Tổng quan nghiên cứu

Cầu An Đông Ninh Thuận là một trong những công trình cầu Extradosed có nhịp lớn nhất tại Việt Nam, với chiều dài nhịp chính lên đến khoảng 80 mét và tổng chiều dài cầu khoảng 1050 mét. Việc quản lý tình trạng kỹ thuật của cầu trong quá trình khai thác sử dụng là vấn đề cấp thiết nhằm đảm bảo an toàn và tuổi thọ công trình. Nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát, đánh giá hiện trạng kỹ thuật của cầu, đặc biệt là hệ thống dây cáp treo, nhằm phát hiện sớm các hư hỏng, từ đó đề xuất các biện pháp bảo trì, sửa chữa kịp thời.

Mục tiêu chính của luận văn là xây dựng mô hình quản lý tình trạng kỹ thuật cầu Extradosed An Đông, bao gồm việc kiểm tra, giám sát và phân tích dữ liệu kỹ thuật thu thập được trong quá trình khai thác. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào cầu An Đông, tỉnh Ninh Thuận, trong giai đoạn từ năm 2015 đến năm 2023, với các số liệu đo đạc và khảo sát thực tế tại hiện trường.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả quản lý, giảm thiểu rủi ro hư hỏng lớn, đảm bảo an toàn giao thông và kéo dài tuổi thọ công trình. Các chỉ số kỹ thuật như độ võng, ứng suất dây cáp, biến dạng kết cấu được theo dõi liên tục, giúp đánh giá chính xác tình trạng cầu theo thời gian. Qua đó, nghiên cứu góp phần hoàn thiện quy trình bảo trì, bảo dưỡng cầu Extradosed tại Việt Nam, đồng thời làm cơ sở tham khảo cho các công trình tương tự trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết kết cấu cầu Extradosed và mô hình quản lý tình trạng kỹ thuật công trình.

  1. Lý thuyết kết cấu cầu Extradosed: Cầu Extradosed là sự kết hợp giữa cầu dầm và cầu dây văng, với hệ thống dây cáp neo trực tiếp hoặc qua yên ngựa lên tháp bê tông cốt thép có chiều cao thấp (khoảng 25 m). Dây cáp có đường kính phổ biến 15,2 mm hoặc 15,7 mm, được bố trí theo dạng rẻ quạt nhằm giảm chiều dài khu vực neo cáp và hạn chế ứng suất tập trung. Dầm chính có thể là dầm thép hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực, chịu tải trọng và truyền lực qua hệ dây cáp.

  2. Mô hình quản lý tình trạng kỹ thuật công trình: Áp dụng mô hình Arret Darré (Pháp) và các mô hình phân tích hiện đại như Geokon Model, KYOWA, Vaisala, Mobotix nhằm thu thập và xử lý dữ liệu biến dạng, ứng suất, nhiệt độ, độ ẩm và các chỉ số kỹ thuật khác. Các khái niệm chính bao gồm: kiểm tra hiện trạng, giám sát liên tục, phân tích dữ liệu biến dạng, đánh giá mức độ hư hỏng và dự báo tuổi thọ công trình.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: dây cáp treo (stay cables), tháp cầu (tower), dầm chính (girder), biến dạng kết cấu (structural deformation), ứng suất dây cáp (cable stress), và mô hình phân tích kết cấu (structural analysis model).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các đợt khảo sát hiện trường, đo đạc biến dạng, ứng suất dây cáp, nhiệt độ và các thông số môi trường tại cầu An Đông từ năm 2015 đến 2023. Cỡ mẫu khảo sát gồm hơn 100 điểm đo trên các bộ phận chính của cầu như tháp, dầm, móng và hệ thống dây cáp.

Phương pháp chọn mẫu là phương pháp chọn mẫu có chủ đích, tập trung vào các vị trí có nguy cơ hư hỏng cao như dây cáp neo, mối nối tháp và dầm chính. Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm chuyên dụng như KYOWA, Geokon Model và các công cụ thống kê để đánh giá xu hướng biến dạng và ứng suất theo thời gian.

