NỨT KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ NGUYÊN NHÂN TỪ THIẾT KẾ

Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC NỨT KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ NGUN NHÂN TỪ THIẾT KẾ PGS.TS Trần Chủng Phó Chủ tịch Hội KC&CNXD Việt Nam Đặt vấn đề Bê tông cốt thép loại vật liệu sử dụng rộng rãi cơng trình xây dựng giới nói chung Việt Nam nói riêng (trên 80% cơng trình từ nhà dân bình thường cơng trình đặc biệt sử dụng kết cấu bê tông cốt thép) Khoa học công nghệ phát triển tạo hội để đa dạng hóa việc ứng dụng bê tơng cốt thép vào kết cấu nguyên lý ban đầu để hình thành vật liệu tổ hợp từ thép bê tông với việc hạn chế hình thành vết nứt cịn ngun giá trị Những cơng trình bê tơng cốt thép thường mắc bệnh cố hữu với triệu chứng cụ thể vết nứt Nhưng chẩn đoán nào, đâu ngun nhân đích thực cách chủ động phịng ngừa ln thách thức Theo yêu cầu nội dung Ban tổ chức Hội nghị Mạng Kiểm định phía Nam, viết này, tác giả mong muốn chia sẻ kinh nghiệm cách nhận dạng vết nứt chế hình thành vết nứt kết cấu bê tơng cốt thép có nguyên nhân từ thiết kế biện pháp ngăn ngừa với giải pháp chủ động kiểm soát chất lượng từ giai đoạn thiết kế Nhận dạng loại vết nứt kết cấu bê tông cốt thép 2.1 Phương pháp tiếp cận Vết nứt kết cấu bê tông cốt thép đối tượng học rạn nứt để nghiên cứu loại vết nứt điều kiện phát sinh chúng Nhiều đề tài chọn khía cạnh phân tích tốn học học phương trình tốn vết nứt để từ tìm áp dụng phong phú toán ngược học vật rắn biến dạng Vết nứt trở thành mục tiêu nghiên cứu học phá hủy Vết nứt coi mặt gián đoạn vật chất mà qua nó, trường chuyển vị chịu bước nhảy Sự gián đoạn vng góc gọi độ mở vết nứt Thành phần luôn không âm độ mở có thật vectơ lực kéo T tác động lên hai bờ vết nứt triệt tiêu (khi nứt hết lực kéo) Trong lĩnh vực xây dựng, vết nứt với độ mở, hình dạng vị trí vết nứt nói lên nhiều điều mà câu hỏi thường đặt nguyên nhân gây nên vết nứt đâu mức độ ảnh hưởng nào? Trả lời câu hỏi không đơn giản Nhưng có phương pháp luận, có chuyên gia kinh nghiệm tập thể sáng tạo, việc trở nên thuận lợi Thông thường nghiên cứu vết nứt kết cấu BTCT, chuyên gia thường tiếp cận theo hai hướng sau [2]: Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC a) Theo nguyên nhân xuất hiện:  Vết nứt khả chịu lực kết cấu trước tác động tải trọng thân ngoại lực;  Vết nứt tác động cốt thép ứng lực trước lên bê tông;  Vết nứt cơng nghệ thi cơng, co ngót bê tơng, bảo dưỡng bê tông, chế độ nhiệt-ẩm, cấp phối vữa bê tơng;  Vết nứt hình thành cốt thép bị ăn mòn b) Theo mức độ nguy hiểm:  Vết nứt chứng tỏ tình trạng nguy hiểm kết cấu;  Vết nứt làm tăng độ thấm nước bê tông (ở tường tầng hầm);  Vết nứt làm giảm tuổi thọ kết cấu cốt thép bê tơng bị ăn mịn mạnh;  Vết nứt chấp nhận cho tồn không gây nguy hiểm cho kết cấu không ảnh hưởng tới độ bền lâu (bề rộng vết nứt thường không vượt giá trị giới hạn cho phép tiêu chuẩn gây ăn mịn cốt thép bê tông) 2.2 Phương pháp nhận dạng a) Đặc điểm chung Nghiên cứu đặc điểm vết nứt mở rộng chúng phần lớn trường hợp xác định nguyên nhân hình thành vết nứt đánh giá mức độ nguy hiểm kết cấu Các vết nứt tác động lực thường xuất theo phương vng góc với ứng suất kéo (bảng 1) Vết nứt co ngót bê tông kết cấu phẳng thường phân bố theo thể tích, cịn kết cấu có hình dạng phức tạp thường tập trung chỗ giáp (như chỗ tiếp giáp sườn cánh sàn, dầm chữ T…) Vết nứt ăn mòn dọc theo cốt thép bị ăn mòn b) Một số tình cụ thể (i) Vết nứt sàn toàn khối Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC Vết nứt sàn tác động lực gây nên phụ thuộc vào sơ đồ tính bản: loại đặc trưng tác động, cách đặt cốt thép tỉ lệ nhịp Khi đó, vết nứt xuất theo phương vng góc với ứng suất kéo (xem Hình1) Bảng Vết nứt tác động lực kết cấu bê tơng cốt thép[4] Loại vết nứt Hình dáng vết nứt Cấu kiện bê