bài giảng bệnh học và sửa chữa công trình

NGUYEN, NUCEVÒNG ĐỜI CỦA MỘT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Nhu cầu thị trường Sửa chữa, bảo dưỡng Xử lý công trình Thiết kế Thi công xây dựng Đưa vào sử dụng  Luật xây dựng 2003 quy định các hoạ

T.H NGUYEN, NUCE

TS Nguyễn Trung Hiếu – Email: ngtrunghieuxd@gmail.com

1

- Nắm được các khái niệm cơ bản liên quan đến tuổi thọ công

trình, hư hỏng công trình

- Nắm được nguyên tắc đảm bảo tuổi thọ kết cấu công trình

- Nắm được các nguyên nhân gây hư hỏng, làm giảm tuổi thọ

T.H NGUYEN, NUCE

 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT, kết cấu thép hiện hành

 Hư hỏng sửa chữa gia cường công trình , Lê văn Kiểm NXB

ĐH kỹ thuật TP HCM, 2000

 Sổ tay xử lý sự cố công trình xây dựng- tập 1, 2, 3, Vương

Hách, Nhà xuất bản Xây dựng, 2000.

 Concrete Repair and Maintenance Illustrated, P H Emmons

 Tiêu chuẩn khảo sát, đánh giá hiện trạng công trình xây dựng

3

 Phần 1 : Tổng quan về Bệnh và Tuổi thọ công trình

 Phần 3 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường kết cấu bê tông

 Phần 4 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường kết cấu thép

 Phần 2 : Đánh giá hiện trạng chất lượng công trình xây

dựng

 Phần 5 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường khối xây

 Phần 6 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường kết cấu móng

T.H NGUYEN, NUCE

TỔNG QUAN VỀ BỆNH VÀ TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

5

 SỰ LÀM VIỆC THEO THỜI GIAN CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

T.H NGUYEN, NUCE

VÒNG ĐỜI CỦA MỘT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Nhu cầu thị trường

Sửa chữa, bảo dưỡng

Xử lý công trình

Thiết kế

Thi công xây dựng

Đưa vào

sử dụng

 Luật xây dựng 2003 quy định các hoạt động xây dựng là các công việc

từ khi có chủ trương đầu tư đến hết tuổi thọ của công trình

7

VÒNG ĐỜI CỦA MỘT SẢN PHẨM XÂY DỰNG

 Mỗi sản phẩm (công trình) xây dựng đều có một tuổi thọ nhất định và cần được xác định trước từ khâu thiết kế Ví dụ một công trình nhà cao tầng

thường có thời gian sử dụng trong vòng 50 đến 100 năm và phải đảm bảo các chức năng sử dụng trong suốt thời gian đó

 Vì nhiều yếu tố tác động khác nhau, chất lượng (độ bền vững) của công trình xây dựng suy giảm theo thời gian sử dụng

 Bảo dưỡng,sửa chữa công trình là yêu cầu tất yếu để đảm bảo được chức năng sử dụng của công trình đồng thời nâng cao độ bền vững của công trình

T.H NGUYEN, NUCE

SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH

 Trong suốt quá trình tồn tại, công trình xây dựng chịu tác động của nhiều nguồn tác động khác nhau:

 Tác động cơ học ( tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng bất

thường….)

 Tác động của các yếu tố môi trường ( nhiệt độ, độ ẩm…)

Đây là các nguồn gây nên « bệnh « hay sự suy giảm khả năng

làm việc, chất lượng của công trình xây dựng

9

SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH

 Tác động cơ học : được kể đến trong khâu thiết kế công trình, tuy nhiên thực tế làm việc có thể có sự sai khác Ví dụ:

- Do sự thay đổi công năng sử dụng

- Do tác động của thiên tai (gió, động đất) vượt quá dự báo khi thiết kế

- Do tác động của cháy nổ ….

Ảnh hưởng trực tiếp đến sự làm việc của các kết cấu chịu lực

- Do chất lượng thi công không đảm bảo

T.H NGUYEN, NUCE

SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH

 Tác động của các yếu tố môi trường : thường không được kể đến trong khâu thiết kế công trình Ví dụ :

- Sự chênh lệch nhiệt độ môi trường

- Biến dạng co ngót (co khô) của vật liệu, biến dạng từ biến ….

