BG sửa CHỮA, GIA cố kết cấu CÔNG TRÌNH

- Các sai sót trong quá trình thi công: Là nguyên nhân rất quan trọng làm giảm chất lượng công trình rất nhiều: lớp bảo vệ không đúng, đặt sai và không đúng các yêu cầu cấu tạo đối với c

BÀI GIẢNG

MÔN HỌC: Söa ch÷a, gia cè kÕt cÊu c«ng tr×nh

(15 TIẾT)

Chương 1 Khái niệm chung (2 tiết)

1.1 Các nguyên nhân gây hư hỏng công trình

Bao gồm các yếu tố tác động cơ học, lý học và hóa học diễn ra trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình; những sai sót trong công tác khảo sát, thiết kế và thi công hoặc không kịp thời duy tu trong quá trình vận hành công trình

- Các tác động cơ học bao gồm: Các loại tải trọng tác dụng lên công trình

- Các tác động lý hoá học bao gồm: Tác dụng của nhiệt độ, độ ẩm, lún không đều, chấn động, môi trường ăn mòn hoá học, điện hoá…

- Các sai sót trong công tác khảo sát và thiết kế:

+ Số liệu thiếu xác thực về tình hình địa hình, địa chất, thuỷ văn; các số liệu về khí hậu, qui mô và tính chất của các công trình lân cận…

+ Trong thiết kế, việc áp dụng các giải pháp kết cấu và nền móng không phù hợp, chưa đề cập đầy đủ các dạng tải trọng có thể xảy ra; tính toán sai; sử dụng vật liệu không thoả đáng…

- Các sai sót trong quá trình thi công: Là nguyên nhân rất quan trọng làm giảm chất lượng công trình (rất nhiều: lớp bảo vệ không đúng, đặt sai và không đúng các yêu cầu cấu tạo đối với cốt thép, sai tim, trục định vị phải nắn chỉnh, copha không đảm bảo yêu cầu, đầm

bê tông không đảm bảo, chất lượng vật liệu không đạt yêu cầu…)

- Chế độ bảo dưỡng công trình trong quá trình vận hành ảnh hưởng nhiều đến tuổi thọ của công trình, đặc biệt là đối với các công trình công nghiệp

* Tham khảo:

1.1 Tác động của môi trường khí hậu thời tiết

1.1.1 Tác động của sự thay đổi nhiệt độ không khí

1.1.2 Ảnh hưởng của độ ẩm

Co ngót của bê tông nặng khi chuyển từ trạng thái ẩm sang khô (khi BT đã đóng rắn) khoảng 400-800microstrains (x10-6

mm/m)

1.1.3 Bê tông chịu tác động của băng giá

- Các công trình trong vùng lạnh (Sa Pa; Lạng Sơn)

- Các công trình đông lạnh khi nhiệt độ yêu cầu dưới -150C, cho dù có các lớp bảo ôn nhưng có thể kết cấu BTCT vẫn chịu nhiệt độ dưới 00C Ở nhiệt độ âm này, lượng nước

dư trong BT bị đóng băng, thể tích tăng lên, chèn ép vào BT, gây nứt vỡ BT

1.2 Tác động của nhiệt độ cao (4000C-12000C)

Các nghiên cứu cho thấy khi nhiệt độ tăng cao cường độ BT giảm xuống, thể tích tăng lên Sự chênh lệch nhiệt độ do phía bị đốt nóng cũng làm cho kết cấu bị biến dạng, gây nứt, vỡ bề mặt

1.3 Tác động của ăn mòn hóa học

1.3.1 Ăn mòn bê tông

a Hòa tan Ca(OH)2 do CO2 thấm vào BT, các muối có trong nước mềm hòa tan Ca(OH)2làm giảm độ kiềm trong BT, BT mất khả năng bảo vệ cốt thép

b Ăn mòn do axit, bazơ, hoặc muối với các chất dễ hòa tan như Ca(OH)2 hoặc nCaOmSiO2 là những thành phần của đá xi măng Dạng ăn mòn này tiến từ ngoài vào trong làm giảm kiềm trong BT

c Do muối sinh ra trong các phản ứng ăn mòn với thành phần của xi măng tạo thành chất kết tinh có thể tích tăng lên trên hai lần, chèn ép làm vỡ BT

1.3.2 Ăn mòn cốt thép trong BT

Đây là quá trình điện hóa Nó phụ thuộc vào độ pH của BT Ngoài ra nếu BT có hàm lượng Clorit cao thì pH cao vẫn xảy ra ăn mòn cốt thép

1.4 Sự hư hỏng, phá hoại do chịu lực

Mỗi cấu kiện chịu nội lực khác nhau sẽ có những dạng thức phá hoại khác nhau Biến dạng cực hạn của BT vùng kéo 2.10-4; biến dạng cực hạn của BT vùng nén khi chịu nén đúng tâm 2.10-3; nén lệch tâm, uốn là 3.5x10-3

1.5 Những sai sót trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công, và vận hành khai thác công trình

Nguyên nhân chính do: Yếu kém về năng lực chuyên môn, thiếu kiến thức về chuyên môn, thiếu thông tin trong lĩnh vực xây dựng Thay thế vật liệu kém chất lượng, không kiểm soát chất lượng vật liệu đầu vào dẫn đến vật liệu xây dựng không đáp ứng được các yêu cầu đề ra

1.5.1 Những sai sót trong khâu khảo sát

- Cung cấp số liệu không chính xác về các chỉ tiêu cơ lý của đất nền

- Chiều sâu khảo sát chưa đủ (thông thường quy định chiều sâu khảo sát là 1.5Hcông trình; khi gặp nền đất yếu cần tăng thêm chiều sâu khảo sát.)

