CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ TĂNG CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC ÁP DỤNG , SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA TỪNG CÔNG NGHỆ. Trải qua quá trình khai thác lâu dài, do điều kiện môi trường, công tác duy tu bảo dưỡng kém, các công trình cầu BTCT đều có dấu hiệu hư hỏng và suy giảm chất lượng. Nhiều cầu đã xuống cấp nghiêm trọng nhưng chưa có điều kiện thay mới; một số cầu có nguy cơ xuống cấp do tải trọng khai thác tăng mạnh ( Hình 1-1 ). Học Viên: Nguyễn Đức Huy , Lớp Cao Học Cầu Hầm K17 Trang 10 Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật GVHD:PGS.TS Trần Đức Nhiệm Hình 1-1.
Một số hình ảnh cầu BTCT bị hư hỏng. Vấn đề sửa chữa và tăng cường các công trình này để duy trì và nâng cao năng lực của chúng đã trở nên bức thiết để đảm bảo an toàn cho khai thác. Hiện nay vẫn còn rất nhiều cầu cũ có sức chịu tải kém, nhưng do kinh tế còn khó khăn không thể cùng một lúc thay thế tất cả các cầu cũ được; vấn đề cần đặt ra là phải nghiên cứu các biện pháp bảo dưỡng, duy tu, tăng cường các cầu cũ nhằm đảm bảo phục vụ nhu cầu vận tải trước mắt, hạn chế tối đa các sự cố có thể xảy ra, ngăn chặn sự hư hỏng gia tăng. Hiện nay có nhiều công nghệ để tăng cường kết cấu nhịp cầu BTCT như: Tăng cường bằng đặt thêm cốt thép và phun vữa xi măng Tăng cường bằng căng cáp dự ứng lực Tăng cường bằng dán bản thép Tăng cường bằng dán tấm FRP Học Viên: Nguyễn Đức Huy , Lớp Cao Học Cầu Hầm K17 Trang 11 Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật GVHD:PGS.TS Trần Đức Nhiệm 1.
TĂNG CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT BẰNG CÔNG NGHỆ ĐẶT THÊM CỐT THÉP VÀ PHUN VỮA XI MĂNG Từ những năm 1970 người ta bắt đầu áp dụng phương pháp phun bê tông lên một nền bề mặt bê tông để thi công các công trình mới cũng như để sửa chữa hoặc gia cố các công trình cũ. Sự tham gia chịu lực của các lớp bê tông mới được phun cùng với phần kết cấu cũ cũng được khẳng định bằng thực nghiệm. Để đảm bảo sự làm việc chung giữa phần ốp thêm với tiết diện cũ và để có thể coi như đồng nhất trong toàn bộ tiết diện sau khi ốp, đòi hỏi sự bám dính giữa phần bê tông cũ và bê tông mới phải đảm bảo. Để thực hiện được các yêu cầu đó cần đục nhám mặt bê tông cũ, làm sạch mặt bê tông cũ khỏi các chất hữu cơ (rêu, mốc…) và các tác nhân ăn mòn hóa học.
Độ bám dính của bê tông còn phụ thuộc vào chất kết dính, điều kiện phun, đổ bê tông, độ dẻo của hỗn hợp bê tông và mác bê tông. Học Viên: Nguyễn Đức Huy , Lớp Cao Học Cầu Hầm K17 Trang 12 Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật GVHD:PGS.TS Trần Đức Nhiệm Hình 1-2. Tăng cường kết cấu nhịp cầu BTCT bằng phương pháp phun vữa xi măng. Nói chung phương pháp phun vữa xi măng và thêm cốt thép chủ yếu là tăng khả năng chịu ứng suất pháp và ứng suất kéo chủ cho cốt thép.
Nếu chỉ cần tăng khả năng chịu lực không nhiều, chừng 10 15%, thì nên đặt thêm cốt thép chủ chịu kéo ở đáy dầm. Các cốt thép này được hàn nối vào hàng cốt thép chủ cũ dưới đáy dầm. Muốn vậy phải đập bỏ phần bêtông bảo vệ ở đáy dầm đến khi lộ một nửa đường kính của cốt thép chủ hàng dưới cùng. Các mối hàn liên kết cốt thép mới và cốt thép cũ sau đó đổ bêtông phần đáy dầm để che phủ bảo vệ cốt thép mới thêm.
