PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG GỐI CẦU CAO SU TRÊN CÁC CẦU Ở ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III VÀ ĐỀ RA GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ

Các cầu trên địa bản Cục QLĐB III trong thời gian qua hư hỏng các dạng truyền thống như: Nứt đáy bản mặt cầu, dầm chủ bị nứt, bản tăng cường bị nứt vỡ, bê tông nhựa mặt cầu và hai đầu cầ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN PHƯƠNG

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG GỐI CẦU CAO SU TRÊN CÁC CẦU Ở ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III VÀ ĐỀ RA GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

NGUYỄN VĂN PHƯƠNG

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG GỐI CẦU CAO SU TRÊN CÁC CẦU Ở ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III VÀ ĐỀ RA GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Phương

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1

3 Đối tượng nghiên cứu 1

4 Phạm vi nghiên cứu 1

5 Phương pháp nghiên cứu 1

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU TRÊN ĐỊA PHẬN CỤC QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ III 3

1.1 THỰC TRẠNG HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ III 3

1.1.1 Thông tin chung 3

1.1.2 Các dạng hư hỏng, sự cố thường gặp: 4

1.1.3 Các nguyên nhân gây ra hư hỏng và các yếu tố làm xuống cấp các cầu đang khai thác 9

1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QLĐBIII 14

1.3 TỔNG QUAN GỐI CẦU 14

1.3.1 Khái niệm chung về gối cầu 14

1.3.2 Cấu tạo gối cầu dầm bê tông cốt thép 15

1.3.3 Cấu tạo gối cầu dầm thép 17

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 19

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG GỐI CẦU SAO SU 21

2.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG GỐI CẦU, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG HƯ HỎNG CỦA GỐI CẦU TỚI AN TOÀN KHAI THÁC CHO CÔNG TRÌNH CẦU: 21

2.1.1 Các dạng hư hỏng gối cầu 21

2.1.2 Đánh giá ảnh hưởng của hư hỏng gối cầu tới khả năng khai thác của cầu 21 2.2 PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ GÂY HƯ HỎNG GỐI VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 25

2.2.1 Phân tích các yếu tố gây hư hỏng gối 25

2.2.2 Biện pháp khắc phục 25

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 26

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP SỬA CHỮA CÁC GỐI CẦU CAO SU BỊ HƯ HỎNG THUỘC CỤC QLĐB III 27

3.2 KẾT CẤU VÀ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG CỦA CẦU 27

3.2.1 Kết cấu nhịp 27

3.2.2 Kết cấu mố trụ cầu 30

3.2.3 Cấu tạo liên tục hóa các nhịp dầm 42m được thực hiện theo trình tự sau 30

3.3 GIẢI PHÁP SỬA CHỮA GỐI CẦU 30

3.4 TỔ CHỨC THI CÔNG & ĐBGT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG 31

3.4.2 Công tác đảm bảo giao thông trong thời gian thi công 33

3.5 TÍNH TOÁN TRONG QÚA TRÌNH NÂNG KẾT CẤU NHỊP ĐỂ THAY GỐI 33

3.5.1 Số liệu cầu 33

3.5.2 Vật liệu sử dụng 34

3.5.3 Tải trọng tính toán 35

3.5.4 Tính toán nội lực trong dầm: 36

3.5.5 Kiểm toán mặt cắt 67

3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

CÁC CẦU Ở ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III

VÀ ĐỀ RA GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

Học viên: Nguyễn Văn PhươngChuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng CTGT

Mã số: 60580205 Khóa: K33 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN

Tóm tắt:

Trong điều kiện nền kinh tế nước ta hiện nay còn nhiều khó khăn, để duy trì khả năng khai thác và kéo dài tuổi thọ của cẩu cần phải sửa chữa kịp thời các hư hỏng của cầu Các cầu trên địa bản Cục QLĐB III trong thời gian qua hư hỏng các dạng truyền thống như: Nứt đáy bản mặt cầu, dầm chủ bị nứt, bản tăng cường bị nứt vỡ, bê tông nhựa mặt cầu và hai đầu cầu

bị bị nứt rạn mai rùa, khe co giãn bị hư hỏng, xói lỡ mố trụ cầu… Đặt biệt trong 3 năm trở lại đây từ năm 2014-2017 một số cầu lớn trên địa bàn xuất hiện tịnh trạng gối cầu cao su bị dịch chuyển lớn có một số gối dịch chuyển ra khỏi đá kê gối, một số gối cao su bị lún bẹp và nứt cao su…

Vì vậy, việc phân tích tìm nguyên nhân gây hư hỏng gối cầu cao su và đề ra giải pháp khắc phục cũng là một vấn đề cần được giải quyết để tăng hiệu qủa sửa chữa cầu góp phần hạn chế các hư hỏng gối cầu trong quá trình khai thác nhằm duy trì khả năng khai thác, kéo dài tuổi thọ công trình

Từ khóa: gối cầu, hư hỏng gối cầu cao su

ANALYZE AND EVALUATE THE CAUSES OF DAMAGE TO RUBBER BEARING PAD ON BRIDGES UNDER MANAGEMENT OF THE ROAD

ADMINISTRATION III AND SOLUTION PROPOSAL

Abstract:

In the difficulties of our country’s economics, in ordet to maintain and extend the lifespan

of bridges, timely check and repair the damage of bridges should be taken into account In

recent years, most of bridges under the management of Road Technical Center III has been

exploit such as: cracked bridge deck slap, cracked master girder, cracked and broken reinforcement deck plate, bitum concrete on deck plate and on two appoaching road has been cracked in shape of tortois’ shell, damaged expansion joint, erosion in abutment and piers… Especially, in the last 03 years from 2014 – 2017, some large bridges in the area have shown with huge movement in rubber bearing pad, there are some bearing pad has been moved out

of bearing seat, some rubber bearing pads have sunk and rubber has cracked…

Therefore, the analysis of reasons for the damage of rubber bearing pad as well as bring out solution to this problem, which could increase the efficiency of the process of using the bridge and attribute to the longevity of the construction, is urgent

Key words: bearing pad; damaged rubber bearing pad

Số hiệu bảng Tên bảng Trang

2.2 Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm hộp giản đơn 242.3 Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm Super-T giản

3.24 Kết quả tính đặc trưng hình học tại mặt cắt E-E 54

3.26 Kết quả tính đặc trưng hình học tại mặt cắt E-E 55

3.28 Kết quả tính đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn

3.29 Kết quả tính đặc trưng đường ảnh hưởng 583.30 Kết quả tính trọng lượng của tải trọng DC1 58

3.33 Tổng hợp nội lực do lớp phủ và tiện ích 603.34 Tổng hợp nội lực do chuyển vị cưỡng bức gối cầu 60

3.36 Bảng tổng hợp mất mát ứng suất do ma sát tại các mặt cắt 61

3.38 Bảng MMƯS do tự chùng của cáp DƯL sau khi truyền

3.41 Bảng tổng hợp mất mát ứng suất do ma sát tại các mặt cắt 643.42 Bảng tổng hợp lực nén do cáp dự ứng lực tại các mặt cắt

3.43 Tổng hợp ứng suất do dự ứng lực dầm chủ thớ trên và

3.44 Tổng hợp ứng suất do dự ứng lực bản mặt cầu thớ trên và

1.14 Nứt BT bọc trụ cầu Đại Lãnh, Km1369+117, QL1, tỉnh

1.16 Cấu tạo gối thép kiểu bản phẳng dùng trong cầu bê tông cốt

1.17 Cấu tạo gối tiếp tuyến dùng trong cầu bê tông cốt thép 16 1.18 Cấu tạo gối con lăn thép và gối cao su dùng trong cầu bê

1.20 Cấu tạo gối tiếp tuyến dùng trong cầu thép 17 1.21 Cấu tạo gối di động con lăn thép và gối con quay hình quạt

2.1 Thông số cầu dầm hộp giản đơn 22

2.4 Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm hộp giản đơn 23 2.5 Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm Super-T giản đơn 24

3.2 Gối cầu bị tụt ra một phần so với đá kê gối 29

3.5 Chi tiết mặt cắt dầm chủ ở mặt cắt L/2 37 3.6 Chi tiết mặt cắt dầm chủ tại mặt cắt B-B 41 3.7 Chi tiết mặt cắt dầm chủ tại mặt cắt C-C 45 3.8 Chi tiết mặt cắt dầm chủ tại mặt cắt D-D 49 3.9 Chi tiết mặt cắt dầm chủ tại mặt cắt E-E 53

MỞ ĐẦU

1 Lý do ch ọn đề tài

Để phát triển mạng lưới hạ tầng giao thông, song song với việc đầu tư xây dựng mới thì việc duy trì trạng thái kỹ thuật các công trình cầu cũ phải được chú trọng phù hợp với định hướng phát triển hạ tầng giao thông

