CHƯƠNG II XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
2.1. Thi công kết cấu nhịp cầu dầm bê tông cốt thép lắp ghép
2.1.3. Chế tạo dầm BTCT dự ứng lực
Để phát huy khả năng làm việc của vật liệu bê tông, hạn chế các nhược điểm của dầm BTCT thường không hiệu quả ở các thớ bê tông chịu kéo, trong quá trình phát triển công nghệ chế tạo dầm người ta đã nghiên cứu tạo trước ứng lực trong bê tông dầm nhằm giải phóng ứng kéo tác dụng vào bê tông gây nứt. Loại dầm này thường được gọi là dầm BTCT ứng suất trước (ƯST), hoặc là dầm BTCT Dự ứng lực (DƯL), hay còn gọi với tên khác là dầm BTCT tiền áp (ít gặp). Có một số giải pháp tạo ứng suất trước trong dầm bê tông như sau:
- Sử dụng xi măng đặc biệt có tính trương nở cao, hoặc bổ sung phụ gia trương nở aluminat và thạch cao khi sử dụng xi măng Pooc Lăng. Xi măng nở làm tăng thể tích, các cốt thép trong bê tông sẽ ngăn cản sự dãn nở của xi măng, kết quả là trong bê tông có một lực nén khoảng
600-700Mpa. Loại này thường được dùng để chế tạo các kết cấu như bể chứa, cầu tàu, cọc, dầm, panen mái che cho nhà công nghiệp. Phương pháp này còn gọi là phương pháp hoá học để tạo ứng lực trước.
- Sử dụng kích để nén ép hai đầu dầm BTCT tạo ra một ứng suất nén trước trong bê tông, sau đó kê chèn hoặc neo giữ đầu dầm vào gối tựa để duy trì ứng lực trong dầm BTCT.
- Sử dụng thép cường độ cao để tạo ứng suất trước trong dầm BTCT, phương pháp này được phát triển từ năm 1926 do Freyssinet (Pháp) nghiên cứu phát triển đến nay. Hiện tại, đây là phương pháp phổ biến áp dụng trong chế tạo dầm BTCT sử dụng trong các công trình cầu đường. Có hai giải pháp để tạo ứng suất trước là căng trước và căng sau cáp thép cường độ cao, trình tự chế tạo dầm theo hai công nghệ này chi tiết như sau.
2.1.3.1. Chuẩn bị mặt bằng công trường:
- Mặt bằng gia công cốt thép đảm bảo khô ráo, sạch sẽ, nằm trên nền đất ổn định.
- Mặt bằng lắp đặt lồng thép nằm song song với bệ đúc dầm, đảm bảo khô ráo, sạch sẽ.
Tính toán đủ diện tích để lắp hoàn thiện một lồng cốt thép kích thước quy định.
- Mặt bằng bệ đúc dầm, yêu cầu đặt trên nền đất ổn định, cao ráo đảm bảo thuận tiện thi công dầm.
- Mặt bằng chứa ván khuôn trong, được bố trí song song với bệ đúc dầm, ván khuôn trong phải được đặt trên hệ đỡ chắc chắn (sử dụng cho dầm Super-T).
- Mặt bằng đường xe vận chuyển bê tông, được bố trí song song với bệ đúc dầm, đường được đắp cao đảm bảo có thể đổ bê tông trực tiếp từ máng xe mix vào dầm.
- Mặt bằng bố trí các công trình phục vụ thi công khác, bao gồm các trạm cung cấp nước để bảo dưỡng và điện chiếu sáng phục vụ thi công, mặt bằng này được bố trí tập trung xung quanh bệ đúc.
- Bãi chứa dầm, được bố trí song song với bệ đúc dầm và trên nền đắp cao 20-30cm, đầm chặt K=95, dầm được đặt trên bệ đỡ BTCT tại vị trí gối, có trang bị các thiết bị và dụng cụ giữ ổn định dầm (thanh chống đứng và giằng ngang).
