BỆNH HỌC VÀ SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH

SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIANVÒNG ĐỜI CỦA MỘT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Nhu cầu thị trường Xử lý công trình ‰ Luật xây dựng 2003 quy định các hoạt động xây dựng là các côn

KHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Bộ môn Thí nghiệm và Kiểm định công trình

BỆNH HỌC VÀ SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH

TS Nguyễn Hoàng Giang – Email: giangnhxd@gmail.com

BỆNH HỌC VÀ SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH

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

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

™ Sổ tay xử lý sự cố công trình xây dựng- tập 1, 2, 3, Vương Hách, Nhà xuất bản Xây dựng, 2000.

™ Sửa chữa và gia cố kết cấu BTCT, Nguyễn Xuân Bích, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

™ Hư hỏng sửa chữa gia cường công trình , Lê văn Kiểm, Nhà xuất bản ĐH kỹ thuật TP HCM, 2000

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

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

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

dựng

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

ự g

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

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

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

TỔNG QUAN VỀ BỆNH VÀ TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ BỆNH VÀ TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

‰ SỰ LÀM VIỆC THEO THỜI GIAN CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Ự Ệ Ự

‰ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Q Ọ Ự

SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN

VÒNG ĐỜI CỦA MỘT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Nhu cầu thị trường

Xử lý công trình

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

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

VÒNG ĐỜI CỦA MỘT SẢN PHẨM XÂY DỰNG

‰ Mỗi sản phẩm (công trình) xây dựng đều có một tuổi thọ nhất định và cần p ( g ) y ự g ộ ọ ị được xác định trước từ khâu thiết kế Ví dụ một công trình nhà cao tầng

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

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

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

SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN

SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH

‰ Trong suốt quá trình tồn tại, công trình xây dựng chịu tác động của nhiều nguồn tác động

động của nhiều nguồn tác động khác nhau:

ƒ Tác động cơ học ( tĩnh tải

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

thường….)

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

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

làm việc, chất lượng của công trình xây dựng

SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH

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

- Do sự thay đổi công năng sử dụng y g g g

- Do chất lượng thi công không đảm bảo

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

- Do tác động của cháy nổ … ộ g y

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

SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN

SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH

ƒ Tác động của các yếu tố môi trường : thường không được kể đến trong

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

Sự chênh lệch nhiệt độ môi trường

- Sự chênh lệch nhiệt độ môi trường

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

- Các yếu tố xâm thực từ môi trường

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

ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

XÂY DỰNG

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

ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

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

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

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

ban đầu và là một hàm của thời gian ộ g

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

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

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

Độ bền vững cũng như hư hỏng của công trình thường được

ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

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

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

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

XÂY DỰNG

Độ bền vững của một công trình xây dựng là tổng thể của rất nhiều

ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Độ bền vững của một công trình xây dựng là tổng thể của rất nhiều các yếu tố tác động khác nhau :

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

iả th thời i đế ột ứ độ iới h Giới h à ó thể suy giảm theo thời gian đến một mức độ giới hạn Giới hạn này có thể hiểu chính là tuổi thọ của công trình.

TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

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

Tuổi thọ công trình là khoảng thời gian mà công trình làm việc bình thường đảm bảo các yêu cầu về an toàn được quy định (Theo

Eurocode)

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

An toàn quy định : liên quan đến độ tin cậy quy định Độ tin cậy

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

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

100 Công trình có ý nghĩa văn hóa; cầu và

Quy định về Tuổi thọ của công trình xây dựng theo tiêu chuẩn

100 Công trình có ý nghĩa văn hóa; cầu và

những công trình xây dựng

NF EN 1990 (CH Pháp)

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

- Tuổi thọ (hay độ bền) của kết cấu bê tông chịu ảnh hưởng trực tiếp của độ bền của vật liệu cấu thành (bê tông, thép) Độ bền của vật liệu bê tông và vật liệu thép được quyết định bởi quá trình (tốc độ) ăn mòn cốt thép trong kết cấu

bê tông

bê tông

- Các mô hình dự báo tuổi thọ của kết cấu bê tông thường được xây dựng dựa trên các mô hình dự báo tốc độ ăn mòn cốt thép