ở nước ngoài thường dùng phương pháp phun bê tông mà không dùng ván khuôn đổ bêtông kiểu thông thường. Chiều cao dầm sẽ tăng lên chút ít làm giảm chiều cao khổ giới hạn gầm cầu. Sức chịu tải của dầm cầu được tăng lên chủ yếu là nhờ ở cốt thép mới thêm những cốt thép này chỉ tham gia chịu hoạt tải. Nếu muốn tăng sức chịu tải của kết cấu nhịp lên từ 15% 35% thì phải tìm cách tăng chiều cao dầm kết hợp tăng thêm cốt thép chịu kéo.
Khi đó phải thêm cả các cốt đai ngắn. Những công tác cần làm sẽ là: Đục bỏ lớp bêtông bảo hộ cốt thép chủ hàng dưới cùng Hàn các đoạn cốt thép xiên ngắn Đục bỏ lớp bêtông bảo hộ của một số cốt đai Hàn ghép cốt đai nối vào cốt đai cũ cho dài xuống phía đáy dầm đủ mức cần thiết Học Viên: Nguyễn Đức Huy , Lớp Cao Học Cầu Hầm K17 Trang 13 Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật GVHD:PGS.TS Trần Đức Nhiệm Đặt các cốt thép chủ nối thêm liên kết chúng với các đai đã nối dài vào cốt xiên bổ xung. Gia công bề mặt bêtông cũ Đổ bêtông hoặc phun bêtông tạo ra phần dưới bổ xung thêm của dầm, bao phủ các cốt thép mới thêm. A B AA BB 4 2 2 2 4 2 3 A 5 1 6 6 1 3 1 3 B 1: Vùng được tăng cường 4:Mối hàn 2: Cốt thép cũ 5: Đai ngắn xiên 3: Cốt thép thêm 6: Đai ngắn Hình 1-3.
Tăng cường cầu BTCT bằng cách đặt thêm cốt thép. Muốn sửa chữa tốt phải dùng vật liệu bêtông tốt có pha các phụ gia hoá dẻo, phụ gia tăng cứng nhanh hoặc dùng bêtông pôlyme. Để tăng dính bám giữa bêtông cũ và bêtông mới cần quét lên bề mặt đã được làm sạch của bêtông cũ một lớp vữa trên cơ sở nhựa êpôxy. Không những chỉ tăng cường cốt thép chịu kéo ở đáy dầm, nhiều cầu có thể phải thêm cốt thép xiên và cốt đai rồi mở rộng sườn dầm để tăng khả năng chịu lực cắt.
Phương pháp này có những nhược điểm: Chất lượng khó được đảm bảo vì : liên kết giữa bê tông cũ và bê tông mới khó được đảm bảo, xuất hiện các vết nứt do sự co ngót không đều giữa bê tông cũ và bê tông mới. Quá trình sửa chữa tăng cường có thể làm thay đổi tiết diện từ đó làm tăng tính tải. Quá trình phun bê tông hoặc trám vá gặp nhiều khó khăn. Học Viên: Nguyễn Đức Huy , Lớp Cao Học Cầu Hầm K17 Trang 14 Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật GVHD:PGS.TS Trần Đức Nhiệm Hiệu quả cuả giải pháp này không cao nên phương pháp này chỉ dùng để sửa chữa các hư hỏng nhỏ.
TĂNG CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT BẰNG CÔNG NGHỆ CĂNG CÁP DUL NGOÀI Phương pháp tăng cường kết cấu nhịp bằng biện pháp dự ứng lực ngoài là để đảm bảo sơ đồ kết cấu phù hợp với quan điểm thiết kế và tính toán, kết cấu nhịp sẽ được bổ sung thêm dầm ngang bao gồm hai dầm ngang sát đầu kết cấu nhịp để đặt neo và tối thiểu hai dầm ngang làm ụ chuyển hướng. Các dầm ngang làm ụ chuyển hướng có thể bổ sung thêm hay tăng cường từ các dầm ngang hiện hữu. Mỗi dầm chủ sẽ được tăng cường độc lập bằng hai bó thép dự ứng lực ngoài bố trí hai bên sườn dầm. Tùy theo khẩu độ kết cấu nhịp cũng như sự xuống cấp công trình thực tế mà bố trí số lượng bó thép cũng như điều chỉnh lực kéo cho phù hợp.