2.1.3.2. Thiết bị phục vụ thi công:
- Một cần cẩu di động 60T dùng để phục vụ thi công bãi đúc dầm và lắp dựng cần cẩu trục. Ngoài ra cần cẩu này còn sử dụng để cẩu cốt thép và cáp nằm ngoài phạm vi hoạt động của cẩu trục.
- Hai cẩu trục được dựng lắp trên đường ray, chúng được sử dụng chủ yếu để nâng dầm sau khi đúc xong từ bệ đúc đến bãi chứa dầm. Ngoài ra chúng còn được dùng để cẩu dầm lên xe goòng ra vị trí đặt dầm trên nhịp.
- Cần cẩu trục còn được sử dụng hàng ngày để cẩu lồng thép cũng như ván khuôn trong vào vị trí bệ đúc.
- Tất cả các cần cẩu trục trước khi đưa vào sử dụng đều phải thử tải kiểm tra năng lực cẩu.
2.1.3.3. Vật liệu chế tạo dầm:
- Bê tông:
Được sản xuất bằng trạm trộn hoặc bê thương phẩm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật quy định theo chỉ dẫn kỹ thuật của dự án. Bê tông chở đến công trường bằng xe Mix loại 3m3 hoặc 6m3, bê tông đảm bảo độ sụt 14 ÷15 ±2, tùy thuộc yêu cầu của dự án về số lượng lấy mẫu bê tông, thông thường 1,5m3 bê tông lấy một mẫu. Bảo dưỡng mẫu tại công trường, sau 48 giờ vận chuyển đến phòng thí nghiệm, tiếp tục bảo dưỡng và xác định cường độ bê tông sau 72 giờ để cắt cáp hoặc căng cáp và cẩu dầm. Trường hợp mẫu bê tông 28 ngày không đạt yêu cầu ta có thể khoan lấy mẫu trực tiếp từ dầm hoặc sử dụng công nghệ bắn bê tông để kiểm tra, nghiệm thu trước khi lắp đặt chính thức.
Sử dụng loại cốt thép có gờ với cường độ theo đúng yêu cầu kỹ thuật của dự án, trước khi đưa vào sử dụng phải được thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý theo tiêu chuẩn của dự án.
- Vật tư thiết bị dự ứng lực:
Tất cả các vật tư và thiết bị dự ứng lực đều phải được thí nghiệm trước khi đưa vào sử dụng. Thiết bị căng kéo (kích, trạm bơm), cáp dự ứng lực, các vật tư dự ứng lực khác (nêm, neo, …) đều được kiểm định định kỳ hoặc đột xuất khi có nghi ngờ. Cáp dự ứng lực, nêm, neo phải được thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý theo tiêu chuẩn kỹ thuật dự án.
2.1.3.4. Ván khuôn dầm và bệ đúc dầm.
a. Ván khuôn dầm:
- Ván khuôn dầm được chế tạo bằng tôn 6mm, các sườn tăng cường bằng hệ thép hình.
Chúng được liên kết cố định vào ván khuôn đáy bệ đúc dầm.
- Để đảm bảo độ bằng phẳng của bề mặt ván khuôn, yêu cầu người tham gia chế tạo phải có tay nghề cao, có kinh nghiệm hàn (sang phanh, hàn đứt đoạn..).
- Trước khi lắp đặt ván khuôn ngoài cần phải kiểm tra đảm bảo tất cả các mặt cắt được kê lên bệ đúc.
- Toàn bộ các kích thước, độ bằng phẳng ván khuôn đảm bảo đúng hồ sơ thiết kế.