- Các yếu tố xâm thực từ môi trường

Làm suy thoái chất lượng của các vật liệu xây dựng theo thời gian

11

ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Ban ®Çu

Tuæi thä c«ng tr×nh Tèi thiÓu

T.H NGUYEN, NUCE

- Độ bền vững của công trình được xác định từ khâu thiết kế

ban đầu và là một hàm của thời gian

- Trái ngược với độ bền vững là sự hư hỏng của công trình

Sự hư hỏng công trình có thể hiểu là sự suy giảm độ bền

vững của công trình và cũng là một hàm của thời gian

- Độ bền vững của công trình được hiểu là khả năng chịu lực,

độ ổn định, độ an toàn khi sử dụng, khả năng chống thấm, cách âm… (Rilem, 1986)

ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

13

- Độ bền vững cũng như hư hỏng của công trình thường được đánh giá ở 3 cấp độ :

+ Giữa các cấp độ trên có sự tương tác lẫn nhau trong đó có thể coi đảm bảo độ bền của vật liệu trên công trình có ý nghĩa quan trọng

ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Độ bền vững của công trình xây dựng

Do các yếu tố khách quan và chủ quan, độ bền vững của công trình

suy giảm theo thời gian đến một mức độ giới hạn Giới hạn này có thể hiểu chính là tuổi thọ của công trình.

ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

15

TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

Tuổi thọ công trình là khoảng thời gian mà công trình làm việc bình

thường đảm bảo các yêu cầu về an toàn được quy định (Theo

Eurocode)

Công trình làm việc bình thường : Đảm bảo công năng quy định trong hồ sơ thiết kế công trình, dựa trên các điều kiện về trạng thái giới hạn về sử dụng

An toàn quy định : liên quan đến độ tin cậy quy định Độ tin cậy được tính toán trong giai đoạn thiết kế Tuy nhiên giá trị độ tin cậy giảm dần theo thời gian đến mức độ giới hạn xác định tuổi thọ của công trình

Nhà và các kết cấu thông dụng 50

Kết cấu công trình nông nghiệp 25

Các bộ phận kết cấu có thể thay thế 25

Kết cấu tạm thời 10

Dạng kết cấu, công trình Tuổi thọ ( năm)

TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

17

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ của kết cấu bê tông (theo

Eurocode)

- Tuổi thọ (hay độ bền) của kết cấu bê tông chịu ảnh hưởng trực tiếp của độ

bền của vật liệu cấu thành (bê tông, thép) Độ bền của vật liệu bê tông và vật liệu thép được quyết định bởi quá trình (tốc độ) ăn mòn cốt thép trong kết cấu

bê tông

- Tốc độ ăn mòn cốt thép phụ thuộc vào điều kiện môi trường làm việc + chất lượng lớp bê tông bảo vệ

- Các mô hình dự báo tuổi thọ của kết cấu bê tông thường được xây dựng

dựa trên các mô hình dự báo tốc độ ăn mòn cốt thép

- Xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn cốt thép và xem như “chỉ tiêu độ bền “

-Điều kiện ban đầu, điều kiện biên

- Quy luật thay đổi của các chỉ tiêu về độ bền

Kiểm tra các quy luật trong mô hình

Dự báo tuổi thọ công trình

- Mô hình dự báo tuổi thọ theo kiến nghị của nhiều tác giả ở Pháp :

T.H NGUYEN, NUCE

ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

- Do nhiều nguyên nhân khác nhau nhiều công trình xây dựng bị hư

hỏng xuống cấp dẫn đến không đảm bảo được tuổi thọ quy định

- Bảo trì công trình xây dựng là biện pháp cơ bản đảm bảo tuổi thọ

công trình xây dựng

Tuổi thọ công trình XD

Hư hỏng,

xuống cấp

Bảo trì công trình

Hao mòn

(hữu hình và

vô hình)

21

ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

- Bảo trì công trình xây dựng là hoạt động nhằm đảm bảo công trình

(kết cấu) xây dựng đảm bảo được chức năng hoạt động của nó trong suốt tuổi thọ thiết kế

- Công tác bảo trì công trình xây dựng ở nước ta hiện nay ???

