II. TÍNH TOÁN GIA CỐ KẾT CẤU NHỊP THÉP
III.GIA CỐ KẾT CẤU NHỊPVÀ MỐ TRỤ CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP,BÊ TÔNG VÀ ĐÁ XÂY
THÉP,BÊ TÔNG VÀ ĐÁ XÂY
3.1. Gia cố kết cấu nhịp
Kết cấu nhịp bê tông cốt thép thường có khả năng chịu tải cao,vì vậy thường ít phải gia cường .Vấn đề gia cường thường đặt ra đối với cầu rất cũ,được
xây dựng từ nửa đầu thế kỷ 20.Ở nước ta,vấn đề gia cố cầu thường đặt ra đối với các nhịp dầm hoặc dàn được thiết kế và chế tạo từ thời Pháp với tải trọng thấp hoặc các nhịp ít nhiều phá hoại trong thời gian tiêu thổ kháng chiến.Để gia cố các kết cấu nhịp nay thường phải tăng tiết diện (diện tích cốt thép hoặc bê tông)của nhịp hoặc thay đổi các sơ đồ tĩnh học bằng cách bổ sung cá cấu kiện khác.
Trong trường hợp gia cường nhỏ(10-15%lực)có thể dùng phương pháp bổ sung thêm cốt thép vào vùng biên chịu kéo.Cốt thép được bổ sung bằng các đập bỏ lớp bê tông bảo vệ cho đến ½ đường kính của thanh cốt thép hàng dưới cùng,cấu tạo thêm thanh thép mới bằng cách liên kết chúng vào các thanh cốt thép hàng dưới cùng đã có sẵn,sau đó đổ một lớp bê tông mới dưới đáy(hình 56a).Chiều cao của dầm tăng nên không đáng kể ,khả năng chịu tải của dầm được tăng lên tùy thuộc vào lượng cốt thép bổ sung chỉ làm việc dưới tác động của hoạt tải.
Hình 56;Gia cố kết cấu nhịp bê tông cốt thép bằng các cốt thép bổ sung tạo nền từ các thanh cốt thép hàn (a)hoặc khung cốt thép hàn (b)
Khi cần phải gia tăng khả năng chịu tải của kết cấu nhịp lên 15-35% ,có thể tăng chiều cao của dầm bằng cách hàn bổ sung các sườn cốt thép như hình 56b,các sườn cốt thép này bao gồm cả cốt thép dọc và các cốt đai.Sau khi phá bỏ lớp bê tông bảo vệ,các sườn cốt thép cũ và mới được liên kết với nhau bằng cách hàn qua các thanh xiên và cốt đai .Sau đó,đổ bê tông cốt liệu nhỏ hoặc vữa xi măng-cát để
tạo nên lớp bảo vệ mới với mác bê tông không nhỏ hơn B30.Bê tông được đổ qua các ống dẫn và được đầm chặt bằng các đầm rung liên kết với ván khuôn.Để các lớp bê tông cũ và mới liên kết tốt cần phải làm nhám bề mặt bê tông cũ và quét một lớp keo êpôxi hoặc pôlime với bề dầy khoảng 1mm.Sử dụng các phụ gia dẻo ,đông cứng nhanh và không co ngót đối với phần bê tông mới đổ thêm.
Đối với các loại dầm có sườn ,để tăng cường khả năng chịu lực của mặt cắt cps thể dùng phương pháp đặt thêm cốt thép và bọc ra ngoài mặt cắt cũ một lớp “áo” bê tông với bề dầy phía dưới 20cm và bề dầy thành biên 5cm(hình 57).Cần bổ sung cả ba loại cốt thép ;cốt thép dọc trong vùng chịu kéo đường kính đến 36mm,cốt thép xiên và cốt thép đai.
Hình 57;Gia cố kết cấu nhịp dầm bê tông cốt thép (trên hình vẽ chỉ thể hiện các cốt thép được gia cường )
Trong khu vực sườn dầm đặt các cốt ngang đường kính 12mm,được đỡ bằng các cốt đai ôm cả các cốt chịu lực phía dưới.Khi gia cố dầm bê tông theo phương pháp này người ta thường dùng ván khuôn gỗ.
