CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG BÊ TÔNG DƯỚI NƯỚC VÀ CÁC VẬT LIỆU LIÊN QUAN Những năm gần đây, các dạng công trình xây dựng được thực hiện với biện pháp đổ bê tông dưới nước bao gồm: trụ cầu, cống, đập nước và các công trình hố móng dưới trụ cột, v. Cho dù công trường xây dựng nằm dưới đáy hồ hay sông, hay đơn giản là nằm trong vùng đồng bằng ngập nước và chỉ gặp rủi ro trong thời tiết khắc nghiệt, các kỹ sư và nhà thầu xây dựng thường phải suy nghĩ và cân nhắc đáng kể đến tính khả thi và chi phí của việc thi công kết cấu bằng bê tông hay bê tông cốt thép dưới nước. Sau đây chúng ta cùng đi tìm hiểu về các phương pháp thi công bê tông dưới nước phục vụ cho việc xây dựng, cũng như duy tu, bảo dưỡng và sửa chữa công trình. Các phương pháp thi công bê tông dưới nước Theo Phụ lục E của TCN 59-2002 [1], hiện sử dụng phổ biến năm phương pháp thi công bê tông dưới nước sau đây để xây dựng và duy tu bảo dưỡng sửa chữa các công trình: 1.
Phương pháp ống dẫn Phương pháp này được thực hiện với một đường ống kín nước, thường làm bằng kim loại, với đường kính thường dao động 20-40 cm. Để nối ống, có thể sử dụng các đoạn ống nhỏ dài 1-3 m, tuy nhiên phải đảm bảo sự kín nước khi ghép nối các đoạn ống nhỏ với nhau. Đáy ống có thể được thiết kế với nắp được đóng mở tự động. Phạm vi đổ yêu cầu bán kính tác dụng của ống không quá 6m.
Trong quá trình đổ, ống dẫn phải thường xuyên chứa đầy hỗn hợp bê tông, được nâng cao dần lên theo chiều cao đã đổ nhưng phải bảo đảm luôn luôn ngập trong khối bê tông (không ít hơn 0,8m khi chiều sâu đổ bê tông dưới 10m và không ít hơn 1,5m khi chiều sâu đổ bê tông dưới 20m) để hỗn hợp bê tông ở trong ống đi ra không tiếp xúc trực tiếp với nước, như mình họa trên Hình 1. 6 Khi đổ bê tông, yêu cầu chỉ được nâng lên và hạ xuống ống, chứ không được di chuyển ngang. Khi bắt đầu, cần phải hạ ống chạm mặt đáy của ván khuôn, thường là tại vị trí thấp nhất.1: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp ống dẫn (Ghi chú: 1. ống di chuyển theo chiều thẳng đứng; 2.
Cốp pha hoặc đê quai ngăn nước;3. Vữa bê tông đổ xuống; 4. ống cung cấp vữa) 1. Phương pháp đẩy vữa lên Phương pháp này, như minh họa trên Hình 1.2, được áp dụng khi không thể dùng phương pháp ống dẫn để thi công bê tông dưới nước, ví dụ như không gian thi công chật hẹp, đổ bê tông khối lượng nhỏ, v., với mực nước sâu dưới 20 m.
Cách tiến hành như sau: - Đặt các đáy ống thẳng đứng vào sát mặt nền hố móng, sau đó thực hiện đổ cốt liệu lớn (đá sỏi hoặc đá hộc) có kích thước 20-30 cm xung quanh ống, sau đó đổ đầy vữa xi măng cát vào trong ống cho đến khi ống đầy thì nâng ống lên từ từ để vữa tràn ra lắp đầy khe đá. - Để ống không bị đá bịt miệng vòi cần đưa miệng ống vào trong lò xo bố trí dưới đáy hố móng với khoảng cách từ 4-6 m.2: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp đẩy vữa lên (Ghi chú: 2. Cốp pha hoặc đê quai ngăn nước; 4. ống cung cấp vữa; 5.