Tác dụng của phương pháp này là sử dụng các lực căng trong bó thép dự ứng lực để tạo ứng suất ngược dấu trong kết cấu nhịp cầu, dưới tác dụng của hoạt tải thiết kế theo quy mô dự án, phần tĩnh tải chất thêm và các trị số tăng thêm do hoạt tải thiết kế gây ra sẽ được triệt tiêu, làm tăng khả năng chịu tải trong trạng thái giới hạn sử dụng của kết cấu. Ngoài ra, tác dụng của dự ứng lực ngoài cũng làm tăng trạng thái giới hạn cường độ của kết cấu. Đối với trạng thái giới hạn cường độ khi kiểm toán theo lực cắt. Theo phương án bố trí này, để đảm bảo khả năng thi công, để có thể bố trí được kích tại điểm neo, phần đầu dầm không được tăng khả năng chịu cắt lên nhiều nên trong quá trình tính toán chi tiết, nếu kiểm tra độ dư thừa về khả năng chịu cắt của kết cấu nhịp mà không đủ thì sẽ bổ sung thêm biện pháp tăng cường sức kháng cắt tại đầu dầm.
Phương pháp dự ứng lực ngoài áp dụng vào các công trình cũ nhằm mục đích: Khôi phục lại khả năng chịu lực của kết cấu như ban đầu. Tăng thêm khả năng chịu lực của kết cấu. Các bó cáp tạo dự ứng lực có tác dụng khắc phục những hư hỏng và làm tăng khả năng chịu lực uốn và chịu lực cắt của kết cấu nhịp cầu. Tuy nhiên giá thành cao và công nghệ thi công phức tạp.
Học Viên: Nguyễn Đức Huy , Lớp Cao Học Cầu Hầm K17 Trang 15 Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật GVHD:PGS.TS Trần Đức Nhiệm Nhược điểm chính của phương pháp này thời gian thi công kéo dài và không tăng khả năng chống uốn cho dầm chủ. Tăng cường cầu BTCT bằng phương pháp DUL ngoài. Học Viên: Nguyễn Đức Huy , Lớp Cao Học Cầu Hầm K17 Trang 16 Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật GVHD:PGS.TS Trần Đức Nhiệm 1. TĂNG CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT BẰNG CÔNG NGHỆ DÁN BẢN THÉP Nội dung cơ bản của phương pháp là dán 1 hoặc 2 lớp các dải bản thép dày 5-10 mm lên bề mặt bê tông đã được chuẩn bị tốt để khôi phục khả năng chống nứt, khả năng chịu mô men hoặc lực cắt của các bộ phận kết cấu.
Các bước thi công chủ yếu bao gồm: Chuẩn bị bề mặt bê tông sắp được dán dán Chuẩn bị các bản thép được dán. Chuẩn bị các bộ gá, gông, các bu lông neo tạm thời và thiết bị tạo lực ép dán để ép chặt bản thép vào bề mặt bê tông khi dán. Chuẩn bị keo dán. Tiến hành bôi keo, ép chặt bản thép vào bề mặt bê tông Sơn bảo vệ bản thép.
Chờ đủ thời gian cho keo hoá cứng thì tháo dỡ các thiết bị tạo lực ép dán Và kết thúc. Hoàn thiện và nghiệm thu. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là dán các bản thép ngoài bổ sung lên bề mặt bê tông của kết cấu cũ để tăng cường hoặc sửa chữa kết cấu. Thường dán bản thép ở vùng chịu kéo của kết cấu.
Nhưng cũng có trường hợp dán cả phần chịu nén của mặt cắt. Mục đích chung cũ công nghệ này là: Khôi phục lại hoặc tăng khả năng chịu lực của kết cấu. Thay thế các cốt thép đã bố trí, không đủ hoặc sai vị trí cần thiết.