đặng Huy Khánh
BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: KHAI THÁC KIỂM ĐỊNH CẦU (TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN KHOA XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH)
Mã số môn học: GT20022 Số tín chỉ: 02
Học phần: Tự chọn Lý thuyết: 25 tiết Bài tập, thảo luận: tiết Tự học: 60 tiết
(3)Khai thác, kiểm định cầu_ĐH Khánh
MỤC LỤC
BÀI GIẢNG TÍN CHỈ HỌC PHẦN KHAI THÁC KIỂM ĐỊNH CẦU
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I
CÔNG TÁC KHAI THÁC, BẢO QUẢN VÀ SỬA CHỮA CẦU
1.1 Khái niệm chung:
1.2 Khai thác cơng trình cầu:
1.2.1 Tổ chức máy quản lý khai thác cơng trình:
1.2.2 Tình trạng cầu cống nước ta nay:
1.2.3 Tình trạng quản lý khai thác: 10
1.2.4 Các yêu cầu chung công tác quản lý khai thác: 10
1.3 Bảo quản dòng chảy điều chỉnh hướng dòng 11
1.4 Kiểm tra, sửa chữa cầu thép: 12
1.4.1 Công tác kiểm tra cầu thép: 12
1.4.2 Các hư hỏng, khuyết tật giải pháp sửa chữa cầu thép 13
1.5 Kiểm tra sửa chữa cầu bê tông cốt thép: 22
1.5.1 Công tác kiểm tra kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép 22
1.5.2 Các hư hỏng khuyết tật cầu bê tông cốt thép 22
1.5.3 Sửa chữa khuyết tật kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép 24
1.6 Kiểm tra sửa chữa mố trụ cầu: 28
1.6.1 Công tác kiểm tra mố trụ cầu hư hỏng chủ yếu 28
1.6.2 Sửa chữa mố, trụ cầu 30
CHƯƠNG II 34
KIỂM ĐỊNH CẦU VÀ GIA CỐ CẦU 34
2.1 Khái niệm chung: 34
2.2 Kiểm định cầu: 35
2.2.1 Công tác khảo sát thu thập tài liệu trạng cơng trình: 35
2.2.2 Xác định khả chịu tải cơng trình theo lý thuyết: 38
2.2.3 Xác định khả chịu tải cơng trình theo thực nghiệm: 41
2.3 Gia cố cầu thép: 68
2.3.1 Gia cố hệ dầm mặt cầu thép: 70
2.3.2 Gia cố kết cấu nhịp dầm thép đặc: 72
2.3.3 Gia cố dàn chủ: 74
2.3.4 Gia cố làm lại hệ liên kết dàn chủ 77
(4)-Khai thác, kiểm định cầu
2.4.1 Gia cố kết cấu nhịp: 78 2.4.2 Gia cố mố, trụ cầu: 90
-Tài liệu – học liệu: - Tài liệu chính:
[1] Bài giảng khai thác, kiểm định cầu - tác giả Đặng Huy Khánh, Bộ môn Cầu đường, khoa Xây dựng, trường Đại học Vinh
[2] Giáo trình khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống - tác giả GS.TS Nguyễn Viết Trung - Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, 2008
- Tài liệu tham khảo
[1] Chẩn đốn cơng trình cầu, tác giả PGS.TS Nguyễn Viết Trung, Nhà xuất xây dựng, 2003
(5)Khai thác, kiểm định cầu_ĐH Khánh
MỞ ĐẦU I Đối tượng nghiên cứu:
Khai thác, kiểm định cầu môn học nghiên cứu làm việc công trình cầu khai thác xây dựng xong chuẩn bị đưa vào khai thác nhằm đánh giá khả chịu lực cơng trình phục vụ cho cơng tác quản lý, bảo dưỡng sửa chữa, gia cố tăng cường cầu Như biết, thiết kế cầu người ta lựa chọn kích thước hình học cầu trước sau tiến hành tính tốn theo quy định tiêu chuẩn hành để xác định khả chịu lực kết cấu cơng trình, sở điều chỉnh lại số liệu đầu vào để xác định kết cấu cơng trình phù hợp với công nghệ thi công yêu cầu khai thác
Đối với công tác khai thác kiểm định cầu đối tượng nghiên cứu rõ ràng cơng trình cầu thực tế với đầy đủ đặc trưng hình học vật liệu Người ta tiến hành đo đạc, tính tốn cơng trình cầu thực tế (cầu cũ qua sử dụng cầu hoàn thành chuẩn bị đưa vào khai thác) để xác định khả chịu lực thực tế công trình cầu để từ đưa giải pháp quản lý, khai thác, gia cố cầu hợp lý
II Nội dung môn học:
Nội dung mơn học gồm chương với nội dung nội dung: Quản lý khai thác cầu, bảo quản sửa chữa cầu, kiểm định thử nghiệm cầu, gia cố tăng cường cầu
2.1 Quản lý khai thác cầu:
Phần nghiên cứu nội dung phương pháp quản lý khai thác cầu Quản lý bao gồm hồ sơ cầu quan trọng quản lý tình trạng kỹ thuật cầu Một đơn vị quản lý phải nắm rõ thông tin cầu từ thiết kế, thi công, đến lịch sử khai thác cầu, hư hỏng sửa chữa, nâng cấp, đề đề chế độ khai thác hợp lý cho cơng trình cầu hạn chế tải trọng, tốc độ, số lượng xe qua cầu, đồng thời đề kế hoạch, chương trình sửa chữa cầu thường xuyên, định kỳ hay sửa chữa lớn theo nguồn kinh phí hàng năm