- Các số liệu về nước ngầm, động thái và tính chất hóa học của nước ngầm ảnh hưởng đến việc ăn mòn BT và cốt thép

Những sai sót này sẽ dẫn đến giải pháp về nền móng công trình không đảm bảo (KNCL, chống ăn mòn, )

1.5.2 Những sai sót trong công tác thiết kế

1.5.2.1 Những số liệu ban đầu

Những số liệu ban đầu là căn cứ pháp lý để người thiết kế sử dụng trong việc thiết kế công trình Các số liệu ban đầu đó là: Xuất phát từ chức năng sử dụng của công trình; tài liệu khảo sát địa chất, thủy văn, khí hậu để có những thông tin ban đầu phục vụ cho việc đưa ra giải pháp kết cấu hợp lý, tính toán tải trọng, nội lực, cấu tạo chi tiết

1.5.2.2 Giải pháp kết cấu và vật liệu sử dụng

1 Giải pháp kết cấu nền và móng:

Nguyên nhân gây ra sự cố công trình do sai sót về giải pháp nền móng chiếm tới 61%, trong khi nguyên nhân gây ra sự cố của giải pháp kết cấu phần thân chiếm 39% Do đó cần đặc biệt chú ý đến giải pháp về nền móng công trình

2 Giải pháp kết cấu phần thân

a Các giải pháp tổng thể: (BTCT toàn khối, BTCT lắp ghép, BTCT ứng lực trước)

* BTCT toàn khối: Có độ cứng, bậc siêu tĩnh cao nhưng lại nhạy cảm với lún lệch và sự

thay đổi nhiệt độ, trong tính toán nếu không kể đến những tác động này sẽ gây ra những

sự cố cho công trình (Ví dụ về chiều dài công trình lớn khi chịu sự thay đổi của nhiệt độ,

ví dụ về sàn tầng hầm khi đất nền đầm chặt, xảy ra lún )

* BTCT lắp ghép: ít nhạy cảm với lún lệch và nhiệt độ, nhưng lại chịu xâm thực của môi

trường mạnh tại các vị trí mối nối, làm công trình nhanh chóng hư hỏng

* BTCT ứng lực trước: Đặc biệt chú ý bảo vệ chống ăn mòn cho CT ứng lực trước, đặc

biệt là những công trình ven biển, hoặc những công trình trong điều kiện ăn mòn cao Ngoài ra chú ý những đầu neo khi lực căng lớn có thể gây nứt vỡ cục bộ

b Các giải pháp chi tiết:

* Sơ đồ tính toán và xác định nội lực, tổ hợp nội lực

Sự cố hư hỏng xảy ra:

- Do xác định sơ đồ tính sai: Thay thế các liên kết thực bằng liên kết lý tưởng không đúng, ví dụ: ; đơn giản hóa sơ đồ không đúng dẫn đến nội lực thực sự xuất hiện vượt tầm kiểm soát của thiết kế (Ví dụ về dầm các khung biên, xuất hiện thêm giá trị Mxoắn trong khi tính toán đơn giản không có)

- Do xây dựng hình bao nội lực chưa đủ các tổ hợp tải trọng

- Không kiểm soát được nội lực xuất hiện do các chương trình tính toán cung cấp Hoặc khi có các sự cố do phần mềm gây ra, không giải thích và làm chủ được

* Tính toán và cấu tạo chi tiết

- Tính toán thiếu do không đề cập đủ nội lực xuất hiện, và giới hạn áp dụng các công thức tính toán dành cho những cấu kiện cơ bản: Ví dụ các cấu kiện chịu nén sử dụng khi N≥0.1RbAb Hoặc trong các dầm của nhà nhiều tầng ngoài M,Q còn có thể xuất hiện lực kéo (N), cần phải tính toán như cấu kiện chịu kéo lệch tâm Chiều dài tính toán của cột trong các khung 01 nhịp lấy sai (0.7H) thực tế cần phải lấy (1.2-1.5)H, do vậy kết quả thiết kế không đủ về khả năng chịu lực

- Bê tông cấp độ bền chịu nén (B) hay mác theo cường độ chịu nén cao (M500-800) đang được sử dụng khá phổ biến, tuy nhiên cường độ chịu kéo lại không thỏa mãn theo yêu cầu ứng với M, trong tính toán theo trạng thái giới hạn II với kết cấu BTCT toàn khối thường

ít được chú trọng, do vậy các cấu kiện chịu uốn thường xuất hiện các vết nứt từ khá sớm với chiều rộng vượt quá giới hạn, đây là một nguyên nhân gây ra hư hỏng cho BTCT

- Cấu tạo chi tiết không hợp lý:

+ Quá nhiều thép, không đủ lực

dính xung quanh thanh thép;

+ Thanh thép không được duỗi

thẳng khi đặt vào trong BT (thép

sàn),

+ Bố trí cốt thép ứng lực trước sai;

+ Cốt thép không đủ neo (Nút

khung, nút gãy khúc, dầm công son);

+ Cấu tạo liên kết sai (đỉnh cột nhà

công nghiệp khi bố trí bu lông liên

kết thừa); liên kết kết cấu thép với BTCT đặc biệt với dầm mái dốc, xuất hiện lực xô ngang mà trong thiết kế ban đầu không tính đến

+ Không có giải pháp bảo vệ chống ăn mòn: Chống ăn mòn cho giai đoạn đầu quan trọng hơn nhiều khi chống ăn mòn trong giai đoạn bảo trì (Ví dụ cọc ép trong điều kiện nước ngầm có khả năng ăn mòn cao; các công trình ven biển với chiều cao dầm thấp, xuất hiện các vết nứt ngay từ đầu)