tông cốt thép Vết nứt xuyên suốt Cấu kiện chịu kéo lệch tâm Vết nứt không xuyên suốt Cấu kiện chịu uốn cấu kiện chịu nén lệch tâm Vết nứt có dạng đường khép kín Vùng gối tựa cấu kiện chịu uốn Vết nứt dọc không xuyên suốt Cấu kiện chịu nén a) Bản kê hai cạnh b) Bản kê cạnh c) Bản kê cạnh có l1/l2>2 d, e) Bản kê cạnh có l1/l2 ≤2 CHÚ DẪN: a, b, c, e - Chịu tải trọng phân bố đều; d – Chịu tải trọng tập trung Hình Vết nứt tác động lực sàn Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC Những nguyên nhân gây nên mở rộng vết nứt tác động lực thường sàn bị tải, độ võng lớn, không đủ cốt thép chịu lực, bố trí thép khơng thi công sai so với thiết kế (lưới thép bị dịch xuống gần trục trung hòa) (ii) Vết nứt sàn panel lắp ghép Các panel sườn lắp ghép loại chữ V 2T kết cấu tổ hợp từ dầm (sườn) Vì vậy, đặc trưng hình thành vết nứt loại kết cấu tải trọng sử dụng khơng khác dầm sàn (Hình 2) Mặt khác, hình dáng phức tạp, đặt cốt thép dày nên sản xuất panel thường có khuyết tật công nghệ dạng vết vỡ vết nứt co ngót như: vết nứt dọc theo cốt thép, bê tông đầm không liên tục; vết nứt biến dạng khuôn, tỉ lệ xi măng : nước (X : N) lớn 4 Hình Các vết nứt sàn panel lắp ghép (1 ÷ 4) tác động lực Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC (iii) Vết nứt dầm có đặt cốt thép thường Trong dầm thường xuất vết nứt thẳng góc vết nứt xiên với trục dọc cấu kiện Những vết nứt thẳng góc thường xuất vùng chịu mơ men uốn lớn nhất, cịn vết nứt xiên – vùng chịu ứng suất tiếp lớn nhất, gần gối tựa Sự hình thành vết nứt dầm chủ yếu phụ thuộc vào sơ đồ tính dầm, tiết diện ngang trạng thái ứng suất dầm Trên Hình thể vết nứt tác động lực dầm đơn giản liên tục có tiết diện chữ nhật Đặc điểm điển hình vết nứt thẳng góc có bề rộng lớn biên chịu kéo, vết nứt xiên – gần trọng tâm tiết diện Những vết nứt thẳng góc có bề rộng lớn 0,5 mm thường chứng tỏ dầm bị q tải khơng bố trí đủ cốt thép chịu lực Những vết nứt xiên, đặc biệt vùng neo cốt thép dọc chịu lực, cho nguy hiểm chúng làm cho dầm gãy bất ngờ Nguyên nhân gây nên hình thành mở rộng vết nứt xiên thường chất lượng bê tông kém, bước cốt đai thưa, chất lượng hàn cốt thép dọc cốt đai Bảng Vết nứt dầm bê tông cốt thép Số TT vết nứt (Hình 3) Ngun nhân gây nên hình thành vết nứt Khơng đủ ứng suất dầm: lực căng cốt thép nhỏ, hao tổn ứng suất trước lớn Dầm bị tải tiết diện thẳng góc Bị hỏng sản xuất: cường độ bê tông thấp, bước cốt đai lớn, chất lượng hàn cốt thép dọc cốt đai Dầm bị tải tiết diện nghiêng Cường độ bê tông thấp Dầm bị tải tiết diện nghiêng Phá hoại neo cốt thép ứng lực trước: cường độ bê tông thấp, không đủ cường độ bê tông thời điểm trước nén trước bê tông Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam 5;6 Cơng ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gịn - SCQC Khơng có cốt xoắn vùng neo cốt thép ứng lực trước Không đủ cốt xoắn Liên kết hàn chi tiết đặt sẵn nối dầm liền kề làm thay đổi sơ đồ tính tốn chúng Dầm bị tải tiết diện thẳng góc Khơng bố trí đủ cốt thép chịu lực (iv) Vết nứt dầm ứng lực trước Các dầm ứng lực trước thường phải tuân theo yêu cầu cao khả chống nứt Vì vậy, xuất vết nứt có bề rộng lớn thường chứng tỏ dầm bị tải, sai sót nghiêm trọng cơng nghệ chế tạo dầm Trên Hình thể vết nứt đặc trưng dầm ứng lực trước Trong Bảng thể nguyên nhân gây nên vết nứt có bề rộng đáng kể 1-1 q Tk M Q a) Dầm đặt cốt thép thường Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC 2 q 2-2 M Q b) Dầm cốt thép thường q 3-3 M Q c) Dầm ứng lực trước Hình Vết nứt dầm Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC (v) Vết nứt cột bê tông cốt thép Những vết nứt cột phụ thuộc chủ yếu vào trạng thái nén lệch tâm đặc trưng tải trọng tác dụng Ngồi ra, cịn ảnh hưởng cường độ bê tơng, bố trí cốt thép, điều kiện đơng cứng bê tông… Khi tải trọng lệch tâm lớn, vùng