Timeline nghiên cứu được chia thành ba giai đoạn chính: khảo sát hiện trạng ban đầu (2015-2017), giám sát và phân tích dữ liệu liên tục (2018-2021), và đề xuất giải pháp quản lý, bảo trì (2022-2023). Quá trình nghiên cứu kết hợp giữa phương pháp định tính (quan sát, đánh giá hiện trường) và định lượng (phân tích số liệu kỹ thuật).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tình trạng dây cáp treo: Qua khảo sát, khoảng 5% dây cáp trên tháp T2 và T3 có dấu hiệu giảm ứng suất so với thiết kế ban đầu, với mức giảm trung bình khoảng 7%. Một số dây cáp có hiện tượng ăn mòn nhẹ và biến dạng nhỏ, đặc biệt tại các vị trí neo cáp. Số liệu đo đạc cho thấy ứng suất dây cáp dao động trong khoảng 70-85% so với giá trị thiết kế, đảm bảo an toàn nhưng cần theo dõi sát sao.

  2. Biến dạng dầm chính và tháp cầu: Độ võng dầm chính đo được tại nhịp chính dao động trong khoảng 0,35 đến 0,45 mm/m, tương đương 0,7% đến 0,9% so với giới hạn cho phép. Tháp cầu có biến dạng ngang nhỏ, dưới 0,5 mm, không vượt quá giới hạn kỹ thuật. So sánh với các nghiên cứu tương tự cho thấy kết cấu cầu An Đông có độ ổn định tốt, phù hợp với điều kiện khai thác hiện tại.

  3. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường: Nhiệt độ và độ ẩm môi trường ảnh hưởng rõ rệt đến ứng suất dây cáp và biến dạng kết cấu. Nhiệt độ dao động từ 15°C đến 45°C làm thay đổi ứng suất dây cáp khoảng 5-8%, trong khi độ ẩm cao làm tăng nguy cơ ăn mòn dây cáp. Các số liệu này được thể hiện qua biểu đồ biến thiên ứng suất theo nhiệt độ và độ ẩm trong năm.

  4. Hiệu quả của hệ thống giám sát: Hệ thống cảm biến và thiết bị đo đạc hiện đại như GPS Leica, cảm biến biến dạng KYOWA, và camera giám sát Mobotix đã cung cấp dữ liệu chính xác với sai số dưới 5%. Việc áp dụng mô hình phân tích dữ liệu giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường, giảm thiểu rủi ro hư hỏng lớn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng giảm ứng suất dây cáp và biến dạng nhỏ của kết cấu là do sự thay đổi tải trọng khai thác và ảnh hưởng của điều kiện môi trường như nhiệt độ và độ ẩm. So với các nghiên cứu về cầu Extradosed tại các quốc gia khác, kết quả tại cầu An Đông tương đối ổn định, nhờ vào thiết kế tháp thấp và bố trí dây cáp hợp lý.

Việc sử dụng các mô hình phân tích hiện đại và hệ thống giám sát liên tục đã giúp nâng cao hiệu quả quản lý kỹ thuật cầu, cho phép phát hiện và xử lý kịp thời các vấn đề kỹ thuật. Dữ liệu thu thập được có thể được trình bày qua các biểu đồ ứng suất dây cáp theo thời gian, bảng tổng hợp biến dạng dầm và tháp, cũng như bản đồ phân bố ăn mòn dây cáp.

Kết quả nghiên cứu khẳng định tầm quan trọng của việc duy trì hệ thống giám sát kỹ thuật hiện đại và thực hiện kiểm tra định kỳ nhằm đảm bảo an toàn và tuổi thọ công trình. Đồng thời, nghiên cứu cũng chỉ ra một số hạn chế như cần tăng cường kiểm tra các vị trí neo cáp và cải thiện hệ thống bảo vệ chống ăn mòn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường kiểm tra và bảo trì dây cáp: Thực hiện kiểm tra định kỳ hàng quý tại các vị trí neo cáp, đặc biệt là tháp T2 và T3, nhằm phát hiện sớm các dấu hiệu ăn mòn và biến dạng. Mục tiêu giảm tỷ lệ dây cáp có hư hỏng xuống dưới 2% trong vòng 12 tháng tới. Chủ thể thực hiện là Ban quản lý cầu phối hợp với đơn vị bảo trì chuyên nghiệp.

  2. Nâng cấp hệ thống giám sát kỹ thuật: Lắp đặt thêm cảm biến biến dạng và ứng suất tại các vị trí trọng yếu, đồng thời cập nhật phần mềm phân tích dữ liệu để nâng cao độ chính xác và khả năng cảnh báo sớm. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, do đơn vị tư vấn kỹ thuật và Ban quản lý cầu phối hợp thực hiện.

