Chương mở đầu : Giới thiệu tổng quan
3.4. Các biện pháp sửa chữa dầm cầu do Viện KHCN GTVT nghiên cứu áp dụng
3.4.4 Áp dụng thực tế sửa chữa phục hồi cầu Muối
Sơn)
a. Hiện trạng hƣ hỏng của cầu:
Cầu Muối thuộc loại cầu BTCT loại vừa, cầu dài 7,3m gồm hai đơn nguyên. Đơn nguyên 1 là cầu vòm cuốn được xây dựng từ thời Pháp thuộc. Đơn nguyên 2 1à cầu BTCT dạng dầm bản có sườn, đúc tại chỗ, có 8 sườn, đơn nguyên này được xây dựng khi mở rộng QL 1A rộng gấp đôi, mỗi sườn dài 7,3m cao 35cm, chiều rộng bụng sườn 28cm, chiều rộng giữa hai cánh sườn là 865cm, chiều dày cánh bản 12cm. Qua nhiều năm sử dụng và qua những năm chiến tranh biên giới (1978), nên cầu đã bị xuống cấp và hư hỏng nặng. Cầu khơng cịn đủ đảm bảo an tồn và giao thơng bình thường với thời kỳ kinh tế mở cửa của vùng thị xã biên giới.
Phần kết cấu trên, ở giữa mặt cầu có một mảng thủng lớn có đường kính hơn 1m do đạn pháo cối thời kỳ chiến tranh biên giới phá thủng, lỗ được vá tạm bằng bê tông và đặt lát một tấm thép dày phía trên để cho các phương tiện giao thơng qua lại. Phía dưới mặt bản bê tông bị hư hỏng suy thoái khá nặng. Diện tích bê tơng bị vỡ, lở, bong tróc tại bản và cánh bản nhiều chỗ, để lộ cất thép chịu lực của sườn và cánh bản. Diện tích bê tơng tróc lở để hở cốt thép chiếm tới 80%. Các sườn của kết cấu bản là những bộ phận chịu cực quan trọng của mặt cầu. Hầu hết 8 sườn đều bị hư hỏng, vỡ lở bê tơng, lộ cốt thép, có sườn bị vỡ toàn bộ bụng dưới. Tất cả các cốt thép lộ ra đều bị gỉ, có những khu vực bị gỉ nghiêm trọng, cốt thép chủ đã bị giảm tiết diện nhiều. Bởi vì dưới cầu là dịng nước thải của thị xã, cộng thêm các loại rác thải, chất hữu cơ thối rữa bị ứ đọng đã trở thành môi trường xâm thực mạnh gây gỉ cốt thép.
-81-
Tại sườn số 8, toàn bộ sườn bê tơng bị vỡ 100%, cốt thép phía bụng dầm bị hở 100% cốt thép bị gỉ nặng, tiết diện bị giảm, có chỗ bị giảm đến 50%. Các sườn còn lại 1, 2, 3, 4, 5, 6 và 7 đều bị tróc bê tơng, hở cốt thép, gỉ cốt thép ở những mức độ khác nhau. Các phần bản giữa sườn 1 và sườn 2, giữa sườn 2 và sườn 3, giữa sườn 4 và sườn 5, giữa sườn 6 và sườn 7 bê tông bị phồng rộp, bong tróc và để hở cốt thép. Phần kết cấu phía dưới gồm hai mố xây bằng đá và xây liền mố với tường bên hai phía. Ở tường bên, cả hai mố phía thượng lưu đều bị nứt từ mặt đường xuống dưới chân tường. Tường bên phía Hà Nội bị nứt xé rộng, chiều rộng khe nứt tới 5cm.
b. Kiểm toán dầm trƣớc khi tăng cƣờng Phương trình cân bằng lực trên tiết diện:
Pk = Pb + Pn trong đó: Pk : lực do cốt thép chịu kéo.
Pn : lực do cốt thép chịu nén. Pb'B : Lực do bê tông chịu nén. Fn Pn x Pb Fk' Pk'
Phương trình cân bằng khi vùng kéo phát triển tới bản cánh dầm: Rkf.Fk = Rnf.Fn + Rub.B.x
Phương trình cân bằng khi vùng kéo phát triển tới bản bụng dầm: Rkf.Fk = Rnf.Fn + Rub.B.bc+ Rub.B.b.(x-b)
trong đó: Rkf; Rnf : cường độ tính tốn của cốt thép chịu kéo và chịu nén.
-82-
Ru; Rn: cường độ tính tốn của bê tơng chịu uốn và chịu nén.
x: chiều sâu của vùng nén bê tơng
Tính tốn khả năng chịu mơmen của tiếp diện cần kiểm tra: Đối với vùng nén tại bản cánh:
[M] = Rn.B.x.(h0 - x/2) + Rnf.Fn.(h0 - an) Đối với vùng nén phát triển đến bụng dầm:
[M] = Ru.b.x. (h0 - x/2) + Rn.(B - b).bc.(h0 - bc/2) + Rnf.Fn. (h0 - an)
c. Phƣơng án và công nghệ sửa chữa
Bƣớc 1: Khảo sát, chẩn đoán và đánh giá khả năng làm việc hiện tại của cầu.
Để có số liệu và căn cứ khoa học cho phương án sửa chữa. Chúng tôi đã tiến hành công đoạn khảo sát, đo đạc hiện trường và xác định các thông số chuẩn đốn :
- Chiều sâu cacbonat hóa của các sườn và bản BTCT.
- Xác định cường độ và mác bê tông thực tế, xác định những vùng bê tông bị suy giảm cường độ.
- Xác định trạng thái gỉ cốt thép và đánh giá chất lượng còn lại của cốt thép thông qua đo điện thế (phương pháp Half - Cell Potention) và thông qua hàm lượng Clorua thâm nhập.
Trên cơ sở số liệu đo đạc, thu thập xác định những vùng bê tông không đủ đảm bảo theo yêu cầu, để phá bỏ, đục tẩy. Đồng thời cũng xác định những chỗ cốt thép bị gỉ cần thay thế hoặc tăng cường thêm để đạt yêu cầu thiết kế.
Bƣớc 2: Thiết kế gia cường sườn BTCT bằng phương pháp liên kết dán bản thép ở
các bụng sườn: Trên cơ sở khảo sát, đánh giá khả năng chịu tải cịn lại của dầm bản, tiến hành tính tốn kích thước bản thép, số lượng bản cần tăng cường cho sườn bản ở phía dưới bụng.
Bƣớc 3: Thi công lắp đặt và dán bản thép tăng cường sườn dầm BTCT:
a) Lắp dựng đà giáo thi công: Trước khi bắt đầu công tác sửa chữa, tiến hành lắp dựng đà giáo phía dưới gầm cầu. Đà giáo cần vững chắc để sau này cịn đặt kích đẩy ép. Đà giáo cần duy trì trong suốt q trình thi cơng.
-83-
b) Phá bỏ, đục tẩy những vùng bê tông xấu và những vùng xung quanh cốt thép bị gỉ. Tẩy gỉ cốt thép và làm sạch bề mặt cốt thép. Thay thế hay tăng cường cốt thép bị hư hỏng. Làm sạch bề mặt bê tông và bề mặt cốt thép.
c) Khoan lỗ vào bê tông ở bụng sườn để chôn bu lông chờ.
d) Quét lớp chất tăng cường bám dính PEX lên bề mặt bê tơng đã được làm sạch khô và lên mặt cốt thép.
e) Lắp tấm bản thép dán tăng cường vào các bulơng chờ, qt lớp tăng cường bám dính PEX lên bề mặt bản thép dán.
f) Đổ BT polymer PEX và nhồi, lèn chặt vào khoảng không giữa bụng dầm và bản thép.
g) Đặt kích thủy lực và ép tấm bản thép dán vào bụng sườn dầm. Chốt êcu vào bu lông chờ.
h) Cắt phần bê tông thừa, sang sửa bề mặt và giữ cố định kích trong vịng 30 phút sau đó dỡ bỏ kích.
Sơ đồ lắp đặt dán bản thép
Bƣớc 4: Thi công sửa chữa, trám vá gia cường phần bản giữa các dầm
Tiến hành các bước: Đục tẩy phá bỏ bê tông xấu, làm sạch bề mặt bê tông, đánh gỉ cốt thép, thay thế gia cường cốt thép... và cuối cùng là trám vá bằng bê tông polymer PEX và hoàn thiện bề mặt tương tự như các bước thi công trên.
-84-
Cuối cùng phục hồi lại kết cấu toàn khối của dầm bản sườn BTCT. Trong đó 8 bụng sườn được liên kết dán với bản thép bằng bê tông polymer PEX .
Bƣớc 5: Sửa chữa nứt ở hai đầu tường cánh của mố.
Hai vết nứt ở hai đầu tường cánh khá lớn, nó khơng phải chỉ là nút thơng thường mà là dạng nứt xé do tường quá cao và chịu áp lực đẩy của nền đường. Cho nên xử lý nứt cũng có ý nghĩa là nên kết hai phần của tường cũ lại. Liên kết nối tường chắn với nhau bằng bê tơng polymer PEX, cịn phần bên trong bơm vữa xi măng hoặc đất đắp lấp đầy các hốc. Việc sửa chữa vẫn tiến hành bình thường, hàng ngày giao thơng vẫn hoạt động bình thường trên mặt cầu, cịn thi cơng sửa chữa thực hiện dưới gầm cầu. Chỉ có khi đổ bê tơng polymer PEX thì bố trí về buổi tối xe cộ qua lại ít. Và sau một thời gian ngắn sửa chữa cơng trình đã hồn thành và được các bên nghiệm thu. Cơng trình sửa chữa vào đầu năm 1999 đến nay đã được 5 năm thử thách mà cơng trình vẫn hoạt động tốt.
d. Kiểm toán sau tăng cƣờng
Fn Pn x Pb Fk' Pk' Pt
Phương trình cân bằng lực trên tiết diện:
Pk + Pt = Pb + Pn
-85-
Phương trình cân bằng khi vùng kéo phát triển tới bản cánh dầm: Rkf.Fkk + Ft.Rt = Rnf.Fn + Ru.B.x Phương trình cân bằng khi vùng kéo phát triển tới bản bụng dầm:
Rkf.Fk + Ft.Rt = Rnf.Fn + Ru.b.x + Rn.B.(B-b)
trong đó: Rkf; Rnf : cường độ tính tốn của cốt thép chịu kéo và chịu nén.
Ru; Rn: cường độ tính tốn của bê tơng chịu uốn và chịu nén.
x: chiều sâu của vùng nén bê tơng
Tính tốn khả năng chịu mơmen của tiếp diện cần kiểm tra: Đối với vùng nén tại bản cánh:
[M] = Rn.B.x.(h0 - x/2) + Rnf.Fn.(h0 - an) Đối với vùng nén phát triển đến bụng dầm:
[M] = Ru.b.x. (h0 - x/2) + Rn.(B - b).bc.(h0 - bc/2) + Rnf.Fn. (h0 - an)
Việc dán bản thép đã được triển khai áp dụng tại nhiều cầu trên cả nước như cầu Cai Quản (QL 80), cầu Trà Ôn, cầu Vịnh Tre (QL 91), Cầu Km 410+567 và cầu Km 411+775 (nằm trên tuyến đường sắt Hà nội-TP Hồ Chí Minh). Cầu được xây dựng từ thời Pháp khoảng những năm 1920-1925, đã trải qua 2 cuộc chiến tranh chống Pháp và Mỹ. Mặt khác, cầu lại nằm trong vùng khí hậu khắc nghiệt, khơng khí chứa nhiều cacbon, muối, độ ẩm cao, có khả năng xâm thực bê tông mạnh. Sau khi dán thép, chất lượng cơng trình có được cải thiện rõ rệt.