Gia cố kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép là một công việc khó khăn, phức tạp,đòi hỏi một đội ngũ chuyên gia có tay nghề cao,cẩn thận ,có tinh thần trách nhiệm và sáng tạo.
Các phương pháp thay đổi sơ đồ tĩnh học của dầm bê tông khi gia cố chúng thường không được xem xét do có nhiều điểm hạn chế.Tuy vậy ,cũng có thể xem xét giải pháp dùng thanh căng trong các điều kiện không cho phép gián đoạn giao thông khi gia cố cầu (hình 58).Thông thường các thanh căng hoặc bó dự ứng lực được đặt đối xứng ở hai bên phiến dầm.Các bó dự ứng lực có thể đặt thẳng hoặc có thể đặt theo hình đa giác.Nếu đặt các bó thẳng chỉ giảm được mô men uốn ,còn nếu đặt các bó đa giác thì giảm được cả mô men và lực cắt.Để tăng hiệu quả của công tác gia cố ,thường sử dụng các thanh căng bằng bó cáp ứng suất trước.
Hình 58; Gia cố dầm bằng các thanh căng đa giác (a,b,c)và thẳng (d) 1.Thanh căng; 2.Neo ; 3.Thanh chống ; 4.Gối kê.
Để liên kết và căng kéo các bó dự ứng lực ngoài,người ta cấu tạo các ụ neo ở những vị trí thích hợp,có thể đặt kích căng kéo bó thép.Để chống rỉ bó thép,người ta đặt chúng trong các ống nhựa tổng hợp và bơm vữa trong ống sau khi căng kéo.
Nhìn chung,các phương pháp gia cố kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép là rất hạn chế.
Trong nhiều trường hợp ,khi gia cố các vành vòm người ta làm thêm các vòm phụ phía dưới hoặc giảm bớt tải trọng tĩnh bằng cách tạo thêm kết cấu bản ở phía trên .Việc dỡ tải bằng cách thay thế các bản ở phía trên có thể thực hiện trên toàn bộ vòm hoặc một phần ,tùy theo mức độ hư hỏng của vòm phía dưới.
Khi gia cường để đảm bảo cao độ phần xe chạy ít thay đổi ,phải dùng các kết cấu có chiều cao kiến trúc nhỏ băng bê tông dự ứng lực hoặc bằng thép.Việc xây dựng thêm các vành vòm mới phía dưới các vòm cũ trên hình 58.a,b thường không làm gián đoạn việc thông xe,nhưng cũng phải hạn chế tốc độ xe,tàu qua lại trong vòng vài ba ngày khi bê tông trong quá trình đông cứng.Phức tạp nhất là quá trình đổ bê tông vành vòm mới trên suốt bề rộng cầu.Bê tông mới và cũ cùng làm việc nhờ các neo liên kết.Người ta thường kiểm tra chất lượng của bê tông vành vòm mới bằng cách bơm vữa xi măng-cát(1:1,1:2)vào vùng tiếp xúc giữa các vòm qua các lỗ chừa sẵn đặt ở bên dưới vòm.
Hình 59: Gia cố vành vòm
a,Vòm bê tông cốt thép bổ sung ở phía trên ;
b,Như (a),nhưng đặt dưới; c,Gia cường trong vòm hiện có . 1.Vòm mới ; 2.Vòm cũ ; 3.Nhịp bản nhẹ ;
4.Gia cường mố ; 5.Vành vòm
3.2. Gia cố trụ
Vấn đề gia cố trụ và nền móng của chúng thường phải đặt ra khi cần đặt ra khi xử lý những khuyết tật phát sinh trong quá trình sử dụng hoặc khi kết cấu
không đảm bảo khả năng chịu lực dưới tác dụng của những trọng tải mới,lớn hơn tải trọng thiết kế ban đầu hoặc đưa thêm vào đường sắt thứ hai hay mở rộng khổ cầu đường bộ.