ống bảo vệ; 7. Khối đá đổ đã được vữa lấp kín các kẽ hở) 1. Phương pháp đầm nện Phương pháp này được áp dụng khi chiều sâu của nước nhỏ hơn 1,5m, ở các kết cấu mà cao trình đỉnh của khối đổ nằm trên mực nước, như mình họa trên Hình 1. Đổ bê tông bằng phương pháp đầm nện phải theo quy định sau: Độ sụt của bê tông 5-7 cm; Thi công mẻ bê tông đầu tiên phải bắt đầu từ một phía của khối cần đổ, rồi sau đó đổ lan dần ra sang phía còn lại; Các khối đổ tiếp theo lần lượt được đầm nện vào khối bê tông đã đổ trước đó và phải được tiến hành đều đặn theo một trình tự nhất định, không phá hủy hay làm hư hại quá trình đông cứng của bê tông đã đổ trước đó và cách mép nước ít nhất 20 - 30 cm; Cần phải hạn chế tối đa hiện tượng xói lở do dòng nước xung quanh gây lên khối đổ bê tông trong lúc thi công, cũng như các tác dụng cơ học không cần thiết đối với bề mặt của khối bê tông nằm trên nước.3: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp đầm nện 1.
Phương pháp xếp bao Phương pháp này được sử dụng cho các hạng mục phụ, ít quan trọng, và được dùng thay cho cốp pha để đổ bê tông ở độ sâu mực nước dưới 2m, làm vật chắn nước tạm thời các hang hốc và các chỗ bị hư hỏng. Yêu cầu khi đổ bê tông theo phương pháp xếp bao phải: Yêu cầu dùng loại bao tải có dung tích từ 10 - 20 lít; không nên đổ đầy hỗn hợp bê tông vào bao tải, mà thường chỉ với 60-70% thể tích. Độ sụt của bê tông: Trong khoảng từ 2 - 5 cm; kích thước của cốt liệu nhỏ hơn 10mm. Không dùng bê tông trộn khô.
Yêu cầu xếp bao bê tông: Xếp so le nhau, như mình họa trên Hình 1.4: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp xếp bao 9 1. Phương pháp dùng thùng chuyên chở Phương pháp này, như mình họa trên Hình 1.5, có thể áp dụng đối với mác bê tông thấp hơn 20 MPa. Dung tích thùng thường dao động từ 0,2 - 0,3m3, thùng được đậy kín ở trên và có thể bịt kín xung quanh các kẽ hở của nắp đáy. Ưu điểm: có thể được sử dụng với bất kỳ độ sâu mực nước nào và thi công trong trường hợp mặt nền sàn không bằng phẳng.
Thường thì phải đổ cao hơn cao trình thiết kế là 10-20 cm, do phần bê tông yếu trên bề mặt cần phải đục bỏ đi sau khi đổ. Cách thức tiến hành như sau: - Đổ hỗn hợp bê tông vào đầy thùng, rồi sau đó hạ xuống tận đáy hố móng, tiến hành mở đáy để bê tông tràn ra điền đầy các vị trí của khuôn. Để có thể mở đáy, nói chung thùng được lắp chốt phía ngoài rồi thợ lặn trực tiếp mở đáy hoặc dùng dây đứng trên bờ mở đáy. Trước khi kéo thùng lên khỏi mặt nước, chú ý kiểm tra chắc chắn nắp đã được mở hết để không có tình trạng bêtông rơi trong nước.
Nên chọn thể tích thùng bằng thể tích bêtông cần đổ.5: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp dùng thùng chuyên chở 10 1. Các hư hỏng điển hình của kết cấu công trình liên quan đến môi trường nước Ăn mòn do hiện tượng phong hóa: Bề mặt bị bào mòn, trơ đá hoặc sỏi, như có thể thấy trên Hình 1. Những trụ có xây ốp bên ngoài thì mạch vữa xây bị bong tróc và rời ra. Sụt lở do va xô của tàu thuyền: Do bê tông đã bị phong hóa, những trụ không có công trình chống và dễ bị lở khi có tác động không lớn của tàu thuyền, như có thể thấy trên Hình 1.