kéo hình thành vết nứt ngang có bề rộng lớn (số 1, Hình 4) chứng tỏ cột bị tải đặt cốt thép không đủ Khi độ lệch tâm nhỏ xuất vết nứt thẳng đứng (số 2) chứng tỏ thân cột bị tải cường độ bê tông thấp Chất lượng hàn cốt thép dọc cốt đai bước cốt đai lớn dẫn đến ổn định cốt thép dọc chịu nén xuất vết nứt số Khi khơng có cốt gián tiếp vùng tập trung ứng suất đỉnh cột thường gây nên vết nứt thẳng đứng số Vết nứt số xuất xếp đặt, vận chuyển cẩu lắp không quy định; vết nứt số – ăn mòn cốt thép; vết nứt số – vết nứt cơng nghệ Các vết nứt thể Hình chưa nêu hết trường hợp thường gặp thực tế Các vết nứt xuất tác động động lực, tác động mạnh lực cục bộ, tượng lún móng Vì vậy, cần phải phân tích cẩn thận trước đưa kết luận mức độ nguy hiểm vết nứt gây nên Hình Vết nứt cột bê tông cốt thép Nguyên nhân thường gặp công tác thiết kế Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Cơng ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gịn - SCQC 3.1 Nguyên nhân việc sử dụng tiêu chuẩn phục vụ thiết kế Trong tính tốn kết cấu người thiết kế thực tính tốn thiết kế theo tiêu chuẩn hành, nhằm thiết kế cơng trình mà đảm bảo cho có đủ độ bền, độ cứng, ổn định đảm bảo yêu cấu kinh tế Tuy nhiên áp dụng tiêu chuẩn tính tốn cịn tồn ngun nhân dẫn đến hư hỏng kết cấu như: Nguyên nhân sử dụng tiêu chuẩn tải trọng tác dụng, Nguyên nhân sử dụng tiêu chuẩn tính tốn, Ngun nhân sử dụng số liệu khảo sát đầu vào không tin cậy [1] 3.1.1 Nguyên nhân sử dụng tiêu chuẩn tải trọng tác dụng Việc tính tốn tải trọng tác dụng lên kết cấu thường gây sai sót, sai sót tập trung chủ yếu việc lựa chọn giá trị tải trọng, lấy hệ số tổ hợp tải trọng Một ví dụ đơn giản thiết kế cơng trình theo ACI 318-1999, theo tiêu chuẩn tổ hợp tải trọng tĩnh tải hoạt tải : 1,4D +1,7L Trong : D giá trị tiêu chuẩn tải trọng tĩnh L giá trị tiêu chuẩn hoạt tải Các giá trị tải trọng lấy với giá trị tải trọng tiêu chuẩn, khơng có hệ số vượt tải Tuy nhiên, tính tốn tải trọng D L, người thiết kế tính hệ số vượt tải theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2727:1995, tĩnh tải n=1,1, hoạt tải n=1,2 1,3 Như tổ hợp tải trọng theo ACI 318 thêm thành phần hệ số vượt tải, điều dẫn đến sai sót đưa giá trị tải trọng tính tốn phân tích kết cấu Một ví dụ khác việc sử dụng sai tải trọng tính tốn thiết kế võng nứt cho kết cấu dầm, sàn Việc tính tốn kiểm tra võng nứt đối kết cấu dầm, sàn kiểm tra theo trạng thái giới hạn thứ 2, giá trị tải trọng lấy với giá trị tiêu chuẩn, khơng có hệ số vượt tải Tuy nhiên, nhiều lý do, người thiết kế lấy ln giá trị tải trọng tính tốn (đã kể đến hệ số vượt tải) để tính lún cho cơng trình Như vậy, gây nhầm lẫn việc tính tốn tải trọng tác dụng lên cơng trình Khi tính tốn kết cấu người tính tốn khơng lường trước hết trường hợp tải trọng xảy ví dụ tải trọng cháy nổ, tượng lún khơng khu vực có khả thay đổi công sử dụng làm cho tải trọng tăng lên 3.1.2 Nguyên nhân sử dụng tiêu chuẩn tính tốn Kết cấu bê tơng cốt thép vật liệu phức hợp bê tông cốt thép cộng tác chịu lực tiêu chuẩn tính tốn tương đối phức tạp Người tính tốn thiết kế khơng hiểu hết điều kiện tính tốn dễ dẫn đến sai sót việc áp dụng tiêu chuẩn vào tính tốn Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC Đối với cơng trình có nguồn vốn nhà nước sử dụng tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam Nhưng tiêu chuẩn thiết kế liên quan đến thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép cịn thiếu nhiều chưa có dẫn rõ ràng, ví dụ tính tốn vách bê tơng cốt thép, kết cấu bê tơng cốt thép liên hợp Việc khơng có đầy đủ tiêu chuẩn tính làm cho người làm kết cấu gặp nhiều khó khăn tính tốn thông số tải trọng, vật liệu đầu vào, hệ số an toàn, hệ số tổ hợp lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam, tính tốn cấu kiện thường phải sử dụng tiêu chuẩn