Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ nhất vềSự cố công trình và các nguyên nhân hiện tợng nứt bê tông trong các công trình mới xây dựng PGS.. Theo định nghĩa về h hỏng trong bệnh học công
Trang 1Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ nhất về
Sự cố công trình và các nguyên nhân
hiện tợng nứt bê tông trong các công trình mới xây dựng
PGS TS Vũ Mạnh Lãng
Viện Khoa học và công nghệ GTVT
Tóm tắt: Bài báo trình bày nguyên nhân nứt trong các công trình xây dựng bằng bê
tông cốt thép (BTCT) và bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DUL) Các phơng pháp xác định và theo dõi nứt trong các công trình trên và phơng pháp xử lý Trong báo cáo cũng giới thiệu hiện tợng nứt ở một số công trình GTVT và các biện pháp khắc phục.
1 Đặt vấn đề
Hiện nay nhiều công trình xây dựng bằng BTCT xảy ra hiện tợng nứt bê tông trớc khi
đa vào khai thác Những vết nứt này xảy ra do nhiều nguyên nhân nhng vấn đề là chúng ta có chấp nhận sự tồn tại các vết nứt này không? và có khắc phục đợc hiện tợng nứt bê tông trớc khi đa vào khai thác hay không? Theo định nghĩa về h hỏng trong bệnh học công trình [1] “H hỏng là sự khác nhau không chấp nhận đợc giữa sự hy vọng
sẽ thực hiện và những sự thực hiện đã qua sát đợc” thì hiện tợng nứt bê tông trong các công trình mới xây dựng cần thiết phải đợc khắc phục
2 Những nguyên nhân gây nứt bê tông trong các công trình mới xây dựng
Trong nhiều cuộc hội thảo gần đây có nêu ra nhiều nguyên nhân gây ra hiện tợng nứt trong các kết cấu bê tông cốt thép Trong quá trình kiểm tra, theo dõi sự phát triển các vết nứt tại một số cầu, hầm, cảng mới xây dựng ở nớc ta chúng tôi nhận thấy nứt ở kết cấu BTCT mới xây dựng do một số nguyên nhân chủ yếu sau
* Trớc khi bê tông đông cứng
- Nứt do dịch chuyển: bao gồm dịch chuyển của ván khuôn (có thể do tháo ván khuôn sớm) và các dịch chuyển do những chấn động trên công trờng gây ra
- Nứt do co ngót dẻo, độ sụt của bê tông lớn Hiện tợng nứt này do một số nguyên nhân sau: bảo dỡng kém, trời hanh bê tông khô nhanh và cốt thép gần bề mặt bê tông Vết nứt này thờng xuất hiện trong khoảng thời gian từ 30 phút đến 3 giờ sau khi đổ bê tông
* Sau khi bê tông đông cứng:
- Nứt do nguyên nhân lý học: Những hiện tợng nứt này thờng xảy ra do sự co ngót của các phối liệu, co ngót khi khô Bề mặt bê tông bị rạn do lợng xi măng nhiều, bảo dỡng kém Loại vết nứt này thờng xuất hiện từ 1 đến 7 ngày sau khi đổ bê tông
- Nứt do nguyên nhân nhiệt: Do có sự chênh lệch nhiệt độ bên ngoài và bên trong kết cấu Đối với kết cấu bản, tờng dày không khống chế đợc nhiệt độ bên trong và bên
Trang 2ngoài tạo ra gradien nhiệt quá giới hạn (thờng xảy ra trong khoảng thời gian từ 1 đến 3 ngày)
- Nứt do nguyên nhân kết cấu: Do kết cấu chịu quá tải đột ngột, do thiết kế không đủ tiết diện Có trờng hợp còn bị nứt do việc triển khai các bản vẽ thi công không phù hợp với thiết kế
Để minh hoạ những nguyên nhân trên có thể đa ra một số ví dụ sau:
2.1 Hầm D
* Mô tả khuyết tật: Xuất hiện các vết nứt tại một số khoang của hầm, độ rộng vết nứt lớn nhất ≈ 0,4mm, khoang số 9 có số vết nứt nhiều nhất 15 vết nứt với tổng số chiều dài là 36,980m Nớc rỉ xuống lòng hầm từ các khe thi công và các vết nứt Các vết nứt
có đặc điểm nh sau:
- Xuất hiện không theo quy luật: Có vết nứt song song với trục dọc hầm, có vết nứt vuông góc với trục dọc hầm, có vết nứt xiên góc với trục dọc hầm
- Các vết nứt xuất hiện ở cả tờng phải, tờng trái và khu vực vòm
- Đa số vết nứt có độ rộng vết nứt xấp xỉ 0,2mm, một số ít có độ rộng xấp xỉ 0,4mm
* Qua đo đạc, tính toán và tìm hiểu các tài liệu thi công, dự đoán nguyên nhân gây nứt
bê tông nh sau:
- Tháo ván khuôn sớm khi bê tông cha đủ cờng độ, những va chạm, chấn động lúc tháo ván khuôn cũ và lắp ván khuôn mới gây nứt trong các dốt của hầm
- Trong quá trình thi công xong bê tông không đợc bảo dỡng, lợng nớc mất nhanh, phục thuộc lớn vào thời tiết gây co ngót dẫn đến nứt
- Hiện tợng rỉ nớc theo vết nứt và các khe nối giữa các đốt do nguyên nhân khi thiết kế không thiết kế lớp phòng nớc
2.2 Cầu K.C
Cầu bản mố nhẹ gồm 2 nhịp, chiều dài kết cấu nhịp 6,58m x 2 = 13,16m, tờng thân mố cao 7,5m, móng mố đợc tăng cờng bằng cọc BTCT M300#, thân mố dày 0,95m bằng
BT M150#
Mô tả khuyết tật: Vết nứt ngang cách đỉnh mố khoảng 2,5m, độ rộng 1,8m, sâu 75cm, dài suốt bề ngang tờng mố (6,5m) Tờng mố bị vồng 5cm Tờng cánh có xu thế đẩy ra phía lòng sông và phía vuông góc với cầu Tờng cánh phía hạ lu bị đổ, các tờng cánh còn lại đều xuất hiện các vết nứt ngang độ rộng ≈2mm
* Dự đoán nguyên nhân:
Nguyên nhân gây ra nứt do tờng mố và tờng cánh không đủ khả năng chịu lực ngang
do áp lực đất và do hoạt tải sau mố Đã tiến hành kiểm toán mặt cắt trên 1m dài tại mặt cắt giữa chiều cao của tờng thân mố Do tờng thân mố kết cấu bê tông toàn khối nên không cho phép xuất hiện ứng suất kéo trên tiết diện nguyên nhng ở tờng thân mố đã xuất hiện ứng suất kéo gây nứt
2.3 Cảng V
Kết cấu bến cảng gồm hệ dầm trực giao đỡ hệ bản BTCT Tiết diện ngang của một dầm
nh sau:
Trang 3Hình 1 Tiết diện ngang của dầm trực giao đỡ bản BTCT
Trong quá trình thi công tại giai đoạn chuyển tiếp khi các tấm bản mặt cầu cha đợc đặt lên xuất hiện các vết nứt từ mặt trên của dầm (tại thời điểm đó nằm ở cao độ đáy của các tấm bản đúc sẵn sau này sẽ đợc đặt lên) Các vết nứt kéo dài từ bề mặt và ớc tính kéo dài 80 cm xuống các cạnh
Hình 2 Vết nứt xuất hiện trên bề mặt dầm Nguyên nhân gây ra nứt do việc triển khai bản vẽ thi công không đúng nên trong quá trình thi công tại giai đoạn chuyển tiếp không có thanh thép nào trên mặt dầm ở vị trí gối vì tại đó mô men đổi chiều thớ trên chịu kéo
2.4 Một số cầu dầm hộp
Trong giai đoạn hiện nay chúng ta áp dụng tiến bộ kỹ thuật và công nghệ mới xây dựng một số cầu dầm hộp Trong giai đoạn đầu ở các cầu mới xây dựng đã xuất hiện các vết nứt ở bản trần trong hộp ở những cầu gần đây các vết nứt này hầu nh không
có Các vết nứt này đa số là các vết nứt dọc theo cầu ở khu vực giữa trần, và khu vực vút của bản trần, độ rộng vết nứt ≈0,2mm Do có những cải tiến trong thiết kế và thi công số lợng vết nứt trong lòng hộp giảm dần và ở những cầu mới xây dựng các vết nứt này hầu nh không có Từ đó có thể thấy rằng hoàn toàn có thể xây dựng đợc những công trình cầu hộp BTCT DUL mà không tồn tại bất cứ khuyết tật nào
Bảng 1 Thống kê tình trạng một số cầu hộp BTCT DUL mới xây dựng
trong những năm gần đây
Tên
cầu Công nghệ thi công kiểm traNăm
Khẩu độ nhịp lớn nhất (m)
Bề rộng bản trần
(m)
Nứt ở bản trần trong hộp
Độ rộng vết nứt lớn nhất
(mm)
Trang 46 L Đúc hẫng 10/2000 90 ≈ 5.1 nứt ít 0.1
7 HH Đúc hẫng 2/2001 130 ≈ 6.06 Không nứt
9 TT Đúc hẫng 9/2001 63 ≈ 6.6 không nứt
3 Sửa chữa các vết nứt
Trong bất kể trờng hợp nào, chủ đầu t không muốn nhận một công trình ngay từ ban
đầu đã có những vết nứt Để sửa chữa các vết nứt ở công trình BTCT mới xây dựng cần thiết phải qua các bớc sau đây:
* Xác định nguyên nhân gây nứt
* Theo dõi sự phát triển của vết nứt
* Sửa chữa vết nứt
Để theo dõi sự phát triển của vết nứt, sử dụng thiết bị Avongard (Tell-Tale “Plus” No 9022157.3) có hình vẽ dới đây:
Hình 3 Thiết bị theo dõi vết nứt
Việc theo dõi vết nứt để khẳng định rằng vết nứt không phải do nguyên nhân lực và quyết định phơng thức sửa chữa Một số ví dụ về sửa chữa vết nứt đã đợc thực hiện nh sau
3.1 Sửa chữa công trình trình bày trong phần 2.1
Sau khi thiết kế bổ sung hệ thống thoát nớc tại các khe thi công mới tiến hành xử lý vết nứt ở bề mặt vỏ hầm:
- Đục bỏ bê tông dọc theo chiều dài vết nứt dạng hình chữ V (rộng 10cm, sâu 10cm)
- Vệ sinh bề mặt vết đục, tiến hành trát lớp Sika 102 dầy 3cm vào vết đục
Vết nứt Tên và địa chỉ vùng nứt
Hai vấu để đo khoảng cách
Thớc kẹp để
đo khoảng cách giữa hai vấu
Trang 5- Ghép ván khuôn dọc theo vết nứt.
- Bơm vữa CM-F vào theo các cửa sổ đặt sẵn trên ván khuôn
- Tháo ván khuôn quét phủ lớp keo Sika 732 lên bề mặt (2-3mm)
- Sau khi khô sơn bề mặt 2 nớc sơn theo màu sơn của hầm
3.2 Sửa chữa công trình trình bày trong phần phụ lục 2.2
Vết nứt do nguyên nhân lực sẽ dẫn đến phá hủy công trình, cần thiết phải dỡ tải sau đó tiến hành sửa chữa theo một trong hai cách:
- Phá bỏ thiết kế lại
- Bổ sung cốt thép ở phần chịu kéo và sửa đổi lại kết cấu mố thành dạng mố chữ U
3.3 Sửa chữa công trình trình bày trong phần phụ lục 2.3.
Vết nứt xuất hiện trong quá trình thi công nên cần thiết phải:
- Bổ sung thêm cốt thép thi công
- Hoặc triển khai lại phơng án thi công
Sau khi thi công xong sẽ phun sâu keo êpôxy vào các vết nứt bằng bơm áp lực cao
4 Kết luận
Sự xuất hiện vết nứt trên công trình BTCT là một biểu hiện của bệnh lý công trình cần sớm tìm ra nguyên nhân và biện pháp khắc phục
Tài liệu tham khảo
1 Keneth L Carp Bệnh học công trình ở hợp chủng quốc Hoa Kỳ Tạp chí cầu đờng
Hà Nội, 1998
2 Bridge management: Inspection, Maintenance, assessment and repair. Edited by
J.E Hardeny, G.A.R Parke and M.J Ryall: Departmant of Civil Engineering, University of Surrey, UK-London-1996
