2.3. Gia cố cầu thép: 67
2.3.4. Gia cố hoặc làm lại hệ liên kết giữa các dàn chủ 7 6-
Nhược điểm phổ biến nhất đối với hệ thống liên kết giữa các dàn chủ của các kết cấu nhịp cũ là khơng đủ độ cứng. Điều đó dẫn tới các dao động đáng kể khi xe chạy và làm giảm độ cứng của kết cấu nhịp. Chính do các dao động có hại này mà trong các nút liên kết thường phát sinh các vết nứt. Thường giảm độ mảnh của các thanh hệ liên kết đến trị số yêu cầu bằng cách tăng mặt cắt thanh hoặc giảm chiều dài tự do. Khi giảm chiều dài tự do của các thanh liên kết dọc dưới có thể dùng biện pháp liên kết chúng với hệ dầm mặt cầu bằng các thép góc “treo” các thanh liên kết dọc dưới vào hệ thống liên kết ngang của dầm dọc hệ mặt cẩu (hình 2.48). Thanh chống giữa dầm dọc và hệ liên kết được nối vào điểm giao cắt các thanh liên kết của dầm dọc
- 82 - bằng thép góc 3.
Các nhịp có đường xe chạy dưới thường không đảm bảo khổ tĩnh không theo yêu cầu nâng cấp đường hiện tại (ví dụ: điện khí hóa đường sắt hoặc mở rộng khổ cầu). Bởi vậy, có thể phải tháo dỡ liên kết ngang và liên kết dọc trên. Khi đó, dàn thép có dạng dàn hở. Để đảm bảo ổn định của thanh biên trên chịu nén cần phải gia cường các thanh đứng,tạo nên các khung cứng ngang cần thiết.
Hình 2.48 - Gia cố liên kết dọc dưới 1.Thép góc; 2.Thép góc tạo mối nối; 3. Thép góc
4. Các thanh chéo của hệ liên kết dọc
2.4. Gia cố kết cấu nhịp và mố trụ cầu bê tông cốt thép, bê tông và đá xây:
2.4.1. Gia cố kết cấu nhịp:
Kết cấu nhịp bê tơng 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 này 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 các 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 tơng mới dưới đáy (hình 2.49a). Chiều cao của dầm tăng nên khơng 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 2.49 - Gia cố kết cấu nhịp bê tơng 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 2.49b, 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 tơng 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 khơng co ngót đối với phần bê tơng mới đổ thêm.
Đối với các loại dầm có sườn, để tăng cường khả năng chịu lực của mặt cắt có thể dùng phương pháp đặt thêm cốt thép và bọc ra ngoài mặt cắt cũ một lớp “áo” bê tơng với bề dầy phía dưới 20cm và bề dầy thành biên 5cm (hình 2.50). 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 2.50 - Gia cố kết cấu nhịp dầm bê tơng 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 tơng theo phương pháp này người ta thường dùng ván khuôn gỗ.
Gia cố kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép là một cơng việc khó khăn, phức tạp, địi 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 thơng khi gia cố cầu (hình 2.51). Thơng 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 mơ men uốn, cịn nếu đặt các bó đa giác thì giảm được cả mơ men và lực cắt. Để tăng hiệu quả
- 84 -
của công tác gia cố, thường sử dụng các thanh căng bằng bó cáp ứng suất trước.
Hình 2.51 - 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 ngồi, 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 vịm người ta làm thêm các vịm 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 tồn bộ vịm hoặc một phần, tùy theo mức độ hư hỏng của vịm 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 bằng bê tơng dự ứng lực hoặc bằng thép. Việc xây dựng thêm các vành vịm mới phía dưới các vịm cũ trên hình 2.52.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 tơng trong q trình đơng cứng. Phức tạp nhất là q trình đổ bê tơng vành vịm mới trên suốt bề rộng cầu. Bê tơng mới và cũ cùng làm việc nhờ các neo liên kết. Người ta thường kiểm tra chất lượng của bê tơng vành vịm 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 2.52 - Gia cố vành vịm
a,Vịm bê tơng cốt thép bổ sung ở phía trên ; b,Như (a),nhưng đặt dưới; c,Gia cường trong vịm hiện có .
1.Vịm mới; 2.Vòm cũ; 3.Nhịp bản nhẹ; 4.Gia cường mố; 5.Vành vòm
2.4.2. Gia cố mố, trụ cầu:
Vấn đề gia cố trụ và nền móng của chúng thường phải đặt ra khi xử lý những khuyết tật phát sinh trong q trình sử dụng hoặc khi kết cấu khơng 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 2.53 đưa ra một ví dụ về hình thức gia cố trụ đã nêu.
Hình 2.53 - Gia cố trụ bằng bọc bê tơng 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 tốn 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 2.54). Dùng một hệ thống thùng chụp hoặc vịng 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 tơng gia cố móng thường được đổ cách đáy móng ít nhất 1m, phía trên đúc sẵn lớp bê tơng bọc quanh móng, tạo nên một cơng xon cách lớp bê tông đáy khoảng 1 đến 1,5m. Để gia tăng hiệu quả gia cố, người ta dùng hệ thống thủy lực kích đạp ở giữa hai lớp bê tơng, sau đó đổ bê tơng 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 khơng 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 thế đất đắp sau mố bằng các loại hạt thô (cuội sỏi hoặc đá hộc) (hình 2.55). Trong các cầu một nhịp với chiều dài nhịp.