Các dạng vết nứt xuất hiện trên thân mố, thân trụ: Các vết nứt xuất hiện trên bề mặt, các vết nứt này thường là vết ngang theo mối nối thi công, tại những vị trí tiếp giáp bệ và thân trụ, thân trụ và xà mũ, đá kế và mặt xà mũ trụ. Các vết nứt dọc và sâu do tác dụng của tải trọng, những vết nứt này thường xuất pháp từ vị trí đá kê gối phát triển sâu xuống phía dưới thân trụ, có thể thông qua chiều dày thân trụ Hình 1.6: Hư hỏng do bong tróc lớp bảo vệ cốt thép 11 Hình 1.7: Hư hỏng do va xô với tàu thuyền tại cầu An Thái-Hải Phòng [26] Vỡ bê tông mố trụ: Vật liệu làm mố trụ bị giảm đi cường độ ban đầu, dẫn đến nứt vỡ phần bên ngoài. Nếu là kết cấu bê tông cốt thép, phần bê tông bảo vệ bị vỡ gây ra tình trạng lộ và gỉ cốt thép, mặt cắt bị giảm yếu (Hình 1.8: Hư hỏng do va xô với tàu thuyền tại cầu Long Biên-Hà Nội [22] Hình 1.9: Hư hỏng do vết nứt dọc mố trụ đỡ cầu cảng 12 Hình 1.10: Hư hỏng do xói cục bộ gây nguy hiểm cho các mố trụ cầu Sụt lở đá xây phần tứ nón: Xuất hiện do tác động của mưa lũ hoặc công tác thi công không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Những hư hỏng đối với móng: Bao gồm xói cục bộ, vỡ và gãy cọc; nứt vỡ thành giếng chìm, xói lở cục bộ bởi mưa lũ, phát triển tải trọng, sự xuất hiện cung trượt, hư ỏng của móng (Hình 1.
Tổng quan về bê tông cốt sợi và tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt sợi ở nước ta 1.1 Khái niệm và phân loại bê tông cốt sợi a) Khái niệm Bê tông cốt sợi là loại vật liệu composite trong đó phần vật liệu nền là bê tông thông thường, phần vật liệu cốt là các loại sợi nhỏ. Sự có mặt của cốt sợi làm cho bê tông có khả năng chống lại sự co ngót và nứt trong quá trình rắn chắc; đồng thời làm tăng cường độ kéo, uốn và nâng cao độ mềm dẻo của các kết cấu bê tông khi chịu lực [8]. Hay nói cách khác, bê tông cốt sợi là loại bê tông tươi đặc biệt được chế tạo từ hỗn hợp xi măng, cốt liệu, nước, phụ gia và sợi gia cường riêng rẽ. Sợi phân tán ngẫu nhiên hoặc sợi liên tục, phân bố theo một hoặc hai phương được đưa vào trong bê tông nhằm cải thiện và tăng cường các tính chất cho bê tông, phù hợp sử 13 dụng cho các công trình có yêu cầu cao về khả năng chịu kéo, chịu uốn, chịu va đập, dẻo dai và ít co ngót [8].
Do có các đặc tính ưu việt hơn so với bê tông thường, bê tông cốt sợi sẽ trở thành loại vật liệu tiến tiến trong xây dựng và được ứng dụng cho những công trình chất lượng cao như: kết cấu đường băng sân bay, kết cấu chống nổ, bể bơi, cầu cảng, nhà vòm, nhà cao tầng, nhà công nghiệp, gia cố đường hầm xuyên núi, xi lô chứa vật liệu, v. Sử dụng bê tông cốt sợi trong xây dựng sẽ tiết kiệm không gian, tiết kiệm cốt thép, giảm nhẹ kết cấu móng và tạo ra nhiều giải pháp kết cấu mới mà ở bê tông thường sẽ không thực hiện được [8]. b) Phân loại: Theo như trình bày chi tiết trong tài liệu tham khảo của GS.