1.5.3 Những sai sót do thi công

- Mác bê tông không đảm bảo theo yêu cầu thiết kế: Đây không phải là chủ định của thi

công nhưng do công tác đảm bảo chất lượng thi công không tốt: Chất lượng và tỷ lệ các thành phần không thỏa đáng, xi măng kém phẩm chất, cốt liệu không sạch, đầm không kỹ, bảo dưỡng không tốt

- Bê tông bị rỗ: Rỗ bề mặt do không khí hoặc nước tụ lại tại thành ván khuôn, do đầm

không kỹ hoặc bỏ sót, vữa bê tông bị khô, bê tông bị phân tầng, ván khuôn không kín khít

để chảy hết nước xi măng; tại chỗ nối cốt thép không được uốn đúng tiêu chuẩn, chồng cốt thép nhiều, bê tông không lọt được vào, đây còn là nguyên nhân để lại những lỗ hổng lớn trong kết cấu

Các chi tiết nút liên kết cốt thép được uốn, bố trí không đúng đắn làm cho hình thành các

lỗ rỗng trong bê tông

- Bề mặt bê tông bị nứt: Do co ngót, chất lượng xi măng, cốt liệu không tốt, bảo dưỡng

không kịp thời (1-5h sau khi đổ BT), co ngót mạnh gây ra nứt

- Công tác ván khuôn chưa tốt: mất nước XM, võng kết cấu

- Cốt thép: Bẩn, han gỉ, sai vị trí, thiếu, nhầm lẫn chủng loại

- Chất lượng thi công các lớp phủ: Không đảm bảo nhất là với những kết cấu trong môi

trường ăn mòn mạnh

1.6 Tình trạng khai thác công trình và công tác bảo trì

- Sử dụng công trình không đúng với chức năng ban đầu

- Sử dụng công trình thiếu ý thức: gây ra những va chạm mạnh gây sứt vỡ BT, làm đổ hoặc vương vãi hóa chất gây ăn mòn

- Sửa chữa cải tạo tùy tiện, làm thay đổi sơ đồ chịu lực ban đầu

- Không có kế hoạch bảo trì đúng hạn

1.2 Đối tượng sửa chữa , gia cố và cải tạo công trình

- Những công trình đã sử dụng lâu năm bị xuống cấp do tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau như tải trọng, khí hậu, hoá chất ăn mòn, sự cố… gây nên

- Những công trình bị hư hỏng do những sai sót trong các khâu khảo sát, thiết kế hoặc thi công

- Những công trình do nhu cầu thay đổi về sử dụng như cải tiến công nghệ, đổi mới thiết

bị, thay đổi công năng,… dẫn đến thay đổi sơ đồ kết cấu, thay đổi tải trọng

- Những công trình có nhu cầu mở rộng như mở rộng mặt bằng, nâng thêm chiều cao, nâng thêm tầng…

→ Như vậy, việc gia cố, sửa chữa và cải tạo là đề cập đến những công trình có nhu cầu cải thiện về mặt chịu tải trọng cũng như công năng nhằm đảm bảo an toàn, tăng tuổi thọ hoặc tăng hiệu quả sử dụng của công trình

* Cũng như xây mới, việc gia cố, sửa chữa và cải tạo công trình có sẵn vẫn phải qua các

khâu khảo sát và thiết kế, sau đó mới có thể tiến hành thi công Tuy nhiên công tác khảo sát, thiết kế có những đặc điểm khác so với việc làm xây mới công trình Do vậy, cần đánh giá đúng tính chất, nguyên nhân và mức độ hư hỏng của công trình, xác định được mục đích và yêu cầu của công tác sửa chữa, gia cố sẽ quyết định tính đúng đắn cho các giải pháp được lựa chọn

1.3 Đánh giá tính chất và mức độ hư hỏng của công trình

Có 2 dạng hư hỏng:

a Hư hỏng thấy được: Thể hiện sự sút kém về khả năng chịu tải của kết cấu cũng như

sự giảm tính năng sử dụng so với ban đầu, chẳng hạn trên kết cấu xuất hiện những vết nứt hoặc biến dạng vượt quá giới hạn cho phép, mái bị dột, khu WC bị thấm nước, các lớp ốp, lát bị bong, rộp…

gọi H - mức độ hư hỏng của công trình (%),

ei - mức độ hư hỏng của cấu kiện thành phần i (%),

ti - tỉ lệ giá thành của cấu kiện i so với giá thành toàn bộ công trình,

ta có: 1

.100

Khi H > 80% coi như công trình đã hoàn toàn bị phá huỷ

b Hư hỏng không thấy được: Việc đánh giá dựa trên các cơ sở:

- Mức độ giảm giá công trình do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và giá xây dựng hạ xuống được đánh giá bằng hiệu số vốn đầu tư tại thời điểm xây dựng công trình và tại thời điểm khảo sát để sửa chữa, gia cố

- Mức độ bất hợp lý về mặt sử dụng được đánh giá bằng phụ phí để dỡ bỏ những phần bất hợp lý đó của công trình

→ Kết hợp cả 2 dạng hư hỏng trên để đánh giá toàn diện mức độ hư hỏng của công trình

* Tham khảo:

* ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CÔNG TRÌNH

Sau khi có các số liệu từ khảo sát chi tiết về chất lượng hiện trạng của hệ kết cấu, cần đánh giá tình trạng của công trình Việc đánh giá tình trạng công trình theo hai bước