Hằng năm, Nhà nước luôn bố trí nguồn kinh phí nhất định để phục vụ cho công tác kiểm tra, duy tu và sửa chữa các cầu cũ Tuy nhiên vẫn chưa đủ để đáp ứng cho số lượng lớn cầu cũ ở nước ta

Theo báo cáo của Tổng cục Đường bộ Việt Nam năm 2014, trên hệ thống Quốc lộ của nước ta hiện nay do Tổng cục Đường bộ Việt Nam quản lý có tổng chiều dài trên 19.000 km và có hơn 4.700 cây cầu Trong đó có 1.672 cây cầu lạc hậu về chức năng khai thác cần phải nâng cấp, cải tạo xây dựng mới; có 566 cầu được đánh giá là yếu Có 45 cầu cần được sửa chữa ngay trong giai đoạn 2012 - 2015, 262 cầu cần sửa chữa lớn giai đoạn 2015 - 2020

Trong điều kiện nền kinh tế nước ta hiện nay còn nhiều khó khăn, để duy trì khả năng khai thác và kéo dài tuổi thọ của cẩu cần phải sửa chữa kịp thời các hư hỏng của cầu Các cầu trên địa bản Cục QLĐB III trong thời gian qua hư hỏng các dạng truyền thống như: Nứt đáy bản mặt cầu, dầm chủ bị nứt, bản tăng cường bị nứt vỡ, bê tông nhựa mặt cầu và hai đầu cầu bị bị nứt rạn mai rùa, khe co giãn bị hư hỏng, xói lỡ mố trụ cầu… Đặt biệt trong 3 năm trở lại đây từ năm 2014-2017 một số cầu lớn trên địa bàn xuất hiện tịnh trạng gối cầu cao su bị dịch chuyển lớn có một số gối dịch chuyển

ra khỏi đá kê gối, một số gối cao su bị lún bẹp và nứt cao su…

Vì vậy, việc phân tích tìm nguyên nhân gây hư hỏng gối cầu cao su và đề ra giải pháp khắc phục cũng là một vấn đề cần được giải quyết để tăng hiệu qủa sửa chữa cầu, cũng như có biện pháp thiết kế gối cầu phù hợp trong thiết kế cầu mới góp phần hạn chế các hư hỏng về gối cầu trong quá trình khai thác nhằm duy trì khả năng khai thác, kéo dài tuổi thọ công trình

2 M ục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu đánh giá nguyên nhân gây ra hư hỏng gối cầu cao su và ảnh hưởng của nó đến khả năng làm việc của cầu để từ đó đưa ra các giải pháp khắc phục

3 Đối tượng nghiên cứu

Gối cầu cao su cốt bản thép của các cầu trên địa bàn Cục QLĐB III

4 Ph ạm vi nghiên cứu

Các cầu có gối cầu cao su thuộc địa phận Cục quản lý đường bộ III quản lý

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu cơ sở lý thuyết;

- Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu là thống kê, tổng hợp, phân tích, đánh giá

- Phương pháp quan sát, kiểm tra, đo đạc thu thập các số liệu thực tế

6 Ý ngh ĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài phân tích tìm nguyên nhân gây hư hỏng gối cầu cao su và đề ra giải pháp khắc phục để tăng hiệu qủa sửa chữa cầu góp phần hạn chế các hư hỏng do gối cầu trong quá trình khai thác nhằm duy trì và kéo dài tuổi thọ công trình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU TRÊN ĐỊA PHẬN

CỤC QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ III

1.1 THỰC TRẠNG HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ III

1.1.1 Thông tin chung

Cục Quản lý đường bộ III là đơn vị quản lý nhà nước trực thuộc Tổng cục Đường

bộ Việt Nam, thực hiện chức năng quản lý nhà nước về giao thông đường bộ trên khu vực các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên; trực tiếp quản lý, bảo trì và khai thác hệ thống Quốc lộ thuộc các tỉnh từ thành phố Đà Nẵng đến hết tỉnh Khánh Hòa (không bao gồm một số tuyến, đoạn tuyến Quốc lộ ủy thác cho địa phương quản lý)

Trên hệ thống các tuyến Quốc lộ do Cục Quản lý đường bộ III quản lý có 10 tuyến Quốc lộ bao gồm QL1A, QL1D, QL14, QL14G, QL19, QL26, QL27C, đường nối Hầm Hải Vân – Túy Loan, đường Trường Sơn Đông và đường Hồ Chí Minh với

tổng chiều dài hơn 1.400Km trong đó có 612 cây cầu

Tải trọng các cầu chủ yếu thiết kế theo các tiêu chuẩn với tải trọng dao động từ H13, H18, H30 & HL93, một số cầu thời gian xây dựng từ rất lâu Đối với các tuyến đường mới đưa vào khai thác như QL1A mở rộng, đường Trường Sơn Đông, đường Hầm Hải Vân – Túy Loan, Quốc lộ 14 mở rộng quy mô và tải trọng cầu lớn hơn đáp ứng được nhu cầu khai thác trên tuyến Trong những năm gần đây một số cầu trên các tuyến Quốc lộ huyết mạch như QL1A, QL19, QL26 được nâng cấp mở rộng Tuy nhiên do nguồn vốn còn hạn chế nên các dự án này vẫn tận dụng lại rất nhiều cầu cũ

để khai thác Đó là các tiềm ẩn mất an toàn sự cố cầu có thể xảy ra

Hình 1.1 Hiện trạng cầu trên các tuyến Quốc lộ do CQLĐB III quản lý

Kết cấu của hệ thống cầu phần lớn là cầu dầm bản BTCT và cầu dầm BTCT DƯL Trong quá trình khai thác sử dụng phù hợp với nhu cầu vận tải đường bộ Hệ

thống cầu đang dần được đầu tư nâng cấp cải tạo khả năng chịu tải nhưng chưa được đồng bộ Trong giai đoạn từ năm 2014 – 2016, Tổng cục đường bộ Việt Nam đã có nhiều dự án nâng cấp, sửa chữa cầu trong đó có Dự án sửa chữa gia cường cầu nhằm đồng bộ hóa tải trọng cầu trên các tuyến Quốc lộ Tuy nhiên do nguồn vốn còn hạn chế nên Dự án này vẫn chưa khắc phục hoàn toàn vấn đề trên

Trong tổng số 612 cây cầu trên địa bàn Cục Quản lý đường bộ III có 28 cầu dầm BTCT, 391 cầu dầm BTCT DƯL, 116 cầu dầm thép liên hợp, 77 cầu bản BTCT Tỷ lệ

% các cầu như Hình 1.1:

1.1.2 Các d ạng hư hỏng, sự cố thường gặp:

1.1.2.1 Đối với kết cấu nhịp giàn thép, dầm thép liên hợp bê tông cốt thép:

Thường xảy ra các trường hợp sau:

1) Tình trạng gỉ kết cấu dầm, liên kết ngang làm suy giảm độ cứng, khả năng chịu lực, được minh họa ở hình 1.2 và hình 1.3

Hình 1.2 Gỉ đầu dầm thép cầu An Tân Km3+166, QL14G, TP Đà Nẵng

Hình 1.3 Gỉ dầm ngang cầu Trà Quang 5 Km1178+330.8, QL1A, tỉnh Bình Định

2) Tình trạng gỉ các gối cầu (gối thép); bề mặt tiếp xúc không đảm bảo; vỡ đá kê gối, được minh họa ở hình 1.4

Hình 1.4 Gỉ dầm thép cầu Xơi Km1340+369, đường Hồ Chí Minh

3) Hư hỏng các mối nối liên kết (liên kết hàn, bu lông, định tán)

4) Hư hỏng bản mặt cầu (vỡ thủng, nứt bản mặt cầu), được minh họa ở hình 1.5

Hình 1.5 Nứt bản mặt cầu cầu Đại Lãnh Km1369+117, QL1, tỉnh Khánh Hòa

5) Hư hỏng liên kết giữa dầm thép với bản liên hợp (tình trạng bóc tách giữa dầm với bản)

1.1.2.2 Đối với cầu bản bê tông cốt thép và cầu dầm bê tông cốt thép:

Thường xảy ra các trường hợp sau:

1) Tình trạng bong tróc lớp bê tông bảo vệ, được minh họa ở hình 1.6

2) Tình trạng nứt dưới đáy bản bê tông, nứt dưới bầu và thân dầm cầu, được minh họa ở hình 1.7

3) Tình trạng bong vỡ mối nối dọc giữa các dầm chủ, , được minh họa ở hình 1.8 4) Tình trạng đứt cáp DƯL ngang đối với các cầu dầm DƯL, được minh họa ở hình 1.9

