Để đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật sử dụng UHPC cho công trình cầu, nhóm nghiên cứu đã đề xuất mô hình đánh giá bằng cách so sánh phương án xây dựng cầu bằng UHPC với phương án xây [r]
(1)Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020 14 (1V): 46–59
HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG BÊ TƠNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO CHO CƠNG TRÌNH CẦU NGHIÊN CỨU CHO CẦU DÂN SINH
AN THƯỢNG - THÀNH PHỐ HƯNG YÊN
Trần Văn Tấna,∗, Vũ Thị Kim Dunga, Trần Đức Bìnha, Đặng Văn Dựaa, Vũ Kim Yếna aKhoa Kinh tế Quản lý xây dựng, Trường Đại học Xây dựng,
số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 22/11/2019, Sửa xong 21/01/2020, Chấp nhận đăng 21/01/2020
Tóm tắt
Bê tơng chất lượng siêu cao loại vật liệu xây dựng có nhiều tính lý kỹ thuật vượt trội so với bê tông truyền thống (bê tông thường), nghiên cứu chế tạo ứng dụng vào cơng trình xây dựng, đặc biệt cơng trình cầu, nước tiên tiến từ năm 90 kỷ trước Ở Việt Nam loại vật liệu giai đoạn nghiên cứu phát triển ứng dụng thử nghiệm Vì việc nghiên cứu đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao cần thiết Bài báo trình bày nghiên cứu đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao thông qua việc so sánh phương án sử dụng bê tông chất lượng siêu cao với bê tông thường để thiết kế xây dựng cầu dân sinh An Thượng, thành phố Hưng Yên
Từ khoá: bê tông; bê tông chất lượng siêu cao; hiệu kinh tế - kỹ thuật; xây dựng cơng trình cầu
EFFICIENCY OF ULTRA HIGH PERFORMANCE CONCRETE USING FOR BRIDGE CONSTRUCTION – CASE STUDY OF AN THUONG BRIDGE, HUNG YEN CITY
Abstract
Ultra high performance concrete is a new construction material with many advantages of technical characteristic in comparison with normal concrete, which has been studied and applied in construction field, especially in bridge construction, in developed countries since the nineties of the last century In Vietnam the Ultra high performance concrete is also studying and applying to experiment construction So that it is very necessary to evaluate economic-technical efficiency of the Ultra high performance concrete The article presents a study of economic-technical efficiency of the Ultra high performance concrete by comparing the alternative of Ultra high performance concrete usage to the alternative of normal concrete usage to construct An Thuong bridge in Hung Yen city
Keywords: concrete; ultra high performance concrete; economic-technical efficiency; bridge construction https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(1V)-05 c 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE)
1 Giới thiệu
Bê tông chất lượng siêu cao (Ultra High Performance Concrete - UHPC) loại vật liệu mới, với thành phần cấu tạo hoàn toàn khác biệt với bê tơng thơng thường (Normal Concrete – NC), hay cịn gọi bê tông truyền thống UHPC bắt đầu nghiên cứu ứng dụng vào xây dựng nước tiên tiến Pháp, Đức, Hoa Kỳ, Canada từ năm đầu thập niên 90 kỷ XX
