Giáo trình khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống Phần 9 ppt

Nhóm hư hỏng loại 3: là những hư hỏng làm giảm cường ñộ kết cấu: Vết nứt xiên ở bụng dầm, các vết nứt nằm ngang ở chỗ tiếp giáp bản cánh với bụng dầm, các sứt vỡ lớn bêtông ở vùng bị né

4.2 CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT

4.2.1 GIẢI PHÁP CHUNG:

Tuỳ theo mục ñích của việc sửa chữa là ñể kéo dài tuổi thọ kết cấu hay ñể khôi phục lại khả năng chịu lực như ban ñầu của kết cấu mà chọn vật liệu, thiết bị và phương pháp ñể sửa chữa

Ở nước ta, trên các cầu BTCT cũ của ñường sắt cũng như bộ, nhiều nơi ñã dùng xi măng ñể trám vá hoặc bịt các vết nứt các chỗ sứt vỡ Biện pháp này thực tế là không có hiệu quả, sau một thời gian ngắn, vết nứt mới lại xuất hiện do sự co ngót và sự dính bám kém giữa lớp bêtông cũ và bêtông mới trát Cần thiết phải áp dụng các vật liệu mới hữu hiệu hơn như các loại vữa sửa chữa ñặc biệt của công ty Sika – Việt Nam hoặc bêtông polyme tự pha trộn trên cơ sở nhựa êpôxy theo các công thức của ðại học giao thông vận tải, Viện KHKTGTVT ñã nghiên cứu ra

Nói chung, công nghệ sửa chữa (phương pháp và vật liệu, thiết bị) ñược chọn tuỳ theo ñặc ñiểm của hư hỏng Có thể phân loại các hư hỏng như sau:

Nhóm hư hỏng loại 1: là những hư hỏng không làm giảm cường ñộ và tuổi thọ kết

cấu (các vết nứt bé 0,2 mm, các sứt vỡ bêtông nhỏ mà không lộ cốt thép, các vết rạn chân chim trên bề mặt bêtông)

Nhóm hư hỏng loại 2: là những hư hỏng làm giảm tuổi thọ kết cấu: Vết nứt quá 0,2

mm, các vết sứt vỡ bêtông lõi cốt thép, các chỗ bêtông bị ăn mòn và suy thoái

Nhóm hư hỏng loại 3: là những hư hỏng làm giảm cường ñộ kết cấu: Vết nứt xiên ở

bụng dầm, các vết nứt nằm ngang ở chỗ tiếp giáp bản cánh với bụng dầm, các sứt vỡ lớn bêtông ở vùng bị nén v v…

Các hư hỏng nhóm 1 chỉ cần sửa chữa khi bảo dưỡng ñịnh kì và làm cho khôi phục

vẻ ñẹp của kết cấu

ðối với các hư hỏng nhóm 2 phải dùng các vật liệu sửa chữa có tính bảo vệ tốt cho kết cấu Còn ñối với các hư hỏng nhóm 3 cần phải dùng các vật liệu và công nghệ thích hợp ñể sửa chữa nhằm ñảm bảo cường ñộ cho kết cấu

Các công tác sửa chữa thông thường chỉ ñối phó với hư hỏng nhóm 1 và nhóm 2 Riêng ñối với hư hỏng nhóm 3 thì cần phải có ñồ án thiết kế sửa chữa cụ thể cho từng trường hợp

Các vật liệu dùng ñể sửa chữa cầu có thể ñược phân loại thành 2 nhóm:

Nhóm vật liệu thứ 1: gồm những hợp chất mà sau khi thi công thì tạo ra lớp phủ cứng

bên ngoài, có tính chất gần giống ñá ximăng Người ta dùng vật liệu này ñể sửa chữa hư hỏng trên ñoạn kết cấu có biến dạng nhỏ, ví dụ có những vết nứt thay ñổi ñến 0,1 mm dưới hoạt tải qua cầu, hoặc các vết nứt dọc cốt thép thường và vết nứt co ngót trong các kết cấu

dự ứng lực

Các vật liệu ñó có thể là vữa ximăng, cát, vữa polyme, vữa dùng keo tổng hợp

Các vật liệu sửa chữa thuộc nhóm 2: là những vật liệu dẻo kiểu co su không bị hỏng

khi có biến dạng lớn Chúng ñược dùng ñể trát bịt các vết nứt có ñộ rộng biến ñổi cỡ bằng hoặc quá 0,15 mm Có thể là các hợp chất cao su – bitum chẳng hạn

Vật liệu trên cơ sở nhựa êpôxy nên dùng ñể che phủ bảo vệ cho kết cấu nhịp ở vùng môi trường ăn mòn mạnh Tuy nhiên giá thành cao Các chất keo peclovynil và sơn silíc hữu cơ cũng có thể ñược dùng Công ty Sika Việt Nam có nhiều loại vật liệu ñể chọn lựa

áp dụng thích hợp cho việc sửa chữa này

4.2.2 CHUẨN BỊ KẾT CẤU TRƯỚC KHI SỬA CHỮA

Cũng giống như sơn cầu thép, trong việc sửa chữa cầu BTCT, công tác chuẩn

bị bề mặt kết cấu rất quan trọng và quyết ñịnh chất lượng sửa chữa Công tác này thường gồm một hay vài việc sau:

- ðục tẩy bỏ phần bêtông yếu ñã bị suy thoái hoặc nứt vỡ nhiều

- Cọ rửa bề mặt bêtông, phun khí nén thổi sạch bụi ñất trên bề mặt gia công

- Cạo mép các vết nứt, làm cho khô bề mặt gia công

- Khoan, chôn các ñầu tiêm ñể tiêm vữa hoặc keo

- Cạo rỉ, tẩy sạch cốt thép ñã bị lộ ra v v…

Các dụng cụ như bàn chải sắt, máy phun cát, máy nén khí nên ñược sử dụng khi chuẩn bị bề mặt bêtông

Những chỗ bề mặt bêtông bị bẩn do dầu mỡ, nhựa ñường phải ñược làm sạch bằng các hoá chất như xăng, azêtôn và các dung môi hoà tan khác Sau ñó phải xối lại bằng nước sạch

Các vết nứt rộng quá 1mm phải ñược ñục vát cạnh 45o ÷ 60o hoặc rãnh hình chữ nhất

Ở những chỗ có vết vỡ rộng lộ ra nhiều cốt thép phải buộc thêm lưới thép gồm các sợi thép ñường kính nhỏ hơn 6 mm, ô lưới 2,5 ÷ 10 cm vào cốt thép Còn các cốt thép rỉ của kết cấu phải ñược cạo sạch bằng bàn chải thép hay phun cát

4.2.3 TIÊM VỮA XI MĂNG HOẶC KEO EPOXI

Phương pháp tiêm có thể áp dụng cho các vết nứt rộng ≤ 10 mm Tuy nhiên ñối với kết cấu nhịp cầu chỉ tiêm cho các vết nứt ≤ 3 mm vì nếu nứt to hơn nữa thì phải thay kết cấu mới

ðể keo thấm sâu thì phải có các ñầu tiêm bằng thép ñược ñặt trước vào các lỗ khoan trên bêtông chỗ nứt (hình 4.8 và 4.9)

Hình 4.7: Sơ ñồ cắt rộng vết nứt ñể chuẩn bị trám vá

a) Cắt rãnh chữ V b) Cắt rãnh chữ nhật

1 – Vết nứt bêtông; 2 – Cốt thép; 3 – Lớp bêtông bảo vệ

Hình 4.8: Sơ ñồ ñầu tiêm

trên bề mặt

1 – Cao su khoét lỗ

2 – Bản thép

3 – Lỗ ñể bơm vữa

4 – Ống thép

5 – Ống cao su dẫn vữa

40

20 D5

130 150

1

5

Hình 4.9: ðầu tiêm sâu

1 - Vết nứt

2 - Keo êpôxy

3 - ðầu tiêm bằng thép

1

Số lượng ñầu tiêm và cự ly giữa chúng phụ thuộc vào ñặc ñiểm vết nứt Nói chung

cự ly không quá 50cm ðầu tiêm ñược cắm sâu 7 ÷ 10cm vào bê tông ðoạn dài của vết nứt giữa các ñầu tiêm ñược trám kín bề mặt bằng keo êpôxy

Trước khi tiêm phải làm thí nghiệm kiểm tra nhiệt ñộ và thời gian hoá cứng của keo Mỗi lần chỉ trộn 0.5 lít keo êpôxy rồi tiêm ngay

Tỷ lệ thành phần pha trộn nhựa êpôxy, chất hoá dẻo, chất hoá rắn, dung môi axeton

do thí nghiệm chọn lựa Nói chung cứ 100% nhựa êpôxy thì trộn với 5÷10% chất hoá dẻo

và 10÷12% chất hoá rắn

Nếu dùng vữa xi măng ñể tiêm thì do thời gian hoá cứng lâu, thường phải ngừng thông xe vài ngày Tiêm keo êpôxy có thể thực hiện mà không cần ngừng thông xe

4.2.4 DÙNG BÊ TÔNG POLIME VÀ VỮA ðẶC BIỆT ðỂ VÁ CÁC CHỖ VỠ VÀ BỊT VẾT NỨT

Hiện nay ở Việt Nam ñã có một số cầu ñược sửa bằng bê tông polyme trên cơ sở keo êpôxy Vật liệu này có ưu ñiểm lâu bền, ñộ chịu kéo cao, dính bám rất tốt với bê tông cứng nhanh nên không cần ngừng thông xe qua cầu lúc ñang sửa chữa Có thể dùng chổi quét hoặc máy phun, cũng có thể dùng ván khuôn ñể ñổ bê tông

Trong thành phần của bê tông có xi măng khô, nhựa êpôxy, chất hoá dẻo, chất hoá rắn, có thể thêm cát khô và ñá dăm 1× 2cm nếu chỗ vỡ to và dầy Tỷ lệ mẫu và nén thử trước

Công ty Sika – Việt Nam ñã giới thiệu nhiều loại vữa sửa chữa thích hợp cho những ñiều kiện khác nhau và giá rẻ hơn khi dùng êpôxy Cường ñộ vữa sau khi hoá cứng cũng

có thể ñạt ñến 600 kG/cm2, có thể trát vữa này bằng tay hoặc bằng cách ñặt ván khuôn như khi ñổ bê tông thông thường

4.2.5 PHUN BÊ TÔNG

ðể phun bê tông cần có các thiết bị sau:

- Máy bơm và máy trộn

- ðường ống dẫn từ máy bơm ñến vòi phun

- Vòi phun

Có 2 phương pháp là phun khô và phun ướt:

4.2.5.1 Phun bê tông khô

Các cốt liệu nhỏ ở ñộ ẩm tự nhiên ñược trộn với xi măng trong máy trộn rồi nhờ áp

lự khí nén ñưa hỗn hợp ñến ñầu vòi phun Tại ñó có nước ñược ñưa ñến từ một ống khác

và cũng ñược phun ra Tốc ñộ phun nhanh ñến 80÷100m/s, có thể ñặt vòi phun cách xa máy bơm ñến 500m nằm ngang và 150m thẳng ñứng

4.2.5.2 Phun bê tông ướt

Hỗn hợp bê tông trộn xong ở máy trộn ñược rót vào máy bơm Từ ñó hỗn hợp ñược khi nén ñảy ñến ñầu vòi phun và phun ra Tốc ñộ phun chậm khoảng 10÷40m/s, có thể phun với lưu lượng lớn, thường dùng thêm các phụ gia hoá dẻo cho bê tông

Nhờ phương pháp bê tông phun có thể tạo ñược lớp vữa dày bảo vệ bề mặt bê tông

cũ và cùng tham gia chịu hoạt tải, các cốt thép cũ ñã lộ ra cũng sẽ ñược che phủ bảo vệ Phương pháp này ñược dùng kết hợp với việc ñặt thêm cốt thép có thể tăng cường ñược sức chịu tải của kết cấu cũ

4.3 CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA MỐ TRỤ CẦU

Các mố trụ cầu bằng ñá xây lâu ngày thường bị hư hỏng ở các mạch vữa, hoặc bị xói

lở gây ra vỡ, bong ñá xây Khi ñó cấn ñục bỏ vữa xấu cũ, trát mạch xây lại bằng vữa xi măng – cát với tỉ lệ pha trộn 1:1 ñến 1:2

Các vết nứt vỡ của mố trụ bê tông và bê tông cốt thép (BTCT) cũng có thể trát lại tương tự nhưng hiệu quả không cao vì dính bám kém giữa bê tông cũ và vữa mới Nên dùng các loại vữa sửa chữa ñã ñược ñặc biệt chế sẵn cho mục ñích này Loại vữa ñó không

co nhót, hoá cứng nhanh và ñạt ñộ dính bám cao, cường ñộ cao(xem phụ lục)

Các vết nứt của mố trụ BTCT cũng có thể ñược tiêm hoặc bịt vá bằng bê tông pôlyme và keo epôxy Trong nhiều trường hợp, nên ñặt thêm cốt thép và ñỡ bê tông tạo ñai vòng quanh thân trụ hoặc ñổ bê tông một lớp ngoài dầy ít nhất 12 cm bọc ngoài thân trụ cũ ðối với xà mũ cũng sửa chữa như vậy

Có thể dùng bê tông phun thay cho việc ñổ bê tông với ván khuôn thông thường

Hình 4.10: Cấu tạo ñai bê tông

cốt thép bao quanh thân trụ cũ

1- Bệ kê gối

2- Vành ñai bê tông cốt thép

3- Cốt thép neo

4- Cốt thép vành ñai

5- Cốt thép ñai

6- Thân trụ cũ

40

50

3 4

5 6

Trên hình 4.10 giới thiệu cấu tạo ñai bê tông cốt thép bao quanh thân trụ cũ, bê tông M250

Hình 4.11 nêu vài ví dụ cấu tạo các bộ gông giữ ñể sửa chữa mố cầu ñã bị nứt Các gông này bằng thép nên phải chú ý sơn phủ bảo vệ chống rỉ Nếu cần làm lớp áo bọc ngoài

bê tông có chiều sâu xuống dưới mực nước thì phải dùng các phương pháp thi công vòng vây cọc ván ngăn nước hoặc ñổ bê tông dưới nước

Nếu ñất ñắp nền ñường sát ngay sau mố bị lún sụt hoặc vì lý do nào ñó có lực ñẩy ngang lớn sau mố thì có thể ñào bỏ ñất ñắp cũ thay bằng cát thô ñầm chặt, ñá dăm hay xếp chèn ñá hộc ñá dăm Khi ñó thường kết hợp làm lại bản quá ñộ sau mố

1

2 4

1

3

A

A

AA

1

3

Hình 4.11: Bộ gông thép gia cố mố cũ

a) Tường cánh ; b) Giữ tường trước ; 1- Các vết nứt ; 2- Dầm phân bố lực ; 3- Thanh căng ; 4- Tăng ñơ ; 5- Các dầm phân bố ñặt thẳng ñứng

Hình 4.12: Thay ñất ñắp sau mố

1- Hố ñào sau mố

2- Chồng nề tà vẹt

3- Dầm ñỡ kê tạm ñể xe ñi qua

4- Tường ván chống vách hố ñào

5- Cột

6- Dầm gối kê

7- Thanh chống

210cm

7

7 6

4

MÆt cÇu

4.4 SỬA CHỮA CẦU ðÁ, CẦU VÒM BÊ TÔNG, CỐNG

4.4.1 SỬA CHỮA CẦU ðÁ VÀ CẦU BÊ TÔNG

Nội dung sửa chữa bao gồm:

- Khôi phục lớp cách nước của vành vòm và kết cấu trên vòm

- Sửa lại các mạch vữa cũ ñã hỏng

- Trát bịt các vết nứt

- Vá sửa các chỗ sứt vỡ

- Sửa lại nón mố, chân khay, gia cố ta luy ñầu cầu

- Làm vệ sinh tổng thể bề mặt kết cấu

Các vật liệu và công nghệ sửa chữa cũng ñược áp dụng tương tự như khi sửa chữa cầu BTCT

Các cầu vòm ñá cũ tuy còn ít ở Việt Nam nhưng nếu sửa chữa tốt vẫn kéo dài thời gian khai thác ñược Các viên ñá bị bong bật, các mạch vữa xây bị hỏng cần ñược sửa chữa ngay, có thể bằng cách ñặt cốt thép và ñổ bê tông cục bộ ñể sửa chữa như hình 4.13

Hình 4.13: Vá vòm ñá

bằng cách ñổ bê tông mới

1- Khung cốt thép;

2- Dầm gỗ ñỡ ván khuôn;

3- Ván khuôn

4- Neo;

5- Con nêm

3

1

7

Bê tông và vòm có hàm lượng xi măng chừng 320 kG/cm2 bê tông Tỷ lệ pha trộn xi măng - cát - ñá theo trọng lượng có thể là 1:2:3

ðể bảo vệ bề mặt bê tông và ñá cũ có thể phun lớp áo bê tông bọc bên ngoài Bê tông phun có tỷ lệ xi măng – cát chừng 1:3, lượng nước bằng 10÷18% lượng xi măng Lớp bảo

vệ này nên phun hai ñợt, mỗi ñợt chiều dày 10÷20mm Nên trộn thêm phụ gia vào bê tông phun

4.4.2.SỬA CHỮA CỐNG

Nội dung công tác sửa chữa cống bao gồm:

- Sửa chữa sân cống thượng lưu và hạ lưu, trát lại các mạch vữa xây, ñổ bê tông vá sửa

- Sửa cửa cống

- Sửa các mối nối giữa các ñốt cống ( nếu cống ñã bị biến dạng, nước thấm tự do vào nền ñường ) Khi ñó phải ñào ñường và hạn chế giao thông

- Sửa chữa gia cố mái ñường xung quanh cửa cống

Nói chung các cống ở chế ñộ chảy có áp thường dễ xảy ra hư hỏng hơn trường hợp cống chảy không áp Trước và sau mỗi mùa lũ phải kiểm tra và sửa chữa kịp thời mọi hư hỏng

Trên các ñương tràn hỗn hợp cống, việc sửa chữa cống phải kết hợp với sửa chữa ñường tràn

Các vật liệu và phương tràn hỗn hợp cống, việc sửa chữa cống phải kết hợp với việc sửa chữa ñường tràn

Các vật liệu và phương pháp sửa chữa cũng ñược áp dụng giống như ñối với các cầu BTCT, cầu bê tông và cầu ñá xây

4.5 CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG NGHỆ TĂNG CƯỜNG MỞ RỘNG KẾT CẤU CẦU THÉP

4.5.1 NGUYÊN TẮC CHUNG

Khi cầu thép không còn ñủ khả năng chịu các hoạt tải phát triẻn nặng hơn hoặc cầu

ñã trở nên hẹp không ñáp ứng lưu lượng xe qua cầu nhiều hơn trước, cần phải tăng cường

và mở rộng cầu

Kết cấu cầu, ñặc biệt là cầu thép, gồm nhiều bộ phận chịu lực khác nhau, không phải mọi bộ phận ñều có ñồng cường ñộ vì vậy có thể chỉ cần tăng cường bộ phận nào yếu nhất Mức ñộ cần thiết tăng cường cầu tuỳ theo yêu cầu phát triển giao thông và quy hoạch chung của cả tuyến ñường Phương pháp tăng cường có rất nhiều và áp dụng cho những tình huống khác nhau tuỳ trạng thái thực tế của cầu và mục ñích của việc tăng cường, khả năng vốn ñầu tư và công nghệ sẵn có

Các phương pháp ñó có thể liệt kê như sau:

- Tăng cường mặt cắt ngang các bộ phận kết hợp cùng chịu lực với các bộ phận cũ

- Làm thêm các bộ phận mới trong hệ thống kết cấu, ví dụ thêm thanh dàn, thêm các sườn tăng cường, thanh liên kết

- Thay ñổi sơ ñồ tĩnh học của kết cấu dàn hay dầm bằng cách ñặt hệ tăng ñơ dưới ñáy dầm, làm thêm một biên dàn nữa, chuyển kết cấu nhịp giản ñơn thành kết cấu nhịp liên tục

- Làm thêm các trụ tạm

- Biến ñổi kết cấu nhịp thép thành kết cấu liên hợp thép-bản BTCT

- Tạo dự ứng lực ngoài bổ xung cho kết cấu nhịp thép

Việc tăng cường mặt cắt cho các bộ phận của kết cấu nhịp bằng cách thêm thép và dùng liên kết ñinh tán, bu lông cường ñộ cao hoặc hàn là dạng thường gặp nhất

Nếu muốn tăng cường khả năng chịu mỏi của các bộ phận kết cấu tán ñinh thì nên thay các ñinh tán ở hàng ngoài cùng trong các liên kết bằng bu lông cường ñộ cao

Cần lưu ý là khi muốn dùng liên kết hàn ñể tăng cường cầu cũ phải cân nhắc kỹ vì có thể gặp loại thép cũ không chịu hàn và dễ xảy vết nứt do ứng suất tập trung, do trình ñộ hàn kém v.v…

Trên thế giới người ta chú trọng nhiều ñến phương pháp dự ứng lực ngoài bổ xung

ñể tăng cường cầu Ở Việt Nam, cầu Tân Thuận thuộc TP HCM ñã ñược tăng cường như vậy ñể tăng tải trọng từ xe H13 lên xe H30 Tuy nhiên muốn áp dụng phương pháp này phải có ñủ thiết bị, vật tư ñặc biệt là trình ñộ kỹ thuật cao mới ñảm bảo chất lượng

Vấn ñề tăng cường phải thực hiện theo ñồ án thiết kế tăng cường ðặc biệt chú ý việc ñảm bảo an toàn giao thông lúc ñang thi công

4.5.2 TĂNG CƯỜNG PHẦN XE CHẠY

Trên hình 4.14 là các cách ñiển hình ñể tăng cường bản cánh dầm dọc hoặc dầm ngang Liên kết bản táp mới vào dầm có thể bằng ñinh tán, bu lông cường ñộ cao hoặc mối hàn Trước khi ghép bản thép tán cần làm sạch các bề mặt tiếp xúc với nhau bằng cách phun cát hoặc caọ hết sơn, rỉ cũ Thông thường vừa sửa cầu vừa thông xe nên việc chuẩn bị các bản thép, khoan lỗ, phân làm chu ñáo từ trước ðến lúc cấm cầu ñể sửa chỉ cần chặt ñinh cũ, lắp bản táp và xiết lại bằng bu lông cường ñộ cao ngay Nếu thời gian giữa hai ñợt

có tàu qua cầu rất ngắn thì có thể cắt ñôi bản táp, lắp dần từng nửa bản táp ñó ñể ñảm bảo thời gian thi công như hình 4.13b

Các bu lông cường ñộ cao phải ñược xiết làm hai ñợt Lúc ñang vội chỉ cần xiết chặt bằng cờlê thường nhằm lắp bản táp cho nhanh Sau khi lắp xong an toàn sẽ xiết ñợt 2 bằng

cờ lê ño lực cho ñủ mức cần thiết

Nếu do ñiều thông xe liên tục mà không thể táp thêm bản cánh trên của dầm thì có thể táp thêm 2 thép góc như hình 4.13c Lúc ñó có thể bị vướng vào sườn tăng cường ñứng của bụng dầm Cần phải khoét rãnh sườn ñó

Phương pháp hiệu quả nhất là ñặt cốt thép dự ứng lực ngoài dọc theo ñáy dầm Nói chung nếu ñã tăng cường dầm thì cũng phải tăng cường liên kết giữa dầm dọc