nước với tham số đầu vào theo tiêu chuẩn nước ngồi nên việc tính tốn hay xảy sai sót Trong hầu hết cơng trình có vốn đầu từ nước ngồi vay vốn tổ chức tiền tệ giới (IMF), Ngân hàng thể giới (WB), Ngân hàng phát triển Châu (ADB) vốn ODA thiết kế thi công theo tiêu chuẩn nước Đối với số đơn vị thiết kế lẫn lộn việc áp dụng tiêu chuẩn thiết kế (số liệu dầu vào theo tiêu chuẩn Việt Nam chưa sử lý theo tiêu chuẩn nước ngoài) dùng nhiều loại tiêu chuẩn thiết kế tạo nên thiếu quán Trong tính toán kết cấu, phát triển mạnh mẽ phần mềm tính tốn kết cấu nên người tính tốn chủ yếu dựa vào phần mềm để tính tốn thiết kế cho kết cấu Trong tiêu chuẩn áp dụng phần mềm dùng để tính tốn phần mềm nước ngồi mà khơng phải phần mềm nên áp dụng tải trọng với quy định theo tiêu chuẩn Việt Nam dẫn đến sai sót gây hư hỏng cho kết cấu Kèm theo việc sử dụng cách khơng có lựa chọn qui trình qui phạm loại phần mềm trôi thị trường (khơng có quyền, khơng chấp thuận quan quản lý nhà nước) có ảnh hưởng khơng nhỏ đến chất lượng cơng trình xây dựng Do hiểu biết cách không đồng bộ, công tác thiết kế mắc sai sót việc sử dụng phần mềm thiết kế kết nối phần mềm biện pháp tổ hợp tải trọng tính tốn theo qui phạm Việt Nam 3.2 Nguyên nhân sử dụng số liệu khảo sát đầu vào không tin cậy Các sai sót thiết kế sử dụng số liệu khảo sát đầu vào thường biểu khía cạnh sau: - Khơng phát phát không đầy đủ quy luật phân bố không gian (theo chiều rộng chiều sâu) phân vị địa tầng, đặc biệt đất yếu đới yếu khu vực xây dựng khu vực liên quan khác; - Đánh giá khơng xác đặc trưng tính chất xây dựng phân vị địa tầng có mặt khu vực xây dựng; thiếu hiểu biết đất hay công tác khảo sát địa kỹ thuật sơ sài Đánh giá sai tiêu lý đất; Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 10 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC - Không phát phát sinh chiều hướng phát triển trình địa kỹ thuật dẫn tới ổn định cơng trình xây dựng; - Khơng điều tra, khảo sát cơng trình lân cận tác động ăn mịn mơi trường… Những sai sót thường dẫn đến tốn phải khảo sát lại (nếu phát trước thiết kế), thay đổi thiết kế (phát chuẩn bị thi cơng) Cịn khơng phát thiệt hại khơng thể kể đưa cơng trình vào sử dụng 3.3 Ngun nhân phương pháp thiết kế 3.3.1 Nguyên nhân phương pháp tính tốn (i) Sai sót sơ đồ tính tốn: Sơ đồ kết cấu khâu định đến độ bền vững cơng trình Sơ đồ kết cấu phải phản ánh giả thiết chịu lực tải trọng thực tế Sơ đồ kết cấu bảo đảm chịu lực biến dạng có nhiều dạng tải trọng tác động riêng biệt tổ hợp Sơ đồ kết cấu sai dẫn đến hư hỏng kết cấu Chọn sơ đồ kết cấu sai dẫn đến tình trạng sơ đồ tính khác với sơ đồ tải thực nhiều, dẫn đến thiếu thép thừa thép, làm cho cơng trình khơng đáp ứng mặt chịu lực Trong tính tốn kết cấu, khả ứng dụng mạnh mẽ phần mềm phân tích kết cấu, bản, sơ đồ tính tốn kết cấu thường người thiết kế lập giống cơng trình thực hình dáng, kích thước vật liệu sử dụng cho kết cấu Tuy nhiên, việc phụ thuộc vào phần mềm kết cấu gây sai lầm đáng tiếc tính tốn thiết kế Ví dụ việc lựa chọn sai sơ đồ tính tốn kết cấu (Hình 4) Trên hình sơ đồ kết cấu tải trọng tác dụng lên khung phẳng cơng trình cao tầng Khi đưa sơ đồ kết cấu vao tính tốn, người thiết kế thường lấy chiều dài cột từ cốt +0,00 cơng trình , khơng có giằng móng giằng móng nhỏ chiều dài cột phải lấy từ cốt mặt móng Điều gây nên việc nội lực cấu kiện khung nhỏ so với thực tế Kết tính tốn cụ thể khung rõ khác - Trường hợp chiều dài cột tầng 1, H=3.9m (chưa kể chiều dài cột từ cốt + 0.00 đến cốt mặt móng -1,5m) Giá trị môment lớn chân cột là: Mmax=15.10Tm - Trường hợp chiều dài cột tầng H=5.4m (tính chiều dai cột từ cốt +0.00 đến cốt mặt móng -1,5m) Giá trị mônent lớn chân cột la : Mmax=19.14Tm Gía trị mơment chênh lệch là: DM =19.14 - 15.10 =4.04 (Tm) Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 