∗
(2)Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng
coi sản phẩm mang tính bước ngoặt phát triển cơng nghệ xây dựng nói chung cơng nghệ bê tơng nói riêng Đây loại vật liệu tiên tiến với tính tuyệt vời vượt trội so với vật liệu NC [1] với: cường độ chịu nén cao hơn, cường độ chịu kéo cao độ bền tăng lên [2] UHPC vật liệu hỗn hợp sử dụng ximăng với sợi cốt thép không liên tục, có cường độ chịu nén vượt 21,7 ksi (150 MPa) [3] Tuy vậy, chịu tải trọng, loại vật liệu phát sinh vết phá hủy bề mặt chấp nhận kết cấu xây dựng Nhằm tăng cường đặc tính chịu uốn UHPC, sợi thép siêu nhỏ thêm vào hỗn hợp Các sợi thép thường có đường kính 0,15 mm độ dài từ mm đến 20 mm với cường độ chịu uốn vào khoảng 3000 N/mm2 Việc sử dụng sợi thép cho phép gia tăng khả chịu kéo UHPC tạo tiềm khai thác tính tuyệt vời loại vật liệu Do đó, sử dụng vật liệu UHPC để chế tạo kết cấu cơng trình xây dựng thay cho kiểu kết cấu truyền thống kết cấu NC, kết cấu bê tông dự ứng lực trước, kết cấu thép toán nhiều nhà khoa học quan tâm
Đã có nhiều nghiên cứu ngồi nước tập trung vào đặc tính lý UHPC chứng minh vượt trội mặt chịu lực UHPC so với NC Tuy nhiên, muốn ứng dụng UHPC vào thực tiễn, cần đánh giá cách cụ thể hiệu kinh tế - kỹ thuật mà loại vật liệu mang lại Trên thực tế có cơng trình nghiên cứu hiệu UHPC so sánh với số lượng tài liệu xuất vật liệu tính chất kỹ thuật Hiện giới có vài nghiên cứu đề cập đến hiệu kinh tế - kỹ thuật UHPC [4–7], nghiên cứu dừng lại việc so sánh vài tiêu hiệu riêng rẽ UHPC so với NC, mà thiếu so sánh mang tính tổng thể Ở Việt Nam UHPC cịn giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm nên nghiên cứu chủ yếu tập trung vào tính kỹ thuật UHPC mà chưa có nghiên cứu đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật UHPC cách đầy đủ Ngoài ra, việc ứng dụng loại vật liệu xây dựng phụ thuộc vào trường hợp hoàn cảnh cụ thể, địi hỏi cần phải có phương pháp đánh giá phù hợp
Trường Đại học Xây dựng triển khai Chương trình khoa học cơng nghệ cấp “Nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) xây dựng cầu quy mô nhỏ trung bình” Đây chương trình nghiên cứu gồm nhiều đề tài thành phần, nghiên cứu phương pháp thiết kế, chế tạo, thi công cầu sử dụng dầm UHPC Đề tài nghiên cứu khoa học đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật UHPC số đề tài nghiên cứu thuộc Chương trình Mục đích nghiên cứu Đề tài đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật sử dụng UHPC cho cơng trình cầu quy mơ vừa nhỏ Việt Nam
2 Phương pháp nghiên cứu
Để đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật sử dụng UHPC cho cơng trình cầu, nhóm nghiên cứu đề xuất mơ hình đánh giá cách so sánh phương án xây dựng cầu UHPC với phương án xây dựng cầu NC, áp dụng cụ thể cho cầu dân sinh An Thượng, thành phố Hưng n Để thực tốn so sánh này, nhóm nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu
2.1 Phương pháp so sánh tiêu tổng hợp không đơn vị đo