1 Đánh giá tình trạng nguy hiểm của các kết cấu

Biểu hiện nguy hiểm của các kết cấu qua các đặc trưng sau:

Đối với phần nền và móng:

Tình trạng nền nguy hiểm: (Để có số liệu phục vụ cho việc đánh giá nền nguy hiểm, cần

phải có số liệu quan trắc trong một khoảng thời gian hợp lý theo các tiêu chuẩn về quan trắc lún)

Lún lớn- Giá trị lún > 2mm/tháng trong 2 tháng liên tục

Lún kèm theo trôi trượt - Chuyển vị ngang > 10 mm

Lún lệch quá giới hạn của tiêu chuẩn thiết kế và gây nứt tường có bề rộng > 10mm hoặc độ nghiêng cục bộ nhà > 1%

Tình trạng móng nguy hiểm:

Khả năng chịu lực <85% so với hiệu ứng tác động

Móng bị mủn mục, đứt gãy dẫn đến kết cấu nghiêng lệch, rạn nứt rõ rệt

Móng trôi trượt, chuyển vị ngang > 2mm/tháng trong 2 tháng liên tục

Tình trạng nguy hiểm đối với kết cấu BTCT

Về khả năng chịu lực: Khả năng chịu lực < 85% so với hiệu ứng tác dụng

Tình trạng võng: Võng lớn; độ võng dầm sàn > 1/150 L0

Vết nứt:

Dầm: Nứt thẳng đứng tại giữa nhịp dầm chạy dài lên 2/3 chiều cao dầm, bề rộng vết nứt > 0,5mm Hoặc ở gối tựa xuất hiện nứt xiên bề rộng >0.4mm ở vị trí cốt thép chịu lực có vết nứt ngang hoặc xiên bề rộng >1mm

Bản sàn: nứt chịu kéo có bề rộng > 0.4mm Đáy bản đổ tại chỗ có vết nứt đan xiên

Dầm sàn có nứt dọc theo chiều cốt thép chịu lực (do ăn mòn) bề rộng >1mm Cột: có vết nứt thẳng đứng, lớp bê tông bảo vệ bong tróc Hoặc có vết nứt ngang một bên có bề rộng >1mm

Độ nghiêng: Độ nghiêng cột, tường >1%

Trong các biểu hiện nguy hiểm nói trên, ngoài các biểu hiện rõ rệt ra mặt ngoài về võng, nứt còn có các biểu hiện tiềm ẩn ở bên trong là: Khả năng chịu lực <85% so với hiệu ứng tác động Đối với biểu hiện này, cần phải tính toán kiểm tra lại hệ kết cấu công trình Thông số đầu vào: là các số liệu về chất lượng vật liệu và cấu tạo chi tiết đã có từ khảo sát chi tiết đã nói ở trên, các tải trọng và tác động thực tế mà công trình đang phải chịu Việc tính toán kết cấu được thực hiện theo giai đoạn đàn hồi nhưng phải xét đến các khu vực xuất hiện khớp dẻo do kết cấu đã bị nứt Thông qua kết quả tính toán kiểm tra khả năng chịu tải của hệ kết cấu sẽ xác định được các kết cấu nguy hiểm như đã nói ở trên Đồng thời căn cứ vào kết quả tính toán có thể đề xuất thí nghiệm thử tải tĩnh tại hiện trường cho những kết cấu còn nghi ngờ như: tình trạng ăn mòn của kết cấu chưa rõ, độ cứng của các liên kết, những khuyết tật còn tiềm ẩn chưa phát hiện được(vị trí khó khăn trong quá trình khảo sát) hoặc tác động tương hỗ của các kết cấu liên quan

Thí nghiệm chất tải cấu kiện chịu uốn được thực hiện theo TCXDVN 363-2006- “Kết cấu BTCT – Đánh giá độ bền của các bộ phận kết cấu chịu uốn trên công trình bằng phương pháp thí nghiệm chất tải tĩnh”

2 Đánh giá tình trạng nguy hiểm của công trình

Cơ sở đánh giá theo TCXDVN 373-2006 – “Chỉ dẫn đánh giá mức độ nguy hiểm của kết cấu nhà” Việc đánh giá theo phương pháp đánh giá tổng hợp, dựa trên mức độ nguy hiểm của các cấu kiện, đánh giá mức độ nguy hiểm của các bộ phận từ đó đánh giá mức

độ nguy hiểm cả công trình Các công thức của tiêu chuẩn khá dài tham khảo như sau:

Tỉ số phần trăm cấu kiện nguy hiểm trong nền móng được tính theo công thức sau:

fdm = n d / n * 100% (1) Trong đó: fdm – tỉ số phần trăm cấu kiện nguy hiểm trong nền móng;

n d – số cấu kiện nguy hiểm;

n d – số cấu kiện nguy hiểm;

n – tổng số cấu kiện

Hàm phụ thuộc của các bộ phận nhà cấp a được tính theo công thức sau:

Trong đó: a – hàm phụ thuộc của các bộ phận nhà cấp a;

 – tỉ số phần trăm cấu kiện nguy hiểm

Hàm phụ thuộc của các bộ phận nhà cấp b được tính theo công thức sau:

% 30

% 5

% 5

 – tỉ số phần trăm cấu kiện nguy hiểm

Hàm phụ thuộc của các bộ phận nhà cấp c được tính theo công thức sau:

% 100

% 25

% 5 0

% 5

% 5

 – tỉ số phần trăm cấu kiện nguy hiểm

Hàm phụ thuộc của các bộ phận nhà cấp d được tính như sau:

% 30

% 30

% 30

 – tỉ số phần trăm cấu kiện nguy hiểm

Hàm phụ thuộc của nhà cấp A được tính theo công thức sau:

A = max[min(0.3, af), min (0.6, as), min (0.1, aes)] (8) Trong đó: A – hàm phụ thuộc của nhà cấp A;

 – hàm phụ thuộc của kết cấu bao che cấp a;

Hàm phụ thuộc của nhà cấp B được tính theo công thức sau:

B = max[min(0.3, bf), min (0.6, bs), min (0.1, bes)] (9) Trong đó: B – hàm phụ thuộc của nhà cấp B;

Hàm phụ thuộc của nhà cấp C được tính theo công thức sau:

C = max[min(0.3, cf), min (0.6, cs), min (0.1, ces)] (10) Trong đó: C – hàm phụ thuộc của nhà cấp C;

 – hàm phụ thuộc của kết cấu bao che cấp c;

Hàm phụ thuộc của nhà cấp D được tính theo công thức sau:

D = max[min(0.3, df), min (0.6, ds), min (0.1, des)] (11) Trong đó: D – hàm phụ thuộc của nhà cấp D;

 – hàm phụ thuộc của kết cấu bao che cấp d;

Tùy thuộc vào các trị số của hàm phụ thuộc, có thể đánh giá như sau:

a) df = 1, nhà nguy hiểm cấp D (cả nhà nguy hiểm);

b) ds = 1, nhà nguy hiểm cấp D (cả nhà nguy hiểm);

c) max(A ,B ,C ,D) = A ,kết quả đánh giá tổng hợp là cấp A (nhà không nguy hiểm);

d) max(A ,B ,C ,D ) = B ,kết quả đánh giá tổng hợp là cấp B (nhà có cấu kiện nguy hiểm);

e) max(A ,B ,C ,D) = C , kết quả đánh giá tổng hợp là cấp C (nhà có bộ phận nguy hiểm);

f) max (A , B , C , D) = D , kết quả đánh giá tổng hợp là cấp D (toàn bộ nhà nguy hiểm)

Để đánh giá tình trạng nguy hiểm của công trình, độ nguy hiểm được phân chia thành

4 cấp sau đây:

Cấp A:

Kết cấu an toàn

Chưa có nguy hiểm

Khả năng chịu lực của kết cấu có thể thoả mãn yêu cầu sử dụng bình thường

Cấp B:

Cá biệt có cấu kiện ở trạng thái nguy hiểm cục bộ, nhưng kết cấu chịu lực chưa bị ảnh hưởng

Khả năng chịu lực của kết cấu cơ bản đạt yêu cầu

Công trình đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường

Cùng với kết quả đánh giá về tình trạng nguy hiểm của công trình, cần phân tích và làm rõ các nguyên nhân gây ra tình trạng nguy hiểm đó để có được những kết luận và kiến nghị hợp lý

** KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ HƯỚNG XỬ LÝ

Đưa ra kết luận về tình trạng của công trình sau khi có kết quả đánh giá tổng hợp trên Hướng xử lý: Tham khảo theo bảng sau đây

Mức độ

Cấp A Kết cấu an toàn, chưa có nguy hiểm, khả năng chịu lực của kết cấu có thể thoả mãn

yêu cầu sử dụng bình thường

Bảo trì định kỳ

Cấp B

Cá biệt có cấu kiện ở trạng thái nguy hiểm cục bộ, nhưng kết cấu chịu lực chưa bị ảnh hưởng, khả năng chịu lực của kết cấu cơ bản đạt yêu cầu, công trình đáp ứng được yêu cầu

Sửa chữa toàn diện, kèm theo gia cường lại hệ kết cấu, hoặc kiến nghị dỡ bỏ nhằm đảm bảo an toàn cho công trình lân cận

Chương 2 Công tác khảo sát, thiết kế (4 tiết)

2.1 Mục đích

- Khảo sát một công trình cần gia cố, sửa chữa gần giống như khám bệnh cho người ốm, nên gần đây người ta đưa ra thuật ngữ “Bệnh học công trình” Mục đích là xác định trạng thái, mức độ các hư hỏng và tìm nguyên nhân của chúng

- Công tác khảo sát nhằm mô tả và đánh giá đúng hiện trạng của kết cấu Phân tích kết quả khảo sát kết hợp với những lập luận hợp qui luật để tìm ra nguyên nhân của hư hỏng làm tiền đề cho việc thiết kế, sửa chữa

Tiêu chuẩn hiện hành (TCXDVN 373-2006)

2.2 Nội dung

Nội dung của công tác khảo sát bao gồm:

- Hiện trạng về khả năng chịu tải của kết cấu (kết cấu chịu lực và bao che)

1 Thu thập hồ sơ, tài liệu liên quan đến công trình

- Hồ sơ thiết kế ban đầu

- Hồ sơ hoàn công

- Hồ sơ thiết kế các giai đoạn sửa chữa khác

- Nhật ký sử dụng công trình (Nếu có)

2 Quan sát, ghi nhận các hư hỏng đặc trưng

Mặt ngoài công trình chính là nơi dễ bị tổn hại nhất do bề mặt kết cấu là nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp những tác động bất lợi của môi trường, của những tác dụng cơ học và những tác động khác (cháy, nổ, ) lên công trình Việc khảo sát có thể thực hiện bằng phương pháp quan sát trực tiếp kết hợp với đo đạc bằng những thiết bị hay phương tiện đơn giản, hoặc kết hợp sử dụng các dụng cụ đo chuyên dùng