Hình 1.6 Vỡ bê tông lề bộ hành cầu Ban Ngày Km69+319, QL19, tỉnh Gia Lai

Hình 1.7 Nứt dầm bản cầu Trà Quang 5 Km1178+330.8, QL1, tỉnh Bình Định

Hình 1.8 Bong v ỡ thấm nước mối nối dọc cầu Ông Vân Km1108+421

Hình 1.9 Đứt cáp DƯL ngang cầu Nam Ô cũ Km917+198, QL1, Đà Nẵng 1.1.2.3 M ố trụ cầu, gối cầu, đường đầu cầu, bản mặt cầu, khe co giãn và các công trình ph ụ trợ:

Thường xảy ra các trường hợp sau:

1) Lún sụt phần đắp đất sau mố, hỏng bản quá độ, hư hỏng lớp mặt cầu đường tiếp giáp với cầu, sạt lở mái ta luy, gia cố các đầu cầu bị hỏng, được minh họa ở hình 1.10

Hình 1.10 Xói lỡ nón mố cầu Trị Yên Km957+087 QL1, Quảng Nam

2) Lớp bê tông nhựa bản mặt cầu bị nứt vỡ, bong tróc, được minh họa ở hình 1.11

Hình 1.11 Hư hỏng mặt cầu Nam Ô Km917+198, QL1, Đà Nẵng

3) Khe co giãn bị bong bật, vỡ bê tông, được minh họa ở hình 1.12

Hình 1.12 Hư hỏng khe co giãn cầu Quy Thuận Km1126+601, QL1

4) Hư hỏng hệ thống thoát nước mặt cầu, được minh họa ở hình 1.13

5) Gối cầu bị chuyển vị do ảnh hưởng của biến dạng co ngót và dao động của các cầu liên tục dầm hoặc liên tục nhiệt nhiều nhịp, được minh họa ở hình 1.14

Hình 1.13 Chuyển vị gối cầu cầu Câu Lâu Km953+340, QL1, tỉnh Quảng Nam

6) Hệ cọc thép trụ cầu bị gỉ hoặc hư hỏng lớp bọc bê tông cốt thép, được minh họa ở hình 1.15

Hình 1.14 Nứt BT bọc trụ cầu Đại Lãnh, Km1369+117, QL1, tỉnh Khánh Hòa

1.1.3 Các nguyên nhân gây ra hư hỏng và các yếu tố làm xuống cấp các cầu đang khai thác

Sự hư hỏng của cầu do các nguyên nhân chính sau:

- Công tác khảo sát và thiết kế có sự sai sót;

- Sai sót trong quá trình thi công;

- Trong quá trình sử dụng, công tác duy tu bảo dưỡng sửa chữa chưa kịp thời, khai thác vượt quá khả năng chịu tải của công trình;

- Do tác động của thiên tai, môi trường (động đất, bão, lũ )

1.1.3.1 Những hư hỏng do quá trình khảo sát, thiết kế

- Tính toán sai hoặc tính chưa đủ;

- Chọn giải pháp kết cấu không tốt, không tôn trọng những nguyên tắc đảm bảo

an toàn công trình

- Chưa lường hết được ảnh hưởng do tác động của môi trường, các yếu tổ phát sinh trong quá trình khai thác sử dụng

1.1.3.2 Những hư hỏng do tính toán kết cấu

- Việc lựa chọn sơ đồ tính toán kết cấu không đúng hoặc không chính xác, hoặc chưa lường hết được các yếu tố tác động xảy ra trong quá trình thi công cũng như quá trình khai thác công trình Một vài sai sót thường gặp là:

- Tính toán khả năng chịu lực của bản mặt cầu chưa đạt;

- Tính toán về lực căng cáp dự ứng lực không chính xác;

- Tính toán sai sót khi sự phân phối lại nội lực dưới tác dụng của các biến dạng khác nhau;

- Chưa nghiên cứu hết những hư hỏng phát sinh trong quá trình khai thác cầu có những kết cấu đặc biệt Trên địa bàn Cục Quản lý đường bộ III có một số cầu trên Quốc lộ 1A có nhiều nhịp được liên tục hóa với nhau bằng phương pháp liên tục dầm hoặc bản mặt cầu liên tục nhiệt Điển hình như cầu Câu Lâu Km953+340, Ltoàn cầu = 1056m; cầu Trà Khúc Km1055+946, Ltoàn cầu = 1097m, cầu Đà Rằng Km1335+544,

Ltoàn cầu = 1512m, cầu Bàn Thạch Km1344+700, Ltoàn cầu = 354.4m Sau thời gian khai thác sử dụng, các cầu này đã xuất hiện các hư hỏng trong đó có hư hỏng chính chuyển

vị gối cầu khỏi vị trí thiết kế ban đầu Nguyên nhân được điều tra chủ yếu do 4 yếu tố trong đó có 3 yếu tố liên quan đến công tác khảo sát, thiết kế như sau:

+ Với đặc điểm hiện tượng chuyển vị gối này, nhận định nguyên nhân là do co giãn của kết cấu nhịp do thay đổi nhiệt độ gây ra Vào ban ngày, nhiệt độ tăng → nhịp giãn dài ra nhưng trong khoảng thời gian này lưu lượng do hoạt tải qua cầu rất lớn → dao động theo phương thẳng đứng của kết cấu nhịp → giảm ma sát giữa gối cầu với đáy dầm nên dầm chuyển vị trượt giữa gối cầu với đáy dầm được dễ dàng Vào ban đêm, nhiệt độ giảm → nhịp co lại, nhưng trong khoảng thời gian này lưu lượng do hoạt tải qua cầu ít hơn so với ban ngày → ma sát giữa gối cấu với đáy dầm lớn hơn so với thời điểm ban ngày nên có xu hướng kéo cả gối cầu về phía giữa của nhịp liên tục + Đối với các gối cao su có thết kế kiểu di động trượt: Biến dạng do thay đổi nhiệt độ của kết cấu nhịp tại các mặt cắt có bố trí loại gối này là lớn nhất (vì xa mặt cắt giữa nhịp liên tục nhất) Các gối cầu này tuy đã cấu tạo tấm nhựa Polyester dán tại mặt trên gối để thiết kế trượt giữa mặt gối với đáy dầm nhưng có thể thực tế ma sát giữa gối với đáy dầm vẫn lớn hơn so với ma sát giữa gối với đá kê nên có hiện tượng trượt (chuyển vị) tại mặt tiếp xúc với đá kê gối

+ Đối với các gối cao su cố định: Các loại gối này được thiết kế chiều cao đảm bảo biến dạng nghiêng của gối thỏa mãn biến dạng do thay đổi nhiệt độ của kết cấu nhịp Tuy nhiên, có thể trong quá trình khai thác sử dụng, lực để tạo biến dạng nghiêng của gối vẫn lớn hơn lực ma sát giữa gối với đá kê nên dẫn tới hiện tượng trượt trên mặt đá kê gối (trong

Hồ sơ thiết kế cầu không thiết kế dính bám mặt dưới gối cầu với đá kê gối)

1.1.3.3 Những hư hỏng xảy ra lựa chọn giải pháp kết cấu không tốt

Khi thiết kế một công trình, ngoài vấn đề phải tính toán đủ khả năng chịu lực theo yêu cầu thiết kế, cần thiết phải có sự lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý, nếu không

sẽ dẫn đến những hư hỏng mà nguyên nhân chính hoàn toàn do vấn đề lựa chọn về cấu tạo của kết cấu không hợp lý

1.1.3.4 Những hư hỏng liên quan đến thi công

- Phần lớn các công trình xây dựng ở nước ta, cả những công trình bị sự cố và công trình chưa gặp sự cố, đều không đạt được các yêu cầu về chất lượng như thiết kế

và quy phạm yêu cầu Đối với trường hợp các cầu nhiều nhịp được liên tục hóa với nhau ở trên, ngoài các nguyên nhân trong quá trình thiết kế còn có yếu tố sai sót trong quá trình thi công như cao độ mặt đá kê gối không được chính xác (bị nghiêng lệch) → giảm diện tích tiếp xúc (giảm ma sát) giữa gối với đá kê gối Dưới tác dụng động của hoạt tải truyền xuống làm cho các gối cầu có xu hướng bị trượt và xoay so với vị trí ban đầu Thực kế, kết quả khảo sát đá kê gối ở một số cầu nhịp lớn - Theo hồ sơ thiết

kế có cấu tạo đá kê gối nhưng thực tế trong quá trình thi công thì không có đá kê gối Một trường hợp khác là cường độ bê tông các công trình không đạt được cường độ thiết kế; kết cấu thép không đạt yêu cầu, bị cong vênh, gỉ, cường độ không đủ Chất lượng công trình so với thiết kế không đạt do nhiều nguyên nhân gây ra như máy móc thiết bị, tay nghề công nhân nhưng chủ yếu vẫn là do công tác quản lý chất lượng thi công kém