(3)Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng
Giả sử cónphương án đưa so sánh, cómchỉ tiêu đưa vào tính tốn (mỗi tiêu đặc trưng cho nhân tố ảnh hưởng đến việc so sánh chọn phương án) Chỉ tiêu tổng hợp không đơn vị đo phương án hàm mục tiêu, lựa chọn hướng tiến tới Max hướng tiến tới Min tùy thuộc vào trường hợp cụ thể, tính toán sau:
Vj =
m
X
i=1
Pi j×Wi (1)
trong đóVjlà tiêu tổng hợp không đơn vị đo phương án j;Wilà trọng số phản ảnh tầm quan
trọng tiêui, thường xác định phương pháp lấy ý kiến chuyên gia;Pi j trị số
chỉ tiêuithuộc phương án jđã làm đơn vị đo, xác định sau:
Pi j =
Ci j
Pn
j=1Ci j
(2) Ci j giá trị thực xác định phù hợp với đơn vị đo tiêuithuộc phương án j
Trong trường hợp tiêuikhơng có đơn vị đo cụ thể (tức tiêu định tính) sử dụng phương pháp chuyên gia điểm Trong trường hợp tiêuicó hướng biến thiên ngược với hướng hàm mục tiêu chọn phải lấy nghịch đảo trị số để đưa vào tính tốn làm đơn vị đo Sau tính tốn tiêu tổng hợp không đơn vị đo phương án theo cơng thức (1) so sánh, xếp hạng phương án theo hướng hàm mục tiêu chọn
2.2 Phương pháp lập dự toán để xác định số tiêu đánh giá
Trong hệ tiêu đưa vào tính tốn, so sánh phương án sử dụng vật liệu xây dựng với vật liệu xây dựng truyền thống có nhiều tiêu phải sử dụng phương pháp lập dự toán để xác định trị số cho tiêu này, ví dụ tiêu chi phí đầu tư xây dựng (ĐTXD) kết cấu cơng trình, tiêu chi phí bảo trì kết cấu cơng trình, hao phí lao động sống
2.3 Phương pháp xác định so sánh tiêu chi phí vịng đời
Chi phí vòng đời (Life Cycle Cost - LCC) tiêu phản ảnh chi phí xảy suốt vịng đời sản phẩm từ giai đoạn sản xuất, chế tạo giai đoạn sử dụng sản phẩm có tính đến giá trị tiền tệ theo thời gian, tính toán sau:
LCC=
n
X
t=0 Ct
(1+i)t (3)
trong đónlà số năm vòng đời sản phẩm gồm giai đoạn sản xuất, chế tạo giai đoạn sử dụng;
Ct chi phí cho sản phẩm xảy nămt;ilà tỷ lệ lãi suất chiết khấu xác định dựa lãi suất
của thị trường vốn Chỉ tiêu LCC vừa dùng để so sánh trực tiếp phương án sử dụng vật liệu với phương án sử dụng vật liệu truyền thống, vừa tiêu đưa vào hệ tiêu để so sánh phương án tiêu tổng hợp không đơn vị đo
2.4 Phương pháp đánh giá tác động vòng đời
(4)Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng
phương án UHPC NC Việc đánh giá tác động vịng đời cơng trình cầu thực phần mềm OpenLCA sở liệu Ecoinvent Trước tiên, nhóm nghiên cứu tính tốn tác động môi trường m3 UHPC 1m3NC cách tổng hợp số liệu tác động môi trường thành phần vật liệu cấu thành nên UHPC NC Những số liệu khai thác sở liệu Ecoinvent Sau đó, tác động mơi trường phương án so sánh, tính riêng cho dầm, xác định cách nhân lên theo khối lượng dầm phương án Tác động mơi trường tính chung cho tồn cầu tính tổng hợp tác động môi trường loại vật liệu cấu tạo cầu
2.5 Phương pháp điều tra xã hội học