Bằng nghiệp vụ quản lý khai thác cầu với hình thức kiểm tra chặt chẽ để nắm rõ thơng tin cơng trình cầu đề từ xây dựng kế hoạch sửa chữa, nâng cấp theo nhu cầu thực tế khai thác
2.2 Bảo quản sửa chữa cầu:
Bảo quản sửa chữa cầu nhằm đảm bảo cầu suốt trình khai thác sử dụng giữ khả làm việc thiết kế ban đầu mà thay đổi chế độ khai thác Sửa chữa cầu cơng việc nhỏ siết bulông, trám rỗ bê tông, đến công việc lớn thay dầm cầu, giàn thép, dây văng,
Công tác bảo quản sửa chữa cầu đề cập đến nội dung môn học kiến thức bản, phương pháp sử dụng trường, đỏi hỏi mức độ chuyên môn định Các sửa chữa mang tính chuyên gia, sữa chữa cao cấp chưa nghiên cứu 2.3 Kiểm định thử nghiệm cầu:
Nội dung phần công tác đo đạc kiểm định thử nghiệm cầu để nghiên cứu đánh giá khả chịu lực cầu thực nghiệm như: đo ứng suất, độ võng, dao động, sử dụng kết đo để đánh giá khả chịu lực cầu
Khoan lấy mẫu để kiểm tra đặc trưng vật liệu làm cầu, kiểm toán cầu khả chịu lực thực tế cơng trình cầu
(6)Khai thác, kiểm định cầu
2.4 Gia cố tăng cường cầu
Đây công việc khác với công việc sửa chữa cầu, công tác gia cố tăng cường cầu công việc nhằm làm tăng khả khai thác chịu lực cơng trình cầu Việc tăng cường cầu phải làm thay đổi sơ đồ làm việc cầu, kết cấu cầu, dầm chủ, khổ cầu, nhằm làm tăng khả chịu lực cơng trình bố trí thêm trụ đỡ, tăng chiều cao dầm chủ, làm tăng khả khai thác cầu thêm dầm, mở rộng xà mũ, tăng số xe cầu
III Phương pháp nghiên cứu:
(7)Khai thác, kiểm định cầu_ĐH Khánh
CHƯƠNG I
KHAI THÁC, BẢO QUẢN VÀ SỬA CHỮA CẦU * Mục tiêu:
- Cung cấp kiến thức hiểu biết hình thức quản lý khai thác cơng trình cầu nước ta, tình hình thực tế số giải pháp khắc phục
- Cung cấp kiến thức hiểu biết để kiểm tra, khắc phục hư hỏng, khuyết tật cơng trình giao thơng
- Nắm phương pháp đo đạc, thử nghiệm để đánh giá lực chịu tải đánh giá lực cơng trình
- Hiểu biết vận dụng phương pháp sửa chữa, cải tạo, tăng cường nhằm khôi phục hư hại, nâng cao lực chịu tải cơng trình cầu
* Nội dung:
1.1 Khái niệm chung:
Mục đích việc xây dựng cơng trình cầu để đưa vào khai thác phục vụ kết nối hệ thống hạ tầng giao thơng phải qua khu vực khó khăn sông, hẻm núi, thung lũng, giao cắt, … Khai thác cầu công việc cuối trình đầu tư xây dựng dự án cầu gồm Khảo sát - Thiết kế - Xây dựng - Khai thác Tuy nhiên, chưa phải kết thúc mà bắt đầu giai đoạn mới, trình khai thác cơng trình cầu bị suy giảm chất lượng theo thời gian, chí bị sụp đổ, cần thiết phải thực cơng tác kiểm tra, tu, bảo quản, sửa chữa cơng trình cầu
Các nguyên nhân làm suy giảm chất lượng cơng trình cầu gồm: Có sai sót thiết kế thi công; Do tác dụng hoạt tải ln thay đổi; Ảnh hưởng khí hậu, thời tiết, mơi trường xung quanh; Tính chất vật liệu xây dựng cầu; Thiên tai, địch họa Để hạn chế tối đa nguyên nhân gây suy giảm chất lượng cầu ta cần kiểm tra, bảo quản để cầu trạng thái phục vụ tốt, phát kịp thời khắc phục tượng hư hỏng hình thành, ngăn chặn khơng cho phát triển thành tai nạn đáng tiếc
Công tác quản lý khai thác cầu công việc thường xuyên, ghi chép nhật ký cách đầy đủ thống kê lý lịch cầu, đặc tính kỹ thuật, đặc điểm địa chất, địa hình, thủy văn, loại tải trọng xe qua cầu đặc điểm phương tiện giao thông cầu Trên sở đó, tiến hành cơng tác tu, bảo dưỡng thường xuyên, tiến hành sửa chữa theo mức độ nhỏ, vừa lớn
- Sửa chữa nhỏ: Là công tác khắc phục hư hỏng nhỏ, hư hỏng chưa làm ảnh hưởng đến chế độ khai thác ảnh hưởng đến tuổi thọ tính bền vững cơng trình Khối lượng thi cơng khơng cần phải đình giao thông cầu
- Sửa chữa vừa: Khắc phục hư hỏng, mà hư hỏng chưa làm giảm khả chịu tải kết cấu ảnh hưởng đến chế độ khai thác cơng trình Khối lượng thi công tương đối lớn, thời gian sửa chữa phải đình tạm thời hạn chế giao thông qua cầu
(8)Khai thác, kiểm định cầu
năng chịu tải kết cấu nhằm đưa kết cấu trở lại chế độ khai thác cơng trình Khối lượng thi cơng lớn, thời gian sửa chữa phải đình giao thơng cầu
