Nghiên cứu và trang bị các phương pháp kiểm tra, đánh giá cầu dây văng btct để có thể áp dụng trong việc quản lý, bảo dưỡng các cầu dây văng btct ở việt nam

Mặt khác, trong quá trình khai thác do tác động của nhiều yếu tố như môi trường, tải trọng và các tác động khác làm cho các bộ phận của kết cấu cầu bị hư hỏng do bị suy giảm cường độ bêt

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ trong việc sử dụng cầu dùng hệ thống dây văng, việc đưa ra vấn đề kiểm tra đánh giá và bảo dưỡng cầu dây văng có ý nghĩa hết sức quan trọng, nhằm đảm bảo công trình luôn được duy trì trong trạng thái ổn định và an toàn vận tải đồng thời có thể kéo dài tuổi thọ công trình Cũng như tất cả các công trình khác, công trình giao thông do ảnh hưởng của môi trường, do sự suy giảm và lão hoá của vật liệu, do những thay đổi về điều kiện sử dụng theo thời gian dần dần bị

hư hỏng Công tác bảo dưỡng sửa chữa này chủ yếu căn cứ vào công tác kiểm tra nhằm phát hiện những hư hỏng, những khuyết tật trước khi chúng phát triển thành trầm trọng

và đòi hỏi những công việc sửa chữa tốn kém Đây là biện pháp duy nhất để đạt được những hiệu quả kinh tế cao Vậy công tác kiểm tra là sử dụng những biện pháp kỹ thuật

để khảo sát và đánh giá điều kiện làm việc của công trình, quyết định những biện pháp sửa chữa hay tăng cường đối với những hư hỏng hay những khuyết tật có trên công trình Chính vì vậy công tác theo dõi thường xuyên, kiểm tra chi tiết hoặc kiểm tra đặc biệt đối với công trình bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực để trên cơ sở đó quyết định các biện pháp duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa hoặc tăng cường công trình đúng lúc là vô cùng quan trọng trong công tác quản lý Cho đến nay, chúng ta mới chỉ chú trọng đến công tác xây dựng cơ bản mà chưa chú trọng thoả đáng đến việc theo dõi, kiểm tra, duy tu bảo dưỡng các công trình cầu, trong đó có cầu dây văng

Trong những năm gần đây, cầu dây văng được xây dựng ngày càng nhiều ở Việt nam cũng như trên thế giới Cho đến nay đã có hàng chục cầu dây văng được xây dựng ở Việt Nam như cầu Mỹ Thuận, cầu Kiền, cầu Bính, cầu Bãi Cháy, cầu Rạch Miễu, cầu Cần Thơ, cầu Phú Mỹ và sắp tới sẽ có một số cầu dây văng được đưa vào khai thác như cầu Nhật Tân, cầu Trần Thị Lý Để các công trình cầu dây văng hiện có tiếp tục được khai thác tốt, công tác kiểm tra và duy tu bảo dưỡng công trình cầu loại này cần được quan tâm đúng mức

Kết cấu cầu dây văng thanh mảnh, chịu ảnh hưởng rất lớn từ các tác động bên ngoài, việc kiểm soát và đánh giá trạng thái làm việc của các bộ phận là rất khó khăn và phức tạp Mặt khác, trong quá trình khai thác do tác động của nhiều yếu tố như môi trường, tải trọng và các tác động khác làm cho các bộ phận của kết cấu cầu bị hư hỏng do

bị suy giảm cường độ bêtông, cốt thép thường và cốt thép DUL bị ăn mòn gây gỉ, đứt

Do đó để quản lý và khai thác các cầu một cách có hiệu quả trong điều kiện kinh tế của Việt Nam, chúng ta cần nghiên cứu các phương pháp kiểm tra và đưa ra các tiêu chí đánh giá trên cơ sở thu thập được các số liệu kiểm tra cần thiết

Mục đích của đề tài là nghiên cứu và trang bị các phương pháp kiểm tra, đánh giá cầu dây văng BTCT để có thể áp dụng trong việc quản lý, bảo dưỡng các cầu dây văng BTCT

ở Việt nam

Nghiên cứu lý thuyết:

- Nghiên cứu cơ chế suy giảm độ bền của bê tông, sự ăn mòn cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép của cầu dây văng BTCT

- Nghiên cứu các phương pháp kiểm tra cầu dây văng BTCT, nghiên cứu các phương pháp đánh giá cầu để có thể áp dụng trong đánh giá một số bộ phận cầu dây văng BTCT

- Lựa chọn các biện pháp quản lý, duy tu và bảo dưỡng cầu dây văng

Nghiên cứu thực nghiệm:

- Trên cơ sở các phương pháp kiểm tra và đánh giá cầu, ứng dụng các phương pháp trên vào nghiên cứu kết quả thực tế

Nội dung luận án có cấu trúc gồm phần mở đầu và 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về kết cấu và các hư hỏng của cầu dây văng BTCT

Chương 2: Các phương pháp kiểm tra, đánh giá kết cấu cầu dây văng BTCT

Chương 3: So sánh, lựa chọn phương án đo lực trong dây văng - Kết quả đo ở một số cầu Tiếp đến là phần kết luận và kiến nghị những nghiên cứu tiếp và cuối cùng là danh mục tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU VÀ CÁC HƯ HỎNG CỦA CẦU DÂY VĂNG BTCT

1.1 KHÁI NIỆM VỀ KẾT CẤU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CẦU DÂY VĂNG BTCT

1.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Cầu dây văng có ưu điểm về nhiều mặt nên nhanh chóng được áp dụng trên toàn thế giới Tính đa dạng là một đặc điểm quan trọng của cầu dây văng mà các hệ thống cầu khác không thể có được Tính đa dạng của cầu dây văng thể hiện ở chiều dài nhịp, ở số lượng nhịp khác nhau cũng như ở khả năng thay đổi dáng vẻ, sơ đồ phân bố dây và số lượng mặt phẳng dây mà vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt

Ngoài ra khi thiết kế cầu dây văng các kỹ sư, kiến trúc sư còn có thể sáng tạo được nhiều dáng vẻ độc đáo, tạo thành các công trình kiến trúc thể hiện được sự phát triển của khoa học và trí tuệ con người Cầu dây văng là hệ không biến dạng hình học do đó có độ cứng lớn Hệ làm việc như một dầm cứng tựa trên các gối đàn hồi là các dây văng Tăng số lượng gối đàn hồi sẽ không làm tăng mô men uốn trong dầm cứng đặc biệt dưới tác dụng của tĩnh tải mô men uốn trong dầm cứng gần như được triệt tiêu Do đó cầu dây văng có thể vượt được nhịp rất lớn mà lượng vật liệu tăng không đáng kể

Cầu dây văng làm việc như một dàn có biên dưới cứng chịu nén uốn, dây văng làm việc như các gối đàn hồi trung gian chịu kéo nên có thể làm bằng thép cường độ cao, dầm cứng chịu nén nên có thể áp dụng vật liệu bê tông cốt thép Tuy nhiên các gối đàn hồi này lại không trực tiếp truyền phản lực xuống đất nền mà thông qua tháp cầu truyền xuống trụ chính Do đó về nguyên tắc mố trụ chính của cầu dây văng chịu toàn bộ tĩnh và hoạt tải trên cầu

1.1.2 KẾT CẤU CẦU DÂY VĂNG BTCT

1.1.2.1 Cấu tạo chung về sơ đồ kết cấu nhịp

1.1.2.1.1 Cầu dây văng một nhịp

Cầu dây văng một nhịp có hai tháp cầu được dựng trên hai mố, dầm chủ một nhịp tựa lên hai gối cứng trên mố và các gối đàn hồi là các điểm neo các dây văng, từ đỉnh tháp dây neo được liên kết vào mố neo đặt sâu trong nền đường Về sơ đồ kết cấu hệ làm việc như một dầm liên tục tựa trên các gối đàn hồi trung gian là các điểm neo dây và các gối cứng trên mố, do đó hệ có đặc điểm chịu lực giống như các cầu dây văng ba nhịp Trên các mố

đỡ dầm cần bố trí một gối cố định một gối di động Gối cố định chịu lực ngang khi có tải trọng không đối xứng Như vậy trong cầu dây văng một nhịp cả mố neo và trụ đều chịu lực ngang Dầm cứng ngoài chịu uốn còn chịu lực dọc thay đổi dấu gây bất lợi cho việc áp dụng dầm cứng bằng BTCT

1.1.2.1.2 Cầu dây văng hai nhịp

Cầu dây văng hai nhịp có thể có các nhịp bằng nhau, khi đó tháp cầu bố trí ở giữa, các dây văng bố trí đối xứng qua tháp cầu Nếu cầu không có các dây neo vào mố thì các dây văng chủ yếu chỉ chịu tĩnh tải, còn để tăng cường khả năng chịu hoạt tải thì có thể bố trí hai dây neo vào mố Khi hệ đối xứng các dây neo không chịu kéo dưới tác dụng của tĩnh tải nên để tránh dây chịu nén dưới tác dụng của hoạt tải trên một nhịp các dây neo cần được căng trước với nội lực đủ để khắc phục lực nén lớn nhất có thể xẩy ra

Ngoài ra còn dùng một tháp cầu cứng ở giữa để hạn chế chuyển vị ngang của tháp Cũng

có thể dùng hệ hai nhịp có các nhịp không bằng nhau trong đó nhịp lớn có số khoang lớn hơn, tại nhịp nhỏ bố trí dây neo vào mố

1.1.2.1.3 Cầu dây văng ba nhịp

Sơ đồ ba nhịp có nhịp biên ngắn không được đỡ bằng các dây văng có độ cứng của các gối đàn hồi lớn do dây neo có chiều dài ngắn Nhịp biên làm việc như một dầm liên tục chịu uốn ngoài ra còn chịu lực nén của các dây văng truyền vào

Về mặt cơ học cầu dây văng ba nhịp là một dầm liên tục tựa trên các gối cứng và các gối đàn hồi là các nút neo dây văng

1.1.2.2 Bố trí dây văng

Hình 1.1 Các sơ đồ bố trí dây văng

Theo cách phân bố dây văng, sơ đồ bố trí dây văng thể chia ra thành 4 loại cơ bản: đồng quy, song song, rẽ quạt và hình sao

Sơ đồ dây đồng quy và sơ đồ dây rẽ quạt có hiệu quả nhất cho hệ kết cấu vì nó hoàn toàn được sắp xếp giống các tam giác Ngược lại, sơ đồ dây song song chủ yếu chứa các hình

tứ giác, do đó phải tăng độ cứng của dầm chủ hay cột tháp để chịu được lực không đều Trong sơ đồ dây đồng quy, các sợi cáp được liên kết từ hệ mặt cầu đến cùng một điểm trên đỉnh cột tháp Kết quả là lực uốn trong tháp sẽ nhỏ, nhưng lại phải chịu đựng được

§ång quy

Song song

RÎ qu¹t

H×nh sao

lực chống gập Điều này dẫn đến việc cột tháp sẽ phải có độ cứng lớn Tuy nhiên, trong những cầu lớn với nhiều dây văng, việc bố trí tất cả các neo tại đỉnh tháp sẽ gặp nhiều khó khăn

Trong sơ đồ song song, các dây văng được lắp song song với nhau làm cho cầu có tính thẩm mỹ hơn Mặt khác, lực căng cáp sẽ được phân bố theo chiều cao cột tháp làm giảm

mô men uốn trong cột tháp Sơ đồ bố trí dây văng này có thể là giải pháp có lợi nhất cho các cầu có nhịp chính đến gần 200m, đặc biệt ở những nơi tính thẩm mỹ đóng vai trò quan trọng Hiệu quả của sơ đồ song song với sơ đồ dây đồng quy, tiết diện ngang cần thiết của cột tháp sẽ nhỏ hơn

Trong các cầu dây văng hiện đại, hệ thống dây văng có thể bao gồm nhiều loại dây văng khác nhau, mỗi dây văng bao gồm một loại cáp được chế tạo cho đủ chiều dài và tiết diện dây văng Để đạt được sự bố trí dây văng này, còn có thể được tăng lên bằng cách thêm các trụ trung gian ở các nhịp biên

Trong sơ đồ rẽ quạt, khoảng cách giữa các điểm neo cáp ở phần trên của cột tháp được phân bố đồng đều Điều này làm cho việc lắp đặt các neo trở nên dễ dàng hơn so với sơ

đồ đồng quy Không cần thiết phải bố trí các dây văng gần nhau Do đó, khoảng cách giữa các điểm neo dây văng trên dầm chủ thường nằm trong khoảng từ 8 đến 15m

1.1.2.3 Mă ̣t phẳng dây

Trong mặt cắt ngang, hệ thống dây văng thường được bố trí trong một mặt phẳng thẳng đứng tại đường tim cầu, hai mặt phẳng thẳng đứng hoặc hai mặt nghiêng

Hình 1.2 Mặt phẳng cáp a) Một mặt phẳng b) Hai mặt phẳng đứng c) Hai mặt phẳng nghiêng

Trong cầu một mặt phẳng dây, các dây văng thường được neo tại đường tim của hệ mặt cầu Cầu chủ yếu chịu tải trọng theo phương đứng còn khả năng chịu xoắn rất kém Do