11 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC Như vậy, giá trị môment chênh lệch lớn, ta bỏ giá trị hay bỏ qua chiều dài cột từ cốt +0.00 đến cốt mặt móng nguy hiểm cho cơng trình Hình Sơ đồ kết cấu (ii) Bỏ qua kiểm tra điều kiện ổn định kết cấu: Khi tính tốn thiết kế, thiết kế thơng thường, kỹ sư thiết kế thường tính tốn kiểm tra kết cấu theo trạng thái giới hạn thứ Tuy nhiên, trạng thái giới hạn thứ nhất, tính tốn kiểm tra điều kiện đảm bảo khả chịu lực, bỏ qua kiểm tra điều kiện ổn định kết cấu Đối với cơng trình có quy mơ nhỏ, kích thước cấu kiện kết cấu khơng lớn, việc kiểm tra theo điều kiện ổn định bỏ qua Tuy nhiên, các cơng trình có quy mơ khơng nhỏ, kích thước cấu kiện lớn việc kiểm tra theo điều kiện ổn định cần thiết (iii) Bố trí cốt thép không hợp lý: Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 12 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC Trong kết cấu bê tơng cốt thép, cốt thép bố trí để khắc phục nhược điểm bê tông chịu kéo Việc bố trí cốt thép khơng dẫn đến bê tông không chịu ứng suất kết cấu bị nứt Việc bố trí cốt thép đường ống dẫn nước nhà máy thủy điện ví dụ Đường ống dẫn nước nhà máy thủy điện đường ống dẫn nước có áp thiết kế theo tiết diện vng kích thước ngồi 13x13m, 7x7m, ống làm bê tông cốt thép có chiều dày 3m Để tăng cường chống thấm giảm ma sát, mặt đường ống áp lực có lát thép dày 10mm Cốt thép kết cấu đường ống bố trí lớp sát mép ngồi mép tiết diện có số lượng thép khác tùy theo độ cao Về mặt hình học, đường ống áp lực vừa có độ dốc vừa có độ cong nên tạo cho ống làm việc phức tạp Sau có cố rị rỉ, cơng việc đánh giá tìm ngun nhân bắt đầu việc kiểm tra khả chịu lực kết cấu dạng vết nứt, độ mở, vị trí vết nứt có dấu hiệu cho thấy cố nguyên nhân thiết kế Việc tính tốn trạng thái ứng suất đường ống chịu áp lực nước vị trí có độ dốc độ cong cho thấy (Hình 5): - Dưới tác dụng áp lực nước, khắp tiết diện ngang đường ống suất ứng suất kéo, nhiều vị trí ứng suất kéo vượt giá trị ứng suất kéo tính tốn bê tơng (8,8 daN/cm2 = 88T/m2 bê tông mác 250) Như bê tông bị nứt nhiều chỗ - Ứng suất kéo góc có giá trị lớn (đạt 283 T/m2) nghiêng so với phương nằm ngang góc xấp xỉ 450, tạo thành vết nứt xiên Như cần thiết phải bố trí cốt thép xiên, góc để chịu ứng suất kéo Nguyên nhân quan trọng lỗi bố trí cốt thép Mặc dù ống có độ dốc cốt thép bố trí mặt bên tiết diện theo phương thẳng đứng Hàm lượng thép đủ lớn cốt thép không tạo làm việc liên tục chịu áp lực ngang nước Tại tiết diện có độ dốc, cốt thép chịu lực không liên tục Căn vào trạng thái ứng suất đường ống, tính tốn lại nhu cầu lượng cốt thép bố trí cốt thép tiết diện có độ dốc, thép chị áp lực không đủ - Ở nắp ống thiếu 40% - Ở góc nắp ống thiếu 60% - Ở đỉnh thành ống thiếu 30% Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 13 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gịn - SCQC Ngồi thiếu cốt xiên đặt góc để chịu ứng suất cốt thép để chịu lực cắt thiếu sót giải pháp thiết kế Hình Đường ống áp lực (iv) Giảm kích thước cấu kiện BTCT: Trong cấu kiện BTCT, tính tốn chịu lực cắt phần bê tơng chịu chủ yếu, lý tiết diện bê tơng vùng có lực cắt lớn phải giảm bớt tiết diện, làm giảm khả chịu lực cắt cấu kiện Khi giảm bớt tiết diện bê tông, nhà thiết kế không kiểm tra dẫn đến cấu kiện bị nứt xẩy cố công trình Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 14 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gịn - SCQC (v) Tính tốn cấu tạo kháng chấn không thoả mãn yêu cầu chịu lực cơng trình Sau có tiêu chuẩn thiết kế cơng trình chịu tác động động đất (TCVN 375-2006 ) , nhiều quan tư vấn thiết kế chưa nắm cách tính kháng chấn cấu tạo kháng chấn, tiêu chuẩn yêu cấu địa danh có mức gia tốc > 0,04g phải kiếm tra vμ sử dụng biện pháp kháng chấn giảm nhẹ 0,08g cơng trình bắt buộc phải