Khi kết cấu khơng cịn đủ khả chịu hoạt tải phát triển nặng cầu trở nên hẹp khơng cịn đủ lưu thơng lượng phương tiện qua cầu cần thiết phải xem xét tăng cường, mở rộng cầu Kết cấu cầu gồm nhiều phần chịu lực khác nhau, phận có cường độ ta tăng cường phần yếu mà thôi, mức độ cần thiết tùy theo nhu cầu phát triển giao thông để xem xét, xử lý
1.2 Khai thác công trình cầu:
1.2.1 Tổ chức máy quản lý khai thác cơng trình:
Trong nghiệp đổi đất nước, yêu cầu phát triển giao thông vận tải Việt Nam lớn Nhiều tuyến đường với cơng trình cầu thi cơng theo cơng nghệ tiên tiến hình thành, với việc nâng cấp, cải tạo hệ thống cầu, đường cũ Xây dựng giao thông vận tải quản lý, khai thác tốt cơng trình có hai nhiệm vụ lớn phải song song thực
Để đáp ứng yêu cầu này, Bộ Giao thông vận tải quy định chức năng, nhiệm vụ quản lý tu cho đơn vị chuyên ngành Tổng Cục Đường Việt Nam Cục Đường sắt Việt Nam hai quan chủ yếu thực chức quản lý khai thác hệ thống cầu - đường quốc lộ cơng trình khác mạng lưới giao thơng đường đường sắt Việt Nam
Cơ cấu tổ chức Tổng Cục Đường Việt Nam gồm bốn cục quản lý đường phụ trách vùng lãnh thổ khác nhau:
- Cục quản lý đường 1: Quản lý tỉnh phía Bắc từ Ninh Bình trở ra;
- Cục quản lý đường 2: Quản lý tỉnh Bắc miền Trung từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế;
- Cục quản lý đường 3: Quản lý tỉnh miền Trung Tây Nguyên từ thành phố Đà Nẵng đến hết tỉnh Khánh Hòa;
- Cục quản lý đường 4: Quản lý tỉnh Nam Trung Bộ Nam từ tỉnh Ninh Thuận, Lâm Đồng trở vào
Dưới Cục quản lý đường có Chi cục làm nhiệm vụ khai thác công ty xây lắp thực nhiệm vụ sửa chữa, trung, đại tu cơng trình Ngồi ra, có số cơng ty xây lắp trực thuộc Cục để thực nhiệm vụ xây dựng cơng trình có vốn xây lắp lớn hàng năm
(9)Khai thác, kiểm định cầu
- Công ty vận tải hành khách Hà Nội; - Công ty vận tải hành khách Sài Gịn; - Cơng ty vận tải hàng hóa đường sắt;
- Trung tâm Điều hành vận tải đường sắt phân ban, công ty đơn vị quản lý trung, đại tu công trình đường sắt
Trên cấu tổ chức máy quản lý khai thác, bảo dưỡng mạng lưới đường giao thông quốc gia (quốc lộ) Đối với hệ thống đường địa phương quản lý, khai thác, bảo dưỡng thuộc trách nhiệm sở giao thông vận tải sở giao thơng cơng Các sở chịu lãnh đạo trực tiếp quyền tỉnh thành phố, đồng thời chịu lãnh đạo theo ngành dọc Bộ Giao thông vận tải
Hiện nay, q trình cải cách hành Nhà nước, Bộ Giao thông vận tải tiếp tục hoàn thiện cấu tổ chức để phát huy hiệu quản lý nhà nước, thực tốt công tác khai thác tu cơng trình cầu - đường, phục vụ đắc lực cho nghiệp đổi đất nước Nhà nước triển khai áp dụng hệ thống quản lý hạ tầng giao thông nước thông qua hệ thống điện tử internet, người dân xem, cập nhật thơng tin cần thiết để với nhà nước quản lý tốt cung đường thông qua dự án VRAMP gồm hợp phần chính:
- Hợp phần A - Quản lý tài sản đường bộ; - Hợp phần B - Bảo trì tài sản đường bộ; - Hợp phần C - Nâng cấp tài sản đường bộ;
- Hợp phần D - Tăng cường lực cho Tổng cục ĐBVN
Các mục tiêu phát triển Dự án VRAMP tăng cường hiệu tính bền vững cơng tác quản lý bảo trì tài sản đường Bộ GTVT thực cho mạng lưới đường quốc gia Việt Nam
Hơn nữa, Chính phủ huy động nguồn lực xã hội cho đầu tư phát triển hệ thống kết cấu hạ tầng kinh tế-xã hội, đặc biệt hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông Việc huy động nguồn lực đầu tư theo hình thức Hợp đồng xây dựng-kinh doanh-chuyển giao (BOT) chủ trương đắn Đảng Nhà nước, đến phát triển diện rộng Theo đó, cơng trình đầu tư theo hình thức BOT Nhà đầu tư thực nhiệm vụ quản lý khai thác cơng trình thời gian quy định theo hợp đồng với đại diện diện Nhà nước chịu quản lý trực tiếp Chính phủ (đại diện Bộ GTVT Bộ ngành liên quan)
1.2.2 Tình trạng cầu cống nước ta nay:
Do điều kiện địa hình, kinh tế, xã hội đường sắt đường nước ta có nhiều cầu với quy mơ khơng lớn, có đặc tính kỹ thuật thấp, xây dựng từ lâu, trải qua thời gian khai thác dài, chịu ảnh hưởng nhiều thời tiết khắc nghiệt chiến tranh Trong 20 năm gần (từ 1995) tuyến Quốc lộ có nhiều cơng trình cầu xây dựng có cơng nghệ thi cơng kết cấu đáp ứng tiêu chuẩn cầu đại, có tuổi thọ cao nhiều lần so với cơng trình cầu trước
(10)Khai thác, kiểm định cầu
trạng khai thác an toàn cho người sử dụng, cấp thiết cần tổ chức kiểm định đánh giá để có giải pháp đầu tư gia cố thay nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội nước ta năm
1.2.3 Tình trạng quản lý khai thác:
Đối với cơng trình cầu đường sắt cơng tác quản lý khai thác thống giao cho Tổng công ty đường sắt Việt Nam chịu trách nhiệm thực hệ thống cầu đường sắt quản lý khai thác tương đối hiệu
Đối với công trình cầu đường bộ, cơng tác phân cấp quản lý cịn nhiều bất cập, hệ thống cơng trình phân cấp nhiều loại giao cho nhiều cấp đơn vị khác quản lý nên dẫn đến bất cập, chồng chéo Quan điểm quản lý khai thác tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng không thống dẫn đến công tác quy tu bảo dưỡng cơng trình chưa thực tốt, đặc biệt thiết bị công nghệ kiểm tra, đánh giá cơng trình cầu cịn nhiều lạc hậu Mặt khác kinh phí phân bổ cho cơng tác quản lý, khai thác, bảo dưỡng thường xuyên không đầy đủ, kịp thời dẫn đến nhiều cơng trình cầu xuống cấp trầm trọng, cần thiết phải tăng cường sửa chữa lớn thay để đảm bảo an toàn khai thác cơng trình
1.2.4 Các u cầu chung công tác quản lý khai thác:
Đối với cầu đường sắt, việc quản lý thống từ đầu nên hồ sơ lịch sử cơng trình cầu quản lý thống đầy đủ, phục vụ hiệu công tác kiểm tra, đánh giá, bảo dưỡng cơng trình cầu
Đối với cơng trình cầu đường bộ, việc phân cấp quản lý bất cấp dẫn đến việc lưu trữ hồ sơ, quản lý thơng tin cơng trình cầu bị thất lạc dẫn đến nhiều khó khăn cơng tác kiểm tra, bảo dưỡng sửa chữa cơng trình cầu
Ngày nay, cơng trình cầu Tổng cục đường Việt Nam quản lý cập nhật quản lý đầy đủ thông qua việc sử dụng hệ thống thơng tin máy tính, đặc biệt chương trình quản lý khai thác Chính phủ Nhật Bản hỗ trợ nguồn vốn ODA khơng hồn lại để thiết lập hệ thống quản lý khai thác hệ thống đường Việt Nam bao gồm thông tin cần thiết đến hình ảnh cụ thể Một số tiêu thơng tin cơng trình cầu lưu trữ cụ thể như:
- Tên cầu
- Tỉnh, thành phố
- Trên tuyến, lý trình, năm xây dựng - Chiều dài toàn cầu
- Chiều rộng: phần xe chạy, lề
(11)Khai thác, kiểm định cầu
1.3 Bảo quản dòng chảy điều chỉnh hướng dòng
Thu hẹp lịng sơng điều chỉnh dịng chảy nguyên nhân làm cho vận tốc dịng chảy mực nước vị trí cầu tăng nhiều so với chế độ tự nhiên chúng, đặc biệt vào mùa mưa lũ Điều gây tượng sói chung lịng sơng vị trí cầu Cùng với xói chung, cịn xuất xói cục dòng chảy gặp vật cản trụ cầu, cơng trình điều chỉnh dịng chảy, đất đắp 1/4 mố…
Mức độ sói cục phụ thuộc nhiều vào chiều sâu cột nước, bề rộng hình thù vật cản, hướng dịng chảy Hiện tượng xói cục gây nguy hiểm cho làm việc bình thường trụ, làm sụt lở cơng trình điều chỉnh dịng chảy đất đắp trước mố
Trong q trình khai thác cơng trình cầu cần phải thường xuyên kiểm tra bảo quản dòng chảy theo nội dung sau:
- Kiểm tra điều kiện làm việc dòng chảy chân cơng trình, đánh giá mức độ ảnh hưởng dịng chảy đến móng cơng trình cầu
- Kiểm tra vị trí hình dạng dịng chảy, đánh giá mức độ thay đổi dự kiến khả thay đổi dòng chảy tương lai gần
- Đo đạc kiểm tra chiều rộng thông thủy, đánh giá mức độ cản dòng mố trụ cầu để đề xuất giải pháp giảm thiểu
Một số tượng nhìn thấy mắt thường xói bờ sơng, xói mố cầu đường đầu cầu, xói trụ cầu, hay sạt lở taluy đường đầu cầu Nguyên nhân dẫn đến tượng dịng sơng bị thu hẹp đột ngột, dịng chảy thay đổi, nước thường dâng cao tốc độ dòng chảy lớn bất thường
Từ việc đánh giá mức độ tượng, xác định rõ nguyên nhân đơn vị quản lý khai thác cơng trình cầu cần đề xuất giải pháp hợp lý để bảo quản cơng trình như: Tiến hành thải, nạo vét lịng sơng để tiêu nước, giảm tốc độ dịng chảy; Gia cố bờ sơng, tứ nón mố, móng trụ cầu rọ đá, đá hộc hay bê tông; Thiết kế công trình có tiết diện giảm thiểu mức độ chắn dịng chảy