- Bảo trì công trình xây dựng liên quan trực tiếp đến việc khảo sát

đánh giá hiện trạng chất lượng công trình

T.H NGUYEN, NUCE

ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

- Trình tự thực hiện bảo trì công trình :

1- Lập quy trình bảo trì công trình

2- Kiểm tra công trình ban đầu, thường xuyên, định kỳ, đột xuất

3- Quan trắc với các công trình có yêu cầu quan trắc

4- Bảo dưỡng công trình

5- Kiểm định chất lượng công trình khi cần thiết

6- Sửa chữa công trình định kỳ và đột xuất

7- Lập và quản lý hồ sơ bảo trì công trình

23

XÂY DỰNG

T.H NGUYEN, NUCE

 MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

 CÁC BƯỚC CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

 MỘT SỐ NỘI DUNG KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

25

 Việc xác định nguyên nhân và tình trạng hư hỏng của công trình xây dựng là một trong những bước quan trọng nhất trong quá trình sửa chữa, gia cường công trình bị hư hỏng.

 Thông thường không thể đánh giá được mức độ cần thiết của việc sửa chữa công trình hoặc lựa chọn phương án sửa chữa hợp lý nếu không xác định

được nguồn gốc của các hư hỏng

 Trước khi tiến hành những công việc sửa chữa cần phải tiến hành khảo sát đánh giá tình trạng công trình một cách chi tiết nhất nếu có thể

 Đánh giá (kiểm tra) hiện trạng công trình nhằm phát hiện kịp thời sự xuống cấp hoặc thay đổi công năng của kết cấu Nội dung đánh giá hiện trạng nên được duy trì trong suốt thời gian sử dụng công trình

Đánh giá mức độ

và tốc độ xuống cấp, hư hỏng

Xác định giải pháp sửa chữa hoặc gia cường

 CÁC BƯỚC ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

27

 THEO DÕI, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

- Nhằm phát hiện kịp thời sự xuống cấp, hư hỏng hoặc thay đổi công năng kết cấu

- Theo dõi, kiểm tra hiện trạng công trình thường gồm 04 loại hình

theo dõi, đánh giá :

+ Kiểm tra, đánh giá hiện trạng ban đầu

+ Kiểm tra thường xuyên

+ Kiểm tra định kỳ

+ Kiểm tra bất thường

T.H NGUYEN, NUCE

 Kiểm tra hiện trạng ban đầu

- Thực hiện sau khi công trình thi công xong và đưa vào sử dụng Với các công trình sửa chữa, gia cường thì ngay sau khi thi công sửa

chữa, gia cường xong

- Với công trình cũ chưa có kiểm tra ban đầu thì lần kiểm tra đầu tiên coi như kiểm tra hiện trạng ban đầu

- Thiết lập các số liệu đo đầu tiên liên quan đến vật liệu, kết cấu Phát hiện các sai sót, hư hỏng ban đầu để có biện pháp khắc phục

- Là cơ sở dự báo tuổi thọ công trình

29

 Kiểm tra hiện trạng ban đầu

- Các nội dung cơ bản của kiểm tra ban đầu :

+ Kháo sát các kết cấu chịu lực nhằm thu thập các số liệu sau :

++ Sai lệch kích thước hình học ++ Độ nghiêng, lún, biến dạng của kết cấu ++ Tình trạng nứt, bong rộp, gỉ cốt thép…

T.H NGUYEN, NUCE

 Kiểm tra hiện trạng ban đầu

+ Tiến hành các thí nghiệm bổ xung nếu cần để đánh giá tốt hơn

về tình trạng công trình

+ Đưa ra nhận xét, đánh giá về khả năng hư hỏng, xuống cấp

của công trinh

+ Đưa ra giải pháp để đảm bảo tuổi thọ của công trình

31

 Kiểm tra thường xuyên

- Nhằm theo dõi, đánh giá sự làm việc của kết cấu công trình sau khi đã tiến hành bước kiểm tra ban đầu

- Thực hiện trên toàn bộ kết cấu ở những chỗ có thể quan sát được Xác định kịp thời tình trạng hư hỏng, xuống cấp để có biện pháp khắc phục, sửa chữa

- Các vị trí kết cấu cần được quan tâm :