- Công nghệ thi công thiếu sự kiểm soát Công tác quan trắc trong quá trình thi công không đầy đủ, do vậy kết cấu của công trình thi công bị lún, biến dạng hay dao động thì người kỹ sư cũng không có sự kiểm soát, vì vậy sự cố xảy ra mà không kịp thời phòng tránh Ngoài ra, nhiều vấn đề cá biệt do kiến thức cơ học của người kỹ sư còn thiếu sót Quá trình thi công không theo đúng như tiêu chuẩn hướng dẫn như đối với đà giáo cần bắt buộc phải thử tải nhưng có những công trình lớn như nhịp dẫn cầu Cần Thơ đà giáo không được thử tải dẫn tới hậu quả nghiêm trọng Quá trình đóng cọc không kiểm tra dẫn đến chất lượng cọc được đóng không đủ Việc sử dụng vật liệu không đúng quy cách vẫn diễn ra nhiều: Như cầu Thanh Trì do mua xi măng có thành phần cao lanh Trung Quốc kém chất lượng nên xi măng không đạt yêu cầu chất lượng, cường độ chỉ đạt 20MPa- 25MPa Vì vậy sau khi thi công cọc khoan nhồi, tiến hành thi công bê tông DƯL thì sự cố xảy ra, bê tông không đông kết, không đạt yêu cầu Ngoài ra, hiện tượng thanh lượn sóng bị gỉ là phổ biến như tuyến Pháp Vân - Cầu Giẽ

- Chất lượng thi công kém sẽ làm giảm đáng kể tuổi thọ của công trình, đòi hỏi các chi phí rất lớn để bảo dưỡng và sửa chữa sau này Vì vậy, chế độ bảo hành công trình sau khi hoàn thành đối với bên thi công là cần thiết Tuy nhiên, sự cố công trình

có thể xảy ra trong vài năm sau, vì vậy trong quản lý thi công, công tác chuẩn bị phải thận trọng và bài bản, phải có kế hoạch kiểm tra, kiểm soát, phòng ngừa chủ động và

dự kiến biện pháp xử lý khủng hoảng khi xảy ra tình huống xấu càng chu đáo càng tốt

a Sản xuất bê tông

Khi sản xuất bê tông không tôn trọng công thức quy định, cho nước không đúng,

sử dụng không đúng chất phụ gia, pha trộn không đúng nhiệt độ quy định Những sai sót này làm ảnh hưởng tới cường độ chịu lực của vật liệu, gây rỗ bề mặt tạo điều kiện đẩy nhanh tốc độ cacbonat hóa trong bê tông

b Cốt thép trong bê tông

Không tuân thủ chiều dày lớp bảo vệ, thép đặt không đảm bảo nên khi đổ bê tông

bị di chuyển Các sai sót này ảnh hưởng tới khả năng chịu lực của kết cấu và là

nguyên nhân gây gỉ cốt thép

c Bố trí cốt thép trong ván khuôn và thi công căng kéo

Trong quá trình thi công có xảy ra các sai lệch về mặt hình học, có thể kể đến sự lún cục bộ của ván khuôn, độ vồng ngược của dầm không thích hợp, các mối nối không đảm bảo, các sai lệch có liên quan đến chất lượng không đồng đều của bê tông,

sự chất tải hoặc kéo căng cốt thép không đối xứng Các thiếu sót này làm biến dạng thực tế của kết cấu khác xa so với tính toán

d Những sai sót trong quá trình thi công

Đặt cốt thép không đúng quy cách, sai số về vị trí lớn, kê chèn không đủ cho chiều dày lớp bảo vệ theo dự định, không hàn các mối nối cốt thép, thiếu cốt thép chờ giữa các mối nối bê tông Tháo ván khuôn sớm dẫn đến biến dạng quá lớn, thậm chí gây nứt Những sai sót trên ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu lực của kết cấu, gây nứt bê tông và gỉ cốt thép

1.1.3.5 Những hư hỏng trong quá trình khai thác sử dụng

- Trong quá trình sử dụng, những hư hỏng xảy ra thường do sự thay đổi điều kiện

sử dụng, điều kiện môi trường, thiếu duy tu bảo dưỡng thường xuyên Những hư hỏng trong quá trình sử dụng phổ biến nhất là các hư hỏng về nứt Các vết nứt này là

do cấu kiện chịu quá tải, do lún không đều của công trình, do mỏi

- Ảnh hưởng của xe quá tải đến công trình: Theo thực trạng hiện nay hầu hết trên các tuyến đường đang chịu thực trạng chung là xe lưu hành có tổng tải trọng lớn hoặc

có tải trọng trên trục lớn Xe nặng trên 30 tấn, áp lực trên trục vượt trên 12 tấn, thậm chí lớn hơn Nhiều xe vận tải hạng nặng có tổng trọng từ 30 tấn đến 50 tấn, thường xuyên được xếp quá tải đang lưu hành trên khắp mạng lưới quốc lộ và các tuyến đường địa phương, nơi mà nhiều đoạn tuyến, công trình cầu chỉ được thiết kế với tiêu chuẩn tải trọng thấp hơn hoặc đã suy giảm khả năng chịu tải, phải cắm biển hạn chế tải trọng Trong thời gian 2 năm trở lại đây Tổng cục Đường bộ Việt Nam đã có những biện pháp xử lý nghiêm tình trạng xe quá tải tuy nhiên tình trạng này vẫn còn tiếp diễn

- Chi phí tạo nên giá thành vận chuyển hàng hoá do các xe chở hàng nặng thấp hơn nhiều so với chi phí tạo nên giá thành vận chuyển hàng hoá do các xe tải chở hàng nhẹ Chính điều này giải thích tốc độ tăng trưởng khá nhanh của số lượng xe vận tải

hạng nặng ở nước ta và tình trạng tận dụng, thậm chí còn tới mức lạm dụng, chuyên chở vượt quá trọng tải xe của các chủ phương tiện

- Ảnh hưởng của nguồn vốn duy tu sửa chữa bảo trì công trình đường bộ hàng năm: Hiện nay nguồn vốn đầu tư để duy tu sửa chữa cầu trong quá trình đưa vào khai thác sử dụng và đối chiếu theo theo định mức bảo trì đường bộ của Tổng cục Đường

bộ Việt Nam thì nguồn vốn cấp khoảng 40% – 50% so với định mức duy tu sửa chữa

đề ra Do vậy đây là vấn đề ảnh hưởng lớn đến chất lượng sửa chữa công trình cầu

1.1.3.6 Các hư hỏng do quá trình phá hủy vật liệu do tác động của môi trường

a Sự phá hủy lý hóa của bê tông

Dạng hư hỏng này có thể xảy ra do các tác động bên ngoài hoặc do thành phần của bản thân bê tông Phản ứng hóa học phổ biến nhất xảy ra dưới tác dụng của sự ngậm nước và thẩm thấu nước Hiện tượng này sẽ kéo theo sự xuất hiện của sùi mặt thành mụn và vỡ mủn Các phá hủy này thường do một số các tác động sau:

- Sự hư hỏng do tác dụng cacbonat hóa bê tông;

- Sự hư hỏng nguyên nhân do kiềm hóa;

- Sự hư hỏng nguyên nhân do tác dụng của clorua và sunfat;

- Sự xuống cấp của bê tông có nguồn gốc sinh học

b Sự hư hỏng do hiện tượng ăn mòn cốt thép trong bê tông

- Kết cấu bê tông cốt thép bị phá hủy chủ yếu bởi ăn mòn cốt thép Việc ăn mòn cốt thép sẽ dẫn đến nứt vỡ lớp bê tông bảo vệ phá hủy kết cấu Điều kiện cần để cốt thép bắt đầu gỉ là độ pH < 11 hoặc hàm lượng ion cl- tự do vượt quá ngưỡng 0,2- 0,4%

xi măng Các nguyên nhân chính gây ăn mòn thép trong bê tông như sau:

+ Ăn mòn điện hóa : Quá trình đó gồm hai phần: Hòa tan anốt kim loại và phản ứng catôt

+ Gỉ cốt thép trong bê tông vùng bị nứt: Khi mà bê tông có độ rỗng, không đủ chặt, bề dày lớp bảo vệ không đủ ngăn cản sự thấm nhập của ôxy lên bề mặt cốt thép

và cả những vùng không có vết nứt Lúc đó, anốt sẽ là bề mặt thép có lớp thụ động đã

bị gỉ ngay tại vết nứt và catốt là bề mặt thép nằm trong bê tông

c Sự hư hỏng về nứt do co ngót bê tông

Co ngót là hiện tượng thể tích thay đổi do mất độ ẩm, tỷ lệ N/X càng cao, sự chênh lệch giữa mức co ngót ở mặt ngoài và bên trong tiết diện càng nhiều