Các trụ cũ bằng đá xây thường được gia cố bằng cách bọc thêm lớp “áo” bằng bê tông cốt thép,với kích thước đủ để truyền lên chúng một phần đáng kể tải trọng.Trên hình 60 đưa ra một ví dụ về hình thức gia cố trụ đã nêu
Hình 60; Gia cố trụ bằng bọc bê tông cốt thép
1.Liên kết giữa lớp bê tông và trụ cũ; 2.Thân trụ cũ ;3.Lớp bọc bê tông cốt thép
Khi tính toán gia cố trụ,giả thiết rằng phần hoạt tải truyền qua gối cầu,lực gió,lực hãm chỉ truyền lên lớp bê tông bọc quanh thân trụ.Lớp bê tông cốt thép và thân trụ cũ đã được liên kết với nhau bằng các neo và thanh thép ngang.Lưới thép của lớp áo bê tông cốt thép thường có 2 lớp,dùng các thanh đường kính 14mm (thanh đứng) và 10mm (thanh ngang).
Các trụ cũ thường có dạng thân đặc,vì vậy khả năng chịu lực của móng có thể được gia tăng bằng cách thay thế phần thân đặc (phía trên mực nước cao) bằng các kết cấu nhẹ hơn,ví dụ như kết cấu khung hoặc cột.
Việc gia cố móng trụ trên nền thiên nhiên theo điều kiện ổn định nền có thể được thực hiện bằng cách mở rộng móng (hình 61).Dùng một hệ thống thùng chụp hoặc vòng vây ngăn nước,sau đó hút nước rồi xử lý mở rộng móng sau khi đã tạo ra liên kết bề mặt giữa phần bê tông mới và cũ.Phần bê tông gia cố móng thường được đổ cách đáy móng ít nhất 1m,phía trên đúc sẵn lớp bê tông bọc quanh móng,tạo nên một công xon cách lớp bê tông đáy khoảng 1 đến 1,5m.Để gia tăng hiệu quả gia cố,người ta dùng hệ thống cách thủy lực kích đạp ở giữa hai lớp bê tông,sau đó đổ bê tông nhét đầy khoảng trống.
Đối với móng cọc,để làm tăng khả năng chịu lực phải đóng thêm cọc hoặc khoan nhồi bổ sung vào móng cũ.Tốt nhất là dùng biện pháp khoan nhồi vì chúng không gây ra sự mất ổn định đối với trụ và móng cũ.
Đối với các mố cầu,khi xuất hiện các chuyển dịch của nền đắp sau mố thì phải gia cường.Để giảm áp lực ngang sau mố thì phải thay thê.
Đất đắp sau mố bằng các loại hạt thô (cuội sỏi hoặc đá hộc) (hình 26).Trong các cầu một nhịp với chiều dài nhịp
Hình 61;Gia cố móng bằng cách mở rộng 1.Conson bê tông
2.Neo ;3.Kích 6.Bản bê tông
Hình 62;Tăng cường ổn định mố
1.Cầu bản dẫn sau mố ;2.Đá hộc hoặc cuội sỏi ; 3.Mố ; 4.Kết cấu nhịp
không lớn ,có thể dùng các thanh chống ngang giữa hai mố để tăng cường ổn định (hình 63a)
Trong các trường hợp cần gia cố phía trước mố vùi,có thể dùng các biện pháp mở rộng móng phía trước (hình 63b)hoặc tạo ra các thanh chống phụ(hình 63c).Ngoài ra ,trong các điều kiện đặc biệt có thể gia tăng khả năng chịu lực của nền bằng các phương pháp phun hóa chất hoặc điện thấm ,xi măng hoặc bitum hóa.
Hình 63;Gia cố mố bằng thanh chống (a),mở rộng phía trước (b) hoặc thanh chống phía trước (c)
1.Thanh chống giưa 2 mố ; 2.Phần mở rộng ;3.Thanh chống ; 4.Bệ tỳ.
Công việc gia cố móng mô trụ rất phức tạp .Tùy theo điều kiện địa chất,thủy văn,kết cấu mố trụ cũ và khả năng thi công thực tiễn của đơn vị thi công để lựa chọn các giải pháp kinh tế và đảm bảo chất lượng cao.