Hình 1.1: Gia cố ta luy đất đắp a) Bằng rọ đá ; b) Bằng xếp đá
(12)Khai thác, kiểm định cầu
Trụ cầu cơng trình điều chỉnh dòng chảy đất đắp trước mố phải gia cố để chống lại tác động xói Tùy trường hợp cụ thể mà ta có biện pháp gia cố thích hợp Biện pháp thường làm rọ đá (hình 1.1.a), xếp đá (hình 1.1.b) lát bê tơng (hình 1.2)
Hình 1.2 - Gia có taluy lát bê tông
1 Lớp đệm; Tấm bê tông; Lớp dỏi dày 10-20cm; Lớp sỏi dày 10cm; Ụ bê tông Ta luy đất đắp đoạn đường đầu cầu, phần tư nón cơng trình điều chỉnh dịng chảy phải gia cố để chống sụt lở nước thấm tác động sóng gây
1.4 Kiểm tra, sửa chữa cầu thép:
1.4.1 Công tác kiểm tra cầu thép:
Mục đích cơng tác kiểm tra xác định trạng cầu, sở đề dẫn phù hợp cho cơng việc tu, bảo dưỡng chế độ khai thác cơng trình Trong q trình kiểm tra, tất phận kết cấu nhịp phải xem xét cách kỹ lưỡng để thấy hết khuyết tật hư hỏng dấu hiệu xuất chúng
Các hư hỏng, khuyết tật phải vẽ lại cách chi tiết với đầy đủ kích thước ghi cần thiết
Hiện trạng phận tổng thể cơng trình xác định phương tiện thủ công, thô sơ thước thép, thước pan - me, máy kinh vĩ, kính lúp,… thiết bị, máy móc chun dùng đại kính hiển vi có độ phóng đại cao, siêu âm, …
Việc kiểm tra cần đặc biệt coi trọng phận hư hỏng nặng, độ tin cậy thấp Trong trường hợp cần thiết, phải xác định tính chất lý, thành phần hóa học vật liệu, kích thước hình học cấu kiện nói riêng tổng thể cơng trình nói chung
Những hư hỏng đặc trưng cần chụp ảnh để lưu giữ
Công tác kiểm tra cầu cần phải kiểm tra thường xuyên định kỳ dựa theo đề cương kỹ thuật kết phải ghi đầy đủ hồ sơ khai thác cầu Về phần cần kiểm tra cầu thép:
(13)Khai thác, kiểm định cầu
- Hệ dầm mặt cầu, dầm ngang, dầm dọc phụ - Hệ liên kết ngang, dọc
- Mối nối dầm chủ, liên kết nút dàn, dầm
Các quan chức vào số liệu kiểm tra để xác định khả chịu tải thực tế cầu có biện pháp sửa chữa, gia cố kịp thời phận hư hỏng Tùy thuộc vào trạng cơng trình mức độ u cầu, số liệu kiểm tra kiểm chứng thử tải cơng trình
1.4.2 Các hư hỏng, khuyết tật giải pháp sửa chữa cầu thép
Kết nghiên cứu hàng loạt cầu với nhiều kiểu dáng, cấu tạo thời gian khai thác khác nhau, đặc biệt quan tâm cơng trình cầu thép vĩnh cửu cầu dầm liên hợp thép - bê tông cốt thép, cầu giàn thép Một số hư hỏng thường xuất kết cấu thép như:
- Gỉ làm tiêu hao diện tích tiết diện kết cấu - Nứt kết cấu thép, nứt bê tông cốt thép - Cong, vênh, ổn định cục sườn dầm
- Hư hỏng liên kết đinh tán, bulông cường độ cao, đinh tán, bulông, đầu đinh bị ăn mòn, lỏng đinh tán, nứt đường hàn
Qua nghiên cứu thực nghiệm cho thấy nguyên nhân gây hư hỏng, khuyết tật cầu thép, bao gồm: Chất lượng thép gia công kết cấu chưa đạt yêu cầu; khiếm khuyết mặt cấu tạo; sai lệch giả thuyết tính toán làm việc thực tế kết cấu; công tác tu bảo dưỡng kém; tác động môi trường, đặc điểm hoạt tải tác động lên cầu
Các hư hỏng kết cấu nhịp cầu thép, tùy thuộc vào tính chất nó, phân chia thành loại: hư hỏng phận liên kết (đinh tán, bu lông, mối hàn); hư hỏng tượng mỏi vật liệu, ăn mòn kim loại, phá hoại giòn hư hỏng học
1.4.2.1 Hư hỏng phận liên kết:
a Nguyên nhân:
Các phận liên kết dễ bị hư hỏng liên kết đinh tán, bu lơng cường độ cao, đường hàn Trong đó, hư hỏng phổ biến phận liên kết nói riêng kết cấu nhịp cầu thép nói chung hư hỏng, khuyết tật đinh tán
- Liên kết đinh tán:
Dạng hư hỏng đinh tán phân rã đinh trình khai thác Nguyên nhân chủ yếu gây tượng phân rã đinh mài mòn học liên kết Tốc độ mài mòn học phụ thuộc vào chuyển vị trượt tương đối phân tố nối bề mặt tiếp xúc chúng Trị số chuyển vị trượt có quan hệ với lưu lượng xe qua cầu, trạng thái ứng suất liên kết đặc điểm tác dụng động hoạt tải Ngoài ra, đặc điểm cấu tạo, điều kiện làm việc liên kết công nghệ chế tạo cấu kiện ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ mài mòn học
(14)Khai thác, kiểm định cầu