đó, hệ dầm phải chịu xoắn tốt để có thể chịu lực lệch tâm, chẳng hạn như xe chạy trên một bên cầu Để đạt được yêu cầu độ cứng chống xoắn cao, dầm sẽ phải chế tạo theo dạng hình hộp (a) Trong cầu hai mặt phẳng dây (đứng hoặc xiên), các dây văng được neo dọc theo hai bên của hệ mặt cầu Trong trường hợp này, hệ dây văng sẽ chịu cả tải trọng đứng và xoắn Do đó, người thiết kế không cần thiết phải bố trí hệ dầm có độ cứng

chống xoắn tốt Vì thế, hệ dầm có thể là dầm I đơn, I kép liên kết trực tiếp với hệ dây văng (b) Trong các cầu dây văng nhịp rất lớn, nơi dễ bị ảnh hưởng bởi ổn định khí động học, một dầm hộp với hai mặt phẳng dây sẽ đem lại nhiều ưu điểm hơn và cũng làm cho hình dạng dầm có tính khí động học tốt hơn (c) Tuy nhiên, cũng nên nhấn mạnh rằng, hình dạng như hình 8c chỉ dùng cho các cầu có nhịp rất lớn (trên 500m) hoặc cho các cầu

có tỷ lệ chiều cao trên chiều dài nhịp nhỏ (dưới 1/25)

1.1.2.4 Các bộ phận chủ yếu

1.1.2.4.1 Tháp cầu

Trong cầu dây văng tháp là bộ phận quan trọng có tính quyết định các chỉ tiêu KTKT và

độ an toàn công trình Tháp cầu chịu toàn bộ tĩnh và hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp, thông qua trụ truyền tải trọng xuống đất nền Tùy theo kích thước và liên kết của tháp với trụ hoặc móng cầu theo chiều dọc, có thể phân biệt hai loại: tháp mềm và tháp cứng Tháp mềm có kích thước theo chiều dọc cầu tương đối nhỏ, độ cứng bé, khả năng chịu uốn kém hoặc khi tháp cầu có liên kết khớp với trụ thì cũng được coi là mềm không phụ thuộc vào kích thước tiết diện Chuyển vị ngang của đỉnh tháp theo phương dọc cầu chủ yếu dựa vào độ cứng chịu kéo của dây neo Dây neo thường được liên kết cố định một đầu vào đỉnh tháp cầu, một đầu vào dầm cứng trên mố trụ Như vậy theo phương dọc cầu, tháp mềm làm việc như một thanh có đầu trên liên kết khớp với dây neo đầu dưới ngàm hoặc liên kết khớp với trụ Tháp cầu mềm có thể làm bằng thép hoặc BTCT Tháp cầu đơn giản nhất có dạng hai cột thẳng đứng tạo thành một khung hở ngàm vào thân trụ hoặc vào dầm chủ, mỗi cột tháp nằm trong một mặt phẳng dây làm việc chịu nén uốn theo phương ngang như thanh có một đầu ngàm một đầu tự do Tháp cầu dạng khung kín tạo điều kiện giảm chiều dài tự do chịu nén dọc nên có thể giảm chiều dày tiết diện cột tháp

mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lực và ổn định

Tháp cứng có kích thước tiết diện ngang lớn, độ cứng theo phương dọc cầu đủ lớn để hạn chế chuyển vị ngang đỉnh tháp và chịu lực ngang của các dây văng Do đó tháp cứng phải liên kết cứng với trụ và trên nguyên tắc có thể không cần dây neo Tháp cứng chịu tải như một thanh có một đầu ngàm, một đầu tự do chịu nén uốn Để đảm bảo độ cứng ngang hạn chế đến mức tối thiểu chuyển vị ngang của đỉnh tháp và tiết kiệm vật liệu, tháp cầu có thể cấu tạo dạng A hoặc Y ngược

Hình dáng tháp cầu thể hiện một thanh cơ bản về khái niệm tổng thể của kết cấu Hình dáng của tháp cầu ảnh hưởng đến cả tính thẩm mỹ và tính kinh tế của dự án cũng như các đặc trưng ứng xử tĩnh và động của nó Có nhiều cải tiến từ 3 dạng này, mỗi dạng có những ưu nhược điểm và tính mỹ thuật riêng Hình dạng của cột tháp có liên quan mật thiết đến cách bố trí dây văng vì chức năng chính của cột tháp là để đỡ hệ dây văng

Hình 1.3 Ba dạng cơ bản của tháp cầu

Trong cầu một mặt phẳng dây, tháp cầu có thể được thiết kế như là một thanh thẳng đứng hoặc dạng chữ Y ngược Tháp thanh thẳng đứng tại giữa hệ mặt cầu có thể dùng cho cả

sơ đồ dây song song và sơ đồ dây rẽ quạt, trong khi tháp chữ Y ngược lại đòi hỏi một sơ

đồ rẽ quạt cải tiến Tháp thanh thẳng đứng phải có một điểm neo cứng với cả hệ dầm chủ lẫn trụ cầu để đạt được sự ổn định với tải trọng lệch tâm

Trong cầu hai mặt phẳng dây theo phương thẳng đứng, tháp cầu có thể bao gồm hai cột thẳng đứng hoặc có dạng cột tháp chữ H Theo điều kiện gối đỡ ở đầu dầm và dạng bố trí dây văng, cột tháp dạng chữ H cũng gần phù hợp với cột tháp chủ Y ngược Với cầu có hai mặt phẳng dây xiên, đa số các người thiết kế sẽ chọn tháp chữ A kết hợp với sơ đồ bố trí dây rẽ quạt Ngoài ra, nhiều tổ hợp khác về mặt lý thuyết cũng có thể được áp dụng cho cầu dây văng

Do cột tháp chịu tác động của lực căng của dây văng và các thành phần lực nén và uốn khác, tháp cầu thường được chế tạo từ bê tông, thép hoặc tổ hợp giữa bê tông và thép Trong kết cấu tổ hợp, kết cấu bên trong bằng thép sẽ được bao phủ bởi lớp bên ngoài bằng bê tông với mục đích thẩm mỹ hay để mục đích cho các neo dây văng liên kết với

vỏ bọc bê tông Hầu hết các tháp cầu đều rỗng để bố trí thang lên xuống, cần trục và hệ thống cung cấp điện cần thiết cho việc duy tu bảo dưỡng Mặt cắt ngang của cột tháp thường có dạng một hộp đơn Do chủ yếu là chịu lực nén, độ cứng của cột tháp cần thiết phải được gia cường bằng các thanh gia cường, phương dọc cầu thường phải lớn hơn phương ngang cầu

Hình 1.4 Mặt cắt ngang điển hình của tháp cầu

Tại các vùng neo dây văng, việc gia cường thêm các vách ngăn cứng theo phương dọc và ngang là điều cần thiết để giảm ứng suất cục bộ theo các phương khác nhau

1.1.2.4.2 Dầm chủ cầu dây văng

Dầm chủ trong cầu dây văng chủ yếu chịu nén về mặt lý thuyết hệ có thể cấu tạo như một dàn liên kết khớp tại các nút neo dây, trong đó các dây văng và dây neo đảm bảo độ cứng Trên thực tế dầm liên tục được áp dụng nhằm tăng cường độ cứng dưới tác dụng của tại trọng cục bộ Dưới tác dụng của tải trọng phân bố trên toàn nhịp, độ cứng của dầm chủ ảnh hưởng không đáng kể đến độ võng của hệ đặc biệt đối với các cầu nhịp lớn dây dày thì ảnh hưởng lại càng nhỏ

Về mặt cấu tạo dầm chủ cần được thiết kế để chế tạo thuận tiện và thi công đơn giản nhất tránh tối đa cấu tạo các khớp các khe nối trên cầu

Do dầm cứng chủ yếu chịu nén nên dùng BTCT thích hợp, đặc biệt trong công nghệ thi công hẫng thì cầu dây văng có thể được coi như cầu dầm liên tục thi công hẫng cốt thép ngoài Ngoài ra dưới tác dụng của tĩnh tải lực nén trước trong dầm cứng do các dây văng truyền vào luôn ổn định không bị mất mát tức thời và lâu dài cho nên cầu dây văng có thể xem là cầu bê tông tự ứng suất trước trong đó lực nén trước trong dầm cứng có thể triệt tiêu được ứng suất kéo do mô men uốn gây ra

1.1.2.4.3 Dây văng và hệ neo

Cầu dây văng là loại cầu có thể vượt được các nhịp dài và rất dài, do đó dây văng thường có chiều dài lớn được căng và neo vào hai điểm cố định, dưới tác dụng của tải trọng bản thân dây thường bị võng khi chịu hoạt tải độ võng giảm, dây duỗi thẳng gây thêm biến dạng phụ

Có nhiều loại cáp dùng làm dây văng nhưng hầu hết đều được chế tạo từ thép cường độ cao Cáp được chế tạo từ các thanh thép đặt song song với nhau trong một ống thép và được định vị bằng các vách ngăn bằng chất dẻo, hoặc là các bó dây bằng các sợi thép cường độ cao bố trí song song đặt trong ống thép hoặc ống nhựa, hoặc là các tao cáp cường độ cao quấn xoắn ốc một hoặc nhiều lớp quanh một sợi thép nằm chính giữa Sau khi căng kéo xong có thể bơm vữa xi măng trong lòng ống

Hình 1.5 Thanh song song - Sợi song song - Tao song song -Tao xoắn -Dây cáp

Neo có tác dụng liên kết bó dây với khối neo và liên kết khối neo với công trình Đầu neo

có cầu tạo hình dáng kích thước phụ thuộc vào kích thước dây văng và phương pháp căng Đầu neo cần được thiết kế chế tạo để đủ khả năng chịu lực kéo đứt của dây mà không vượt quá giới hạn chảy của vật liệu đầu neo Tùy theo chức năng có thể phân biệt hai loại đầu neo đầu neo cố định và đầu neo di động

1.1.2.5 Những ba ̀i ho ̣c về kết cấu

Với hơn nửa thế kỷ tích luỹ kinh nghiệm trong quá trình nghiên cứu thiết kế và xây dựng cầu dây văng, nhiều vấn đề lý luận không ngừng được cập nhật cho việc thiết kế kết cấu

1.1.2.5.1 Bố trí da ̣ng dây văng

Dạng dây hình “Hình Đàn Hạc” (các dây song song) là loại bố trí dây tạo được cảm giác mảnh, thanh thoát và đẹp cho công trình nhất là cầu nhịp nhỏ hơn 200m cho nên ở giai đoạn đầu phát triển cầu dây văng hiện đại người ta thường sử dụng hình thức này Nhưng loại hình bố trí cáp này không tối ưu về mặt chịu lực vì gây ra mômen uốn lớn trong tháp nên ngày nay ít được dùng Tuy nhiên đối với cầu nhịp nhỏ như cầu Kiền (Quốc lộ 10) vẫn có thể áp dụng để giải quyết về mặt thẩm mỹ cầu Dạng dây xoè (hình nan quạt) có nhiều ưu điểm về mặt chịu lực cho tháp (giảm mômen uốn) Tuy nhiên dạng này bắt buộc phải tập trung liên kết dây cáp ở đầu tháp, nên rất khó cấu tạo cũng như tạo ra không gian cho việc đặt kích căng dây Bố trí dây văng “lai hình đàn hạc” là dạng dùng phổ biến của các cầu dây văng hiện đại Toàn bộ đầu cáp neo vào tháp được bố trí ở phía trên thân tháp Cách bố trí này khắc phục được các nhược điểm phân phối lực của dạng “đàn hạc”

và dễ thi công căng cáp

1.1.2.5.2 Dầm cầu

Một trong các đặc tính ưu việt của cầu dây văng là dầm cầu có chiều cao kiến trúc thấp vượt nhịp lớn Ở giai đoạn đầu phát triển cầu dây văng hiện đại, khi bố trí cự ly dây vào dầm lớn, người ta thường sử dụng dầm thép bản Orthotrop Ngày nay các cầu hiện đại đều bố trí cự ly neo dây ngắn thì không nhất thiết phải sử dụng loại dầm này Theo thống

kê gần đây cho thấy rằng với các cầu dây văng có nhịp 500m trở lại thì giá thành kết cấu phần trên của cầu với các loại dầm thép bản orthotrop, dầm bê tông liên hợp, bê tông cốt thép là như nhau Việc lựa chọn loại dầm nào còn tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể nơi xây dựng cầu, nếu điều kiện đất yếu thì dùng dầm loại nhẹ để giảm khối lượng thi công kết cấu phần dưới Nhưng có một điểm cần lưu ý hiện nay rất khó thi công lớp phủ măt cầu

có độ bền cao trên bản mặt cầu orthotrop, do đó cần cân nhắc kỹ khi sử dụng Ngày nay khi đã tích luỹ được nhiều số liệu về thí nghiệm khí động học và khuynh hướng bố trí dây với cự ly ngắn từ 7m đến 9m, các dầm cầu không nhất thiết phải thiết kế theo dạng hộp

có dạng thoát gió, cố gắng dùng các loại dầm bản mỏng

1.1.2.5.4 Số lượng mă ̣t phẳng dây

Trong lịch sử phát triển cầu dây văng, người ta đã từng ứng dụng kết cấu hai, ba, bốn mặt phẳng dây Việc dùng 3 mặt phẳng dây cho các cầu nhịp nhỏ, do nhược điểm về mặt phân phối chịu lực ngày nay không dùng nữa Đối với cầu 1 mặt phẳng dây có ưu điểm

về mặt mỹ thuật cầu thông thoáng và kích thước móng không cần lớn Tuy nhiên đối với loại kết cấu này người ta còn đang xem xét về giới hạn trên của chiều dài nhịp