+ Vị trí có mô men uốn, lực cắt lớn; vị trí có tập trung ứng suất

+ Vị trí khe co dăn

+ Vị trí liên kết các phần tử kết cấu

+ Vị trí có nguồn nước, nguồn ồn, bụi

+ Vị trí có tiếp xúc với môi trường xâm thực

T.H NGUYEN, NUCE

 Kiểm tra thường xuyên

- Các vấn đề có thể phát hiện qua kiểm tra thường xuyên :

+ Sự nghiêng, lún

+ Biến dạng hình học của kết cấu

+ Tình trạng nứt, giảm yếu tiết diện

+ Xuất hiện thấm, bong rộp

+ Tình trạng gỉ cốt thép

+ Sự suy giảm công năng

- Cần đề ra biện pháp khắc phục sự cố ngay

33

 Kiểm tra định kỳ

- Tiến hành trên toàn bộ các kết cấu công trình với các nội dung như kiểm tra ban đầu

- Chu kỳ kiểm tra (TCXDVN 318:2004)

+ Công trình đặc biệt quan trọng : 2-3 năm

+ Công trình thường xuyên có rất đông người làm việc và qua lại :3-5

năm

+ Công trình công nghiệp và dân dụng khác :5-10 năm

+ Công trình thường xuyên chịu ăn mòn khí hậu biển và hóa chất :1-2

năm

T.H NGUYEN, NUCE

 Kiểm tra bất thường

- Tiến hành khi kết cấu có dấu hiệu hư hỏng do tác dộng đột ngột của các

yếu tố như động đất, cháy, nổ, va chạm….

- Thực hiện chủ yếu bằng quan sát trực quan

Thường gồm 3 bước cơ bản sau đây :

- Khảo sát hồ sơ, tài liệu liên quan đến công trình

- Phân tích các điều kiện làm việc của công trình

- Khảo sát tại hiện trường

 Kiểm tra chi tiết

Thực hiện sau khi qua các kiểm tra ban đầu, kiểm tra thường xuyên, định

kỳ và kiểm tra bất thường thấy có yêu cầu cần phải kiểm tra kỹ kết cấu

(công trình) để đánh giá được mức độ xuống cấp và lựa chọn giải pháp sửa chữa, gia cường

T.H NGUYEN, NUCE

 Bước 1 : Khảo sát hồ sơ, tài liệu liên quan đến công trình

Giai đoạn này nhằm mục đích tập hợp lại các hồ sơ liên quan đến lịch

sử công trình :

+ Hồ sơ thiết kế công trình

+ Hồ sơ liên quan đến giai đoạn thi công : biên bản nghiệm thu, báo cáo của tư vấn giám sát

+ Các chứng chỉ thí nghiệm chất lượng vật liệu đưa vào sử dụng

+ Các hồ sơ liên quan đến việc sửa chữa công trình trước đó (nếu có): nguyên nhân, phương pháp và vật liệu sửa chữa

37

 Bước 2 : Phân tích các điều kiện làm việc của công trình

- Giai đoạn này nhằm xác định sự làm việc của công trình ở thời điểm

hiện tại có phù hợp với những giả thuyết, yêu cầu đặt ra ở giai đoạn thiết

kế hay không ?

- Việc phân tích các điều kiện làm việc của công trình cho phép :

+ Những khu vực làm việc bất lợi nhất

+ Những vùng chịu các tác động nhiều nhất của các yếu tố môi trường

Tải trọng tác động

T.H NGUYEN, NUCE

 Bước 3 : khảo sát chi tiết tại hiện trường

Bước khảo sát này có thể gồm các nội dung sau :

- Hiện trạng kết cấu

- Mức độ biến dạng

- Mức độ nghiêng, lún

- Hiện trạng nứt ( mật độ, chiều dài, chiều rộng, chiều sâu vết nứt)

- Hư hỏng bê tông và cốt thép do ăn mòn

- Chất lượng bê tông (cường độ, độ đặc chắc, bong rộp…)

- Các khuyết tật nhìn thấy

- Sự đảm bảo công năng ( chống thấm, chống nóng, cách nhiệt…)

39

* Khảo sát hiện trạng kết cấu

- Kích thước và bố trí thực tế của các kết cấu

- Cấu tạo thực tế của các liên kết, gối tựa

- Cấu tạo cốt thép của kết cấu ( vị trí cốt thép, đường kính cốt thép, chiều dày lớp bê tông bảo vệ)