tập trung vùng lỗ đinh Hệ số ứng suất tập trung tăng lên nhiều lần tùy thuộc vào mức độ mài mòn liên kết Đồng thời với việc tăng ứng suất tập trung khả xảy hư hỏng tượng mỏi vật liệu xung quang lỗ đinh tăng nhanh, đặc biệt cấu kiện làm việc chịu kéo làm việc chịu lực hai dấu, lặp theo chu kỳ Chính vậy, hư hỏng thường kéo theo tượng phá hủy mỏi
Sự phân rã đinh tán q trình kéo dài khơng ngừng tăng theo thời gian khai thác cơng trình Q trình đặc trưng truyền lực qua liên kết phân tố nối
Sự làm việc liên kết, tùy thuộc vào đặc điểm truyền lực, chia thành giai đoạn Ở giai đoạn I, truyền lực phân tố nối thông qua ma sát bề mặt tiếp xúc chúng Lúc này, ứng suất tập trung mép lỗ đinh có trị số nhỏ Giai đoạn II đặc trưng truyền lực không thông qua ma sát bề mặt tiếp xúc mà cịn thơng qua thân đinh tì lên thành lỗ Ứng suất tập trung mép lỗ đinh bắt đầu phát triển Trong giai đoạn III, truyền lực phân tố nối thơng qua thân đinh tì lên thành lỗ Ứng suất tập trung đạt tới trị số cực đại Hư hỏng đinh tán mài mòn học xảy giai đoạn III
Cần ý rằng, độ mài mòn lớn tạo điều kiện thuận lợi cho xâm thực môi trường, làm cho thép mép lỗ đinh bị gỉ nhanh khả làm việc chịu mỏi vật liệu giảm Trong cầu dàn, tượng hư hỏng thường xảy liên kết: xiên treo vào nút biên trên; hệ liên dọc ngang vào dàn chủ Đối với hệ mặt cầu, phân rã đinh tán thường xảy liên kết: dầm dọc với dầm ngang (đặc biệt khơng có cá); biên dầm vào sườn dầm dọc; hệ liên kết dọc; hệ liên kết dọc ngang vào dầm dọc
Trong liên kết, hàng đinh chịu lực nhiều hơn, nên thường bị hư hỏng trước Ngoài ra, với điều kiện làm việc đinh chịu cắt mặt bị phân rã nhanh đinh chịu cắt hai mặt Những vết gỉ từ đầu đinh tán từ khe hở phân tố nối vết nứt lớp sơn gần đầu đinh thường dấu hiệu hư hỏng mài mịn, địi hỏi phải kiểm tra đinh cách kỹ lưỡng Thông thường, biện pháp gõ đầu đinh búa cho kết đủ độ tin cậy để đánh giá chất lượng liên kết
Ngồi ra, kích thước, hình dạng đinh lỗ đinh việc lắp đặt đinh không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật coi khuyết tật liên kết
Những loại khuyết tật đinh tán thường gặp thực tế thể hình 1.3
Hình H1.3: Các khuyết tật liên kết đinh tán liên kết hàn a) Liên kết đinh tán; b) Liên kết hàn
(15)Khai thác, kiểm định cầu
5 Đầu đinh bị nhỏ; Lệch đầu đinh; Đầu đinh xiên; Đầu dinh có rãnh Rãnh thép phân tố; 10 Đầu đinh có vết; 11 Thân đinh khơng khít 12 Lỗ đinh xiên; 13 Lỗ đinh vẹo; 14 Lỗ đinh ô van; 15 Hàn không thấu
16 Vết nứt trong; 17 Vết nứt mặt; 18 Rãnh thép 19 Vết nứt mặt thép
- Liên kết đường hàn:
Những nguyên nhân hư hỏng khuyết tật liên kết hàn thường thể dạng: hàn khơng thấu - khơng có nấu chảy thép que hàn với thép bản; thép bị nhiệt cục tạo rãnh bề mặt cạnh mối hàn; lỗ rỗng nhỏ mối hàn; vết nứt bề mặt lòng liên kết - khơng đảm bảo kích thước thiết kế (hình 1.3)
- Liên kết bulông cường độ cao:
Các hư hỏng khuyết tật liên kết bu lông cường độ cao thường tượng bị đứt, bị lỏng, mặt ma sát bị trượt siết bu lông chưa đạt yêu cầu, chất lượng vật liệu không tốt, bulơng, đai ốc, vịng đệm mặt ma sát bị gỉ
b Giải pháp:
- Sửa chữa liên kết đinh tán:
Các đinh tán hư hỏng thay bu lông cường độ cao Việc thay xen kẽ tạo liên kết hỗn hợp đinh tán - bu lông cường độ cao Kết nghiên cứu cho thấy, làm việc đồng thời đinh tán bu lông cường độ cao đảm bảo tốt, độ bền tuổi thọ hai loại liên kết cao liên kết tán đinh Khi bu lông cường độ cao lắp vị trí chịu lực nhiều hơn, làm tăng cách đáng kể khả chống mài mòn mỏi liên kết
Trong trường hợp khơng thực tính tốn chi tiết, số lượng đinh tán thay đồng thời lúc không vượt 10% tổng số lượng đinh liên kết
Để tránh gây ảnh hưởng đến làm việc bình thường liên kết, đinh thay tháo bỏ theo hai giai đoạn: Trước tiên, dùng mũi khoan rỗng để cắt đầu đinh (hình 1.4a) cắt đầu đinh mỏ cắt (hình 1.4b), cần ý cho thép khơng bị nung q nóng Sau đó, dùng đột đóng bật thân đinh
- Sửa chữa liên kết đường hàn:
Nếu đường hàn có vết nứt, lẫn sỉ, rỗ khí, v.v cần phải đục bỏ hết phần khuyết tật, riêng với vết nứt phải đục bỏ kéo dài thêm phía 10mm