1.1.2.6 Đánh gia ́ kết cấu cầu Dây văng

Trong những năm gần đây, cầu dây văng đã được sử dụng phổ biến nhờ vào những ưu điểm sau:

- Sử dụng vật liệu hiệu quả

- Kết cấu không phức tạp, dễ chế tạo và thi công - Thi công nhanh

- Tính mỹ thuật cao

- Vượt được nhịp lớn - Có tính kinh tế cao đi với các cầu nhịp lớn

- Độ võng nhỏ hơn cầu dây võng

Cầu dây văng đã giúp các người thiết kế có nhiều phương án lựa chọn hơn để đạt đến một dự án cạnh tranh và ưu việt hơn cho các cầu nhịp lớn Với sự phát triển mạnh mẽ của các phần mềm tính toán cũng như những phương án mô phỏng kết cấu Chúng ta hoàn toàn có thể kiểm tra chất lượng cũng như khả năng làm vệc của cáp văng nói chung và cầu dây văng nói riêng để qua đó đưa ra được phương án tối ưu nhất trong quá trình thiết

kế, thi công cũng như vấn đề theo dõi diễn biến quá trình làm việc của cáp văng và qua

đó đưa ra được phương án duy tu và bảo dưỡng cầu dây văng một cách thích hợp nhất

1.2 CƠ CHẾ SUY GIẢM ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG VÀ SỰ ĂN MÒN CỐT THÉP

CỐT THÉP TRONG CÁC CÔNG TRÌNH BTCT

1.2.1 CƠ CHẾ SUY GIẢM ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG

1.2.1.1 Giới thiệu chung

Bê tông của xi măng Porland là một vật liệu có tính kiềm mạnh và ít nhiều chịu sự thẩm thấu Chính tính chất kiềm này xác định tình trạng của vật liệu đối với sự tấn công hoá học Khi môi trường xung quanh có tính acid sẽ xẩy ra phản ứng trao đổi, kết cục có thể dẫn đến những hệ quả nghiêm trọng: sự ăn mòn, sự nứt, vết rỗ, vết gỉ bột Đó là những dấu hiệu vĩ mô chắc chắn nhất của sự tấn công hoá học

Tuy nhiên cũng có một vài sự tương tác hoá học giúp làm tăng độ bền của bê tông Đó là trường hợp của CO2 có thể tạo trên bề mặt của bê tông một lớp bảo vệ bằng Carbonat calxi Lớp bảo vệ này ổn định về mặt hoá học có tác dụng làm chậm lại hoặc ngăn cản sự vận chuyển các chất xâm thực vào sâu hơn trong bê tông Với lớp bê tông cốt thép, hiệu quả bảo vệ tự nhiên này phụ thuộc vào độ thẩm thấu và chiều dày lớp bảo vệ cốt thép

Bê tông thường biểu hiện có một độ bền tốt đối với các chất tấn công hóa học và chỉ bị những hư hỏng không nghiêm trọng và có thể chấp nhận trong tuổi thọ của nó, nhưng chỉ khi bê tông được sản xuất theo đúng các quy trình, chỉ định và thành phần của nó hay hình thức của công trình phải phù hợp với môi trường hiện tại và về sau Đó phải là môi trường có thể xây dựng công trình bằng bê tông

Những quy định cần phải áp dụng để có một bê tông chịu được sự xâm thực hoá học hoặc

ít nhất phải đạt được tuổi thọ dự kiến của công trình trong các môi trường thông thường nhất (nước ngọt, acid, sulfat, nước biển)

Các xâm thực hoá học đối với bê tông thường được biểu hiện bằng các quá trình hư hỏng

và các tác dụng xấu sẽ xẩy ra Các tác nhân hoá học tấn công có thể xếp thành 4 loại:

- Các khí: có trong tự nhiên, do sự ô nhiễm của khí quyển và do sự lên men Thông thường nhất là CO2, SO2, NO2, SH2 các khí clor, brom, iod, ammoniac

- Các chất lỏng vô cơ và hữu cơ: có chứa tính acid, tính kiềm, các anion hoặc cation

- Các chất rắn: thường là đất và các chất thải có nguồn gốc khác nhau và đặc biệt có những hạt đất chứa sulphat lẫn trong bê tông

- Các môi trường sinh học: sự lên men vi sinh đưa đến sự tạo thành các acid, các tấn công cơ học và hoá học bởi một vài sinh vật có trong nước biển

Tất cả các tác nhân tấn công thường có một điểm chung và cần thiết là nước dưới dạng chất lỏng hoặc hơi Cơ chế tác dụng và vận chuyển của các khí ăn mòn bê tông thường

bằng cách khuếch tán và phụ thuộc nhiều vào độ ẩm tương đối của vật liệu, nó yếu trong

bê tông bão hoà nước và tăng lên cùng với sự giảm độ ẩm tương đối

Các chất khí bản thân nó thường không tác động Nhưng do bị hoà tan chúng có khả năng cùng với nước tạo ra các dung dịch có tính xâm thực Sự vận chuyển của chúng trong bê tông được điều chỉnh bởi các định luật nước chảy trong các môi trường xốp (áp lực thuỷ tĩnh, sự dâng lên trong mao quản) và bởi các định luật khuếch tán

Hơi nước có một khả năng đặc biệt do những phản ứng qua lại rất mạnh của nó với các hydrat của xi măng Khác với các khí bình thường, độ khuếch tán của nó tăng rất nhanh với mức độ giảm độ ẩm tương đối của bê tông

Cơ chế hoạt động của các chất lỏng: sự vận chuyển của các chất lỏng thường theo hai quá trình chính là những chuyển động của các chất lỏng dưới gradient thủy lực và bằng sức hút mao dẫn một phần và sự khuếch tán ion hay phần tử Yếu tố sau cùng là do áp lực thẩm thấu và tính chất của các màng bám thấu của bê tông Nó rất phức tạp và thường kèm theo các hiện tượng hấp thụ và phản hấp thụ sự khuếch tán phía sau của một vài loại ion và các chuyển động của pha lỏng

Cơ chế hoạt động của chất rắn: sự độc hại của các chất rắn gắn liền trực tiếp với khả năng trích xuất và chuyển thành dung dịch trong nước mà nó tiếp xúc Tác dụng của nó hạn chế với những hiện tượng xảy ra trong trường hợp các tấn công bởi các chất lỏng

Cơ chế hoạt động của các tác nhân tấn công nguồn gốc sinh học: các phản ứng sinh học của các vi khuẩn hiếm khí và yếu khí có trong các nước thải có thể dẫn đến sự tạo thành các acid đặc biệt là acid sulfuric do sự oxy hoá của hydrogen sulfure H2SO4 và chính nước là tác nhân cho tấn công acid

1.2.1.2 Cơ chế hư hỏng của bê tông do các phản ứng hoá học

Sự xuống cấp của bê tông có cơ sở từ những phản ứng thuỷ phân và hoà tan theo các cơ chế sau:

1.2.1.2.1 Sự thuỷ phân:

Sự thuỷ phân là phản ứng phân huỷ của một vài loại muối bởi nước và cũng sẽ phân huỷ tiếp và cho các proton H3O+ hoặc các hydroxy OH- tuỳ theo tính chất của muối của một bazơ yếu với một acid mạnh hay muối của một acid yếu với một bazơ mạnh Dung dịch

có được trong đó muối chỉ một phần được ion hoá có thể có tính chất acid hoặc kiềm Các hiện tượng thuỷ phân xảy ra một cách tất yếu trong lúc xảy ra sự hydrat hoá xi măng

và sự hình thành đặc biệt các silicat calci ngậm nước Các chất này cũng như các silicat khan mà từ đó nó hình thành, là những muối của acid yếu với bazơ mạnh (vôi) Tuy rằng

nó rất ít tan, nhưng nó có thể bị thuỷ phân trong bê tông khi tiếp xúc với nước ngọt luôn chảy hay thay thế Nó có thể bị phân huỷ dần dần dưới tác dụng của các proton của nước gây ra sự hoà tan từng phần không hợp thức hoá của vôi

Tuỳ theo độ thấm của bê tông, độ pH và khả năng thay đổi nước, phản ứng có thể dẫn đến hiện tượng rửa nhanh hay chậm chất vôi biểu hiện bằng sự mất khối lượng sự tăng độ xốp và một sự phá vỡ cấu trúc của chất kết dính Sản phẩm cuối cùng của phản ứng có thể là một silicat rất nghèo về vôi, và với thời gian dài chúng sẽ mất đi tính chất kết dính Các phản ứng tương tự có thể xảy ra với các aluminát hay alumino- sắt calci ngậm nước Sản phẩm tối ưu sẽ là những hỗn hợp oxít nhôm và oxít sắt ngậm nước (Al2O3.nH2O và

Fe2O3.nH2O)

1.2.1.2.2 Sự hoà tan

Sự hoà tan hoá học thường không bắt buộc phải kèm theo các hiện tượng thuỷ phân, thí

dụ clorua natri (NaCl): muối của acid mạnh (HCl) và bazơ mạnh NaOH hoà tan trong nước và sẽ ion hoàn toàn thành ion Cl- và Na+ Cũng là trường hợp hoà tan trong nước của hydroxy calci Ca(OH)2 là một bazơ mạnh

Sự hoà tan một kim loại có thể theo 3 cách chính:

- Cách đồng dạng: trong đó thành phần của dung dịch giống như của kim loại

- Cách không đồng dạng: khi sự hoà tan không hợp thức có kèm theo sự hình thành một nhân trong dung dịch của một pha mới

- Cách có chọn lọc trong đó các thành phần bề mặt của kim loại bị biến đổi do sự hình thành dung dịch có tính chất ưu đãi của một vài ion

- Cách không đồng dạng và cách có chọn lọc, cả hai đều trùng với sự hoà tan không hợp thức, phải được phân biệt ra vì chúng có những cơ chế rất khác nhau

Lượng kim loại hoà tan được tính bởi công thức sau:

q = KD(ceq-c)n (1-1) Trong đó:

- q là lượng hoà tan

Tuỳ theo tính chất của chất tấn công, các hiện tượng thuỷ phân và hoà tan có thể kèm theo hoặc các phản ứng trao đổi ion giữa chất lỏng tấn công và chất dính ngậm nước, hoặc sự kết tinh của các thành phần

Phản ứng kéo theo sự hình thành các sản phẩm co giãn

Phản ứng trao đổi giữa dung dịch xâm thực và các thành phần của bột nhão xi măng cứng

Sự di chuyển của các ion Ca2+ thành sản phẩm

Sản phẩm hoà tan

Sự gia tăng lực ép bên

Sự gia tăng độ xốp và độ thấm

Giảm độ bền Nứt, vỡ vụn Sự giãn nở, sự

biến dạng

Bề mặt hỏng hỏng

Mất độ kiềm

Sự hư hỏng của bê tông do các phản ứng hoá học

Cơ chế cơ bản của sự hư hỏng của bê tông cũng như các tác dụng xấu do nó gây ra được tổng hợp dưới dạng như sơ đồ trên hình

Hình 1.6 Quá trình hư hỏng của bê tông bởi sự tấn công hoá học

1.2.1.3 Môi trường xâm thực gây suy giảm độ bền đối với bê tông

1.2.1.3.1 Nước ngọt

Sự xâm thực của nước phụ thuộc vào 3 thông số độc lập với nhau Đó là: độ cứng, hàm lượng CO2 và độ pH của nó Độ cứng biểu thị qua số lượng ion (kiềm) hoà tan trong nước Phân biệt độ cứng tạm thời do hydroxít cacbonat (HCO3-) của các kim loại này và

độ cứng vĩnh viễn do các muối khác (sulphat, clorua…)

CO2 tác động: Nước có thể hoà tan một lượng CO2 nào đó làm cho nó có tính chất acid nhiều hay ít Lượng hoà tan phụ thuộc vào áp lực của khí và nhiệt độ CO2 có thể nằm ở 3 dạng khác nhau: cacbonat calci, magie rất ít hoà tan và CO2 tự do Các hydroxit cacbon xuất xứ từ sự tác động của CO2 tự do lên cacbonat theo phương trình sau:

CaCO3 + CO2 + H2O < – > Ca(HCO3)2 (1-2) Hydrocacbonat ở trong dung dịch dưới dạng các ion Ca2+ và axits cacbonic HCO3- trong thời gian nước chứa lượng CO2 đủ để giữ cân bằng Nếu nồng độ CO2 thấp hơn CO2 ở thế cân bằng, cacbonatcanxi sẽ kết tủa Lượng thừa CO2 so với lượng ở thế cân bằng tạo thành CO2 tấn công có khả năng hoà tan các hydratcaxi hay cacbonat CO2 ở thế cân bằng trong nước ngọt rất thấp Nước có thể trở thành tác nhân tấn công nếu lượng axit cacbonic tự do tăng lên mặc dù với tỷ lệ thấp Ngược lại, lượng nước cứng mà CO2 cân bằng cao thì ít có tính chất tấn công Dù vậy nước có cùng độ cứng có thể có những mức

độ tấn công khác nhau phụ thuộc vào hàm lượng CO2 tấn công chúng Vì vậy để đặc trưng cho sự tấn công của nước, chỉ độ cứng thôi cũng chưa đủ mà còn phải thêm hàm lượng CO2 tấn công Sự tấn công của nước không chỉ phụ thuộc nồng độ axit cacbonic tự

do mà còn phụ thuộc vào độ pH của nó Bê tông chắc thường ít nhạy cảm với sự tấn công của nước tinh khiết

Quá trình xuống cấp của bê tông gây ra bởi sự tấn công của nước tinh khiết chủ yếu là do sự hoà tan hydroxydcanxi Ca(OH)2 mà độ hoà tan phụ thuộc vào nhiệt độ như trong bảng sau:

Độ hòa tan của Ca(OH)2 phụ thuộc vào nhiệt độ Bảng 1-1

Độ hoà tan mg/l 1.31 1.29 1.23 1.13 1.04 0.96 0.86 Quá trình tác dụng có thể gây nên bởi sự ăn mòn mạnh do nước chảy trên bề mặt của bê tông, hoặc do một sự ngâm chiết của chất lỏng dưới gradien áp suất thuỷ lực chảy qua vật liệu Trong tất cả các trường hợp đều dẫn đến sự mất khối lượng và độ kiềm do hiện tượng rửa vôi kéo theo sự tăng độ xốp và độ thấm, kết cục là giảm kết dính và giảm độ bền cơ học của bê tông Hiện tượng rửa vôi thường biểu hiện bằng sự hình thành ở bề mặt bê tông nhưng kết thể, các đá treo, các chất lên hoa màu trắng do sự kết tủa của cacbonatcaxi từ dung dịch chiết xuất giầu về vôi được tiếp xúc với CO2 của không khí Cường độ của sự tác động phụ thuộc vào sự thay đổi của mực nước, độ đặc chắc của bê tông, kích thước của các khối bê tông và loại xi măng Xi măng càng vững bền đối với sự tác động của nước ngọt càng ít có chất vôi

1.2.1.3.2 Nước có chứa CO2

Trong không khí, lượng CO2 chiếm khoảng 0.03% theo thể tích (hoặc chiếm khoảng 0.046% theo trọng lượng) Khí CO2 hoà tan trong nước và trong không khí (nước mưa, sương mù )

đến một giới hạn pH gần 5 ở áp suất và nhiệt độ bình thường Quá trình tác động lên bê tông của nước tinh khiết có chứa CO2 tấn công được quy định theo phương trình sau:

nghĩa là vào loại xi măng Các xi măng càng bền càng ít giải phóng Ca(OH)2

1.2.1.3.3 Mưa axít

Nước mưa sạch thường có pH nằm giữa 5.6 và 7 tuỳ theo nó chứa NH3 nguồn gốc sinh vật hay CO2 Nó không có tác dụng xấu lên bê tông bình thường Thực chất mưa được gọi là acid có độ pH có thể giảm xuống đến 4 và đôi khi còn thấp hơn rất tác hại Loại mưa này nhình thành chính bởi sự ô nhiễm từ các oxyd của lưu huỳnh có nguồn gốc công nghiệp hay trong sinh hoạt bình thường (sự đốt cháy than, nhựa đường, các chất đốt ) chiếm khoảng 1/3 toàn bộ SOx trong không khí Kết quả là sự hình thành H2SO4 rất dễ hòa tan và ngưng tụ thành giọt có thể chứa những kim loại nặng (Hg, Pb, Ag, Cd) cũng như (NH4)2SO4, Na2SO4 và NOx cho acid nitric Thành phần và pH có thể thay đổi phụ thuộc vào mùa và điều kiện địa phương Các mưa acid có thể gây ra sự xuống cấp bề mặt tuỳ theo quá trình ít nhiều phức tạp đưa vào các hiện tượng hoà tan do các acid (H2SO4, HNO3, H2CO3) và sự giãn nở do các sulphat

1.2.1.3.4 Axít

Các axít được đặc trưng bằng độ pH thấp hơn 7 Các hydrat xi măng rất nhạy với các dung dịch axít Sức tác động của axít không chỉ phụ thuộc vào pH của chúng mà còn phụ thuộc vào độ tan của các muối được hình thành trong lúc có sự tấn công các thành phần calci của bê tông Phản ứng giữa hydroxyd calci và axít cho một muối có thể tan ít hoặc tan nhiều Độ hoà tan càng lớn thì acid càng có tính xâm thực bởi vì nó có thể kéo theo sự rửa hoàn toàn chất vôi Như vậy phản ứng giữa acid cohydric và porland tạo ra clorua calci rất dễ tan gây ra sự rửa hoàn toàn Ca(OH)2 theo phản ứng:

Ca(OH)2 +2HCl –> CaCl2 +2H2O (1-6)

Sự xuống cấp của bê tông bởi các dung dịch acid kim loại tương ứng chủ yếu với một cơ chế hoà tan của các hydrat calci Tốc độ và cường độ của sự tấn công phụ thuộc vào tính chất của acid, vào độ pH và độ hoà tan của muối tạo thành

Các acid nitric và chlorhydric, bromhydric tạo ra sự hoà tan nhanh Ca(OH)2 là những chất tấn công mạnh Acid iodhydric HIO3 có một tính chất tấn công vừa

Acid fluohydric làm phân huỷ các silicat hydrat hoá Nó tác động rất mạnh ngay cả trong dung dịch loảng Acid fluo silic kéo theo sự hình thành trên bề mặt của bê tông một chất không tan có tính chất ít nhiều bảo vệ là chất không có tác dụng Các acid hữu cơ tự do

có một cơ chế hoạt động giống như các acid kim loại Chúng tác dụng bằng cách hoà tan vôi và nó tác động mạnh hay yếu là phụ thuộc vào độ hoà tan các muối tạo thành

1.2.1.3.5 Các bazơ

Các dung dịch bazơ được đặc trưng bởi sự có mặt của các ion OH - thừa mà nồng độ được biểu thị bằng độ pH lớn hơn 7 Các bê tông của xi măng Portland làm bằng các hạt không phản ứng với các oxyd kiềm rất bề vững với các dung dịch đậm đặc ( từ 10 đến 20

%) của đa số các bazơ Tuy vậy, nếu một trong các mặt của bê tông tiếp xúc với một dung dịch xút ngay cả với nồng độ thấp, sự xâm nhập của chất này trong hệ thống xốp của vật liệu có thể bằng sự bay hơi và tác động của CO2 trong không khí, gây nên sự kết tinh của các muối như: Na2CO3 + H2O hay Na2CO3.10H2O, áp lực của sự kết tinh các muối này có thể gây ra sự xuống cấp bề mặt của bê tông Nó thường đạt các sức bền cơ học trước khi các áp lực của sự kết tinh tác động đều Tác động này nên tránh với các bê tông chưa đủ cứng và các bê tông xốp

1.2.1.3.6 Các muối

Các muối là sản phẩm của phản ứng giữa acid và bazơ Các dung dịch của các muối acid mạnh và bazơ mạnh có pH trung tính (pH = 7) Ngược lại sự thuỷ phân các muối của bazơ mạnh với acid yếu và của acid mạnh vơí bazơ yếu dẫn đến các dung dịch có thể kiềm hoặc acid Quá trình tấn công của các dung dịch muối rất phức tạp, nó không những phụ thuộc vào tính chất của các acid gốc của muối (nói cách khác các anion: SO42-, I-,

NO3-, CO3-) vào tính chất của loại cation được kết hợp (Mg2+, NH4+, Na+, Ca2+, ) và vào

áp lực của chúng với các ion calci và các ion hydroxyl OH-

Tác dụng của muối phụ thuộc vào độ hoà tan của sản phẩm vào phản ứng với các hydrat của chất kết dính và vào tính chất giãn nở tức thời Các muối chlorua, ngoài tác dụng xấu lên thép trong kết cấu bê tông cốt thép mà có thể còn là nguyên nhân các sự hư hỏng của chất kết dính thực thụ, nếu chúng có nồng độ cao và ngay cả nồng độ thấp (< 1000mg/l) trong những khu vực nước thay đổi

Quá trình xuống cấp, trong trường hợp có nồng độ tương đối thấp, tương ứng chủ yếu với

sự mất calci của các chất kết dính do sự tạo thành CaCl2 tan thường kéo theo sự rửa dần dần calci Các ion Cl- xâm nhập rất nhanh và sâu trong bột nhão xi măng cứng tác dụng như một màng bám thấm Chúng trao đổi với các ion OH- khuếch tán ngược chiều và tạo

ra với Ca(OH)2 các cation kiềm thổ ít di động hơn sẽ kết tủa trên bề mặt của bê tông dưới dạng hydroxyd Ca(OH)2, Mg(OH)2

Trong trường hợp nồng độ cao (>15%) ngoài tác dụng hoà tan, các muối chlorua có thể gây ra các sự xuống cấp nguồn gốc lý học

Các sulphat là một trong những nguồn gốc quan trọng sự xuống cấp của bê tông, nó tồn tại dưới dạng rắn, lỏng hoặc khí Nhưng do nguyên nhân gì đi nữa, tác dụng của nó ở trạng thái rắn và khí cần có mặt của nước dưới dạng chất lỏng hoặc hơi Các sulphat có thể có nguồn gốc tự nhiên, sinh học hoặc từ các chất bẩn sinh hoạt và công nghiệp Nó thường có trong các đất đá và nó là một thức ăn nuôi dưỡng các cây Nồng độ của chúng

ở đây khá thấp Nó thay đổi trung bình từ 0.01đến 0.05% đất khô Nhưng cũng không phải ít khi gặp những nồng độ cao hơn ( > 5%) trong một vài vùng mà phần dưới có chứa thạch cao (CaSO4.2H2O) hay anhydrit CaSO4

Các nước mưa, đặc biệt các mưa acid đã nói ở trên có thể có chứa sulphat dưới dạng acid sulfuric rất đáng sợ cho các bê tông non Các thông số của sức bền các bê tông đã xuống cấp bởi các sulfat

1.2.1.3.7 Sự xuống cấp có nguồn gốc sinh học

Nước nhỏ xuống ở trong đó xẩy ra các phản ứng vi sinh vật hiếm khí và yếu khí, có khả năng làm hư hỏng bê tông Các vùng dễ bị hư hỏng là các vùng ở nơi đó các nồng độ của các chất thải lớn, nhiệt độ cao Trong những vùng ấy sẽ bay lên hydro sulfur khí (CH2S)

do tác động oxy hoá của các vi sinh vật lên các lớp chất hữu cơ hay vô cơ của lưu huỳnh

có chứa trong nước Nó có thể trở thành acid sulphuric H2SO4 bằng cách tự đọng lại trên các bề mặt ẩm ướt và bị oxy hoá bằng các vi sinh vật hiếm khí, Nó có thể gây ra một sự xuống cấp của bê tông bởi sự tác động của acid một phần và phần khác bởi sự phồng lên

do sự có mặt của SO42-

Trong các điều kiện có độ ẩm cao một vài nấm mốc có khả năng xâm nhập vào bê tông

và tấn công nó bằng cách tạo ra một lượng lớn acid

1.2.2 SỰ ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG CÁC CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.2.2.1 Giới thiệu chung

1.2.2.1.1 Ăn mòn

Về mặt khoa học, sự ăn mòn của cốt thép trong bê tông cốt thép là một hiện tượng bình thường, giúp cho sắt chuyển qua một trạng thái ổn định hơn về mặt nhiệt động học Tuổi thọ của một công trình gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn ủ: Khi chưa có một sự xuống cấp nhưng đã có những điều kiện thuận lợi cho sự ăn mòn

- Giai đoạn hao mòn: Khi sự ăn mòn bắt đầu

- Giai đoạn lão hoá: Khi cấu trúc bị xuống cấp vì sự ăn mòn

Chiến lược bảo trì chống lại sự ăn mòn của cốt thép gồm 4 cấp:

- Để nguyên: khi những khuyết tật được coi như không quan trọng và được đánh giá

là chúng không phát triển

- Theo dõi: Khi khuyết tật không ảnh hưởng đến sự vận hành và sự an toàn của công trình, nhưng nó có thể gây ra những bệnh nặng hơn Trong trường hợp này, phải kiểm tra vùng bị khuyết tật và theo dõi sự phát triển của nó

- Kiểm tra: Nếu mức độ khuyết tật khó đánh giá hoặc nguy hiểm quan trọng, người ta phải nhờ đến các chuyên gia để kiểm tra sâu hơn

- Sửa chữa: Khi các khuyết tật đe doạ khả năng hoạt động của công trình

Ăn mòn là sự tấn công huỷ diệt một kim loại bằng các phản ứng điện hoá học, dẫn đến một sự di chuyển các ion và điện tử trên mặt phân giới kim loại- dung dịch, dưới sự ảnh hưởng của hiệu điện thế có ở giữa mặt phân giới

Trên bề mặt của kim loại người ta có 2 loại phản ứng song song và đồng thời gắn liền với

1 điện tử Người ta gọi chúng là những phản ứng điện hóa học liên hợp

Phản ứng điện cực dương (sự ôxy hoá kim loại)

- Ion kim loại dời mạng tinh thể để chuyển qua dung dịch Nó để lại 1 lượng điện tương đương trong pha rắn

Fe –> Fen+ + ne- (1-7) Phản ứng điện cực âm:

- Sự khử một chất oxy hóa có mặt trong dung dịch bằng cách lấy các điện tử do điện cực âm cung cấp

Theo môi trường xung quanh và lượng oxy ở điện cực âm người ta có:

Khi không có mặt oxy:

2H2O + 2e2OH- + H2 (1-8)