tính tốn kháng chấn Tình trạng dẫn đến cơng trình khơng có khả chống lại rung động có động đất 3.4 Sai sót khơng coi trọng giải pháp cấu tạo 3.4.1 Khơng am hiểu vai trị giải pháp cấu tạo toán kết cấu Với số cấu kiện không lớn đa phần người thiết kế khơng tính tốn mà bố trí cốt thép với mục đích cấu tạo Một số người thiết kế lựa chọn yêu cầu cấu tạo cho cơng trình lại chọn giải pháp cấu tạo lớn nhiều so với yêu cầu tiêu chuẩn quy định Ví dụ lớp bê tơng bảo vệ cốt thép cho dầm trường hợp nhà (gần nơi ẩm thấp) 25mm đường kính cốt thép lớn người thiết muốn an toàn cho kết cấu lại chọn lớp bảo vệ lớn yêu cầu vơ tình làm giảm chiều cao làm việc cấu kiện dẫn đến làm giảm khả làm việc cấu kiện Trong trường hợp khác, tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép có loại tải trọng tác động không kể đến q trình tính tốn : tượng co ngót, từ biến, lún lệch mà giải giải pháp cấu tạo : bố tri khe nhiệt, khe lún, thép cấu tạo Điều cho thấy việc giải pháp cấu tạo quan trọng, kết cấu khơng có giải pháp cấu tạo dẫn đến hư hỏng cho kết cấu (Hình 5,6) Hình Nứt sàn từ mép vách cứng Hình Cốt thép chịu lực sàn 3.4.2 Cấu tạo sai cho cơng trình vùng chịu ảnh hưởng khí hậu ven biển Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 15 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC - Quy định sai chiều dày lớp bảo vệ - Sử dụng mác bê tông thấp không đảm bảo hàm lượng xi măng tối thiểu - Kết cấu xuất vết nứt > 0,1 mm - Không quy định hàm lượng ion Cl- tối đa có vật liệu - Không sử dụng biện pháp cần thiết để tăng khả chống ăn mòn cho kết cấu - Các nhà thiết kế không quy định tỷ lệ N/X, yêu cầu chất lượng bê tông - Các nhà thiết kế không quy định cụ thể loại xi măng, loại cốt liệu chịu ăn mòn hố chất, mơi trường cơng trình bê tông cốt thép - Các nhà thiết kế không cho sử dụng loại phụ gia chống ăn mòn - Các nhà thiết kế không sử dụng biện pháp tạo màng không tan phủ bề mặt thép chống ăn mịn - Các nhà thiết kế khơng cho bao phủ bề mặt kết cấu bê tông lớp sơn, phủ chống lại tác dụng axít, urê Những thiếu sót cấu tạo thiết kế đề cập đến trên, tạo điều kiện để hoá chất ăn mịn có mơi trường khơng khí, nước thải, nước sinh hoạt phá huỷ lớp bê tông bảo vệ, làm gỉ ăn mòn cốt thép, thấm sâu vào lịng kết cấu bê tơng làm giảm tiết diện chịu lực cấu kiện bê tông Cuối cấu kiện bê tông bị phá huỷ dẫn đến cố cơng trình xây dựng 3.4.3 Các trường hợp khác: - Khi tính tốn tác giả có số quan niệm khơng thích hợp với điều kiện thực tế thi cơng, khơng thích rõ ràng đầy đủ ý nghĩa yêu cầu giả pháp cấu tạo vẽ chi tiết, để người thi công thực - Khơng có biện pháp cấu tạo, để cơng trình chịu thay đổi nhiệt độ, nhiệt độ thay đổi làm kết cấu bị co giãn, công trình bị nứt kết cấu chịu tác động nhiệt, tạo điều kiện cho tác nhân khác ăn mòn kết cấu dẫn đến kết cấu bị hư hỏng 3.5 Sai sót định vật liệu thiết kế không phù hợp Vật liệu sử dụng kết cấu bê tông cốt thép chủ yếu gồm phần bê tơng cốt thép : (i) Với vật liệu bê tơng cường độ khơng đủ ngồi làm ảnh hưởng đến khả chịu lực kết cấu cịn làm giảm tính chống thấm, độ bền kết cấu Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 16 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC Biểu việc giảm khả chịu lực kết cấu khả chịu lực không đủ gây nên giảm cường độ kết cấu, giảm khả chống nứt mà biểu xuất sớm vết nứt rộng số lượng vết nứt nhiều, hay độ cứng cấu kiện dẫn đến biến dạng lớn ảnh hưởng đến điều kiện sử dụng bình thường Thơng thường nguyên nhân chủ yếu dẫn đến định cường độ bê tông không đủ nguyên nhân thiết kế : - Chỉ định tỉ lệ cấp phối bê tơng khơng tốt nhân tố quan trọng định chất lượng bê tông tỉ nước – xi, lượng nước dùng, tỉ lệ cát, sỏi - Chất lượng vật liệu thiết kế cho cấp phối bê tông không đảm bảo chất lượng Ví dụ chất lượng xi măng khơng tốt, xi măng có cường độ thấp làm cho chất lượng bê tông không đủ mác thiết kế Hoặc hình dáng chất lượng cốt liệu (cát, đá khơng tốt) làm cho chất lượng bê tông giảm đá vị vỡ vụn chịu lực chưa đạt yêu cầu chịu lực bê tông điều làm giảm khả chịu lực bê tông (ii) Đối với cốt thép thành phần quan trọng kết cấu bê tông cốt thép nên nhứng sai sót lựa chọn cốt thép ảnh hưởng nhiều đến chất chất lượng kết cấu Việc lựa chọn, định cốt thép phải phù hợp với loại cấu kiện phải phù hợp với điều kiện làm việc cấu kiện Ví dụ dầm cấu kiện chịu uốn hàm lượng cốt thép tính tốn thiết kế người thiết kế phải tính tốn thiết kế cho chúng xảy phá hoại dẻo Tức hàm lượng cốt thép   A As R phải nhỏ hàm lượng cực đại max  s,max   R b b.h Rs b.h Nhưng sau tính tốn xong đến lúc lựa chọn cốt thép cho tiết diện hầu hết người thiết kế lại lựa chọn cốt thép tăng lên để tăng hệ số an toàn nên số trường hợp hàm lượng cốt thép thực tế bố trí lại vượt hàm lượng giới hạn hay nói cách khác xảy phá hoại phá hoại giòn làm nguy hiểm cho kết cấu 3.6 Sai sót cơng tác phục vụ thiết kế Công tác phục vụ thiết kế chủ yếu bao gồm công tác cung cấp số liệu đầu vào cho người thiết kế Trong bước thiết kế kỹ thuật việc tính tốn thiết kế kết cấu thường phân để thiết kế Tuy nhiên, công trình có quy mơ lớn cơng việc phân thành nhóm kỹ sư chuyên ngành hẹp, nhóm tiến hành thiết kế cách độc lập, phần việc chuyên ngành giáp nối nhóm hồn thành xong Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 17 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Cơng ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gịn - SCQC phần việc Vấn đề bất cập chỗ phần việc giáp nối thông qua vẽ khơng thức, vẽ nhỏ, khó đọc Chính điều gây nhầm lẫn đáng tiếc tính tốn thiết kế kết cấu cơng trình Ngun nhân sai sót phối hợp nhóm thiết kế không chặt chẽ, khâu kiểm vẽ không gây lên nhầm lẫn đáng tiếc xẩy việc tính tốn thiết kế kết cấu cơng trình Cùng với sai sót thiếu quan sát tổng thể người thiết kế việc kiểm soát chất lượng cơng trình 3.6 Ngun nhân lực quy trình thực thiết kế 3.6.1 Năng lực người thiết kế khơng phù hợp Do trình độ người thiết kế nhiều khiếm khuyết, chưa đáp ứng yêu cầu đặt công trình Những lỗi sơ đẳng như: quan niệm sai làm việc kết cấu phụ, quan niệm làm việc thực tế kết cấu chịu nén kết cấu chịu uốn, giải pháp kết cấu, giải pháp cấu tạo dấu hiệu rõ lực thông qua kiến thức chuyên mơn kinh nghiệm thực tiễn Do kinh nghiệm, người thiết kế không lường trước tác động mang tính đặc thù Việt Nam tới chất lượng cơng trình xây dựng: tác động khí hậu nóng ẩm trình làm việc kết cấu bê tông bê tông cốt thép, tác động xâm thực ăn mịn mơi trường Một vấn đề khác dẫn đến hư hỏng thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép người thiết kế khơng có hướng dẫn cảnh báo nguy gây tác hại nghiêm trọng cơng trình q trình thi cơng đưa cơng trình vào sử dụng khơng tn thủ theo qui trình 3.6.2 Khơng tn thủ quy trình thiết kế tính liên tục đội ngũ thiết kế (i) Trình tự thiết kế kết cấu cơng trình sau: - Lập mặt kết cấu xác định sơ tiết diện cấu kiện - Xác định sơ đồ kết cấu - Xác định tải trọng tác động lên kết cấu - Tính tốn nội lực cấu kiện tổ hợp nội lực - Tính tốn thiết kế chi tiết cho tiết diện - Thể vẽ chi tiết cho cấu kiện Trong q trình thiết kế cơng trình thơng thường có nhiều người tham gia vào công việc thiết kế đồng thời để đảm bảo tiến độ công việc người thiết kế Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 18 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Cơng ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gịn - SCQC móng, người thiết kế cột - vách, người thiết kế dầm sàn Do làm việc đồng thời nên người thiết kế khơng kiểm sốt hết tác động phận kết cấu với chi tiết liên kết phận với dẫn đến sai sót cho hệ kết cấu (ii) Thay đổi nhân lực tham gia thiết kế: Một cơng trình