Phương pháp điều tra xã hội học sử dụng để thu thập ý kiến chuyên gia nhằm kiểm định phù hợp hệ tiêu đánh giá đề xuất, xác định tầm quan trọng (trọng số) tiêu đánh xác định giá trị tiêu định tính Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu định lượng thông qua câu hỏi khảo sát Đối tượng khảo sát nhắm tới chuyên gia lĩnh vực vật liệu xây dựng, thiết kế, xây dựng, quản lý cơng trình cầu Nội dung câu hỏi khảo sát gồm phần:
Phần 1: Thông tin người khảo sát Nhóm nghiên cứu hỏi thơng tin số năm hoạt động lĩnh vực xây dựng, vai trò hoạt động người khảo sát lĩnh vực xây dựng
Phần 2: Khảo sát mức độ hiểu biết UHPC thiết kế, xây dựng cơng trình cầu Nhóm nghiên cứu đưa câu hỏi riêng mức độ hiểu biết UHPC mức độ hiểu biết thiết kế, xây dựng, bảo trì, quản lý cơng trình cầu chun gia, từ đánh giá mức độ tin cậy thông tin phản hồi từ chuyên gia khảo sát
Phần 3: Khảo sát hệ tiêu đánh giá, so sánh phương án sử dụng UHPC phương án sử dụng NC thiết kế, xây dựng quản lý sử dụng, bảo trì cơng trình cầu quy mô vừa nhỏ Các câu hỏi phần nhằm thu thập ý kiến chuyên gia hệ tiêu đánh giá, trọng số tiêu dùng so sánh phương án sử dụng UHPC phương án sử dụng NC thiết kế, xây dựng quản lý sử dụng, bảo trì cơng trình cầu quy mô vừa nhỏ Trong phần tiêu định tính mơ hình so sánh chuyên gia cho điểm theo hướng dẫn
3 Kết nghiên cứu bàn luận
Kết nghiên cứu đề tài thể phần đề xuất phương pháp luận phần áp dụng thực tiễn đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật sử dụng UHPC vào cơng trình cầu quy mô vừa nhỏ Việt Nam, cụ thể sau:
3.1 Đề xuất mơ hình đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật ứng dụng UHPC vào cơng trình cầu
(5)Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng
Bảng Đề xuất nhóm tiêu đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật
Nhóm tiêu Các mục tiêu cần đạt phương án Số tiêu Kỹ thuật Đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế dự án tiêu chuẩn ngành 16
Kinh tế Tối thiểu hóa chi phí và/ mang lại thu nhập dương cho dự án Môi trường Đáp ứng yêu cầu luật văn pháp quy liên quan tối
thiểu hóa tác hại (và/ tối đa hóa tác động có lợi) lên mơi trường đất, khơng khí, nước chịu tác động dự án
8
Xã hội Đáp ứng yêu cầu luật văn pháp quy liên quan tối thiểu hóa tác hại (và/ tối đa hóa tác động có lợi) lên mơi trường văn hóa, dân cư, di sản, khảo cổ, sức khỏe, thẩm mỹ
4
3.2 Kết điều tra xã hội học
Từ 200 phiếu câu hỏi khảo sát gửi đi, có tất 160 phiếu phản hồi thu thập từ chuyên gia xây dựng, tương ứng với tỷ lệ phản hồi 80% Trong có phiếu bị loại bỏ không hợp lệ (thiếu câu trả lời câu trả lời không thống nhất) Như có 154 phiếu khảo sát sử dụng để phân tích
Tất chuyên gia hỏi hoạt động lĩnh vực thiết kế, thi cơng quản lý xây dựng cầu, 44,16% có kinh nghiệm từ năm đến 15 năm 14,94% có kinh nghiệm 15 năm trở lên Điều giúp đảm bảo độ tin cậy câu trả lời khảo sát
Có 95,45% số chuyên gia tham gia khảo sát đồng ý với hệ tiêu kinh tế - kỹ thuật mà nhóm nghiên cứu đề xuất, nên nhóm định giữ nguyên hệ tiêu đánh giá đề xuất để đưa vào mơ hình đánh giá Sau thu thập ý kiến chuyên gia tầm quan trọng tiêu đánh giá, nhóm nghiên cứu chuyển đổi mức độ tầm quan trọng thành số theo thang đo Likert từ đến điểm xác định trọng số tiêu đánh giá theo bình quân điểm số chuyên gia cho