Tất cả những nguyên nhân trên góp phần làm cho chất lượng kết cấu ban đầu

bị suy giảm dần theo thời gian dẫn đến những hư hỏng công trình làm cho tuổi thọ công trình thấp, điều kiện khai thác khó khăn bị hạn chế thậm chí còn có công trình

bị phá hoại hoàn toàn gây hậu quả nghiêm trọng Để khôi phục công trình được tốt tránh được những rủi ro cần có kế hoạch kiểm tra, khảo sát thường xuyên, đánh giá phân loại hư hỏng, tìm đúng nguyên nhân làm cơ sở đưa ra giải pháp sửa chữa hiệu quả

1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC

Q LĐBIII

Hệ thống cầu trên địa bàn tỉnh Cục Quản lý đường bộ III được xây dựng qua nhiều thời kỳ, kết cấu đa dạng nhưng tập trung chủ yếu là cầu BTCT, cầu BTCT cầu nhịp giản đơn, cầu liên tục nhiệt, cầu liên tục Với tốc độ phát triển kinh tế nhanh kéo theo lưu lượng giao thông qua địa bàn ngày càng tăng cả về số lượng lẫn tải trọng mặt khác với điều kiện khí hậu khắc nhiệt của khu vực miền Trung và Tây Nguyên Các yếu tố nêu trên đã làm cho hệ thống cầu trên địa bàn Cục QLĐB III bị xuống cấp hư hỏng mặt khác quá trình thiết kế thi công, duy tu bảo dưỡng ít được quan tâm về mặt kỹ thuật Từ các đặc điểm đó dẫn đến hệ thống cầu ngày càng xuống cấp ảnh hưởng đến khả năng khai thác của các tuyến đường trên địa bàn Các hư hỏng chính tập trung vào nhịp cầu, bản mặt cầu và phần tiếp giáp đường vào cầu Các dạng hỏng chính là nứt dầm, tróc vỡ bê tông, rỉ cốt thép gây rộp lớp bê tông bảo vệ, rét rỉ dầm thép, hư hỏng khe co giãn, gãy lan can cầu, nứt bản, phần tiếp giáp giữa cầu và đường đặc biệt trong các năm gần đây các cầu bê tông liên tục nhiệt xuất hiện tình trạng gối cầu bị dịch chuyển ra khỏi đá kê gối làm ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu nhịp

Vấn đề cần đặt ra là: Việc nghiên cứu đánh giá tình trạng hư hỏng của cầu

BTCT trên địa bàn Cục quản lý đường bộ III là cần thiết để từ đó đưa ra các giải pháp, các phương án nhằm sửa chữa kịp thời nhằm hạn chế các hư hỏng tiếp tục phát triển và góp phần tăng cường năng lực chịu tải, kéo dài tuổi thọ công trình cầu

Vì vậy, việc nghiên cứu các dạng hư hỏng của cầu và đưa ra giải pháp sửa chữa là thật cần thiết

1.3 TỔNG QUAN GỐI CẦU

1.3.1 Khái niệm chung về gối cầu

Gối cầu là bộ phận trung gian giữa kết cấu phần trên và phần dưới của công trình cầu Nhiệm vụ của gối là truyền áp lực tập trung từ kết cấu nhịp xuống mố trụ cầu và cho phép kết cấu nhịp chuyển vị dưới tác dụng của tải trọng và của nhiệt độ thay đổi (hình 1.15)

Hình 1.15 Sơ đồ làm việc của gối cầu

Để phù hợp với sơ đồ tĩnh học của kết cấu nhịp, gối cầu được cấu tạo thành hai loại là: gối cố định và gối di động Cấu tạo gối di động phải thoả mãn các yêu cầu sau

- Bảo đảm chuyển vị dọc tự do của đầu kết cấu nhịp khi có tác dụng của tải trọng

hay của sự thay đổi nhiệt độ

- Bảo đảm chuyển vị tự do của mặt cắt đầu dầm

- Cản trở chuyển vị ngang của kết cấu nhịp theo hướng ngang cầu Yêu cầu về cấu tạo của gối cố định chỉ khác gối di động ở chỗ là phải cản trở chuyển vị dọc của đầu kết cấu nhịp Kết cấu nhịp càng dài, tải trọng càng lớn thì phản lực gối càng lớn, các chuyển vị dài và chuyển vị góc cũng càng lớn Do vậy cấu tạo gối càng phức tạp

1.3.2 Cấu tạo gối cầu dầm bê tông cốt thép

1.3.2.1 Gối thép bản phẳng

Với cầu dầm giản đơn nhịp nhỏ và và kết cấu nhịp bản có chiều dài nhịp dưới 9m

có thể dùng lớp đệm bằng a-mi-ăng, giấy dầu hoặc bao tải tẩm nhựa đường hay rải vữa

xi măng thay cho gối cầu Tuy nhiên vì kết cấu nhịp bản có trọng lượng nhỏ nên dễ bị trượt Để chống trượt, ta phải đặt các thanh chốt thép thẳng đứng để liên kết kết cấu nhịp với mố trụ

Các dầm giản đơn có sườn với chiều dài nhịp từ 9m đến 12m có thể dùng gối thép kiểu bản phẳng có cấu tạo trên hình 10.2 Gối gồm các bản thép dày từ 10 đến 20mm Gối di động (hình 2.2a) gồm hai bản thép có thể trượt tương đối so với nhau,

bề mặt tiếp xúc giữa chúng được mài nhẵn và bôi than chì Bản thép dưới gọi là thớt dưới, được liên kết chặt với bệ kê gối ở mũ mố hoặc trụ nhờ các cốt thép neo Gối cố định (hình 2.2b) chỉ có một bản thép phẳng và chốt thép thẳng đứng xuyên qua và ăn sâu vào đáy sườn dầm ở phía trên và mũ mố trụ ở phía dưới

Hình 1.16 Cấu tạo gối thép kiểu bản phẳng dùng trong cầu bê tông cốt thép

a) - Gối di động; b) - Gối cố định

1 - Dầm cầu; 2 - Bệ kê gối; 3 - Bản thép thớt trên; 4 - Bản thép thớt dưới

5 - Cốt thép neo; 6 - Bản thép thớt gối; 7 - Chốt thép 1.3.2.2 Gối thép tiếp tuyến

Loại gối này được sử dụng cho các cầu dầm có chiều dài nhịp từ 12 đến 18m Cấu tạo gối (hình 2.3) gối cố định và di động có cấu tạo gần giống nhau chỉ khác nhau

ở chỗ gối cố định có chốt thẳng đứng ngăn cản chuyển dịch tương đối của hai thớt gối với nhau còn gối di động không có chốt thép mà có hai bản thép ốp bên ngoài được hàn với thớt dưới để chống xê dịch ngang Thớt gối dưới bằng thép dày từ 40 đến 50mm có mặt cong lồi phía trên được mài nhẵn và bôi trơn Thớt trên là bản thép phẳng dày 30 đến 40mm và được gắn chặt với đầu dầm

Hình 1.17 Cấu tạo gối tiếp tuyến dùng trong cầu bê tông cốt thép

a) - Gối di động; b) - Gối cố định

1 - Bản thép thớt trên; 2 - Bản thép thớt dưới; 3 - Cốt thép neo

4 - Bản thép ốp ngoài chống xê dịch ngang; 5 - Chốt thép gối 1.3.2.3 Gối con lăn

Trường hợp kết cấu nhịp có chiều dài lớn hơn 18m Gối cố định kiểu tiếp tuyến còn gối di động kiểu con lăn:

Hình 1.18 Cấu tạo gối con lăn thép và gối cao su dùng trong cầu bê tông cốt thép

a) - Gối di động con lăn thép; b) - Gối cao su

1 - Bản thép thớt trên; 2 - Bản thép thớt dưới; 3 - Cốt thép neo; 4 - Con lăn thép

5 - Bản thép ốp ngoài chống xê dịch ngang; 6 - Thép bản dày 2mm

7 - Cao su dày 5mm

Gối con lăn (hình 2.4a) có con lăn bằng thép đúc đường kính từ 12 đến 20cm Khi kết cấu nhịp bên trên bị biến dạng thì cho phép đầu dầm chuyển vị dọc được nhờ con lăn xoay, chuyển vị xoay của đầu dầm có tâm quay tại điểm tiếp xúc giữa thớt trên và con lăn

1.3.2.4 Gối cao su

Được sử dụng cho kết cấu nhịp có chiều dài nhỏ hơn 24m Gối có cấu tạo trên hình 2.4b Gối gồm một số tấm cao su mỏng bề dày từ 5 đến 25mm bằng cao su nguyên chất hoặc cao su tổng hợp đặt xen kẽ các thép tấm dày từ 1 đến 2mm Lá thép trong tấm gối cao su sẽ chịu lực như các cốt thép, nó giữ không cho các lớp cao su nở hông, tăng độ cứng của gối và giảm độ ép cao su dưới tác dụng của lực thẳng góc với mặt phẳng của tấm gối