- Phải được các bên nghiệm thu xác nhận trước khi đổ bê tông dầm.
b. Bệ đúc dầm:
Tuỳ theo điều kiện địa chất, để chọn kết cấu nền móng cho bệ đúc dầm. Nền móng phải đảm bảo độ chặt không nén lún, rải lớp đá dăm đầm chặt K95. Hai đầu dầm đúc khối bê tông làm móng kê gối, đắp cấp phối đá dăm đầm chặt K95, chất tải khử lún. Bệ đúc dầm được láng vữa tạo phẳng và thoát nước, lắp đặt hệ sàn lát ván khuôn thi công đáy dầm bằng thép định hình, liên kết chặt chẽ với nhau và liên kết với ván khuôn dầm bằng chốt quay.
2.1.3.5. Sản xuất và lắp đặt lồng thép và cáp dự ứng lực.
- Lồng thép được chế tạo tại bệ đúc dầm hoặc tại mặt bằng gia công lồng thép sau đó cẩu lắp vào bệ đúc dầm.
- Cốt thép được gia công và lắp dựng theo đúng hồ sơ thiết kế.
- Lắp đặt cáp DƯL và các chi tiết tạo hình theo đúng vị trí thiết kế.
- Định vị lồng thép, đảm bảo chiều dày lớp BT bảo vệ và vị trí chính xác cáp DƯL (Lưu ý cường độ mẫu vữa bê tông con kê tương đương với cường độ bê tông dầm)
- Đặt ván khuôn đầu dầm. Cáp DƯL được xuyên qua các lỗ có sẵn trên ván khuôn này.
- Đảm bảo các kích thước, vị trí chính xác theo đúng thiết kế, tổ chức nghiệm thu chuyển giai đoạn thi công.
2.1.3.6. Đổ bê tông dầm:
- Trước khi đổ bê tông, đơn vị thi công cùng Tư vấn kiểm tra lại lần cuối toàn bộ công tác ván khuôn, cốt thép, vị trí cáp DƯL cũng như các công tác chuẩn bị trước khi đổ bê tông.
Hai bên cùng xác nhận vào biên bản "Kiểm tra trước khi đổ bê tông".
- Sử dụng tối thiểu 2 xe mix để vận chuyển bê tông, thể tích bê tông mỗi xe ít nhất 3 m3, vận chuyển lần lượt từng xe một, đảm bảo cấp bê tông không bị gián đoạn.
- Tất cả các mẻ bê tông đều được kiểm tra độ sụt trước khi đổ (Độ sụt theo yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật dự án).
- Bê tông được đổ trực tiếp từ xe Mix thông qua máng.
- Từng lớp BT sau khi đổ được đầm lèn nhờ các đầm rung gắn vào ván khuôn với khoảng cách 2m/1đầm và các đầm dùi 30cm.
- Trong quá trình đổ bê tông, hai bên tiếp tục xác nhận vào "Biên bản quá trình đổ BT".
- Thời gian đổ bê tông cho mỗi phiến dầm khoảng 2 giờ, tùy thuộc vào chiều dài dầm và kích thước dầm.
- Sau khi kết thúc đổ bê tông, các bên ký "Biên bản sau khi đổ bê tông" để chuyển sang bước bảo dưỡng.
- Bảo dưỡng bê tông dầm theo đúng quy định. Trong 7 ngày đầu, ban ngày tưới 3 giờ 1 lần, ban đêm ít nhất 1 lần. Sau đó phải tưới ít nhất 3 lần mỗi ngày đêm. Công việc bảo dưỡng phải duy trì đều đặn trong vòng một tuần lễ sau ngày đổ bê tông. Nếu trời mát hoặc hơn và có thể giảm bớt, nhưng dưới trời nắng nóng, phải thường xuyên và kéo dài hơn.
2.1.3.7. Chế tạo dầm BTCT DƯL căng trước:
- Đặc điểm:
Cốt thép DƯL sử dụng là loại bó sợi song song: 20p5, 24p5 hoặc bó cáp 7 tao xắn 12,7 hoặc 15,2, hoặc sợi đơn 12,7 hoặc 15,2
Vị trí các điểm uốn cốt thép DƯL:
1 - Đối với dầm có L 18m thì bố trí 2 điểm uốn trên toàn dầm.