- Tốc độ ăn mòn cốt thép phụ thuộc vào điều kiện môi trường làm việc + chất

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

lượng lớp bê tông bảo vệ

- Xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn cốt thép và xem

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

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Các bước tiến hành điều tra bệnh công trình

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

Các chỉ tiêu về độ bền ộ Đầu vào

Mô hình tính toán

vào

- Phương trình

-Điều kiện ban đầu, điều kiện biên

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

Kiểm tra các quy luật

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Đo đạc tốc độ xâm nhập CO 2 trong

kết cấu bê tông

Đo đạc tốc độ xâm nhập Clorua

trong kết cấu bê tông

- Ví dụ dự báo tuổi thọ kết cấu BTCT trên cơ sở của hư hỏng do ăn mòn cốt thép do quá trình các bo nát hóa bê tông

Tốc độ suy

Tốc độ suy thoái là tốc độ

gỉ cốt thép Mức giới hạn là tiết diện cốt

Tốc độ suy thoái là

sự phát triển chiều

tiết diện cốt thép tối thiểu.

sâu cácbonát hóa

trong bê tông Mức

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

- Ví dụ dự báo tuổi thọ kết cấu BTCT trên cơ sở của hư hỏng do ăn mòn cốt thép do quá trình các bo nát hóa bê tông

kiện gỉ) được xác định bằng biểu thức :

in

t k

ề

in t x

x : chiều sâu lớp bê tông bị cácbonat hóa , mm

k : hệ số phản ánh tốc độ cácbonat hóa , mm/(năm) 0,5

t in in : thời gian bê tông chịu tác động xâm thực của khí CO g g ị ộ g ự 2 2 , năm ,

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

XÂY DỰNG

Tốc độ suy thoái kết cấu trong giai đoạn phát triển gỉ được biểu thị bằng tốc

độ gỉ cốt thép theo thời gian :

F ⎟⎞

⎜

t F

F F

100

F 0 , F t : diện tích cốt thép ban đầu và ở thời điểm kiểm tra, mm

Δ r : mức hao hụt bán kính cốt thép do gỉ trên một năm, mm/năm

r 0 , r t : bán kính cốt thép ban đầu và ở thời điểm kiểm tra, mm

t corr : thời gian cốt thép bị gỉ, tính từ thời điểm bắt đầu gỉ ( tin) đến thời điểm kiểm tra (T), năm

in

ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

- Do nhiều nguyên nhân khác nhau nhiều công trình xây dựng bị hư Do nhiều nguyên nhân khác nhau nhiều công trình xây dựng bị hư hỏng xuống cấp dẫn đến không đảm bảo được tuổi thọ quy định

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

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

H hỏ

Hư hỏng,

xuống cấp

Bảo trì công trình

ổ

Hao mòn

(hữu hình và

Tuổi thọ công trình XD

vô hình)

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

- Bảo trì công trình xây dựng là hoạt động nhằm đảm bảo công trình Bảo trì công trình xây dựng là hoạt động nhằm đảm bảo công trình (kết cấu) xây dựng đảm bảo được chức năng hoạt động của nó trong suốt tuổi thọ thiết kế

- Bảo trì công trình xây dựng liên quan trực tiếp đến việc khảo sát đánh giá hiện trạng chất lượng công trình

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

ĐẢM BẢO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH

- Trình tự thực hiện bảo trì công trình :

1- Lập quy trình bảo trì công trình

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

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

Phần 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

XÂY DỰNG

Í Ủ Ệ Á Á Ệ Ô Ì

ƒ MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

ƒ CÁC BƯỚC CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

ƒ MỘT SỐ NỘI DUNG KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

‰ Đánh giá (kiểm tra) hiện trạng công trình nhằm phát hiện kịp thời sự xuống cấp hoặc thay đổi công năng của kết cấu Nội dung đánh giá hiện trạng nên

‰ Việc xác định nguyên nhân và tình trạng hư hỏng của công trình xây dựng là

được duy trì trong suốt thời gian sử dụng công trình

một trong những bước quan trọng nhất trong quá trình sửa chữa, gia cường công trình bị hư hỏng.