Công tác khảo sát tổng thể mặt ngoài có thể tiến hành với một số nội dung chính sau đây:

a Kiểm tra độ thẳng đứng công trình

Độ thẳng đứng là biểu hiện tổng thể về mức độ ổn định của công trình Nó liên quan mật thiết với trạng thái làm việc của nền móng

+ Nền đất có độ ổn định kém các lớp bên dưới mỏng xảy ra biến dạng không đều, gây nên lún lệch giữa các vùng và dẫn đến nghiêng nhà Kết cấu móng khi đó dù có độ cứng lớn và khả năng chịu lực tốt, nhưng vẫn bị biến dạng của nền kéo theo

+ Nền đất làm việc tốt và đồng đều, nhưng có thể công trình vẫn bị nghiêng Nguyên nhân chính ở đây là do kết cấu móng yếu, không đủ độ cứng và khả năng chịu lực để nhận tải trọng

Công việc kiểm tra độ thẳng đứng được tiến hành như sau: Sử dụng máy đo trắc đạc, xác định chuyển vị nghiêng của từng trục góc hoặc vị trí trục đặc trưng khác trên các mặt đứng công trình

b Khảo sát trạng thái nứt trên công trình

Hình ảnh về tình trạng nứt có thể cho ta những nhận định có liên quan sau đây đối với chất lượng công trình:

+ Về mức độ thu hẹp tiết diện làm việc của cấu kiện Từ đó suy ra sự ảnh hưởng nứt đến khả năng chịu lực của kết cấu

+ Trạng thái ổn định công trình do ảnh hưởng của vết nứt làm độ cứng kết cấu giảm + Sự thay đổi chất lượng vật liệu bên trong cấu kiện

* Sơ đồ công tác khảo sát, kiểm định chất lượng công trình:

Thu thập hồ sơ tài liệu liên quan đến công trình

Quan sát, ghi nhận hư hỏng đặc trưng

Xác định sơ đồ kết cấu

Kiểm tra cấu kiện, kết cấu

Lấy mẫu thí nghiệm (bê tông, gạch, thép, vữa…)

Kiểm tra đánh giá sự biến dạng, nứt (võng, chênh cao, nghiêng, vết nứt…)

Xác định các chỉ tiêu cơ lý của kết cấu, vật liệu, đất nền…

Tính toán kiểm tra

Phân tích nguyên nhân

Tổng hợp các tài liệu, số liệu liên quan

Lập báo cáo

Mức độ ảnh hưởng của tình trạng rỉ và phong hoá vật liệu

+ Sự liên quan giữa nứt và một số biểu hiện khác về trạng thái ứng suất – biến dạng và chuyển vi từng bộ phận kết cấu v.v

Trạng thái nứt trên công trình được coi là một trong những yếu tố quan trọng để xác định tình trạng nguy hiểm của bộ phận kết cấu hay tổng thể công trình Để xác định chiều dài vết nứt có thể sử dụng các thước lá kim loại với vạch chia đến mm; để xác định bề rộng vết nứt, cần sử dụng kính soi khe nứt với khả năng đo được đến 0.01mm

3 Xác định sơ đồ kết cấu nhà

Việc xác định sơ đồ kết cấu chính của nhà có thể dựa trên hồ sơ thiết kế ban đầu và hồ

sơ hoàn công gần nhất Trong trường hợp không có các hồ sơ này, cần sử dụng các thiết

bị dò từ để xác định vị trí các kết cấu chịu lực bằng BTCT, từ đó xác lập hệ kết cấu chính cho công trình cần khảo sát Kết quả của công việc này là đưa ra bản vẽ mặt bằng kết cấu hiện trạng Sau khi xác định sơ đồ kết cấu chịu lực chính của nhà sẽ chỉ ra những vùng, những cấu kiện cần khảo sát, phục vụ cho công tác khảo sát chi tiết ở bước tiếp theo

** KHẢO SÁT CHI TIẾT

Khảo sát chi tiết nhằm mục đích xác định chính xác lại sơ đồ kết cấu của công trình, kích thước các cấu kiện, tình trạng của vật liệu và kết cấu tổng thể Khi khảo sát chi tiết cần sử dụng các thiết bị và dụng cụ chuyên dụng Các công việc cần tiến hành như sau:

1 Kiểm tra cấu kiện, kết cấu:

Xác định cấu tạo và kích thước của chi tiết bên trong kết cấu: xác định cốt thép trong

bê trong bê tông: vị trí, đường kính, lớp bê tông bảo vệ Để xác định được các chỉ tiêu này cần sử dụng các thiết bị dò từ và thực hiện theo tiêu chuẩn thí nghiệm tương ứng (TCXD240-2000)

2 Xác định chất lượng hiện trạng của vật liệu trong kết cấu

Để xác định chất lượng hiện tại của kết cấu công trình cần sử dụng các phương pháp thích hợp để xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu bê tông và cốt thép Có hai phương pháp để xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu: phương pháp thí nghiệm phá hoại và phương pháp thí nghiệm không phá hoại

- Với phương pháp thí nghiệm phá hoại: Các mẫu vật liệu bê tông được lấy trực tiếp từ công trình bằng biện pháp khoan lấy lõi, đường kính mẫu khoan D=50-100mm, chiều cao mẫu H≥D khi cần xác định chỉ tiêu về cường độ nén; H=4D khi cần xác định mô đun đàn hồi Để phản ánh đúng chất lượng thực trạng vật liệu và không ảnh hưởng đến kết cấu công trình, cần chọn các vị trí có ứng lực ít nhất Với các mẫu vật liệu thép: việc xác định các chỉ tiêu cơ lý bằng phương pháp thí nghiệm phá hoại chỉ được tiến hành khi thực sự cần thiết, thông thường với thép chỉ cần kiểm tra về khả năng ăn mòn bằng phương pháp không phá hoại cụ thể là phương pháp điện thế kiểm tra khả năng thép bị ăn mòn (TCXDVN 294-2003) Trong trường hợp bắt buộc phải lấy mẫu kiểm tra: cần chống đỡ kết cấu đảm bảo, đục bỏ lớp bê tông bảo vệ, dùng các máy cắt cơ học, cắt lấy mẫu Sau đó phải nối lại cốt thép, tiến hành đổ lại bê tông để đảm bảo cho kết cấu được an toàn