H2+ +2e- –> H2 (1-9) Khi có mặt oxy:

O2 + 2H2O + 4e- –> 4OH- (1-10) Hai phản ứng điện cực âm và dương xảy ra khi có sự tiếp xúc kim loại Các tính toán điện động học cho phép xác định dạng ăn mòn tuỳ theo sự di chuyển có thể có từ một trạng thái cân bằng này sang một trạng thái cân bằng khác

Cơ chế và động lực học của quá trình ăn mòn có thể xác định bằng sự phân tích các đường cong phân cực (điện thế - dòng điện)

1.2.2.1.2 Những dạng ăn mòn và cơ chế ăn mòn:

Sự ăn mòn nói chung: tương ứng với một sự hoà tan đồng đều của kim loại, người ta thường gặp nó khi vùng phản ứng điện cực âm gần vùng điện cực dương

Sự ăn mòn từng chấm: xuất hiện khi các vùng điện cực âm điện cực dương bé và ở những chỗ không xác định

Sự ăn mòn có chọn lọc: có thể có nếu như vật liệu kim loại có những thành phần rất khác nhau và một số hạt được hoà tan

Sự ăn mòn hang: xẩy ra do sự không đồng đều về tính chất lý học hoặc hoá học trong dung dịch tấn công Nó đặc trưng bởi sự tấn công mạnh do hình thành trong các pin nhỏ các lỗ hổng của kim loại

Sự ăn mòn chịu tải: xuất hiện do tác dụng song song của sự ăn mòn và tác dụng cơ học Nếu các lực tác dụng biến đổi, người ta nói đến hiện tượng mỏi - ăn mòn Cơ chế của sự

ăn mòn chịu tải có thể có hai loại:

- Một vết nứt xảy ra trong 1 khuyết tật tại chỗ của lớp sơn lót và nó lớn dần dưới tác dụng phối hợp của sự hoà tan rất cục bộ và các lực cơ học

- Độ cứng của thép cường độ cao bị giảm đi bởi sự gia tăng nồng độ hydro do phản ứng điện cực âm, H2 được tập trung trong các vùng có sự biến dạng nhiều nhất, một vết nứt nhỏ do một khuyết tật hình học nhỏ sẽ lớn dần đưa đến sự phá huỷ một thể tích dễ vỡ

1.2.2.1.3 Môi trường gây các dạng ăn mòn thường gặp:

Sự ăn mòn do khí quyển: liên quan chính đến hàm lượng nước có trong các lỗ hổng của

bê tông Khí hậu càng ẩm, nóng, sương mù càng nhiều càng làm cho sự ăn mòn tăng lên Bụi và các chất bẩn ( CO2, H2SO3, HNO3) có tác dụng xấu đến tính chất của kim loại

Sự ăn mòn bằng nước thiên nhiên: phụ thuộc vào các yếu tố vật lý( như nhiệt độ, mức nước làm ảnh hưởng đến độ vững bền của các chất ăn mòn) hoá học và sinh học Vì vậy

sự biến đổi của các mức nước làm tăng khả năng ăn mòn Sự ăn mòn tăng mạnh ở bề mặt ngoài của bê tông nơi mà hàm lượng ôxy nhiều hơn cả

Sự ăn mòn trong đất: phụ thuộc vào hàm lượng nước, vào các muối bám vào, vào pH và điển trở của đất Một sự phân điện cực do các dòng nước tự do, có thể làm cho kim loại

bị ăn mòn

Sự ăn mòn bằng các vi sinh vật: tác dụng của các vi sinh vật lên các kim loại có thể xẩy

ra theo 5 quy trình phối hợp, tác dụng riêng lẻ hoặc tác dụng liên tiếp nhau theo thời gian:

- Sự ăn mòn hoá học do 1 tác nhân ăn mòn, sản phẩm của sự chuyển hoá của các vi sinh vật

- Sự ăn mòn điện hóa học tương ứng với các sự hình thành các pin của nồng độ các muối trên bề mặt của kim loại do các vi sinh vật

- Sự ăn mòn điện hoá học gắn liền vào sự phân cực âm do các vi sinh vật

- Sự phá huỷ các màng bảo vệ bởi các vi sinh vật

- Sự ức chế hoặc phá huỷ các chất ức chế việc ăn mòn

1.2.2.1.4 Điện động học:

Khi cho 1 kim loại vào 1 dung dịch điện phân, trên bề mặt của kim loại lập tức hình thành 1 điện thế gọi là điện thế bình ổn (Es) Nó có 1 giá trị nằm giữa các điện thế đổi chiều thuận nghịch của các phản ứng điện cực, kim loại bị ăn mòn tỷ lệ với dòng dương cực, dòng này gọi là dòng bình ổn (is)

Khi sự ăn mòn bắt đầu, điện thế của điện cực kim loại (Er) sẽ di chuyển về một giá trị mới (Ei), do tác động của dòng ăn mòn Hiệu số Ei - Er được gọi là sự phân cực Sự phân cực do hai hiện tượng chính:

- Sự thay đổi nồng độ các chất phản ứng ở giữa bề mặt kim loại

- Sự chậm lại của các phản ứng điện cực

Kết quả của sự phân cực làm chậm quá trình ăn mòn, tốc độ ăn mòn có thể giảm từ 10 đến 100 lần Người ta xác định tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào các thành phần cấu thành của nó bằng cách phân tích những đường cong “điện thế - tỷ trọng của dòng” E = f(i) Người ta cũng có thể xác định chỉ số kiểm soát sự ăn mòn

Việc kiểm tra sự ăn mòn do sự phân cực được xác định bởi sơ đồ đơn giản, nó là sự biểu diễn bằng phương trình đồ thị:

I = (1-11)

- I: cường độ của dòng ăn mòn

- Ea, Ec: điện thế của dương cực và âm cực

- Pa, Pc: sự phân cực đặc trưng sự biến đổi của phân cực dương (âm) khi dòng điện thay đổi 1A

- R: điện trở của hệ thống

Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào:

- Các điện thế của dương cực và âm cực

- Các hiện tượng phân cực

do trên bề mặt của kim loại

Về lý thuyết, sự ăn mòn có thể xảy ra với các điện thế bình ổn gần nhất với điện thế thuận nghịch của chất oxy hoá, nếu giá trị của sự phân cực dương cực lớn hơn nhiều sự phân cực âm

R P P

E E

c a

c a







1.2.2.2 Sự ăn mòn cốt thép trong bê tông

Trong một môi trường kiềm (pH >12) đó là trường hợp bê tông sạch, thép ở trong trạng thái thụ động

Những cơ chế phá huỷ lớp thụ động của cốt thép trong bê tông

1.2.2.2.1 Giảm độ pH

Độ pH của bê tông giảm có thể có nhiều nguyên nhân: sự cacbonat hoá, sự hoà tan của đá porland trong nước, sự tấn công của axit, sự tấn công của sulfat Khi độ pH giảm xuống dưới 9, các lớp thụ động của cốt thép bị phá huỷ và có thể xảy ra sự ăn mòn Tuy nhiên chỉ có sự suy giảm độ pH thôi không đủ để phá huỷ lớp thụ động của cốt thép Sự có mặt của 1 gradient kiềm hoặc một sự không đồng nhất là môi trường cần thiết để tạo ra một pin cục bộ

1.2.2.2.2 Sự tấn công của các chlorid

Hiện tượng đầu tiên có mặt của các ion Cl- là sự tăng độ dẫn điện của dung dịch ở các kẽ Bắt đầu có sự ăn mòn khi nồng độ các ion tự do nằm ở gần các cốt thép vượt qua một ngưỡng nào đó

1.2.2.2.3 Ngưỡng bắt đầu của sự ăn mòn

Với bê tông chỉ chịu sự cacbonat hoá, tiêu chuẩn chỉ dựa vào sự suy giảm độ pH khi đỉnh điểm cacbonat hoá đã chạm đến cốt thép (pH < 8.5) Đó là kết quả của những tính toán nhiệt động học mà người ta đã kiểm chứng qua các thí nghiệm Sự ăn mòn cục bộ đến sự

ăn mòn nói chung Thông thường sự ăn mòn cốt thép trong bê tông là một hiện tượng cục

bộ, 2 đến 3 cm của 1 thanh thép bị ăn mòn trong khi phần lớn của thanh thép vẫn tốt Điều

đó chỉ ra một sự phân tách các vùng cực dương và cực âm Nếu có mặt của các clorua ở những chỗ mà lớp thụ động bị phá vỡ thép sẽ bị hoà tan theo phản ứng dương cực trong khi

đó bề mặt vẫn giữ nguyên Do diện tích của vùng cực âm khá lớn phản ứng dương cực có thể tăng lên độ hoà tan sẽ xẩy ra ở bề sâu và sẽ có những lỗ chấm Người ta gọi sự ăn mòn chung nếu những chỗ bị ăn mòn được phân bố rải rác trên diện tích của cốt thép

1.2.2.2.4 Đặc điểm của sự ăn mòn cốt thép trong bê tông

Các phản ứng

Với sự có mặt của clor, người ta có những hiện tượng phụ, bằng cách đơn giản có thể biểu hiện bằng các phương trình sau:

Fe2+ + 2Cl- –> FeCl2 (1-12) FeCl2 + 2H2O –> Fe(OH)2 +2HCl (1-13) Người ta thấy rằng trong sản phẩm cuối cùng không có clor chất này nằm dưới dạng một axit chlohydric Vì vậy trong các lỗ chấm pH giảm xuống đến 5

Các sản phẩm của sự ăn mòn

Ở dương cực có thể có nhiều phản ứng hoá học xảy ra

Fe –> Fe2+ + 2e- (1-14)

Fe + H2O –> FeOH- + H+ +2e- (1-15)

Fe + 3H2O –> Fe(OH)3 + 3H+ +3e- (1-16) 2Fe + 3H2O –> Fe2O3 + 6H+ +6e- (1-17) 3Fe + 4H2O –> 3Fe3O4 + 8H+ +8e- (1-18) 3Fe3O4 + 5H2O –> 3Fe(OH)3 + H+ +e- (1-19) Phân tích các sản phẩm ăn mòn của các cấu kiện bằng thép cho thấy chúng gồm một hỗn hợp như sau:

Trong môi trường kiềm như bê tông các sản phẩm có nhiều khả năng có được là Fe2O3 và

Fe3O4 Rỉ mầu nâu (Fe2O3.H2O) là sản phẩm hay gặp nhất rỉ màu đen được hình thành khi các vùng dương cực và âm cực được tách biệt ra và có ít oxy như công trình ngâm trong nước Rỉ màu đen gắn với thép và nó có độ xốp nhỏ, nó có thể lấp các lỗ hổng của

bê tông bảo vệ cốt thép từ đó làm chậm và có thể ngưng hẳn sự ăn mòn

Nếu sự ăn mòn tiếp tục do sự phồng lên của cốt thép, bê tông bị kéo ra và sẽ nứt Tốc độ ăn mòn tăng lên với sự có mặt của các vết nứt vỡ, nó chuyển sang sự ăn mòn vì không khí

XỬ LÝ SỐ LIỆU TRONG ĐÁNH GIÁ CẦU

1.3.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Để chẩn đoán và đánh giá cầu cần thu thập các số liệu về thực trạng của cầu Đó là các số liệu

về đặc trưng hình học của kết cấu, đặc trưng cơ lý của vật liệu, các đặc trưng cơ học của kết cấu nhịp Trong bài toán thiết kế, dựa trên các nhiệm vụ thiết kế đã cho, người thiết kế chọn một số các chỉ tiêu cơ bản như loại bê tông, loại cốt thép Các thông số đặc trưng cho các loại vật liệu này được lấy theo các quy định của các Tiêu chuẩn, Quy trình thiết kế cầu Khác với bài toán thiết kế, trong bài toán đánh giá, các số liệu đưa vào đánh giá được lấy trên công trình thực Các số liệu này cần phản ánh đúng thực trạng tại thời điểm đánh giá, đồng thời nó còn phản ánh quá trình suy thoái của vật liệu và kết cấu trong quá trình khai thác công trình Mức

độ chính xác của các số liệu khi đánh giá cầu đóng vai trò quan trọng đến kết quả đánh giá

Như đã trình bày, việc nghiên cứu xử lý các số liệu trong đánh giá cầu BTCT ở Việt Nam còn chưa được quan tâm nhiều Trong bài toán thu thập các số liệu đánh giá sẽ phải đề cập đến những nội dung chính sau đây :

- Những số liệu cần xử lý và nguyên tắc khi xử lý số liệu trong đánh giá cầu

- Xử lý số liệu xác định mức độ xâm thực của clo và cacbonat

- Xử lý số liệu về đặc trưng hình học của mặt cắt bê tông

- Xử lý số liệu về đặc trưng hình học của mặt cắt cốt thép

- Xử lý số liệu về đặc trưng cơ lý của vật liệu bê tông

- Xử lý số liệu về đặc trưng cơ lý của cốt thép

1.3.2 NHỮNG SỐ LIỆU CẦN THU THẬP XỬ LÝ

Có rất nhiều số liệu cần thu thập để chuẩn đoán và đánh giá cầu như: số liệu về cốt thép ( loại thép, đặc trưng cơ học, tốc độ ăn mòn, diện tích còn lại ), số liệu về bê tông (đặc trưng cơ học, lỗ rỗng, khuyết tật, hàm lượng clo ), số liệu về kết cấu (kích thước hình học độ võng ) Tuy nhiên không phải lúc nào cũng có thể thu thập đầy đủ các số liệu kể trên Do đó để có đủ

số liệu cần thiết cho việc chuẩn đoán và đánh giá cầu, ta cần phải tiến hành thu thập các số liệu theo nhóm sau:

- Xác định các đặc trưng hình học của kết cấu cầu

- Xác định các đặc trưng cơ lý của bê tông và thép

- Xác định ảnh hưởng của môi trường đến kết cấu BTCT

- Xác định mức độ hư hỏng và khuyết tật của kết cấu BTCT

- Xác định hiệu ứng của kết cấu khi thử tĩnh hoặc thử động

1.3.3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THU THẬP VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU

Để có các số liệu cho việc chuẩn đoán và đánh giá cần phải tiến hành qua các bước sau đây:

- Trước hết cần phải xác định xem cầu đang xem xét sẽ được đánh giá theo mức đánh giá độ tin cậy nào để xác định bản chất của các số liệu cần xử lý là quá trình ngẫu nhiên, đại lượng ngẫu nhiên hoặc các đại lượng được coi như tiền định

- Dựa vào yêu cầu đánh giá để lựa chọn các loại số liệu cần đo đạc xử lý

- Các phương pháp thí nghiệm và các trang thiết bị cần có để đo được số liệu đã lựa chọn

- Số lượng thí nghiệm cần tiến hành đối với mỗi loại số liệu đã lựa chọn để đạt được mức độ tin cậy yêu cầu

- Vị trí để tiến hành đo đạc, chủ yếu dựa trên kết quả kiểm tra tiến hành ở hiện trường

và tính chất của số liệu cần xử lý

- Xử lý chuyển đổi các thông số đo về các số liệu cần có

- Xử lý toán học các số liệu tìm được để tìm quy luật phân phối của chúng

1.3.4 NGUYÊN TẮC KHI THU THẬP XỬ LÝ SỐ LIỆU

Khi cần xác định một đặc trưng nào đó, cố gắng sử dụng tới mức tối đa các pháp kiểm tra Các số liệu đo thu được khi sử dụng các phương pháp kiểm tra cần tuân thủ các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm riêng cho từng phương pháp

Tập hợp các số liệu của một đặc trưng nào đó đều chứa một sai số nhất định do bản chất của phương pháp, độ chính xác của trang thiết bị đo, công tác hiệu chỉnh trang thiết bị trước khi đo, ảnh hưởng của điều kiện thời tiết môi trường, tri thức và kinh nghiệm của người đo Do đó trước khi tiến hành thu thập số liệu cần phải hạn chế các sai số này

Số lượng các số liệu thu được cần phải đủ lớn để kết quả phản ánh đúng bản chất của đại lượng cần nghiên cứu

Trên cơ sở một dẫy các số liệu đủ lớn thu được cần tìm ra quy luật của các hiện tượng đó 1.3.5 XÂY DỰNG QUY LUẬT PHÂN PHỐI CỦA ĐẠI LƯỢNG NGẪU NHIÊN Xây dựng quy luật phân phối của đại lượng ngẫu nhiên dựa trên các số liệu thực nghiệm

là một bài toán của lý thuyết thống kê toán học Trình tự xây dựng các quy luật phân phối của các đại lượng ngẫu nhiên gồm những bước chính như sau:

- Tìm hiểu quy luật phân phối phù hợp với dẫy số liệu đang xử lý

- Loại bỏ những số liệu bất thường ( sử dụng các tiêu chuẩn loại trừ các quan sát cực đại hoặc cực tiểu của Simirnov hoặc tiêu chuẩn Chauvenet)

- Biểu diễn các số liệu thí nghiệm ở dạng dẫy thống kê hay biểu đồ

- Xác định các tham số mẫu và xây dựng phân phối thực nghiệm

- Kiểm tra độ phù hợp của phân phối lý thuyết và phân phối thực nghiệm

- Xây dựng đồ thị của đường cong phân phối lý thuyết

1.3.6 XÂY DỰNG TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC ĐẠI LƯỢNG

Trong đánh giá cầu, thường phải tìm tương quan giữa một ĐLNN Y là một hàm nào đó của các ĐLNN X1, X2, , Xn như khi tìm cường độ bê tông qua các số liệu bắn súng, siêu âm hoặc phá vỡ mẫu nhỏ Đó là bài toán phân tích hồi quy và tìm tương quan giữa các đại lượng

Hàm hồi quy của một ĐLNN Y theo các ĐLNN Xi có thể được xác định qua hàm phân phối có điều kiện F(Y/X1=x1, X2=x2, , Xn=xn) nhưng việc xác định các hàm này rất phức tạp nên hầu như không thể xác định mô hình lý thuyết của chúng được Trên thực tế người ta thường chọn mô hình thực nghiệm dưới dạng hàm hồi quy tuyến tính hoặc hàm hồi quy đa biến thể

y = mx + b y

0

1.3.6.1 Hồi quy tuyến tính

Đặt y là biến số phụ thuộc, x là biến số độc lập Vì quá trình biểu diễn đặc tính biến thiên giữa x và y không có một tương quan nào duy nhất, và các số liệu khi được vẽ thành đồ thị, cho thấy sự rời rạc như được minh hoạ trong hình

Hình 1.7 Biểu diễn hàm hồi quy tuyến tính

Tuy nhiên, liên quan giữa x và y tượng trưng gần đúng nhất giữa các số liệu, ngay cả với

sự rời rạc, thường bằng một hàm tuyến tính

Như thế: Yi = mxi + b (1-20)

Trong đó Yi là trị số dự đoán của biến số phụ thuộc yi đối với mỗi giá trị đã cho của biến

số độc lập xi Một thủ tục thống kê dùng để làm cho một đường thẳng phù hợp với những điểm dữ liệu rải rác được gọi là phương pháp bình phương cực tiểu Với phương pháp này, độ dốc m và giao điểm b trong biểu thức (2-1) được chọn để làm giảm đến mức tối thiểu tổng của các độ lệch bình phương của những điểm dữ liệu từ đường thẳng được giả định Trong việc sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu biến số độc lập x được cho

là không bị sai số đo lường và đại lượng

 =(yi-Yi)2 (1-21) được làm giảm đến tối thiểu tại những trị số cố định của x Thay (1-20) vào (1-21) cho thấy

Lấy vi phân

2(yi-mx-b)(-1)=0 (1-24)

2(yi-mx-b)(-x)=0 (1-25) Giải hệ phương trình được:

0)

n

x m y

Trong đó n là số điểm dữ liệu.Tính thích hợp của việc phân tích hôi quy có thể được đánh giá bằng cách xác định một hệ số tương quan R2 được cho như sau:

Trong đó:

{y2} =y2-(y)2/n (1-29) {xy}=xy-(x)(y)/n (1-30)

- Khi R2=1 có sự tương quan hoàn hảo giữa y và x

- R2=0 sự tương quan không hiện hữu

- 0< R2 <1

1.3.6.2 Hồi quy đa biến thể

Nhiều thí nghiệm liên hệ đến việc đo một biến số phụ thuộc y mà y lại phụ thuộc vào nhiều biến số độc lập x1, x2, x3 Ta có thể biểu diễn y như là một hàm của x1, x2, x3 bằng cách

sử dụng phương trình hồi quy đa biến thể Trong đó a, b1, b2, b3, bk là các hệ số hồi quy

Yi= a + b1x1 + b2x2 + + bkxk (1-31) Các hệ số hồi quy được xác định bằng cách dùng phương pháp bình phương cực tiểu theo cách thức giống như những gì đã dùng cho việc phân tích hồi quy tuyến tính với đại lượng được tối thiểu hoá  =(yi-Yi)2 (1-32)

Thay (1-22) vào được: 2=(yi - a - b1x1 - b2x2 - - bkxk)2 (1-33)

Lấy vi phân được

Ta rút ra được k+1 hệ phương trình sau: giải hệ phương trình được các hệ số hồi quy a,

y

xy m y n

n R

b x b a y b

Hệ số tương quan R2 được dùng để xác định mức độ thích hợp giữa các biến số phụ thuộc

và độc lập Đối với các phương trình đa hôi quy, hệ số tương quan R2 được cho bởi:

(1-42)

(1-43)

(1-44)

1.3.7 XỬ LÝ SỐ LIỆU TRONG ĐÁNH GIÁ CẦU

1.3.7.1 Xử lý số liệu xác định mức độ xâm thực của các tác nhân hoá học

Xử lý số liệu xác định mức độ xâm thực Clo

Cơ chế gây gỉ cốt thép do sự xâm thực clo đã được trình bầy chi tiết Quá trình xâm thực ion Cl- trong bê tông có thể diễn tả bằng định luật Fick:

Trong đó:

- Cx, t là nồng độ ion Cl - xâm thực trong bê tông tại thời điểm t ở độ sâu x

- Co là nồng độ ion Cl - hấp thụ trên bề mặt bê tông với giả thiết không thay đổi và là

một hằng số (kg/cm 3)

- x là chiều sâu xác định nồng độ ion Cl - (cm)

- Dc là hằng số xâm thực của nồng độ ion Cl- (cm 2 /năm)

- t là thời gian khai thác công trình (năm)

- erf là hàm độ sai (còn gọi là tích phân xác suất sai số) tính như sau :

Phương trình (1-45) là phương trình cơ bản trong nghiên cứu đánh giá mức độ xâm thực clo Từ phương trình trên có thể dự báo được thời gian cốt thép bắt đầu bị gỉ, lựa chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ với một thời gian yêu cầu cho trước trong các bài toán thiết

kế mới hoặc sửa chữa Để sử dụng được phương trình (1-45) cần phải xác định được hai hệ số quan trọng là C0 và Dc Co là hàm lượng clo hấp thụ trên bề mặt bê tông Tuy nhiên do điều kiện môi trường trước khi lấy mẫu (có thể do mưa, gió ), giá trị C0 ngay trên bề mặt bê tông thường không phải là lớn nhất Giá trị C0 được coi là hằng số và lớn nhất thường

 

n

y y

b yx b y k n

x erf C

C

c t

x

2

10

 

dt e z

erf

0

2

2)(

cách bề mặt từ 5-15 mm Tại Mỹ hàm lượng clo tại độ sâu 0.5 in (1,27 cm) được coi là giá trị C0

Dc là hằng số xâm thực của ion Cl-, nó phụ thuộc độ đặc chắc của bê tông, khả năng liên kết giữa ion Cl- và các khoáng chất có trong xi măng và điều kiện môi trường Việc tính toán Dc dựa vào phương trình (1-45) theo phương pháp bình phương nhỏ nhất

Để xác định C0 và Dc cần tiến hành :

- Khoan lấy mẫu bột bê tông trên bê tông cần đánh giá theo từng độ sâu (thường từ

0-10 mm, 0-10-20 mm,…50-60 mm)

- Phân tích hàm lượng clo của các mẫu trong các Phòng thí nghiệm

- Dựa trên các kết quả phân tích mẫu và (1-45) xác định C 0 và D c

Xử lý số liệu xác định mức độ xâm thực cacbonat

Theo Fick, mức độ xâm nhập cacbonnat được xác định theo công thức sau:

Trong đó :

- x là chiều sâu xâm thực carbonate ( mm );

- Kc là hệ số carbonate hóa (mm / (năm ) 0,5 );

- t là thời gian ( năm );

Hệ số carbonate hóa có thể dùng để đánh giá chất lượng bê tông:

- Nếu Kc<3 mm/( năm )0,5 thì chất lượng bê tông được coi là tốt

- Nếu Kc>6 mm/( năm )0,5 thì chất lượng bê tông được coi là kém

Xác định hệ số carbonate hóa :

Để đánh giá mức độ xâm thực cacbonat, dùng chất chỉ thị mầu là Phenoltalein để kiểm tra Nếu độ pH>8.3 thì bề mặt bê tông khi cho chất chỉ thị mầu sẽ có mầu đỏ, bê tông có chất lượng còn tốt Nếu biến thành màu xanh thì bê tông đã bị xâm thực cacbonat Đo chiều sâu xâm thực và xử lý tương quan sẽ tìm được hệ số cacbonat hóa Kc

1.4 CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP TRONG CẦU DÂY VĂNG

1.4.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Hư hỏng hệ thống cáp dây văng là một vấn đề hết sức nghiêm trọng trong cầu dây văng Các hư hỏng này ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu lực của kết cấu Do đó hệ thống cáp dây văng phải được kiểm tra thường xuyên nhằm phát hiện và phân loại được các dạng hư hỏng từ đó tìm ra các nguyên nhân phát sinh và đề ra các giải pháp sửa chữa Trên cơ sở các dạng hư hỏng tiến hành nghiên cứu tìm hiểu các phương thức kiểm tra các

hư hỏng đó Phần tiếp theo xin giới thiệu các dạng hư hỏng thường gặp trong hệ thống cáp dây văng

t K

1.4.2 CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP TRONG HỆ THỐNG CÁP DÂY VĂNG Cáp văng kiểm tra hàng tháng của bảo vệ dây cáp văng, kiểm tra xem có xuất hiện gỉ trên ống chống rung, ống dẫn, ống chờ, nếu phát hiện gỉ thì sơn phủ bằng kẽm chống gỉ Kiểm tra xem có xuất hiện vết nứt trên ống HDPE, nếu phát hiện vết nứt chưa tới phần màu đen, thì ghi lại chú ý quan sát cẩn thận cho lần kiểm tra tiếp theo, nếu vết nứt tới phần màu đen thì liên hệ các đơn vị thi công, nếu vết nứt chạm tới cáp bên trong phải liên hệ với công ty chuyên ngành về dây cáp văng để thay thế, sửa chữa Kiểm tra hàng tháng của neo dây cáp văng Kiểm tra xem có xuất hiện gỉ ở neo, nếu gỉ thì sơn phủ kẽm chống

gỉ, nếu gỉ lớn thì phải liên hệ công ty chuyên ngành về dây cáp văng để điều tra nguyên nhân và đề ra phương án sửa chữa thích hợp Kiểm tra xem có xuất hiện rò rỉ sáp, nếu rò

rỉ nhỏ thì ghi lại chú ý quan sát cẩn thận cho lần kiểm tra tiếp theo, nếu lượng rò rỉ lớn phải liên hệ với công ty chuyên ngàng để có phương án thích hợp

Hình 1.8 Hệ thống cáp văng

1.4.2.1 Các hư hỏng của lớp vải bọc

- Ăn mòn và nứt các sợi mạ kẽm

- Các vết bẩn ố đen trên bề mặt lớp vải bọc cho thấy có thể là đã có ăn mòn trong cáp văng

- Lớp vỏ bọc bị phình ra hoặc cong vênh chứng tỏ đã có một vài sợi cáp bị đứt

- Rò rỉ nước ở các chỗ nối

- Mất mát một số sợi hoặc băng bảo vệ

1.4.2.2 Các hư hỏng của lớp bảo vệ cáp

Lớp vỏ bảo vệ cáp văng thường có 2 loại là vỏ thép và vỏ bằng Polyethylene hoặc Polyethylene mật độ cao (High Densitry Polyethylene-HDPE)

Hình 1.9 Lớp vỏ bảo vệ cáp văng

Lớp vỏ bảo vệ bằng thép

Lớp vỏ bảo vệ bằng thép thường có các dạng hư hỏng sau:

- Ăn mòn

- Lớp bảo vệ bị cong vênh hoặc bị phình ra chứng tỏ đã có một vài sợi cáp bị đứt

- Vỏ bảo vệ bị chẻ tách dọc theo bó cáp Nguyên nhân có thể là do có sự xâm nhập nước và ăn mòn trong cáp

- Các vết nứt ngang có thể là do mỏi

Vỏ bảo vệ bằng Polyethylene hoặc HDPE

Lớp vỏ bọc dạng này thường có các dạng hư hỏng sau:

Hình 1.10 Lớp Bảo vệ chống ăn mòn bằng vữa grout bị phá hoại gẫy nứt

- Vỏ bảo vệ bị khía cạnh, xẻ đứt và mài mòn

- Nứt hoặc tách rời ở những chỗ nối ống

- Lớp bảo vệ bị cong vênh hoặc bị phình ra chứng tỏ đã có một vài sợi cáp bị đứt

- Bị chẻ tách dọc bó cáp Nguyên nhân có thể là do sự thay đổi bất thường của nhiệt độ

Hệ số co giãn vì nhiệt của Polythylene cao hơn đến 3 lần so với của bê tông và thép

- Các vết nứt ngang có thể là do mỏi

1.4.2.3 Các hư hỏng của hệ thống giảm chấn

Hệ thống giảm chấn giữa ống chống rung và ống chờ trên mặt cầu Kiểm tra thiết bị giảm chấn thông qua công ty chuyên ngành về dây cáp văng Tốt nhất là kiểm tra giảm chấn theo chu kì 5 năm

Hình 1.11 Hệ thống giảm chấn

Hệ thống giảm chấn dạng giảm xóc

Hệ thống giảm chấn có dạng giảm xóc thường xuất hiện các hư hỏng sau:

- Hệ thống bị ăn mòn

- Chỗ nối giứa hệ thống và ống cáp bị hở giảm khả năng làm việc của hệ thống

- Hiện tượng chảy dầu trong hệ thống

Hệ thống giảm chấn dạng căng dây đàn

Hệ thống giảm chấn dạng căng dây đàn thường xuất hiện các hư hỏng sau:

- Hệ thống bị ăn mòn

- Chỗ nối giữa hệ thống và ống cáp bị hở giảm khả năng làm việc của hệ thống

- Ống lót trục bị biến dạng

- Các bu lông bị xoắn

1.4.2.4 Các hư hỏng của hệ thống neo

Cụm neo cáp (dự ứng lực và dây văng) phải luôn sạch sẽ, không dính bẩn, chảy dầu

mỡ Làm sạch các chất bẩn dính bám ở đầu neo, nếu đầu neo gỉ thì phải đánh sạch gỉ Nếu bê tông xung quanh đầu neo có hiện tượng dạn nứt, phải xử lý như đối với các vết nứt trong dầm đã trình bày ở trên

Hình 1.12 Ụ neo cáp văng

Neo cáp văng ở dầm

- Ống neo tại đầu phía trên của ống thép dẫn hướng bị hở

- Giữa ống dẫn hướng và ống chuyển tiếp bị hở

- Ống neo bị rách và bị tách

Hình 1.13 (a) Nhẫn khóa cài bị phá hủy trong quá trình dây văng dung giật

(b) Gioăng cao su bộ phận neo cáp bị chảy dẻo, biến dạng

Neo trên trụ tháp

- Ăn mòn của hệ thống neo

- Nứt các đai ốc bị lỏng tại hốc neo và các tấm đệm

- Dầu mỡ bị rò rỉ ở mũ bảo vệ

Hình 1.14 Đầu neo có hiện tượng xâm nhập nước

1.4.2.5 Sửa Chữa, thay thế các bộ phận của Cáp Văng

Hình 1.15 Neo cáp văng

Hình 1.16 Lắp đặt thiết bị giảm chấn ma sát

1.4.2.5.1 Tháo cáp để kiểm tra

Việc kiểm tra được thực hiện với 15 năm một lần để kiểm tra tình trạng của từng sợi cáp, vị trí và khối lượng kiểm tra Quy trình kiểm tra tháo cáp văng, kiểm tra cắt bỏ một đoạn vỏ bọc làm mẫu thử và kiểm tra sợi cáp bằng mắt thường, lấy mẫu thử kiểm tra (thử nghiệm UV SEPAP 12.24) Dùng kính hiển vi kiểm tra phần bên ngoài của mẫu thử HDPE Phân tích các hóa chất có ở phần cáp ngập trong sáp Kiểm tra giới hạn mỏi của cáp

Hình 1.17 Vết đứt gẫy của cáp do quá trình dây văng rung giật

1.4.2.5.2 Thay thế một phần hoặc toàn bộ bó cáp

Công tác chuẩn bị: Nâng ống chống va đập lên một đoạn, có thể kéo cả ống HDPE từ trụ

tháp hoặc dùng cần cẩu để kéo Thiết bị định hướng trong lòng tháp Tháo thiết bị giảm chấn Tháo nắp chụp và bỏ lớp sáp bịt đầu cáp Chú ý ống nhựa HDPE và ống chống va

đập sau khi nâng lên phải được giữ cố định để đảm bảo an toàn trong khi thay cáp

Quá trình nhả một sợi cáp: Dùng kích đơn để nhả cáp ở đầu neo chủ động trong lòng

dầm, phần cáp thò ra khỏi neo đủ dài để kích có thể cắn và căng cáp, trong trường hợp đầu cáp ngắn quá không đủ chiều dài ngậm kích thì dùng cúp lơ để nối dài đầu sợi cáp Sợi cáp cần tháo được tách ra khỏi bó cáp thông qua cửa sổ sau khi kéo ống chụp loa kèn lên dùng một miếng nêm mỏng bằng gỗ và một ống nhựa dài hơn 1m để giữ cáp đảm bảo cho sợi cáp được tháo xuống từ từ Để kích cắn vào sợi cáp cần nhả sau đó tiến hành căng cáp đến khi nêm giữ cáp tuột ra khỏi lỗ neo thì dừng lại (ghi lại giá trị lực) giữ nêm để nó khỏi cắn vào sợi cáp, tiến hành hồi kích từ từ đến cuối hành trình kích thì cho nêm cắn lại, hoàn thành một hành trình kích tiếp tục tiến hành những hành trình kích tiếp theo cho đến khi nội lực trong sợi cáp bằng không thì kết thúc quá trình căng nhả cáp

Tháo và thay thế cáp: Tách sợi cáp ra khỏi bó sau đó giữ sợi cáp bằng nêm ở bên Tháo

bỏ cáp hỏng ra qua cửa sổ dưới, nối sợi dây tời vào đầu trên của đoạn cáp hỏng (tời trên đặt trong lòng tháp) nối đầu dưới đoạn cáp hỏng với một sợi dây khác Kéo đầu trên đoạn cáp hỏng bằng tời trên làm cho sợi cáp hỏng cùng đoạn dây dưới lên cùng (để làm dây mồi) Sợi cáp mới được chuẩn bị sẵn dưới mặt cầu được đấu vào đầu dây tời (dây mồi) Dùng tời kéo dây tời cùng sợi cáp mới xuyên qua đầu neo trên tháp Đầu dưới sợi cáp mới nối với một dây cứng làm dẫn hướng va luồn qua đầu neo dưới Sợi cáp mới được neo vào cả đầu neo trên và dưới, sau đó căng kéo với giá trị lực ban đầu của nó Tháo dây tời ra khỏi sợi cáp mới Trong quá trình thao tác, đặc biệt chú ý đến bảo vệ sợi cáp tránh

làm cọ sát trực tiếp vào ống thép bảo vệ làm trầy cáp Đấu tời vào đầu trên của sợi cáp hỏng Đẩy sợi cáp ra qua cửa sổ dưới

1.4.2.5.3 Căng lại và làm giảm nội lực của sợi cáp

Công việc căng lại và giảm nội lực cáp được thực hiện với một kích rỗng (kích vòng) tại vị trí neo điều chỉnh (neo dưới sàn) trong giai đoạn cuối của quá trình thi công Chu trình căng lại và giảm nội lực cáp được thực hiện theo các bước: Kiểm tra chiều dài có thể điều chỉnh được (khoảng cách từ đáy neo đến vị trí nút neo) tại vị trí điều chỉnh Kiểm tra sự tương thích của bước neo tại vị trí chuyển hướng của neo trên trụ tháp Điểm chuyển hướng có thể trượt theo tỷ lệ với độ dãn dài của sợi cáp Lắp đặt chân kích, nối kích vào trong vòng chịu tải Đặt thêm ống tube kéo dài nếu yêu cầu (khi bước neo và giá trị căng của neo là quan trọng) Xiết chặt vòng căng kéo và bát neo, xiết ốc chốt giữa vòng căng kéo và vòng đệm của neo Mở kích (kiểm tra áp lực không quá 1000bar) độ

mở kích là 20mm và ghi lại áp lực Quay nút neo để điều chỉnh lực căng (theo chiều kim đồng hồ) hay nhả lực (ngược chiều kim đồng hồ) cho đến khi đạt giá trị yêu cầu Chu trình được tính toán dễ dàng bởi số vòng quay của nút neo khi ta điều chỉnh (1 vòng = 1pitch của chu trình) Lặp lại 2 bước trên cho đến khi đạt yêu cầu Luôn kiểm tra vòng đệm neo luôn nằm trên đoạn có ren của neo, không được vượt quá giá trị cho phép của bước neo Luôn đảm bảo khoảng an toàn >10mm Nút của kích luôn ở phía trước vòng căng kéo, tháo kích ngược quá trình

1.4.3 CÁC HƯ HỎNG Ở HẠNG MỤC KHÁC

Có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của kết cấu BTCT và BTCT DƯL Theo các nghiên cứu có thể phân loại các yếu tố ảnh hưởng này thành 4 nhóm chính : Chất lượng bê tông, tác động môi trường, tác động của thời tiết, tác động cơ học Các yếu

tố ảnh hưởng trên gây nhiều dạng hư hỏng trong kết cấu BTCT và BTCT DƯL

Dầm chủ: Nếu hư hỏng vượt quá quy định của bảo dưỡng thường xuyên thì cần đề xuất

phương án sửa chữa:

- Vỡ bê tông: Xác định rõ nguyên nhân gây vỡ bê tông trước khi đưa ra biện pháp xử

lý Nguyên nhân gây vỡ là do Gỉ của cốt thép trong bê tông, các xâm thực hóa học, chất lượng bê tông kém, hàm lượng cốt thép bị thiếu, vượt tải, các va chạm cơ học lớn, một số

bộ phận của kết cấu không làm việc theo chức năng Nếu vỡ bê tông do các nguyên nhân

cơ học thì phải tiến hành sửa chữa ngay bằng cách trát ngay chỗ vỡ bằng bê tông polyme Nếu vỡ do gỉ cốt thép phải tiến hành kiểm tra chi tiết, xác định nức độ gỉ và đánh giá khả năng chịu lực của kết cấu để đưa ra giải pháp xử lý phù hợp đối với cốt thép cũng như đối với bê tông bảo vệ

- Vết nứt bê tông: Tất cả các vết nứt bê tông phải được đăng kí theo dõi cẩn thận Nếu

đã xác định được nguyên nhân vết nứt và vết nứt đã ngừng phát triển thì có thể tiến hành bơm vữa vào từng vết nứt và sau đó quét lớp bảo vệ bề mặt trên toàn bộ khu vực có vết nứt Vữa chống thấm dùng trong xử lý kết cấu bê tông cốt thép là các vữa xi măng rất

mịn và các chất phụ gia tạo ra chất kết dính liên kết để ngăn không cho các tác nhân có hại thâm nhập qua khe nứt, có thể sử dụng các loại vữa như polyurethane, vữa esteracrryla

Các vết nứt nhỏ thường được gọi là các vết nứt phi cấu trúc (non structural crack) có

thể thấy ở hầu hết các bề mặt bê tông đã đông cứng Các vết nứt này hình thành trong quá trình đông cứng bê tông, thường có bề rộng vết nứt dưới 0.05 mm và phân bố không theo quy luật Đây là một đặc điểm thuộc về bản chất của bê tông do hàng loạt các phản ứng

trong quá trình đông cứng bê tông Một loại vết nứt khác là các vết nứt có cấu trúc

(structural crack) Các vết nứt này thường có thể nhận biết bằng mắt thường và có bề rộng từ 0,10 mm trở lên Các vết nứt này kéo dài và phân bố theo một quy luật nào đó Vết nứt được đặc trưng bởi 3 thông số chính : chiều dài, bề rộng và độ sâu vết nứt Kiểu và dạng vết nứt sẽ cung cấp những thông tin giải thích về nguyên nhân Các vết nứt

có thể là vết nứt vuông góc với trục dầm, các vết nứt xiên góc tại khu vực gần gối, các vết nứt dọc theo vị trí thanh cốt thép Vết nứt là một cửa ngõ để các tác nhân gây xâm thực phá hoại cốt thép và bê tông

Các vết nứt có thể được phân loại theo nhiều cách: Các vết nứt hình thành khi đổ bê tông, các vết nứt do nhiệt, các vết nứt do co ngót, các vết nứt do tác động của môi trường, các vết nứt do các nguyên nhân khác như hỏa hoạn, vượt tải, chênh lún, va chạm, các tải động phụ của cốt thép dự ứng lực… Hậu quả có thể của các vết nứt cần được xem xét một cách tổng quát dựa trên các đặc điểm như nguyên nhân, vị trí, số lượng, điều kiện môi trường và điều kiện khai thác của cầu Đặc biệt các vết nứt có cấu trúc trong kết cấu BTCT DƯL cho thấy đã có những vấn đề nghiêm trọng về khả năng chịu lực của cầu

- Vết ố gỉ: Nếu vết ố gỉ trên bề mặt không rõ phải thăm dò bằng cách đục bỏ lớp bê tông để xác định rõ nguyên nhân vết ố gỉ Nếu vết ố gỉ do hiện tượng gỉ của dây thép buộc hoặc các tạp chất có trong bê tông thì làm sạch và trát lại bằng bê tông polymer Nếu vết ố gỉ do hiện tượng nước thấm từ nơi khác đến gây gỉ cốt thép chịu lực thì phải xác định rõ nguyên nhân trước khi xử lý, nếu nghi ngờ lớp bê tông kém chất lượng hoặc lớp bảo vệ không đủ dày cần xem xét Gỉ cốt thép là hiện tượng thường gặp trong kết cấu BTCT nói chung và kết cấu BTCT DƯL nói riêng Một trong những nguyên nhân chính

là các tác nhân xâm thực làm thay đổi tính chất của bê tông trong vùng chứa cốt thép Ở giai đoạn đầu rất khó phát hiện ra gỉ, song dần dần sẽ xuất hiện những vết ố trên bề mặt

bê tông và đôi khi xuất hiện những vết rạn nứt dọc theo cốt thép do chịu lực của khối lượng thép gỉ ngày càng tăng lên làm trương nở thể tích bê tông Cuối cùng những vết nứt như vậy sẽ làm cho bê tông bị vỡ và làm cho cốt thép bị lộ ra, tốc độ gỉ tăng nhanh hơn và làm vỡ vật liệu kết cấu Trong một số trường hợp những vết ố do gỉ có thể bắt nguồn từ những thanh cốt thép cấu tạo bị ăn mòn Trong một số cầu mới, cốt thép bị gỉ vì

đã bị phơi lộ quá lâu trước khi đổ bê tông

- Vết thấm nước: Phải xem xét nguồn gây thấm nước Nếu dò gỉ thấm nước nghiêm

trọng từ khe nứt, từ khe thi công hoặc từ khe co giãn, thì phải bịt khe nứt hoặc khe nối và

phải dùng keo Eproxy để trám vá lại ngay Nếu vết nứt không lớn phải theo dõi một thời

gian trước khi quyết định trám vá

- Hở cốt thép: Những vị trí cốt thép bị hở ra và bị gỉ thì phải đánh sạch gỉ và trát lại

ngay bằng chiều dày lớp bảo vệ ban đầu Tùy thuộc vào mức độ hư hại mà chọn biện

pháp và vật liệu phù hợp

- Tình trạng của các cáp dự ứng lực: Thường thì không thể kiểm tra bằng mắt các cốt

thép DƯL, bởi vì các cốt thép DƯL nằm trong bê tông hoặc là chúng được lồng vào

những ống đặt trong bê tông Các cốt thép DƯL có thể bị gỉ, đứt và ảnh hưởng đến khả

năng khai thác của cầu Sự suy giảm tiết diện cốt thép DƯL, sự mất mát DƯL trong cốt

thép DƯL là nguyên nhân gây ra các sự cố nghiêm trọng đối với các cầu BTCT DƯL

Hiện nay đây vẫn là một vấn đề lớn trong đánh giá cầu BTCT DƯL

Mặt cầu: Vệ sinh mặt cầu và hệ thống thoát nước trên mặt cầu, thay thế các ống thoát

nước bị hư hỏng, sửa chữa nhỏ đường bộ hành trên cầu, sửa chữa nhỏ mặt cầu vá ổ gà

Khe co giãn: Khe co giãn phải đảm bảo để các dầm chuyển vị bình thường, những vật

cứng rơi vào khe co giãn phải được dọn hết ngay Phải có biện pháp để nước trên mặt cầu

không chảy vào khe co giãn Các khe co giãn phải thường xuyên được vệ sinh sạch sẽ,

thường xuyên siết chặt các bu lông liên kết khe co giãn với dầm, bổ sung các nút đậy

Gối cầu: Nếu có hư hỏng lớn phải liên hệ với nhà sản xuất để xử lý, cung cấp và được

lắp đặt đồng bộ, chính xác nên cơ bản không phải bảo dưỡng thường xuyên

Mố, trụ, tháp cầu: Vệ sinh bề mặt đỉnh mố, trụ cầu, trát vá các chỗ vỡ, bung mạch vữa xây

dựng cục bộ của mố và bằng vữa xi măng Phát quang cây cỏ từng phần mố, trên 1/4 nón

và 20m trong phạm vi thượng và hạ lưu cầu, sửa chữa nhỏ các hư hỏng của vật liệu BTCT

Tháp cầu: Tấm thép bọc chân tháp cầu sơn bằng vật liệu polymer ciment, nếu lớp sơn bị

hỏng phải đánh sạch và sơn lại Chất lỏng chống rung thay thế trong vòng một năm sau

khi lắp đặt Toàn bộ bình chứa chất lỏng bằng sợi thủy tinh và toàn bộ bu lông neo cố

định chu kì 5 năm, kiểm tra nắp đậy và nước bên trong tốt nhất là chu kì 2 năm

Đường đầu cầu: Sửa chữa mặt đường đầu cầu giống như mặt đường trên cầu Nắn chỉnh

và bổ sung các biển báo hiệu, mốc lộ giới, mốc cao độ…bị nghiêng, vỡ, mất Sơn kẻ lại

các biển báo mờ 2-3 năm/lần Phát quang cây cỏ trên mái taluy đường đầu cầu, đắp phụ

nền đường đầu cầu bị khuyết tật

Hệ thống báo hiệu đường bộ: Yêu cầu của bảo dưỡng thường xuyên hệ thống báo hiệu

đường bộ là phải đảm bảo luôn sáng sủa, sạch sẽ nguyên dạng thiết kế Biển báo

hiệu,vạch kẻ đường phải sơn lại thời gian 2 lần/năm Hệ thống chiếu sáng phải thay thế,

sửa chữa hoặc thay thế theo vị trí hỏng Các thiết bị buồng trạm phát điện phải được kiểm

tra và dọn dẹp hàng tháng

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG

- Trong chương này đã nêu cơ chế suy giảm độ bền của bê tông, nêu bản chất của sự

ăn mòn cốt thép trong các công trình bê tông cốt thép Trên cơ sở nghiên cứu cơ chế suy giảm độ bền của bê tông và bản chất của sự ăn mòn cốt thép

- Để đánh giá cầu nói chung cũng như đánh giá cầu dây văng dầm BTCT nói riêng tùy theo mức độ đánh giá mà chúng ta cần tiến hành thu thập các số liệu cần thiết, tiến hành xử lý các số liệu đã thu được theo các lý thuyết đã trình bày trong chương này

- Mặc dù không có phương pháp nào là tối ưu cho tất cả các câu trả lời tuy nhiên việc tổng hợp các cách thức đánh giá cũng như các ý kiến của các chuyên gia trong quá trình vận hành và khai thác cầu trong những trường hợp cụ thể, những hư hỏng, những phán đoán, những ý kiến của chuyên gia, các nhà quản lý cũng có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn vấn đề, thực trạng của cầu dây văng giúp cho các kỹ sư có kinh nghiệm, những hiểu biết thực tế trong quá trình thi công, vận hành và khai thác cầu dây văng một cách hiệu quả nhất

(2-1)

KẾT CẤU CẦU DÂY VĂNG BTCT

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KẾT CẤU NHỊP BTCT CẦU DÂY VĂNG

2.1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐỐI VỚI BÊ TÔNG

2.1.1.1 Phương pháp khoan lõi bê tông

Cơ sở của phương pháp

Phương pháp khoan lấy mẫu trụ từ kết cấu là phương pháp trực tiếp và được sử dụng phổ biến khi cần đánh giá chất lượng công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình cũ

Số lượng mẫu khoan phụ thuộc vào độ chính xác cần thiết của việc xác định cường độ và các chi phí thí nghiệm Càng nhiều mẫu khoan thì dự đoán cường độ càng chính xác Khi

có n mẫu khoan thì cường độ nén trung bình của chúng với sai số trong phạm vi

có thể dùng mẫu khoan có đường kính nhỏ hơn 100mm nhưng với độ tin cậy thấp hơn Mẫu khoan phải có chiều cao tối thiểu bằng 95% đường kính của mẫu

Mẫu khoan được gia công theo TCVN 3105-1993 Thí nghiệm và tính toán cường độ mẫu khoan theo tiêu chuẩn TCVN 3118-1993

Xử lý kết quả thí nghiệm

2.1.1.1.1 Mẫu khoan không chứa thép:

Trường hợp mẫu khoan không chứa thép thì Rht được tính từ cường độ mẫu khoan:



- D=2.3 đối với mẫu khoan theo phương thẳng đứng (phương song song với phương đổ bê tông)

- =h/dmk h là chiều cao mẫu khoan, dmk là đường kính mẫu khoan

- Rmk là cường độ nén của mẫu khoan

2.1.1.1.2 Mẫu có chứa cốt thép

Trong trường hợp không tránh được cốt thép thì chỉ nên dùng mẫu khoan có thép nằm vuông góc với chiều cao mẫu Khi mẫu khoan có chứa một thanh thép để tính cường độ lập phương hiện trường cần nhân Rht với hệ số điều chỉnh k1 sau

Trong đó:

- dt là đường kính cốt thép - dmk là đường kính mẫu khoan

- a là khoảng cách từ trục thanh thép đến đầu gần nhất của mẫu khoan

- h là chiều cao mẫu khoan

Khi mẫu khoan có chứa hai thanh thép nhưng cách xa nhau một khoảng không lớn hơn đường kính thanh thép lớn thì khi xác định k1 chỉ cần tính với thanh thép có trị số dt.a lớn hơn Nếu khoảng cách giữa hai thanh thép lớn hơn đường kính thanh thép lớn thì ảnh hưởng của chúng được tính đến bằng hệ số k2:

2.1.1.2 Phương pháp siêu âm

2.1.1.2.1 Nguyên lý của phương pháp siêu âm

Vận tốc của sóng siêu âm truyền trong bê tông phụ thuộc vào chất lượng, độ đặc chắc của

bê tông Bê tông càng đặc chắc thì tốc độ của sóng siêu âm đi trong bê tông càng cao Dùng máy phát sóng siêu âm trực tiếp vào các cấu kiện bê tông và đo thời gian truyền sóng giữa hai điểm đo Thời gian truyền T của xung đo được nhờ các mạch điện đếm thời gian Vận tốc xung V được tính bằng công thức:

Trong đó: L là chiều dài đường truyền T là thời gian cần thiết để xung dao động truyền qua hết chiều dài Biết khoảng cách giữa hai điểm đo tính được vận tốc truyền sóng siêu âm trong bê tông, sau đó tra bảng để xác định chất lượng bê tông

Phương pháp đo vận tốc xung siêu âm được ứng dụng để xác định độ đồng nhất của bê tông, xác định sự hiện diện và dự đoán sự phát triển của vết nứt, xác định các lỗ rỗng và các khuyết tật, kiểm tra chất lượng bê tông dựa trên mối quan hệ giữa vận tốc xung siêu

h d

a d k

mk

t

5.11

h d

a d k

mk t