3.3 Kết so sánh phương án sử dụng UHPC với phương án sử dụng NC cho cầu dân sinh An Thượng
a Giới thiệu hai phương án xây dựng cầu dân sinh An Thượng
Cầu dân sinh An Thượng cầu vượt kênh thủy lợi phường An Tảo, thành phố Hưng Yên, tỉnh Hưng Yên (Hình1), thí điểm áp dụng UHPC Đây cơng trình cầu ĐTXD mới, thay cho cầu An Tảo cũ, gây an tồn giao thơng cho người phương tiện qua lại Cơng trình thuộc dự án nhóm C, chủ đầu tư Công ty TNHH dây & cáp điện Ngọc Khánh, tư vấn thiết kế Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Tân Phong, Trường Đại học Xây dựng chịu trách nhiệm thiết kế chế tạo dầm chủ sử dụng UHPC
Để đánh giá hiệu sử dụng UHPC, nhóm nghiên cứu đưa phương án so sánh Một phương án thiết kế, thi công cầu An Thượng sử dụng dầm chủ UHPC, phương án thiết kế, thi công cầu sử dụng dầm chủ NC
(6)Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng
6
Có 95,45% số chuyên gia tham gia khảo sát đồng ý với hệ tiêu kinh tế - kỹ thuật mà nhóm nghiên cứu đề xuất, nên nhóm định giữ nguyên hệ tiêu đánh giá đề xuất để đưa vào mơ hình đánh giá Sau thu thập ý kiến chuyên gia tầm quan trọng tiêu đánh giá, nhóm nghiên cứu chuyển đổi mức độ tầm quan trọng thành số theo thang đo Likert từ đến điểm xác định trọng số tiêu đánh giá theo bình quân điểm số chuyên gia cho
3.3 Kết so sánh phương án sử dụng UHPC với phương án sử dụng NC cho cầu dân sinh An Thượng
a Giới thiệu hai phương án xây dựng cầu dân sinh An Thượng
Cầu dân sinh An Thượng cầu vượt kênh thủy lợi phường An Tảo, thành phố Hưng Yên, tỉnh Hưng n (Hình 1), thí điểm áp dụng UHPC Đây cơng trình cầu ĐTXD mới, thay cho cầu An Tảo cũ, gây an tồn giao thơng cho người phương tiện qua lại Cơng trình thuộc dự án nhóm C, chủ đầu tư Công ty TNHH dây & cáp điện Ngọc Khánh, tư vấn thiết kế Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Tân Phong, Trường Đại học Xây dựng chịu trách nhiệm thiết kế chế tạo dầm chủ sử dụng UHPC
Hình Vị trí xây dựng cầu dân sinh An Thượng sử dụng dầm UHPC Để đánh giá hiệu sử dụng UHPC, nhóm nghiên cứu đưa phương án so sánh Một phương án thiết kế, thi công cầu An Thượng sử dụng dầm chủ UHPC, phương án thiết kế, thi công cầu sử dụng dầm chủ NC
Phương án cầu sử dụng dầm UHPC thiết kế sơ đồ nhịp dài 21 m, tổng chiều dài cầu 31,1 m, cầu rộng m, gồm dầm chủ UHPC tiết diện chữ I, cao 0,72 m, đặt cách 1,75 m (Hình 2) Bản mặt cầu BTCT dày 19 cm, đỡ hệ ván khuôn chết sử dụng
Hình Vị trí xây dựng cầu dân sinh An Thượng sử dụng dầm UHPC
7
UHPC dày 35 mm, có kích thước 1,47x1 m Mố cầu BTCT, móng cọc BTCT 30x30 cm gồm 14 cọc/mố
Hình Mặt cắt ngang cầu An Thượng sử dụng UHPC
Phương án sử dụng dầm NC thiết kế sơ đồ nhịp 21 m, tổng chiều dài cầu 31,1 m, cầu rộng m gồm phiến dầm chủ sử dụng NC dạng dầm hộp, đặt liền nhau, dầm cao 0,8 m (Hình 3) Bản mặt cầu BTCT dày 15 cm Mố cầu BTCT, móng cọc 30x30c m gồm 20 cọc/mố