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

được nguồn gốc của các hư hỏng

được nguồn gốc của các hư hỏng

‰ Trước khi tiến hành những công việc sửa chữa cần phải tiến hành khảo sát

đá h iá tì h t ô t ì h ột á h hi tiết hất ế ó thể

đánh giá tình trạng công trình một cách chi tiết nhất nếu có thể

‰ CÁC BƯỚC ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

Theo dõi, đánh giá

hiện trạng công

Phân tích cơ chế xuống ấ

CÁC BƯỚC CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG

CÔNG TRÌNH

‰ THEO DÕI, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

- Nhằm phát hiện kịp thời sự xuống cấp hư hỏng hoặc thay đổi công

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

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

- Theo dõi, kiểm tra hiện trạng công trình thường gồm 04 loại hình theo dõi, đánh giá :

+ Kiể t đá h iá hiệ t b đầ

+ Kiểm tra, đánh giá hiện trạng ban đầu

+ Kiểm tra thường xuyên

+ Kiểm tra định kỳ

+ Kiểm tra bất thường

9 Kiểm tra hiện trạng ban đầu

- Thực hiện sau khi công trình thi công xong và đưa vào sử dụng Với

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

chữa, gia cường xong

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

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

- Là cơ sở dự báo tuổi thọ công trình

CÁC BƯỚC CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG

CÔNG TRÌNH

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

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

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

9 Kiểm tra hiện trạng ban đầu

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

CÁC BƯỚC CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG

CÔNG TRÌNH

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

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

- Các vị trí kết cấu cần được quan tâm :

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

+ Vị trí khe co dăn

+ Vị trí liên kết các phần tử kết cấu

+ Vị trí có nguồn nước, nguồn ồn, bụi

+ Vị trí có tiếp xúc với môi trường xâm thực

9 Kiểm tra thường xuyên

- Các vấn đề có thể phát hiện qua kiểm tra thường xuyên : p ệ q g y

+ Sự nghiêng, lún

+ Biến dạng hình học của kết cấu

+ Tình trạng nứt, giảm yếu tiết diện

+ Xuất hiện thấm, bong rộp ệ , g ộp

+ Tình trạng gỉ cốt thép

+ Sự suy giảm công năng

- Cần đề ra biện pháp khắc phục sự cố ngay

CÁC BƯỚC CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

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

- Chu kỳ kiểm tra (TCXDVN 318:2004)

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

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

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

+ Công trình thường xuyên chịu ăn mòn khí hậu biển và hóa chất :1-2 g g y ị ậ năm

9 Kiểm tra bất thường

- Tiến hành khi kết cấu có dấu hiệu hư hỏng do tác dộng đột ngột của các ệ g ộ g ộ gộ yếu tố như động đất, cháy, nổ, va chạm….

- Thực hiện chủ yếu bằng quan sát trực quan

CÁC BƯỚC CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG

CÔNG TRÌNH

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

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

kỳ và kiểm tra bất thường thấy có yêu cầu cần phải kiểm tra kỹ kết cấu (công trình) để đánh giá được mức độ xuống cấp và lựa chọn giải pháp sửa chữa gia cường

Thường gồm 3 bước cơ bản sau đây :

sửa chữa, gia cường

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

- Phân tích các điều kiện làm việc của công trình

- Khảo sát tại hiện trường

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

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

sử công trình :

+ Hồ sơ thiết kế công trình

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

CÁC BƯỚC CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG

CÔNG TRÌNH

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

- Giai đoạn này nhằm xác định sự làm việc của công trình ở thời điểm ạ y ị ự ệ g

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

kế hay không ?

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

+ Những khu vực làm việc bất lợi nhất ữ g u ực à ệc bất ợ ất

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

Tải trọng tác động

9 Bước 3 : khảo sát chi tiết tại hiện trường

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

- Hiện trạng kết cấu

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

- Mức độ biến dạng

- Mức độ nghiêng, lún

- Hư hỏng bê tông và cốt thép do ăn mòn

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

- Các khuyết tật nhìn thấy

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