Tính chất đàn hồi của cao su thoả mãn được chuyển vị dọc và xoay của điểm tựa đồng thời cũng làm cho gối chịu được lực ngang do hãm xe và do dộ dốc kết cấu nhịp sinh ra Gối cao su không phân biệt rõ là gối cố định hay di động mà nó phụ thuộc vào

vị trí lực tác dụng Mặt khác do tính chất của cao su nên gối cao su có cho phép một độ biến dạng ngang nhỏ

Hình 1.19 Cấu tạo gối cầu

1.3.3 Cấu tạo gối cầu dầm thép

1.3.3.1 Gối tiếp tuyến

Hình 1.20 Cấu tạo gối tiếp tuyến dùng trong cầu thép

a) - Gối di động; b) - Gối cố định

1 - Thớt trên; 2 - Thớt dưới; 3 - Bu lông neo

4 - Bản thép ốp ngoài chống xê dịch ngang; 5 - Chốt thép gối

Gối tiếp tuyến thường dùng cho kết cấu nhịp có chiều dài nhỏ hơn 25m Gối có cấu tạo trên hình 2.6 Thớt trên và dưới đều bằng thép, thớt gối dưới có mặt cong lồi

phía trên được mài nhẵn và bôi trơn Trong gối tiếp tuyến chuyển vị xoay nhờ thớt trên phẳng tựa trên mặt cong của thớt dưới, còn chuyển vị dọc thực hiện được nhờ sự trượt giữa mặt phẳng thớt trên và mặt cong của thớt dưới

1.3.3.2 Gối con lăn:

Gối con lăn thường dùng cho kết cấu nhịp có chiều dài từ 25 đến 30m Cấu tạo gối (hình 2.7a) gối gồm có thớt trên, thớt dưới và một con lăn ở giữa Con lăn có đường kính khoảng 220mm Thớt trên liên kết với dầm thép bằng bulông, thớt dưới liên kết với đá kê gối bằng bulông neo Giữa thân con lăn có khắc lõm theo đường cong bán kính 280mm để cho hai gờ nổi của thớt trên và thớt dưới ăn vào tránh cho con lăn và thớt trên di động theo phương ngang Ở hai đầu con lăn có bố trí các bản thép nhỏ ăn vào và khắc lõm của thớt trên và dưới nhằm giữ cho con lăn không trượt

1 - Thớt trên; 2 - Thớt dưới; 3 - Bu lông neo; 4 - Con lăn thép

5 - Thép ốp chống xê dịch; 6 - Con quay trên; 7 - Con quay dưới hình quạt

8 - Khớp gối hình trụ 1.3.3.3 Gối con quay hình quạt

Gối con quay hình quạt thường dùng cho kết cấu nhịp có chiều dài trên 30m Gối

có cấu tạo (hình 2.7b) gối gồm có con quay trên, khớp hình trụ, con quay dưới hình quạt và thớt dưới liên kết với đá kê gối bằng bulông neo Con quay trên có sườn và gờ

ở mép để tăng độ cứng Khớp của gối hình trụ hai đầu mở rộng ra thành hình mũ đinh

nhằm giữ cho con quay không xê dịch ngang Để tránh cho con quay dưới bị xiên lệch hay trượt ngang, con quay được khắc lõm ăn sâu vào 22mm để ăn vào một gờ của thớt dưới Gối con quay hình quạt khi con quay dưới xoay sẽ cho phép kết cấu nhịp có chuyển vị dọc, chuyển vị xoay của đầu dầm có tâm quay tại tâm của khớp gối

1.3.3.4 Gối con quay có khớp

Gối con quay có khớp được dùng cho kết cấu nhịp khẩu độ vừa và lớn Cấu tạo gối (hình 2.8) gối di động và cố định có cấu tạo gần giống nhau chỉ khác ở chỗ là gối

cố định không bố trí các con lăn Gối di động có các con lăn được liên kết với nhau bởi đoạn thép góc bắt vào đúng tâm của từng con lăn để giữ cự ly giữa các con lăn không thay đổi Các con lăn có khắc lõm ở giữa thân và ăn vào gờ của con quay dưới để giữ cho con lăn không bị trượt ra ngoài Khi con lăn xoay (gối di động) cho phép kết cấu nhịp có chuyển vị dọc, chuyển vị xoay có tâm quay tại tâm của khớp gối

Hình 1.22 C ấu tạo gối con quay có khớp dùng trong cầu thép

a) - Gối di động ; b) - Gối cố định

1 - Con quay trên; 2 - Con quay dưới; 3 - Khớp gối hình trụ; 4 - Thớt

5 - Bu lông neo; 6 - Con lăn; 7 - Thép góc liên kết đầu con lăn

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

- Hệ thống cầu trên địa bàn tỉnh Cục Quản lý đường bộ III được xây dựng qua nhiều thời kỳ, kết cấu đa dạng nhưng tập trung chủ yếu là cầu BTCT, cầu BTCT cầu nhịp giản đơn, cầu liên tục nhiệt, cầu liên tục Hiện tại một số cầu trên địa bàn Cục QLĐB III bị xuống cấp và xuất hiện các hư hỏng bản mặt cầu và phần tiếp giáp đường vào cầu Các dạng hỏng chính là nứt dầm, tróc vỡ bê tông, rỉ cốt thép gây rộp lớp bê tông bảo vệ, rét rỉ dầm thép, hư hỏng khe co giãn, gãy lan can cầu, nứt bản, phần tiếp giáp giữa cầu và đường đặc biệt trong các năm gần đây các cầu lớn dạng cầu dầm BTCT dự ứng lực có phần bản liên tục nhiệt xuất hiện tình trạng gối cầu bị dịch chuyển ra khỏi đá kê gối làm ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu nhịp

- Các nguyên nhân gây hư hỏng: lưu lượng giao thông qua địa bàn ngày càng tăng cả về số lượng lẫn tải trọng mặt khác với điều kiện khí hậu khắc nhiệt của khu vực miền Trung và Tây Nguyên Các yếu tố nêu trên đã làm cho hệ thống cầu trên địa bàn Cục QLĐB III bị xuống cấp hư hỏng mặt khác quá trình thiết kế thi công, duy tu bảo dưỡng ít được quan tâm về mặt kỹ thuật

- Vấn đề cần đặt ra là: Việc nghiên cứu đánh giá tình trạng hư hỏng của cầu BTCT trên địa bàn Cục quản lý đường bộ III là cần thiết để từ đó đưa ra các giải pháp, các phương án nhằm sửa chữa kịp thời nhằm hạn chế các hư hỏng tiếp tục phát triển và góp phần tăng cường năng lực chịu tải, kéo dài tuổi thọ công trình cầu

Vì vậy, việc nghiên cứu các dạng hư hỏng của cầu và đưa ra giải pháp sửa chữa là thật cần thiết

- Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung phân tích tìm nguyên nhân gây

hư hỏng gối cầu cao su và đề ra giải pháp khắc phục là một vấn đề cần được giải quyết để tăng hiệu qủa cầu góp phần hạn chế các hư hỏng do gối cầu gây ra trong quá trình khai thác nhằm duy trì khả năng khai thác, kéo dài tuổi thọ công trình

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG

GỐI CẦU SAO SU

2.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG GỐI CẦU, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG HƯ HỎNG CỦA GỐI CẦU TỚI AN TOÀN KHAI THÁC CHO CÔNG TRÌNH CẦU:

2.1.1 Các dạng hư hỏng gối cầu

- Gối cầu là bộ phận không lớn trong cầu tuy nhiên những hư hỏng ở gối cầu có thể dẫn tới làm hư hỏng ở các bộ phận khác, chẳng hạn gối cầu bị nghiêng lệch sẽ làm cho dầm bị xoắn và gây ra các vết nứt cho dầm…

- Gối thép bị gỉ, lún nứt xung quanh đá kê

- Gối bị cập kênh, thớt dưới ko kê khít lên bệ gối do bulong neo thớt gối bị hư hỏng, bệ kê gối bị nứt, nghiêng lệch

- Gối bị dịch chuyển lệch khỏi thớt gối

- Gối cao su ko còn đàn hồi do cao su bị lão hóa, khi đó gối sẽ hạn chế chuyển vị dọc của KCN

- Đối với gối con lăn: con lăn xô lệch khỏi vị trí, tim con lăn xiên góc so với hướng dọc cầu, con lăn bị xô nghiêng ko có khả năng đứng trở lại gọi là hiện tượng kẹt con lăn Nếu là gối trên mố cầu thì đầu nhịp thường chống vào đỉnh mố