T.H NGUYEN, NUCE

* Khảo sát hiện trạng nứt kết cấu

- Giới hạn bề rộng khe nứt : là một chỉ số công năng quan trọng để đánh giá khả

năng sử dụng bình thường của công trình

Giới hạn bề rộng vết nứt theo yêu cầu bảo vệ cốt thép

(TCXDVN 356 : 2005 )

41

* Khảo sát hiện trạng nứt kết cấu

- Các nội dung cơ bản cần khảo sát:

+ Vị trí, đặc trưng phân bố nứt ( thường ở vùng có ứng suất kéo lớn)

+ Phương và hình dạng vết nứt

+ Kích thước vết nứt ( dài , rộng, sâu)

+ Thời điểm hình thành vết nứt và sự phát triển vết nứt theo thời gian ( thường xuất hiện khi tải trọng tăng đột ngột ví dụ : khi tháo cốp pha, lắp đặt thiết bị,

khi chịu tác dụng của hoạt tải)

- Việc khảo sát nứt có thể phải tiến hành trong thời gian dài, theo chu kỳ để đánh giámức độ phát triển hay ổn định của vết nứt

Nứt do cắt

43

* Khảo sát hiện trạng nứt kết cấu

T.H NGUYEN, NUCE

* Khảo sát biến dạng của kết cấu

- Biến dạng của kết cấu bao gồm độ võng, góc xoay, biên độ dao động Trong khảo sát chủ yếu tập trung vào độ võng Độ võng của kết cấu liên quan đến sự phát triển vết nứt

- Độ võng thường được xác định bằng các thiết bị đo ( thước, dụng cụ đo chuyển

vị như Indicator, võng kế)

- Trong nhiều trường hợp cần tiến hành thử tải tĩnh để xác định độ võng của kết

cấu nhằm đánh giá khả năng làm việc hiện trạng

- Độ võng giới hạn của kết cấu là cơ sở để đánh giá tình trạng võng của kết cấu

45

* Khảo sát chất lượng vật liệu

- Lấy mẫu bê tông để tiến hành thí nghiệm phá hoại trong PTN

- Sử dụng các phương pháp thí nghiệm không phá hoại ( ví dụ siêu âm, súng bật nảy ) để kiểm tra cường độ thực tế của bê tông

- Xác định tình trạng phong hóa vật liệu

T.H NGUYEN, NUCE

* Khảo sát chất lượng vật liệu

47

Thí nghiệm thử tải đánh giá sự làm việc của hệ kết cầu dầm sàn BTCT

T.H NGUYEN, NUCE

+ Dựa vào kết quả khảo sát, kiểm tra thu được cần phân tích, xác định cơ chế

của các hư hỏng, xuống cấp của công trình

+ Một số dạng cơ chế hư hỏng điển hình :

++ Nứt kết cấu : do vượt tải, biến dạng nhiệt ẩm, lún, chất lượng bê tông

++ Suy giảm cường độ bê tông : do độ đặc chắc bê tông, bảo dưỡng bê

tông, tác động môi trường và xâm thực

++ Biến dạng hình học kết cấu: do vượt tải, tác động môi trường, độ cứng

của kết cấu

++ Rỉ cốt thép : do ăn mòn trong môi trường xâm thực, các bo nát hóa bề

mặt bê tông

++ Thấm dột: do độ đặc chắc bê tông, nứt kết cấu, mối nối

 PHÂN TÍCH CƠ CHẾ XUỐNG CẤP, HƯ HỎNG CÔNG TRÌNH

49

+ Dựa vào số liệu khảo sát và cơ chế hư hỏng, xuống cấp cần đánh giá xem kết cấu có cần sửa chữa hay không, mức độ sửa chữa ?

+ Cơ sở đánh giá mức độ hư hỏng, xuống cấp là các công năng của kết cấu

+ Các công năng sau cần được đánh giá :

++ Độ an toàn hay khả năng chịu tải

++ Khả năng làm việc bình thường

Ptt ≥ Pyc

Chỉ số công năng thực tế Chỉ số công năng yêu cầu

 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ XUỐNG CẤP, HƯ HỎNG CÔNG TRÌNH