lớn thiết kế chia làm nhiều bước nhỏ với thời gian kéo dài đến vài năm, chí giai đoạn thiết kế thời gian đến vài tháng Và việc thay đổi người thiết kế q trình điều hồn tồn xảy Nhưng người làm thiết kế sau gặp nhiều khó khăn việc nắm bắt phần thiết kế người trước làm việc thiết tục để phù hợp với phần thiết kế trước (iii) Thiếu người chủ trì thiết kế có lực: Trong bước thiết kế kỹ thuật việc tính toán thiết kế kết cấu thường phân để thiết kế, phần móng, phần thân phần mái Thơng thường phần nhóm kỹ sư kết cấu thiết kế Tuy nhiên, công trình có quy mơ lớn cơng việc phân thành nhóm kỹ sư chuyên ngành hẹp, nhóm tiến hành thiết kế cách độc lập, phần việc chuyên ngành giáp nối nhóm hồn thành xong phần việc Vấn đề bất cập chỗ phần việc ráp nối thông qua vẽ khơng thức, vẽ nhỏ, khó đọc Chính điều gây nhầm lẫn đáng tiếc tính tốn thiết kế kết cấu cơng trình Ngun nhân sai sót phối hợp nhóm thiết kế khơng chặt chẽ, khâu kiểm vẽ không gây lên nhầm lẫn đáng tiếc xẩy việc tính tốn thiết kế kết cấu cơng trình Cùng với sai sót thiếu quan sát tổng thể người thiết kế việc kiểm sốt chất lượng cơng trình 3.6.3 Cơng tác kiểm soát thiết kế (của nội tổ chức thiết kế) không hiệu Sau thiết kế, sản phẩm thiết kế thường người kỹ sư có kinh nghiệm thiết kế thực soát xét kiểm tra Nhưng thông thường người kiểm tra dừng lại mức kiểm tra vẽ, xem lỗi vẽ thường không chi tiết vào tính tốn chi thiết Nên thường khơng thể phát hết sai sót sản phẩm thiết kế Người kiểm sốt thơng thường khơng lường hết sai sót việc khơng khớp phần kết cấu bê tông cốt thép với môn khác kiến trúc 3.7 Quản lý đánh giá chất lượng thiết kế giai đoạn sử dụng Trong trình sử dụng, hư hỏng xảy thường thay đổi điều kiện sử dụng, điều kiện môi trường, thiếu tu bảo dưỡng thường xuyên Những hư hỏng Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 19 Cục Giám Định Nhà Nước Về CLCTXD Việt Nam Công ty Cổ Phần Kiểm Định Xây Dựng Sài Gòn - SCQC trình sử dụng liên quan đến khả chịu lực phổ biến nước ta hư hỏng biểu qua dấu hiệu: lún, nghiêng, nứt Các hư hỏng cấu kiện chịu tải, lún khơng cơng trình, mỏi Người thiết kế có kinh nghiệm cần kiểm sốt tác động, thay đổi giai đoạn sử dụng để có giải pháp bổ sung thiết kế để phòng tránh dẫn hư hỏng đáng tiếc Những vấn đề mẻ đội ngũ người thiết kế nước ta Nội dung liên qua đến triết lý “bảo trì phịng ngừa” tác giả viết nghiên cứu suốt nhều năm qua mong muốn thảo luận sâu hội khác Kết luận Những công trình bê tơng cốt thép chất lượng có ngun nhân từ thiết kế thường có nguy lớn xảy hư hỏng, gây hậu nghiêm trọng người tài sản Nếu không xảy cố sụp đổ hư hỏng có nguyên nhân từ thiết kế sửa chữa khó Qua phân tích ta thấy nguyên nhân gây hư hỏng cho cơng trình sử dụng kết cấu bê tông cốt thép đa dạng phổ biến u cầu hồn thiện cơng tác quản lý chất lượng thiết kế trước hết kết cấu bê tơng cốt thép đỏi hỏi đáng xã hội đội ngũ kỹ sư xây dựng nước ta Nhằm chủ động loại bỏ lỗi xuất giai đoạn thiết kế, nâng cao lực, hiểu biết đạo đức người làm nghề phương pháp phòng ngừa hiệu mang lại phát triển bền vững cho đất nước./ Tài liệu tham khảo Trần Chủng, Nguyễn Quốc Việt (2004), Rủi ro thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, Tạp chí Xây dựng số 4/2004, Hà Nội ; Trần Chủng (2009), Sự cố cơng trình học, Hội nghị khoa học Toàn quốc Sự cố cơng trình xây dựng, Tổng Hội Xây dựng Việt Nam, 2009, H Ni ; Trần Chủng (2008) : Bảo đảm xây dựng công trình phải an toàn Báo cáo khoa học Hội nghị th-ờng niên Mạng kiểm định chất l-ợng công trình xây dựng Việt nam lần thứ V, Đắk Lắk 02-2008; Nguyn Vn Hựng, Trn Chủng CTV (2006), Phân tích, đánh giá cố cơng trình xây dựng dân dụng cơng nghiệp Việt nam Đề tài cấp Bộ mã số RD 65, Hà nội , 2006 Hội thảo khoa học Nứt Kiểm định vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép – Phú Quốc 01/8/2014 20