  3. Áp dụng biện pháp chống ăn mòn dây cáp: Sử dụng vật liệu phủ bảo vệ và hệ thống bọc cáp HDPE tại các vị trí dễ bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và môi trường ăn mòn. Mục tiêu giảm thiểu tốc độ ăn mòn xuống dưới 1% mỗi năm. Chủ thể thực hiện là đơn vị bảo trì và nhà thầu chuyên ngành, trong vòng 1 năm.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực quản lý kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về quản lý kỹ thuật cầu Extradosed cho cán bộ Ban quản lý cầu và nhân viên bảo trì. Thời gian đào tạo dự kiến 3 tháng, nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng xử lý sự cố kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Ban quản lý và vận hành cầu: Nhóm này sẽ nhận được hướng dẫn chi tiết về quy trình kiểm tra, giám sát và bảo trì cầu Extradosed, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và đảm bảo an toàn khai thác.

  2. Các nhà thiết kế và tư vấn xây dựng cầu: Tham khảo các mô hình phân tích kỹ thuật và kết quả khảo sát thực tế để cải tiến thiết kế, lựa chọn vật liệu và phương pháp thi công phù hợp với điều kiện Việt Nam.

  3. Đơn vị bảo trì và sửa chữa công trình giao thông: Áp dụng các biện pháp bảo trì, sửa chữa dựa trên dữ liệu giám sát và phân tích kỹ thuật, từ đó tối ưu hóa chi phí và thời gian bảo dưỡng.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng cầu: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo về kỹ thuật cầu Extradosed, phương pháp quản lý tình trạng kỹ thuật và ứng dụng công nghệ giám sát hiện đại trong công trình cầu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Cầu Extradosed khác gì so với cầu dây văng truyền thống?
    Cầu Extradosed có tháp thấp hơn (khoảng 25 m) và dây cáp bố trí theo dạng rẻ quạt, kết hợp giữa dầm và dây cáp để chịu lực. Điều này giúp giảm chiều cao tháp và chi phí thi công, đồng thời tăng khả năng chịu tải và ổn định kết cấu.

  2. Tại sao cần giám sát ứng suất dây cáp liên tục?
    Ứng suất dây cáp thay đổi theo tải trọng và điều kiện môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và tuổi thọ cầu. Giám sát liên tục giúp phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng, từ đó kịp thời bảo trì, sửa chữa.

  3. Nguyên nhân chính gây hư hỏng dây cáp là gì?
    Nguyên nhân chủ yếu là ăn mòn do độ ẩm và môi trường khí hậu, biến dạng do tải trọng khai thác và sự thay đổi nhiệt độ. Việc neo cáp không đúng kỹ thuật cũng có thể gây hư hỏng.

  4. Phương pháp nào được sử dụng để phân tích dữ liệu giám sát?
    Nghiên cứu sử dụng các phần mềm chuyên dụng như KYOWA, Geokon Model và mô hình Arret Darré để xử lý dữ liệu biến dạng, ứng suất và nhiệt độ, giúp đánh giá chính xác tình trạng kỹ thuật cầu.

  5. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả quản lý kỹ thuật cầu?
    Cần kết hợp kiểm tra định kỳ, giám sát liên tục bằng công nghệ hiện đại, đào tạo nhân lực chuyên môn và áp dụng các biện pháp bảo trì chống ăn mòn, sửa chữa kịp thời dựa trên dữ liệu thu thập được.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công mô hình quản lý tình trạng kỹ thuật cầu Extradosed An Đông, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác và bảo trì công trình.
  • Phát hiện khoảng 5% dây cáp có dấu hiệu giảm ứng suất và ăn mòn nhẹ, cần được theo dõi và xử lý kịp thời.
  • Biến dạng dầm và tháp cầu nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn kết cấu trong điều kiện khai thác hiện tại.
  • Hệ thống giám sát hiện đại cung cấp dữ liệu chính xác, hỗ trợ việc đánh giá và dự báo tình trạng kỹ thuật cầu.
  • Đề xuất các giải pháp kiểm tra, bảo trì, nâng cấp hệ thống giám sát và đào tạo nhân lực nhằm kéo dài tuổi thọ và đảm bảo an toàn công trình trong vòng 1-3 năm tới.

Hành động tiếp theo: Ban quản lý cầu cần triển khai ngay các giải pháp đề xuất, đồng thời duy trì giám sát liên tục và cập nhật dữ liệu để điều chỉnh kế hoạch bảo trì phù hợp. Các đơn vị liên quan nên phối hợp chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả quản lý kỹ thuật cầu.