2 - Đối với dầm có L > 18m thì bố trí 4 điểm uốn trên toàn dầm.
Khoảng cách từ điểm uốn đầu tiên đến tim gối 0.2Ltt và khoảng cách giữa các điểm uốn 2m.
- Ưu điểm:
Công tác kéo cốt thép DƯL được tiến hành nhanh chóng và đảm bảo độ chính xác cao do quá trình căng kéo được thực hiện trên bệ căng.
Đảm bảo tính dính bám giữa bê tông và cốt thép DƯL.
Có tính công nghiệp cao, thích hợp cho công tác chế tạo dầm trong nhà máy - Nhược điểm:
Phải chế tạo bệ căng rất phức tạp.
Chỉ thích hợp với công nghệ chế tạo dầm giản đơn. Rất khó áp dụng cho kết cấu cầu lớn thi công theo phương pháp đúc đẩy, đúc hẫng hoặc đúc trên đà giáo di động.
- Các vật liệu chính trong công nghệ căng trước:
Cốt thép thường: Tuân thủ quy định tiêu chuẩn kỹ thuật của dự án.
Cốt thép CĐC: bó sợi song song 5, 20 5, 245, 485, tao xoắn 7 sợi 12,7 hoặc 15,2. Riêng đối với các dầm không có bản bụng sử dụng sợi đơn 12,7 hoặc 15,2 để căng trước.
Hình 2.1. Cấu tạo bó sợi song song và tao xoắn
Neo quả trám: Trong trường hợp sử dụng bó cáp để căng trước, nhằm tăng khả năng dính bám với bê tông người ta bố trí neo quả trám hai đầu cáp. Căng cáp đơn không sử dụng neo quả trám.
Hình 2.2. Cấu tạo neo quả trám
Bộ kẹp: Được gắn vào đáy bệ đúc bằng bu lông liên kết, bộ kẹp được sử dụng để tạo điểm uốn thép dự ứng lực. Phần liên kết với bệ đúc sẽ được tháo rời sau khi bê tông đạt 80% cường độ thiết kế.
Hình 2.3. Bộ neo kẹp điều hướng cáp DƯL
Kích: Sử dụng loại kích thông tâm thủy lực để căng kéo cáp, kích phải được kiểm định ngay trước khi đưa vào sử dụng nhằm đảm bảo độ chính cao.
Hình 2.4. Cấu tạo kích căng cáp DƯL
Ván khuôn: Sử dụng ván khuôn thép liên kết khớp với bản đáy bệ đúc nhằm tạo điệu kiện thuận lợi trong việc căn chỉnh, tháo lắp ván khuôn dầm. Trường hợp chế tạo dầm trong xưởng, toàn bộ dầm được đúc trong hộp thép phục vụ cho công tác bảo dưỡng gia nhiệt sau này. Trường hợp đúc trên công trường, không cần hộp kín gia nhiệt mà người ta bảo dưỡng dầm bằng phương pháp tưới nước trực tiếp để làm ẩm.
1-Thanh tì kích 2-Đầu nối 3-Vỏ kích 4-Ty kích 5-Pit tông
6- Đầu nối ống dầu kéo kích 7- Đầu nối ống dầu hồi kích 8- Vòng treo kích
- Trình tự thi công.
Sơ đồ bố trí thi công:
Hình 2.5. Bệ căng cố định trên mặt đất
Hình 2.6. Bệ căng đặt trên bộ toa xe di động
Trình tự công nghệ:
Xây dựng bệ căng cốt thép.
Lắp đặt hệ thống neo, kẹp định vị.
Lắp đặt cốt thép, các ống ghen và cốt thép DƯL.
Kéo căng cốt thép DƯL bằng phương pháp cơ học hoặc bằng phương pháp nhiệt.
Tiến hành đổ bê tông và bảo dưỡng bê tông dầm.
Tiến hành bão dưỡng bằng tưới ẩm theo quy định hoặc gia nhiệt bằng hơi nước nóng với 3 giai đoạn:
Giai đoạn tăng nhiệt 4h.
Giai đoạn đẳng nhiệt 36h với nhiệt độ ổn định.
Gai đoạn hạ nhiệt cho đến nhiệt độ môi trường, hạ thấp dần trong vòng 6h.
Khi bê tông đạt 80% cường độ thì tiến hành buông cốt thép DƯL khỏi bệ căng và neo chuyển hướng. Sử dùng đèn khò oxy-acetylene để cắt cáp truyền dự ứng lực, đảm bảo các sợi cáp được giảm tiết diện từ từ và truyền lực một cách dần dần vào bê tông. Quá trình cắt cáp thực hiện cẩn thận, trình tự cắt cáp giống như trình tự căng kéo. Vị trí cắt cáp được thực hiện cách mép đuôi dầm tối thiểu 300mm, đánh dấu vị trí cách mép dầm 100mm để kiểm tra độ tụt cáp.
Cốt thép có xu hướng co ngắn lại thông qua hệ thống neo cố định trong bê tông và lực ma sát giữa bê tông và cốt thép tạo ra lực nén trước trong dầm bê tông tại thớ chịu kéo, dầm bị vồng lên và tự động tách khỏi ván khuôn.
Tháo dỡ ván khuôn chuẩn bị cho chu trình chế tạo dầm tiếp theo.
2.1.3.8. Chế tạo dầm BTCT DƯL kéo sau:
- Đặc điểm:
1 2
3 4
Bệ căng cốt thép DƯL DÇm BTCT
3 Neo ngầm trong bê tông 2
1
6 Bộ xe chở dầm Bộ kẹp định vị Thanh c¨ng 5
4
2 3 1
6
5 4
15.7; 17.8mm.
Cốt thép DƯL được bố trí theo đường cong Parabol hoặc đường cong tròn.
- Ưu điểm:
Không cần chế tạo bệ căng, neo chuyển hướng.
Phương pháp kéo sau ngoài sử dụng cho thi công KCN dầm giản đơn còn thích hợp với cả các KCN lớn thi công theo công nghệ đúc hẫng, đúc đẩy hoặc đúc trên đà giáo di động.
- Nhược điểm:
Tính công nghiệp trong công tác chế tạo dầm không cao.
Tính dính bám giữa bê tông và cốt thép không được tốt.
- Các vật tư, thiết bị chính:
Cốt thép thường: Tuân thủ quy định kỹ thuật của dự án.
Cốt thép CĐC: sử dụng thép tao xoắn 7 sợi. Bó 7 tao, 9T, 12T, 17T, 19T, 23T,…, 40T.
Hình 2.7. Bó cáp
Neo: Thường sử dụng neo chóp cụt với hệ thống nêm neo được kiểm định chất lượng an toàn trước khi sử dụng. Neo bố trí cố định tại hai đầu dầm, mặt neo vuông góc với phương của cáp DƯL.
Hình 2.8. Cấu tạo neo chóp cụt và neo tổ ông
Kích: Sử dụng kích thủy lực thông tâm với đầy đủ các trang thiết bị phục vụ kích kéo cáp dự ứng lực. Kích phải được kiểm tra, kiểm định chất lượng và hiệu chỉnh sai số kỹ thuật trước khi đưa vào sử dung.
- Trình tự thi công:
Sơ đồ bố trí thi công:
Hình 2.9. Sơ đồ chế tạo dầm BTCT DƯL kéo sau
Trình tự công nghệ chế tạo dầm:
Lắp đặt cốt thép thường và bố trí các ống ghen theo đường cáp thiết kế, đồng thời bố trí các ống nhựa PVC để sau khi kéo cáp DƯL sẽ bơm vữa lấp lòng ống ghen.