Phương pháp thí nghiệm phá hoại thực hiện trong các phòng thí nghiệm chuyên ngành tuy đạt được yêu cầu về độ chính xác cao nhưng còn có những bất tiện:

+ Khoan lấy mẫu, cắt cốt thép làm ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của kết cấu, dù rằng sau đó bê tông được chèn và cốt thép được nối lại

+ Số lượng mẫu lấy ra hạn chế, do vậy khó đại diện cho toàn bộ kết cấu và công trình + Công việc thực hiện phức tạp, tiêu hao nhiều thời gian và kinh phí

- Với phương pháp thí nghiệm không phá hoại: Phương pháp này dựa trên các nguyên lý tác động cơ học (va chạm – bật nảy) và vật lý khác (siêu âm, phóng xạ, ) lên đối tượng thí nghiệm Độ chính xác của phương pháp này sai số từ 10-20% so với phương pháp phá hủy mẫu, nhưng việc thực hiện lại nhanh chóng, đơn giản, rất thuận lợi cho việc xác định tính đồng nhất của vật liệu cho các kết cấu và cho toàn bộ công trình Sử dụng các thiết bị nảy va chạm (TCXDVN162-2004) và siêu âm (TCXD 225-1998) cho phép xác định được cường độ của bê tông trên các kết cấu công trình Sử dụng các thiết bị siêu âm, đo phóng

xạ cho phép xác định các khuyết tật, lỗ rỗng và khe nứt trong kết cấu BTCT

Những kết quả kể trên cùng với thông tin nhận được từ kiểm tra cấu kiện, kết cấu là nguồn cung cấp đầu vào cho thiết kế để tính toán kiểm tra lại khả năng chịu lực và sự làm việc của kết cấu

3 Kiểm tra, đánh giá sự biến dạng, nứt:

Xác định độ võng, độ chênh cao, nghiêng, các vết nứt: chiều rộng, sâu, dài của các vết nứt Việc xác định các thông số này bằng các thiết bị chuyên dụng Các số liệu này sẽ là

cơ sở cho việc đánh giá mức độ nguy hiểm của các kết cấu và của tổng thể công trình

- Đánh giá khả năng chịu tải của các kết cấu cơ bản:

+ Tính toán lại theo qui phạm hiện hành với giả thiết công trình còn nguyên vẹn với tải trọng thực tế tác dụng

+ Xác định số lượng, vị trí, bề rộng và độ sâu của vết nứt Vết nứt do M,Q,N hoặc xoắn gây ra Vết nứt đã ổn định hay vẫn phát triển theo thời gian

+ Kiểm tra cường độ của bê tông bằng các phương pháp thích hợp tuỳ theo mức độ quan trọng cần thiết

+ Kiểm tra các khuyết tật trong bê tông nếu thấy cần thiết

+ Kiểm tra các chi tiết liên kết trong kết cấu BTCT lắp ghép

+ Nếu kết cấu làm việc trong môi trường ăn mòn, cần kiểm tra tình trạng ăn mòn, chiều sâu thâm nhập, hiện tượng ăn mòn cốt thép, cường độ bê tông miền bị chất ăn mòn thâm nhập

+ Tính lại khả năng chịu tải thực tế của kết cấu theo các số liệu thu được

- Kiểm tra vết nứt, biến dạng có các dụng cụ, thiết bị chuyên dụng (theo giáo trình môn thí nghiệm và kiểm định chất lượng công trình)

- Kiểm tra độ bền của vật liệu:

+ Trong phòng thí nghiệm: Các mẫu được cắt ra từ kết cấu được thử tới tải trọng phá huỷ

+ Tại hiện trường: Xác định bằng phương pháp không phá hoại mẫu: sai số từ 10% đến 15%, tuy nhiên ưu điểm hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn; ví dụ như súng bật nẩy, siêu âm, thiết bị phóng xạ, thiết bị từ,…

2.2.2 Khảo sát nền móng

- Yêu cầu: Các số liệu khảo sát nền móng công trình cần nêu được những đặc điểm của khu đất, cấu tạo nền móng công trình và những công trình có liên quan, hiện trạng về khả năng chịu tải và biến dạng của nền móng

- Các công việc cần tiến hành:

+ Tìm hiểu cấu tạo kết cấu móng của công trình (căn cứ bản vẽ, cấu trúc bên trong) + Tình hình cấu tạo địa chất công trình và hiện trạng các công trình lân cận

+ Tìm hiểu độ lún của công trình

→ Đối với công trình có khung chịu lực: Vị trí khảo sát cần chọn ở phạm vi chân cột, chân tường để biết tường xây trực tiếp lên móng hay trên dầm móng Chọn các vị trí điển hình như móng cột trục giữa, biên, đầu hồi

→ Đối với công trình có tường chịu lực: Móng thường là móng băng hoặc bè BTCT, vị trí khảo sát nên chọn cạnh tường biên, tường ngang và tường hồi