- 86 -
Hình 2.54 - Gia cố móng bằng cách mở rộng
1. Conson bê tơng; 2.Neo; 3.Kích; 4. Bê tơng chèn; 5. Vách; 6.Bản bê tơng
Hình 2.55 - Tăng cường ổn định mố
1. Cầu bản dẫn sau mố; 2.Đá hộc hoặc cuội sỏi; 3.Mố; 4.Kết cấu nhịp
Trong trường hợp cầu khơng lớn, có thể dùng các thanh chống ngang giữa hai mố để tăng cường ổn định (hình 2.56a)
Trong các trường hợp cần gia cố phía trước mố vùi, có thể dùng các biện pháp mở rộng móng phía trước (hình 2.56b) hoặc tạo ra các thanh chống phụ (hình 2.56c). Ngồi 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 2.56 - Gia cố mố bằng thanh chống (a), mở rộng phía trước (b) hoặc thanh chống phía trước (c)
Cơng việc gia cố móng mơ 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.
* Thảo luận:
Thảo luận trực tiếp trên lớp các nội dung liên quan đến bài học
* Câu hỏi ôn tập:
Câu 1: Tại sao phải kiểm định cầu, các nội dung chính cần thực hiện trong quá trình kiểm định cầu?
Câu 2: Các số liệu khảo sát, dữ liệu thu thập chính phục vụ cơng tác kiểm định cầu thép, cầu bê tông cốt thép, mố trụ cầu?
Câu 3: Trình bày tóm tắt ngun tắc kiểm tra khả năng chịu tải của cơng trình cầu theo lý thuyết.
Câu 4: Trình bày nội dung thử tải tĩnh và phương pháp thử tải tính, các ngun tắc đặt vị trí thiết bị đó?
Câu 5: Nêu các nguyên tắc hoạt động của các loại thiết bị đo trong thử tải tĩnh? Câu 6: Nêu nguyên tắc hoạt động của các thiết bị đo ứng suất trong thử tải tĩnh? Câu 7: Các kết quả trong thử tải tĩnh và cách xử lý kết quả?
Câu 8: Mục đích của thử tải động, các hình thức thử tải động và các thiết bị đo ghi trong công tác thử tải động?
Câu 9: Các kết quả thử tải động và cách xử lý kết quả?
Câu 10: Trình bày tóm tắt các kết cấu chính cần gia cố trong cầu thép?
Câu 11: Trình bày tóm tắt các nội dung chính cần gia cố trong cầu bê tông cốt thép và mố trụ cầu bê tông cốt thép?
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................. . - 5 -
CHƯƠNG I. CÔNG TÁC KHAI THÁC, BẢO QUẢN VÀ SỬA CHỮA CẦU........ - 7 -
1.1. Khái niệm chung: ................................................................................................... - 7 -
1.2. Khai thác cơng trình cầu: .................................................................................... - 8 -
1.2.1. Tổ chức bộ máy quản lý khai thác cơng trình:................................................ - 8 -
1.2.2. Tình trạng cầu cống ở nước ta hiện nay:......................................................... - 9 -
1.2.3. Tình trạng quản lý khai thác: ........................................................................... - 9 -
1.2.4. Các yêu cầu chung đối với công tác quản lý khai thác: .................................. - 9 –
1.3. Bảo quản dòng chảy và điều chỉnh hướng dòng ............................................. - 10 -
1.4. Kiểm tra, sửa chữa cầu thép:........................................................................... - 11 -
1.4.1. Công tác kiểm tra cầu thép:................................................................................- 11 -
1.4.2. Các hư hỏng, khuyết tật và giải pháp sửa chữa cầu thép. ............................... - 12 –
1.5. Kiểm tra và sửa chữa cầu bê tông cốt thép: ........................................................ - 21 -
1.5.1. Công tác kiểm tra đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép. ................. - 21 -
1.5.2. Các hư hỏng và khuyết tật của cầu bê tông cốt thép............................... - 21 -
1.5.3. Sửa chữa các khuyết tật của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép. ............. - 23 -
1.6. Kiểm tra và sửa chữa mố trụ cầu: ................................................................... - 27 -
1.6.1. Công tác kiểm tra mố trụ cầu và những hư hỏng chủ yếu. ...................... - 27 -
1.6.2. Sửa chữa mố, trụ cầu................................................................................ - 29 -
CHƯƠNG II. KIỂM ĐỊNH CẦU VÀ GIA CỐ CẦU ............................................. - 33 –
2.1. Khái niệm chung: ............................................................................................ - 33 -
2.2. Kiểm định cầu: .................................................................................................... - 34 -
2.2.1. Công tác khảo sát và thu thập tài liệu về hiện trạng cơng trình: ............ - 34 -
2.2.2. Xác định khả năng chịu tải của cơng trình theo lý thuyết:...................... - 37 -
2.2.3. Xác định khả năng chịu tải của cơng trình theo thực nghiệm:................ - 40 -
2.3. Gia cố cầu thép:............................................................................................... - 67 -
2.3.1. Gia cố hệ dầm mặt cầu thép: .................................................................... - 69 -
2.3.2. Gia cố kết cấu nhịp dầm thép đặc: ........................................................... - 71 -
2.3.3. Gia cố dàn chủ:.................................................................................................. - 73 -
2.3.4. Gia cố hoặc làm lại hệ liên kết giữa các dàn chủ ............................................. - 76 -
2.4.1. Gia cố kết cấu nhịp: .............................................................................. .... - 77 - 2.4.2. Gia cố mố, trụ cầu: .............................................................................................. - 79 -
Tài liệu tham khảo
[1]. Giáo trình khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống – GS.TS. Nguyễn Viết Trung – Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, 2008.
[2]. Chẩn đốn cơng trình cầu, PGS.TS. Nguyễn Viết Trung - Nhà xuất bản xây dựng, 2003.
[3]. Kiểm định cầu - tác giả Chu Viết Bình, Nguyễn Ngọc Long, Nguyễn Mạnh, Nguyễn Văn Nhậm, Nhà xuất bản Xây dựng 2009.