Hình Mặt cắt ngang cầu An Thượng sử dụng NC
Hình Mặt cắt ngang cầu An Thượng sử dụng UHPC
Phương án sử dụng dầm NC thiết kế sơ đồ nhịp 21 m, tổng chiều dài cầu 31,1 m, cầu rộng m gồm phiến dầm chủ sử dụng NC dạng dầm hộp, đặt liền nhau, dầm cao 0,8 m (Hình3) Bản mặt cầu BTCT dày 15 cm Mố cầu BTCT, móng cọc 30×30 cm gồm 20 cọc/mố
7
UHPC dày 35 mm, có kích thước 1,47x1 m Mố cầu BTCT, móng cọc BTCT 30x30 cm gồm 14 cọc/mố
Hình Mặt cắt ngang cầu An Thượng sử dụng UHPC
Phương án sử dụng dầm NC thiết kế sơ đồ nhịp 21 m, tổng chiều dài cầu 31,1 m, cầu rộng m gồm phiến dầm chủ sử dụng NC dạng dầm hộp, đặt liền nhau, dầm cao 0,8 m (Hình 3) Bản mặt cầu BTCT dày 15 cm Mố cầu BTCT, móng cọc 30x30c m gồm 20 cọc/mố
(7)Tấn, T V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
Hai phương án thiết khác chủ yếu kết cấu dầm, kết cấu hệ mặt cầu số lượng cọc, ra, dự án thi cơng cơng trình cầu An Thượng cịn thực công việc khác thi công đường dẫn đầu cầu, bao gồm đường mặt đường, thi cơng mố cầu, đắp đất tứ nón chân khay Các công việc coi giống phương án so sánh
b Xác định giá trị tiêu so sánh theo tiêu thành phần
Có 35 tiêu chia thành nhóm chi tiêu đề xuất Các tiêu định lượng xác định giá trị cụ thể theo phương án ĐTXD đề xuất, tiêu định tính lượng hóa cách lấy ý kiến chuyên gia
Đối với nhóm tiêu phản ảnh mặt kinh tế: vào thành phần cấu tạo phương pháp tổ chức sản xuất, nhóm nghiên cứu tính tốn chi phí cho 1m3UHPC 18.859.751 đồng NC 3.917.262 đồng Trên sở khối lượng phương án mặt giá tại, nhóm nghiên cứu tính tốn tiêu so sánh thuộc nhóm tiêu kinh tế thể Bảng2
Bảng Các tiêu kinh tế phương án
TT Chỉ tiêu (i) Đơn vị PA dùng UHPC PA dùng NC Trọng số (%)
1 Chi phí ĐTXD cầu đồng 4.509.222.743 5.060.393.623 3,245 Chi phí ĐTXD dầm cầu đồng 626.838.203 898.300.764 3,010 Chi phí bảo trì cầu (cho
vịng đời tính chiết khấu tại)
đồng 975.648.059 1.040.030.946 2,962
4 Chi phí vịng đời tài cầu
đồng 5.484.693.722 6.100.424.569 2,908 Suất đầu tư/m2mặt cầu đồng/m2 39.598.188 44.440.095 2,932
6 Mức nội địa hóa cầu % 97,252 100,000 2,826
7 Hao phí lao động sống/m2 mặt cầu
công/m2 41,927 48,275 2,746
Mặc dù chi phí cho 1m3UHPC cao gần gấp lần chi phí cho 1m3NC chi phí ĐTXD cho hệ dầm UHPC nhỏ chi phí ĐTXD cho hệ dầm NC Nguyên nhân tính vượt trội khả chịu lực dầm UHPC làm cho số lượng dầm cần thiết phương án cầu UHPC nhỏ phương án cầu NC Tương tự vậy, chi phí ĐTXD phương án cầu UHPC nhỏ phương án cầu NC phương án cầu UHPC có số dầm hơn, số gối cầu số cọc Những lợi tính chịu lực vượt trội UHPC mang lại
So sánh tiêu chi phí bảo trì cầu thấy lợi mặt chi phí cầu UHPC Lợi tính bền vững UHPC mang lại Từ lợi chi phí ĐTXD chi phí bảo trì cầu dẫn đến chi phí vịng đời phương án cầu UHPC nhỏ phương án cầu NC nhiều Đây hiệu kinh tế việc sử dụng UHPC cho cầu dân sinh An Thượng
https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(1V)-05