Làm bề mặt, hàn bù phần đục bỏ, vệ sinh sơn phủ bảo vệ bề mặt - Sửa chữa liên kết bulông cường độ cao:
Tháo bulông cường độ cao hư hỏng, bulơng, vịng đệm, đai ốc gỉ cần thiết phải thay thế, ngược lại vệ sinh để sử dụng lại
Hình 1.4 - Cắt đầu đinh a Bằng mũi khoan rỗng
1 Cắt mũi khoan; Phần tháo đột b Bằng mỏ cắt
(16)Khai thác, kiểm định cầu
Vệ sinh lỗ đinh, dùng clê thường siết chặt bulơng sau dùng clê lực siết đến mômen xiết thiết kế Tiến hành sơn bôi mỡ bảo vệ bulông
1.4.2.2 Những hư hỏng tượng nứt thép:
a Nguyên nhân:
Trong kết cấu thép không cho phép xuất vết nứt làm giảm tiết diện chịu lực, gây tượng tập trung ứng suất nguy hiểm cho kết cấu Một số nguyên nhân gây nứt kết cấu thép kể đến:
- Chất lượng vật liệu không đảm bảo, có khuyết tật, vết nứt thường xuất phát từ - Chất lượng liên kết hàn không đủ, đầu bulông đinh tán nhỏ
- Ứng suất dư hàn gây mà khơng có biện pháp hạn chế - Do va chạm học
- Do mỏi vật liệu, nguyên nhân gây nứt kết cấu cầu thép:
Hiện tượng mỏi vật liệu q trình tích góp hư hỏng tác dụng thường xuyên tải trọng lặp tới mức độ định xảy phá hủy kết cấu
Phá hủy mỏi hậu trình phát triển vết nứt cấu kiện Những vết nứt mỏi thường xuất vị trí có ứng suất tập trung lớn
Trong cầu dàn, hư hỏng mỏi thường xảy nghiêm trọng xiên treo
Hình ảnh vết nứt mỏi xiên vị trí số sơ đồ cầu dàn xem hình 1.5 Các vết nứt phát triển theo phương vng góc với trục xuất phát từ điểm giao mép lỗ đinh với mặt phẳng qua tâm lỗ vng góc với trục
Trong hệ dầm mặt cầu liên kết nó, phá hoại mỏi hư hỏng phổ biến Các vết nứt mỏi thường có vị trí chịu lực cục biên (hình 1.6), sườn dầm (hình 1.8), cá (hình 1.7) thép góc liên kết dầm dọc với dầm ngang (hình 1.9) Phá hoại mỏi sườn dầm thường thể qua vết nứt xiên mép hàng đinh tán thứ 2, thứ 3, thứ hướng lên (hình 1.6)
Ngun nhân tượng ứng suất kéo tập trung lớn thay đổi theo chu trình
(17)Khai thác, kiểm định cầu
Ứng suất pháp lớn liên kết dầm dọc với dầm ngang gây vết nứt mỏi cá, vết nứt mép lỗ hàng đinh thứ thứ hai kể từ dầm ngang (hình 1.8) Phá hoại kiểu cịn xảy biên dầm ngang kết cấu nhịp cầu dàn có chiều dài lớn 80m (hình 1.10)
Một yếu tố gây tượng đồng thời làm việc hệ dầm mặt cầu dàn chủ cao
Hình 1.6 - Vết nứt mỏi vị trí chịu lực cục
Hình 1.7 - Vết nứt mỏi cá Bản cá; Dầm ngang; Dầm dọc;
4 Vết nứt
Hình 1.8 - Vết nứt mỏi sườn dầm Dầm ngang; Dầm dọc; Vết nứt
Hình 1.9 - Vết nứt mỏi thép góc liên kết dầm dọc với dầm ngang
1 Dầm dọc; Dầm ngang; Vết nứt
Hình 1.10 - Vết nứt mỏi thép góc biên
(18)Khai thác, kiểm định cầu
Vết nứt xuất thép góc liên kết (hình 1.7) tác động mơmen uốn mối nối thành phần lực dầm dọc tham gia làm việc với biên giàn chủ
Trong kết cấu nhịp cầu hàn, phá hoại mỏi xảy vùng tập trung ứng suất kéo tác động ngoại lực nơi có ứng suất dư hàn gây Như vậy, vết nứt mỏi xuất mối hàn kết cấu tiết diện thay đổi đột ngột
b Giải pháp:
- Với vết nứt sửa chữa đường hàn ta làm sau:
Khoan chặn hai đầu vết nứt với đường kính lỗ khoan từ 14-18mm để giảm ứng suất tập trung hai đầu vết nứt Tiến hành gia công bề mặt vết nứt thành hình chữ K (khi cắt vát hai phía từ bên vết nứt), hình chữ V (khi cắt vát phía từ hai bên vết nứt) chữ X (khi cắt vát hai phía từ hai bên vết nứt Tùy độ dày thép điều kiện thi công sửa chữa để lựa chọn cách xử lý phù hợp Làm rộng vết nứt 10mm, đốt nóng vết nứt lên nhiệt độ 1500C đến 2000C tiến hành hàn Mài dũa đường hàn sơn bảo vệ
Hình 1.11:Sửa chữa vết nứt khuyết tật
a) Hàn phủ vết nứt; b, e) Phủ kín vết nứt thép với liên kết bu lông cường độ cao: Bản đệm; Thép táp; Bu lông cường độ cao có sẵn; Bu lơng cường độ cao
c, d) Phủ vết nứt táp thép góc với liên kết bu lơng cường độ cao:
1.Thép góc táp; 2.Bu lông cường độ cao mới; 3.Lỗ đầu vết nứt; 4.Bu lơng cường độ cao có sẵn g) Khắc phục khuyết tật táp thép với liên kết hàn:
1 Má kẹp; Khuyết tật; Nêm; Thép táp - Với vết nứt không lớn mép lỗ đinh tán ta làm sau:
(19)Khai thác, kiểm định cầu
- Với vết nứt lớn, hàn trực tiếp ta cần xử lý sau:
Sử dụng thép bổ sung có tính chất thép giống với thép chủ, khoan lỗ chặn hai đầu vết nứt, lắp táp phủ lên vết nứt (tốt phủ hai mặt, điều kiện khó khăn táp mặt) Sau sử dụng bulơng cường độ cao đường hàn để liên kết táp vào kết cấu, tiến hành vệ sinh, sơn bảo vệ liên kết sửa chữa
1.4.2.3 Hư hỏng tượng ăn mòn kim loại:
Các kết cấu nhịp cầu thép với thời gian khai thác, có hư hỏng tượng ăn mòn kim loại gây Mức độ hư hỏng phụ thuộc chủ yếu vào biện pháp bảo vệ thép khỏi ăn mịn cơng tác tu bảo dưỡng
Thép gỉ (hình 1.12) làm cho tiết diện phân tố bị giảm yếu sức chịu tải giảm theo Đặc biệt, tác động đồng thời gỉ tải trọng lặp theo chu kỳ dễ dàng làm xuất vết nứt gỉ - mỏi cấu kiện
Tốc độ phát triển gỉ phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố: thành phần hóa học thép, cơng nghệ chế tạo cấu kiện, biện pháp chống gỉ, vùng khí hậu, mơi trường trạng thái ứng suất…
a Nguyên nhân:
- Lớp sơn vệ hư hỏng:
+ Do va chạm dẫn đến tróc sơn chưa ssơn lại + Khi sơn chưa làm bề mặt để gỉ phát triển từ bên + Quá niên hạn mà chưa sơn lại
- Do tác động mơi trường:
+ Yếu tố làm gỉ xuất định tốc độ phát triển gỉ bề mặt thép bị ẩm ướt Thực nghiệm cho thấy, mơi trường có độ ẩm tương đối nhỏ 40%, thép không bị gỉ bề mặt đọng rác bẩn
+ Sự ô nhiễm môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho gỉ xuất phát triển Gỉ tồn hai thể gỉ bề mặt gỉ cục
+ Ở biên dàn chủ, hệ dầm mặt cầu hệ liên kết thường có gỉ bề mặt việc thoát nước mặt kết cấu tượng rác bẩn đọng lại gây Gỉ cục thường xuất liên kết, mối nối nút dàn
+ Hiện tượng ăn mịn kim loại phát triển nhanh điều kiện khí hậu nóng ẩm nước ta đấu tranh chống lại phải thực thường xuyên, nghiêm túc, nhiều
(20)Khai thác, kiểm định cầu
trường hợp gỉ nguyên nhân dẫn tới việc thay gia cố kết cấu nhịp tốn
b Giải pháp:
- Sử dụng sơn cầu thép: Thông thường tuổi thọ sơn tối thiểu năm, sơn gồm ba loại: sơn lót (chống gỉ), sơn phủ trung gian sơn phủ Tuy nhiên, gần người ta thường sử dụng sơn gốc epoxy có tuổi thọ lên đến 20 năm, sau sơn tạo nên bề mặt lớp bảo vệ có độ bền cao
- Yêu cầu kỹ thuật sơn: + Màng sơn phải có tính cách ly cao
+ Sơn lót phải dính bám cao với thép có khả chống ăn mòn cao
+ Sơn phủ phải tương hợp với sơn lót, dính bám cao với sơn lót chống chịu tác động môi trường thời tiết nóng ấm, xạ mặt trời, khơng bay màu
+ Sơn đủ chiều dày quy định, chống chịu tác động hóa chất độc hại + Màu sơn nên phù hợp với cầu cũ
- Phương pháp sửa chữa xuất gỉ:
+ Nếu gỉ làm tiêu hao đáng kể diện tích tiết diện cần phải có giải pháp bù tiết diện trước sơn sửa
+ Trường hợp bề mặt gỉ màng sơn cũ cần dùng chải sắt, chải bụi, dùng nước xà phịng, kiềm lỗng lau sau dùng nước xối rửa, đánh dấy ráp trước sơn phủ bảo vệ
+ Xử lý xong bề mặt cần phải sơn ngay, để ngày cần phải xử lý lại Không sơn trời mưa, nhiệt độ nhỏ 40C, sơn không bỏ sót
+ Dùng bột dẻo lấp phẳng vết lõm gỉ sau sơn phủ xong để tiến hành sơn bề mặt
1.4.2.4 Hiện tượng phá hoại giòn:
Hiện tượng kết cấu bị phá hủy tác dụng tải trọng mà biến dạng dẻo không xuất gọi phá hoại giòn
Về chất, tượng hậu việc phát triển vết nứt cách đột ngột vị trí xung yếu có ứng suất vượt tải lớn
Tốc độ lan truyền vết nứt kết cấu đạt tới 5000m/s Khả xuất phá hoại giòn phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể thép, thành phần hóa học, độ tinh khiết, hình dạng cấu kiện, trạng thái ứng suất, tốc độ biến dạng, nhiệt độ môi trường xung quanh, v.v…
Kinh nghiệm khai thác cho thấy, phá hoại kiểu thường hay gặp kết cấu nhịp cầu hàn, thấy kết cấu nhịp cầu tán đinh
Để hạn chế tượng phải thường xuyên tiến hành kiểm tra, xác định vết nứt nhỏ cầu thép để tiến hành sửa chữa trước để xảy phá hoại giòn
1.4.2.5 Các khuyết tật học:
a Nguyên nhân:
Sự va đập lên phân tố kết cấu tải trọng khổ giới hạn qua cầu hay bom đạn xảy q trình gia cơng lắp ráp làm xuất khuyết tật học