Lắp đặt ván khuôn.
Tiến hành đổ bê tông dầm, bảo dưỡng theo quy định.
1 3
4 5
2
Cap D¦L DÇm BTCT
3 ống ghen chứa cáp 2
1
6 Máy bơm dầu và đồng hồ đo áp lực Kích kéo cáp DƯL
Giá treo kích 5
4
5
Khi bê tông đạt 80% cường độ thì tiến hành kéo cáp DƯL.
Tiến hành bơm vữa lấp lòng ống ghen qua các ống nhựa PVC đã bố trí.
Đổ bê tống lấp đầu neo và hoàn thiện dầm.
- Trình tự căng kéo các bó cáp DƯL căng sau:
Đặt kích tại cả hai đầu của cáp để tiến hành căng kéo từng bó cáp DƯL.
Căng kéo các bó theo thứ tự từ trên xuống dưới để tránh gây ra ứng suất kéo làm nứt bê tông thớ trên của dầm, đồng thời kéo các bó nằm gần trục tim của mặt cắt dầm trước sau đó mới kéo các bó ở xa để tránh gây ra mômen uốn ngang dầm.
Tiến hành căng kéo theo từng cấp tải trọng nhằm kiểm soát được độ dãn dài đồng thời khử các biến dạng đàn hồi và hiện tượng chùng dão của cáp DƯL. Ta có thể kéo theo các cấp như sau:
Cách 1: 0,1Pk; 0,25Pk; 0,5Pk; 0,8Pk; 1,0 Pk; 1,05 Pk
Cách 2: 0,2Pk; 0,4Pk; 0,6Pk; 0,8Pk; 1,0 Pk; 1,05 Pk
Ở đây Pk là lực kéo tính toán theo thiết kế trong mỗi bó cáp DƯL.
Trình tự căng kéo các bó cáp DƯL:
Bước 1: Kéo so dây: Căng từ 0,0Pk đến 0,1Pk
Bước 2: Tiến hành kéo theo các cấp lực, 0,1Pk ; 0,25Pk ; 0,5Pk ; 0,8Pk; 1,0 Pk hoặc 0,2Pk ; 0,4Pk ; 0,6Pk ; 0,8Pk ; 1,0 Pk
Sau mỗi cấp lực thì dừng kéo từ 3÷5 phút và đo độ dãn dài ở mỗi cấp lực.
Khi căng đến 1,0 Pk thì đo tổng độ dãn dài của cáp tại hai đầu căng là l.
Bước 3: Lập biểu đồ quan hệ lực căng và độ dãn dài: P và l.
Bước 4: Lập bảng tính độ dãn dài của cáp ứng với các cấp áp lực căng kéo
Bước 5: Kiểm tra độ dãn dài theo tính toán bằng công thức:
l2 =l -l1
Trong đó:
l1: Là độ tụt cáp khi đóng neo được lấy theo thí nghiệm của quá trình đóng thử trong phòng thí nghiệm ứng với loại cáp và loại nêm sử dụng.
l: Tổng độ dãn dài đo được tại cấp lực cuối cùng.
Nếu l2 có sai số đạt 5% so với l0 (độ dãn dài theo tính toán thiết kế) thì dừng căng và tiến hành đóng neo, hạ áp suất dầu để cả hai kích hồi về 0.
Nếu l2 < l0 quá 5% thì tiến hành kéo tiếp đến 1,05Pk và tiếp tục kiểm tra điều kiện l2 có sai số đạt 5% và tiến hành đóng neo, hạ áp suất dầu để cả hai kích hồi về 0.
Trong mọi trường hợp không được căng quá 1,05Pk và độ dãn dài của cáp sau khi đóng neo không được sai số quá từ (-5% +7%) so với giá trị thiết kế.
Nếu độ l có sai số đạt > 5% sau khi đã kéo đến 1,05P thì phải hiệu chỉnh lại