→ Xác định kích thước bề rộng, độ sâu của móng, kiểm tra cốt thép trong móng và đánh giá lại khả năng chịu tải của móng

- Khảo sát nền đất bằng các phương pháp khoan, xuyên hoặc kết hợp (phương pháp xuyên tĩnh được sử dụng nhiều)

2.3 Thiết kế sửa chữa, cải tạo và gia cố

2.3.1 Nội dung

- Xác định sự cần thiết phải sửa chữa, gia cố và cải tạo công trình

- Thiết kế sửa chữa, gia cố bao gồm:

+ Phân tích kết quả khảo sát, xác định nguyên nhân gây hư hỏng

+ Các giải pháp cơ bản để sửa chữa, gia cố

+ Các giải pháp bảo vệ kết cấu

+ Vật liệu cơ bản được sử dụng

+ Biện pháp thi công

+ Dự toán thiết kế

2.3.2 Đặc điểm khác so với thiết kế mới

- Quan trọng nhất là việc sửa chữa, gia cố, cải tạo cần được thực hiện trong điều kiện vận hành liên tục của công trình hoặc nếu có dừng thì chỉ được dừng trong thời gian hạn chế

→ Nên ưu tiên sử dụng các cấu kiện lắp ghép bằng BTCT hoặc bằng thép để làm kết cấu gia cố Những kết cấu gia cố này cần có cấu tạo đơn giản, nhẹ nhàng, dễ thực hiện Để tăng khả năng chịu tải và giảm nhẹ kết cấu gia cố có thể dùng kết cấu ứng lực trước Dùng BTCT đổ tại chỗ sẽ khó khăn hơn

- Đưa kết cấu gia cố cùng tham gia làm việc với kết cấu được gia cố Để thực hiện:

+ Cắt bỏ hết những phần tải trọng có thể cắt bỏ được trước khi gia cố

+ Có thể dùng kích để trả lại trạng thái “nghỉ tương đối” của kết cấu được gia cố, (ví

dụ như kích trả lại độ võng = 0 cho kết cấu chịu uốn)

+ Dùng kết cấu ứng lực trước như dây căng ƯLT, ống lồng ƯLT, thanh đạp ƯLT,…

- Đối với công trình bị ăn mòn, việc sửa chữa, gia cố phải được tiến hành đồng thời với việc xử lý chống ăn mòn Trước khi sửa chữa, gia cố cần phải làm sạch kết cấu cũ khỏi tác nhân ăn mòn

- Biện pháp thi công phải thuận tiện, phù hợp, dễ thực hiện và hiệu quả

- Do tính linh hoạt của công việc sửa chữa, gia cố đòi hỏi người thiết kế luôn có mặt tại hiện trường trong quá trình thi công để kịp giải quyết các yêu cầu đột xuất có thể xảy ra

Chương 3 Gia cố kết cấu BTCT (5 tiết)

- Đối với kết cấu bị ăn mòn, trước hết cần loại trừ tác nhân gây ăn mòn trong kết cấu và sau khi gia cố cần phải xử lý chống ăn mòn cho kết cấu

- Kết cấu BTCT được gia cố theo 2 cách cơ bản:

+ Gia cố trong điều kiện giữ nguyên sơ đồ kết cấu và trạng thái ứng suất Để giữ nguyên sơ đồ kết cấu, việc gia cố chỉ có thể thực hiện bằng cách tăng tiết diện

+ Gia cố bằng cách thay đổi sơ đồ và trạng thái ứng suất của kết cấu Để gia cố bằng cách này có thể áp dụng các phương pháp đặt thêm gối tựa, dây căng ƯLT, kết cấu hỗ trợ hoặc thay thế,…

- Vật liệu sử dụng để gia cố kết cấu BTCT: Bê tông có B ≥ B12,5 Các loại thép các bon thông dụng, không nên dùng loại có cường độ đặc biệt cao Vữa chèn là vữa xi măng mác

≥ mác 100

* Tham khảo:

* Vật liệu xây dựng dùng trong sửa chữa và gia cường kết cấu BTCT

Vật liệu sử dụng trong công tác sửa chữa và gia cố cần đáp ứng các yêu cầu sau:

3.1.1.1 Ổn định về kích thước

1 Về tính co ngót: Sử dụng vật liệu sửa chữa có đọ co ngót tối thiểu, thậm chí không co, hoặc trương nở là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo chất lượng công tác sửa chữa Lý do: Với kết cấu cũ đã ổn định, vật liệu sửa chữa mới khi bị co ngót sẽ gây ra ứng suất kéo trong lớp vật liệu đó, đồng thời tại mặt tiếp xúc giữa hai lớp vật liệu xuất hiện ứng lực cắt làm hai lớp vật liệu trượt lên nhau, phá vỡ lực dính giữa hai lớp vật liệu cũ và mới Những khe nứt và tách sinh ra do quá trình trên tạo điều kiện cho các tác nhân ăn mòn của môi trường xâm nhập vào gây ra hiện tượng ăn mòn cho kết cấu

Để giảm co ngót của bê tông sửa chữa có thể áp dụng một số biện pháp sau:

- Giảm hàm lượng xi măng ở mức độ tối thiểu, chỉ sử dụng để đảm bảo cường độ cần thiết, điều này trong thiết kế cấp phối phải được chú trọng đúng mức

- Giảm tỷ lệ N/X: sử dụng tỷ lệ này thấp nhất đủ để đáp ứng yêu cầu thi công bê tông Có thể sử dụng phụ gia giảm nước tầm cao

- Tăng hàm lượng cốt liệu lớn ở mức lớn nhất có thể được

- Cốt liệu đặc chắc, sạch