- Gối cao su bị xé rách, các lớp thép và cao su bị bong rời

2.1.2 Đánh giá ảnh hưởng của hư hỏng gối cầu tới khả năng khai thác của cầu

Khi các gối di động mất khả năng dịch chuyển, nếu nhiệt độ thay đổi, kết cấu dầm chủ có xu hướng co giãn tuy nhiên vì gối mất khả năng di động nên trong dầm sẽ xuất hiện các ứng lực bất lợi tương tự như trường hợp đầu dầm chịu chuyển vị cưỡng bức Điều này có thể làm gia tăng ứng lực, giảm tải trọng khai thác Tác động ảnh hưởng này sẽ được phân tích như sau:

Dưới tác động của thay đổi nhiệt độ, dầm sẽ bị co giãn, phần co giãn này của dầm sẽ được đảm bảo ở vị trí gối di động Giả sử tại thời điểm dầm đang bị co giãn, gối bị hư hỏng mất khả năng dịch chuyển, khi đó dầm sẽ chịu tác động tương ứng dạng chuyển vị cưỡng bức với giá trị chuyển vị cưỡng bức bằng với giá trị dịch chuyển của gối tại thời điểm đó

Tiến hành mô hình tính toán với hai trường hợp sử dụng phần mềm Midas/Civil

Trường hợp 1 là cầu dầm hộp giản đơn có chiều dài nhịp là 50m, bề rộng cầu 12m, khổ cầu 2x3,57+2x1,5m, bê tông dầm cấp 50 Mpa Trường hợp 2 là cầu dầm Super-T giản đơn có chiều dài nhịp là 38m, bề rộng cầu 18,5m, khổ cầu 4x3,5+2x1,5m, bê tông dầm cấp 50 Các kích thước chi tiết được thể hiện trên Hình 2.1 và Hình 2.2

Hình 2.1 Thông số cầu dầm hộp giản đơn

704

882,5 2450

Hình 2.2 Thông số cầu dầm Super-T giản đơn

Mô hình sẽ được tính toán với bốn trường hợp: Trường hợp 1 (TH1) là gối cầu làm việc bình thường (đảm bảo khả năng dịch chuyển theo thiết kế); Trường hợp 2 (TH2) là gối cầu chỉ bị khống chế chuyển vị theo phương X (chỉ bị chuyển vị cưỡng bức theo phương X); Trường hợp 3 (TH3) là gối cầu chỉ bị khống chế chuyển vị theo phương Y (chỉ bị chuyển vị cưỡng bức theo phương Y); Trường hợp 4 (TH4) là gối cầu bị khống chế chuyển vị theo hai phương X và Y (bị chuyển vị cưỡng bức theo hai phương X và Y) Giá trị chuyển vị cường bức được thể hiện trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Giá trị chuyển vị cưỡng bức

Phương dịch

chuyển

Cầu dầm hộp

bê tông giản

G1 G2 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9

a) C ầu dầm hộp bê tông giản đơn b) Cầu dầm Super-T giản đơn

Hình 2.3 Mô hình tính toán

Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm hộp giản đơn và cầu dầm Super-T giản đơn lần lượt được trình bày trong Hình 2.4, Bảng 2.2 và Hình 2.5, Bảng 2.3

a) Biểu đồ mô men uốn trường hợp 1 b) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 1

c) Biểu đồ mô men uốn trường hợp 2 d) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 2

e) Biểu đồ mô men uốn trường hợp 3 f) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 3

g) Biểu đồ mô men uốn trường hợp 4 h) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 4

Hình 2.4 Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm hộp giản đơn

Bảng 2.2 Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm hộp giản đơn

Kết quả nội

lực lớn nhất

Trường hợp gối di động

Trường hợp 1 (TH1)

Trường hợp 2 (TH2) Trường hợp 3 (TH3) Trường hợp 4

(TH4) Kết quả

tính

So sánh TH2 với TH1 (lần)

Kết quả tính

So sánh TH3 với TH1 (lần)

Kết quả tính

So sánh TH4 với TH1 (lần)

Mô men uốn

dương (kN.m) 76.641,3 111.123,0 1,45 76.641,3 1,00 111.869,0 1,46

Mô men uốn

a) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 3 b) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 4

Hình 2.5 Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm Super-T giản đơn

Bảng 2.3 Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm Super-T giản đơn

Trường hợp 2 (TH2) Trường hợp 3

(TH3)

Trường hợp 4 (TH4) Kết quả

tính

So sánh TH2 với TH1 (lần)

Kết quả tính

So sánh TH3 với TH1 (l ần)

Kết quả tính

So sánh TH4 với TH1 (lần)

ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào mức độ chuyển vị cưỡng bức và hướng chuyển

vị cưỡng bức Điều này có thể gây mất an toàn cho kết cấu hoặc làm giảm tải trọng khai thác của cầu so với thiết kế hoặc so với tải trọng đang khai thác của cầu

Khi gối mất khả năng dịch chuyển theo phương X, mô men uốn dương tăng lên khoảng 1,45 lần với cầu dầm hộp, tăng lên khoảng 2,7 lần với cầu dầm Super-T Mô men uốn âm với cầu dầm hộp không thay đổi, với cầu dầm giản đơn tăng lên rất lớn, trong cả hai mô hình mô men xoắn cũng tăng lên khá nhiều

Khi gối mất khả năng dịch chuyển theo phương Y, mô men uốn với cầu dầm hộp không thay đổi, với cầu dầm Super-T mô men uốn âm tăng lên 2,09 lần Tuy nhiên trong cả hai mô hình mô men xoắn tăng lên rất nhiều lần

Khi gối bị mất khả năng dịch chuyển theo hai phương X và Y, cả mô men uốn và

mô men xoắn đều tăng lên nhiều, mức tăng thấp nhất ở mô men dương là 1,46 lần Kết cấu cầu xuất hiện bất kỳ hư hỏng nào sẽ đều tác động xấu đến quá trình khai thác tùy vị trí và mức độ hư hỏng Nếu hư hỏng khe co giãn, gối cầu và mặt cầu xuất hiện, tốc độ và lưu lượng lưu thông sẽ giảm xuống, có thể gây ra hiện tượng ùn tắc, làm giảm hiệu quả vận chuyển hàng hóa và hành khách, gây thiệt hại kinh tế - xã hội

2.2 PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ GÂY HƯ HỎNG GỐI VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

2.2.1 Phân tích các yếu tố gây hư hỏng gối

Gối cầu nằm dưới kết cấu nhịp, do đó rất khó để có thể quan sát, đặc biệt nhiều cầu không có hệ thống kiểm tra cầu, không có giải pháp tiếp cận gối cầu ngay từ quá trình thiết kế, thi công Do đó phải bố trí xe nâng chuyên dụng hoặc sử dụng các hệ thống đà giáo để có thể tiếp cận được gối cầu Một số nguyên nhân và dạng hư hỏng gối cầu như sau:

Nước thải từ kết cấu phần trên: Nhiều cầu sau một thời gian đưa vào khai thác, hệ thống ống thoát nước bị hư hỏng, bị vỡ hoặc nước chảy xuống từ vị trí khe co giãn làm cho gối bị gỉ, ảnh hưởng tới các cơ cấu dịch chuyển và xoay của gối, đặc biệt là đối với các loại gối di động, gối mặt cầu

Bụi bẩn tích tụ, độ ẩm không khí và các tác động môi trường: Không gian xung quanh gối thường khá hẹp, kém thoát khí, do đó không gian này thường có độ ẩm cao, đặc biệt đối với các gối có hộp bảo vệ, gối lại thường dễ bị tích tụ bụi bẩn, làm cho hiện tượng gỉ ngày càng được thúc đẩy

Tình trạng xe quá tải: Khi xe quá tải chạy trên cầu có thể gây ra các phản lực truyền xuống gối lớn vượt qua giá trị thiết kế hoặc khi xe hãm phanh tạo ra lực đẩy dịch chuyển gối lớn có thể gây hư hỏng gối hoặc các cơ chế dịch chuyển của gối Công tác duy tu bảo dưỡng không được đảm bảo: Do vị trí đặc thù của gối, công tác duy tu bảo dưỡng thường khó khăn và khó đảm bảo Vì vậy các hư hỏng bản đầu của gối không được sửa chữa kịp thời sẽ gây ra các hư hỏng lớn cho kết cấu gối cầu

2.2.2 Biện pháp khắc phục

Thông thường sửa chữa các hư hỏng lớn cũng như thay gối là công việc phức tạp dòi hỏi phái có thiết kế và phải có những thiết bị cần thiết, chẳng hạn phải có kích đủ

lớn dể kích đổng thời các dầm mới có thể thay gối… Ở đây nhiệm vụ chủ yếu của cơ quan quản lý trực tiếp là:

- Thường xuyên dọn sạch đất cát trên xà mũ Iĩầố, trụ để khồng ảnh hường đến gối cầu

- Định kỳ bôi mờ cho gối cầu thép nhất là gối di động và gối quang treo

- Lập kế hoạch sửa chữa lớn hoặc thay thế gối khi cần thiết

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG II

Hư hỏng gối cầu xuất hiện khá phổ biến, bao gồm nhiều nguyên nhân, một trong những nguyên nhân chính là phần đá kê gối thi công không đảm bảo (bệ nghiêng lệch) làm giảm diện tiếp xúc dẫn đến ma sát giữa đá kê gối với gối cầu giảm, dưới tác dụng của hoạt tải truyền xuống làm cho gối cầu bị dịch chuyển hoạt xoay Nguyên nhân kế tiếp làm gối cầu bị dịch chuyển ra khỏi đá kê gối là do các dầm BTCT dự ứng lực có

độ vồng nên khi hoạt tải đi trên kết cấu nhịp làm dầm võng xuống (dầm duỗi ra), lúc không có hoạt tải dầm trở lại trạng thái vồng ban đầu (dầm co lại) nên việc duỗi ra, co lại của dầm cũng làm cho gối cầu dịch chuyển ra khỏi đá kê gối Tình trạng xe quá tải chạy trên cầu có thể gây ra các phản lực truyền xuống gối lớn vượt qua giá trị thiết kế hoặc khi xe hãm phanh tạo ra lực đẩy dịch chuyển gối lớn có thể gây hư hỏng gối hoặc các cơ chế dịch chuyển của gối Công tác duy tu bảo dưỡng không đảm bảo cũng là một yếu tố gây hư hỏng gối cầu

3.1 GI ỚI THIỆU TỔNG QUANG VỀ CẦU

- Cầu Đà Rằng được xây dựng và đưa vào khai thác từ tháng 11 năm 2004 với quy mô vĩnh cửu bằng BTCT & BTCT DƯL Tổng chiều dài cầu L=1512m, gồm 36 nhịp dầm giản đơn “I 42m/N” được liên tục hóa thành 04 liên:

- Kết cấu mố trụ: Móng cọc khoan nhồi, thân mố trụ bằng BTCT

- Đến thời điểm hiện tại nhiều gối cầu (gối cao su cốt bản thép) bị chuyển vị so với vị trí ban đầu Đặc biệt nghiêm trọng là gối kê dầm 1 & 2 nhịp N28 trên trụ T27 bị chuyển vị hoàn toàn ra khỏi đá kê gối (đáy dầm kê trực tiếp trên đá kê gối) Tại vị trí tụt gối, khe có giãn phía đầu nhịp N28 thấp hơn so với bên nhịp N27 là 3cm

3.2 KẾT CẤU VÀ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG CỦA CẦU

- Cắt ngang nhịp gồm 05 dầm I (BTCT DƯL) đặt câch nhau 2.345m Bản BTCT

mặt cầu (liín hợp với dầm chủ dăy 20cm Lớp phủ mặt cầu bằng BTN dăy 7cm

THƯỢNG LƯU HẠ LƯU

CẮT NGANG ĐẦU NHỊP TRÊN TRỤ (TL 1/50)

+ 02 đầu nhịp tiếp theo bố trí gối cao su dăy 145mm

+ Câc đầm nhịp còn lại (gần giữa của nhịp liín tục) bố trí gối cao su dăy 125mm

- Để đảm bảo yíu cầu biến dạng dăi do thay đổi nhiệt độ gđy ra cho tổng chiều dăi nhịp liín tục, câc gối cầu gần giữa nhịp được bố trí chiều cao từ 125mm tăng lín 145mm, riíng 03 đầu nhịp xa nhất (tính cho mỗi phía) chiều cao gối lă 44mm vă thiết

kế cho phĩp trượt tự do giữa mặt gối với đây dầm

- Câc đầu dầm kí trín gối cao su dăy 44mm có bố trí tấm đệm gối đm văo trong

bí tông đây dầm chủ bằng cao su Câc đầu dầm còn lại không có tấm đệm gối (gối cầu

tiếp xúc trực tiếp văo bí tông đây dầm chủ)

- Hiện tại rất nhiều gối cầu bị chuyển vị so với vị trí ban đầu vă hiện tượng chuyển vị năy chỉ xảy ra đối với câc gối cao su dăy 44mm vă đều dịch chuyển về phía giữa của nhịp liín tục

- Hư hỏng nặng nhất lă gối cầu kí dầm 1 & 2 (bín thượng lưu) nhịp N28 trín trụ T27, hai gối cầu năy đê chuyển vị hoăn toăn ra khỏi vị trí đâ kí gối, dầm kí trín đỉnh

xà mũ trụ Kiểm tra kết cấu dầm chủ, dầm ngang đầu nhịp này chưa có tình trạng nứt

vỡ bê tông Tại vị trí tụt gối, khe có giãn phía đầu nhịp N28 thấp hơn so với bên nhịp N27 là 3cm

- Đối với các gối có chiều cao 125mm & 145mm Qua kiểm tra thấy vị trí gối cầu vẫn đúng với ban đầu, đảm bảo biến dạng do thay đổi nhiệt độ của kết cấu nhịp gây ra (gối có biến dạng nghiêng theo độ dãn dài của kết cấu nhịp)

- Chi tiết chuyển vị gối cầu xem hồ sơ khảo sát

Hình 3.2 Gối cầu bị tụt ra một phần so với đá kê gối

Hình 3.3 Gối cầu bị tụt ra khỏi đá kê gối

* Hệ thống lan can tay vịn và thoát nước mặt cầu:

- Lan can tay vịn bằng hợp kim nhôm, tình trạng bình thường

- Hiện trạng các ống thoát nước đã bị đất lấp gây tắc nghẽn, một số ống thoát

nước bị mất nắp chắn rác và ống dẫn nước Tổng cộng có 5 ống thoát nước bị mất ống dẫn nước và tấm chắn rác, 3 ống thoát nước bị đất lấp

* Khe co giãn:

- Gồm 05 khe co giãn bằng thép dạng răng lược Tình trạng khe co giãn bình thường

*Hệ thống an toàn giao thông:

- Làn vào cầu bố trí hệ thống tường hộ lan mềm

- Hai đầu cầu đặt biển báo tên cầu

- Vạch sơn tim phân làn đường hai đầu cầu và trên cầu màu trắng tình trạng bình thường

3.2.2 Kết cấu mố trụ cầu

- Thân, bệ mố bằng BTCT, móng cọc khoan nhồi Hiện tại, thân mố M0 và M1

có một số vết nứt chạy từ trên xuống, bề rộng vết nứt từ (0.22-2.2)mm

- Toàn cầu có 04 trụ dạng trụ đặc bằng BTCT trên móng cọc khoan nhồi

3.2.3 Cấu tạo liên tục hóa các nhịp dầm 42m được thực hiện theo trình tự sau

- Lao lắp các dầm giản đơn (dầm I BTCT DƯL) vào các vị trí mố trụ

- Thi công dầm ngang: Gồm 03 dầm ngang/ nhịp (02 dầm ngang đầu nhịp và 01 dầm ngang giữa nhịp)

- Thi công nối 02 dầm ngang đầu nhịp của 02 nhịp liền kề bằng kết cấu BTCT Tổng bề rộng của khối dầm ngang đầu nhịp B=1.2m

- Lắp dựng tấm đan BTCT làm ván khuôn bản mặt cầu

- Thi công đoạn bản BTCT mặt cầu liên hợp với dầm chủ trong phạm vi từ tim trụ về hai đầu mỗi đầu 8.5m

- Sau khi phần bản bê tông mặt cầu đợt 1 đạt cường độ thiết kế, tiến hành thi công phần bản mặt cầu còn lại

- Thi công lớp phủ mặt cầu, gờ chắn bánh

3.3 GIẢI PHÁP SỬA CHỮA GỐI CẦU

Tiến hành sửa chữa tất cả các gối cầu có chiều cao 44mm hai đầu của mỗi liên: Kích nâng kết cấu nhịp để lắp đặt lại các gối cầu vào đúng vị trí thiết kế ban đầu và liên kết, cố định gối với đá kê tránh chuyển vị sau này Theo trình tự sau:

+ Dọn dẹp đất cát đọng trên xà mũ

+ Kích nâng kết cấu nhịp lên cao hơn so với mặt gối cao su hiện tại 1.5cm

+ Tháo các gối cầu, vệ sinh bề mặt đá kê gối

+ Lắp đặt lại gối vào đúng vị trí thiết kế ban đầu

+ Xả kích, hạ dầm xuống gối

Lưu ý: