BÀI GIẢNG KHAI THÁC KIỂM ĐỊNH CẦU (TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN KHOA XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH)

Như chúng ta đã biết, trong thiết kế cầu người ta lựa chọn các kích thước hình học của cầu trước sau đó tiến hành tính toán theo quy định của tiêu chuẩn hiện hành để xác định khả năng ch

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA XÂY DỰNG

BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG

Đặng Huy Khánh Msc

Bộ môn Cầu Đường

BÀI GIẢNG KHAI THÁC KIỂM ĐỊNH CẦU

(TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN KHOA XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH)

HỌC PHẦN: KHAI THÁC KIỂM ĐỊNH CẦU

(TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN KHOA XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH)

Mã số môn học: GT20022

Số tín chỉ: 02 Học phần: Tự chọn

Lý thuyết: 25 tiết Bài tập, thảo luận: 5 tiết

Tự học: 60 tiết

Vinh - 2018

MỤC LỤC BÀI GIẢNG TÍN CHỈ HỌC PHẦN KHAI THÁC KIỂM ĐỊNH CẦU

MỞ ĐẦU - 5 -

CHƯƠNG I - 7 -

CÔNG TÁC KHAI THÁC, BẢO QUẢN VÀ SỬA CHỮA CẦU - 7 -

1.1 Khái niệm chung: - 7 -

1.2 Khai thác công trình cầu: - 8 -

1.2.1 Tổ chức bộ máy quản lý khai thác công trình: - 8 -

1.2.2 Tình trạng cầu cống ở nước ta hiện nay: - 9 -

1.2.3 Tình trạng quản lý khai thác: - 9 -

1.2.4 Các yêu cầu chung đối với công tác quản lý khai thác: - 9 -

1.3 Bảo quản dòng chảy và điều chỉnh hướng dòng - 10 -

1.4 Kiểm tra, sửa chữa cầu thép: - 11 -

1.4.1 Công tác kiểm tra cầu thép: - 11 -

1.4.2 Các hư hỏng, khuyết tật và giải pháp sửa chữa cầu thép - 12 -

1.5 Kiểm tra và sửa chữa cầu bê tông cốt thép: - 21 -

1.5.1 Công tác kiểm tra đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép - 21 -

1.5.2 Các hư hỏng và khuyết tật của cầu bê tông cốt thép - 21 -

1.5.3 Sửa chữa các khuyết tật của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép - 23 -

1.6 Kiểm tra và sửa chữa mố trụ cầu: - 27 -

1.6.1 Công tác kiểm tra mố trụ cầu và những hư hỏng chủ yếu - 27 -

1.6.2 Sửa chữa mố, trụ cầu - 29 -

CHƯƠNG II - 33 -

KIỂM ĐỊNH CẦU VÀ GIA CỐ CẦU - 33 -

2.1 Khái niệm chung: - 33 -

2.2 Kiểm định cầu: - 34 -

2.2.1 Công tác khảo sát và thu thập tài liệu về hiện trạng công trình: - 34 -

2.2.2 Xác định khả năng chịu tải của công trình theo lý thuyết: - 37 -

2.2.3 Xác định khả năng chịu tải của công trình theo thực nghiệm: - 40 -

2.3 Gia cố cầu thép: - 67 -

2.3.1 Gia cố hệ dầm mặt cầu thép: - 69 -

2.3.2 Gia cố kết cấu nhịp dầm thép đặc: - 71 -

2.3.3 Gia cố dàn chủ: - 73 -

2.3.4 Gia cố hoặc làm lại hệ liên kết giữa các dàn chủ - 76 -

2.4 Gia cố kết cấu nhịp và mố trụ cầu bê tông cốt thép, bê tông và đá xây: - 77 -

2.4.1 Gia cố kết cấu nhịp: - 77 - 2.4.2 Gia cố mố, trụ cầu: - 79 -

Tài liệu – học liệu:

- Tài liệu tham khảo

[1] Chẩn đoán công trình cầu, tác giả PGS.TS Nguyễn Viết Trung, Nhà xuất bản xây dựng, 2003

[2] Kiểm định cầu - tác giả Chu Viết Bình, Nguyễn Ngọc Long, Nguyễn Mạnh, Nguyễn Văn Nhậm, Nhà xuất bản Xây dựng 2009

MỞ ĐẦU

I Đối tượng nghiên cứu:

Khai thác, kiểm định cầu là môn học nghiên cứu sự làm việc của các công trình cầu đang khai thác hoặc đã xây dựng xong chuẩn bị đưa vào khai thác nhằm đánh giá khả năng chịu lực của công trình phục vụ cho công tác quản lý, bảo dưỡng hoặc sửa chữa, gia cố tăng cường cầu Như chúng ta đã biết, trong thiết kế cầu người ta lựa chọn các kích thước hình học của cầu trước sau đó tiến hành tính toán theo quy định của tiêu chuẩn hiện hành để xác định khả năng chịu lực của kết cấu công trình, trên cơ sở đó điều chỉnh lại các số liệu đầu vào để xác định kết cấu công trình phù hợp với công nghệ thi công và yêu cầu khai thác

Đối với công tác khai thác kiểm định cầu thì đối tượng nghiên cứu đã rõ ràng là các công trình cầu thực tế với đầy đủ đặc trưng hình học cũng như vật liệu Người ta tiến hành đo đạc, tính toán trên các công trình cầu thực tế (cầu cũ đã qua sử dụng hoặc cầu mới hoàn thành chuẩn

bị đưa vào khai thác) để xác định khả năng chịu lực thực tế của công trình cầu để từ đó đưa ra các giải pháp quản lý, khai thác, gia cố cầu hợp lý

II Nội dung của môn học:

Nội dung môn học gồm 2 chương với nội dung chính là các nội dung: Quản lý khai thác cầu, bảo quản sửa chữa cầu, kiểm định thử nghiệm cầu, gia cố tăng cường cầu

2.1 Quản lý khai thác cầu:

Phần này nghiên cứu nội dung và phương pháp quản lý khai thác cầu Quản lý bao gồm các hồ sơ cầu và quan trọng hơn là quản lý tình trạng kỹ thuật của cầu Một đơn vị quản lý phải nắm rõ các thông tin về cầu từ thiết kế, thi công, đến lịch sử khai thác cầu, các hư hỏng đã sửa chữa, nâng cấp, đề đề ra chế độ khai thác hợp lý cho công trình cầu như hạn chế tải trọng, tốc độ, số lượng xe qua cầu, và đồng thời đề ra kế hoạch, chương trình sửa chữa cầu thường xuyên, định kỳ hay sửa chữa lớn theo nguồn kinh phí hàng năm

Bằng các nghiệp vụ quản lý khai thác cầu với các hình thức kiểm tra chặt chẽ để nắm rõ thông tin về các công trình cầu đề từ đó xây dựng kế hoạch sửa chữa, nâng cấp theo đúng nhu cầu thực tế khai thác

2.2 Bảo quản sửa chữa cầu:

Bảo quản sửa chữa cầu là nhằm đảm bảo cầu trong suốt quá trình khai thác sử dụng vẫn giữ được khả năng làm việc như thiết kế ban đầu mà không phải thay đổi bất kỳ chế độ khai thác nào Sửa chữa cầu có thể là những công việc rất nhỏ như siết bulông, trám rỗ bê tông, đến những công việc rất lớn như thay thế dầm cầu, giàn thép, dây văng,

Công tác bảo quản sửa chữa cầu đề cập đến trong nội dung môn học sẽ là những kiến thức

cơ bản, những phương pháp có thể sử dụng tại hiện trường, chỉ đỏi hỏi mức độ chuyên môn nhất định Các sửa chữa mang tính chuyên gia, sữa chữa cao cấp chưa được nghiên cứu ở đây

2.3 Kiểm định thử nghiệm cầu:

Nội dung phần này là công tác đo đạc kiểm định và thử nghiệm cầu để nghiên cứu đánh giá khả năng chịu lực của cầu bằng thực nghiệm như: đo ứng suất, độ võng, dao động, sử dụng kết quả đo để đánh giá khả năng chịu lực của cầu

Khoan lấy mẫu để kiểm tra đặc trưng vật liệu làm cầu, kiểm toán cầu khả năng chịu lực thực tế của công trình cầu

Một số nội dung liên quan đến kiểm định thử nghiệm cầu như thí nghiệm mô hình trong quá trình thi công, thí nghiệm phá hủy tổng thể, các em có thể tìm hiểu thông qua các công trình dự án thực tế có yếu tố nước ngoài

2.4 Gia cố tăng cường cầu

Đây là công việc khác với công việc sửa chữa cầu, công tác gia cố tăng cường cầu là công việc nhằm làm tăng khả năng khai thác hoặc chịu lực của một công trình cầu Việc tăng cường cầu có thể phải làm thay đổi sơ đồ làm việc của cầu, kết cấu cầu, dầm chủ, khổ cầu, nhằm làm tăng khả năng chịu lực của công trình như bố trí thêm trụ đỡ, tăng chiều cao dầm chủ, hoặc làm tăng khả năng khai thác của cầu như thêm dầm, mở rộng xà mũ, tăng số làn xe trên cầu

III Phương pháp nghiên cứu:

Đây là môn học có yêu cầu tính thực tế cao, lý thuyết kết hợp với thực hành để nắm rõ quy trình kiểm định cầu Tuy nhiên, trong điều kiện thực tế không thể đáp ứng như cầu thực hành, người học cần chủ động tìm kiếm tài liệu thông qua mạng internet, đọc các tài liệu có liên quan, đặt các câu hỏi và chủ động thảo luận trao đổi với bạn bè hặc với giáo viên dạy môn học này Có thể hiểu kiểm định cầu là công việc khám bệnh, chữa bệnh và tiếp thêm sức khỏe cho một công trình cầu do đó người học cần nắm rõ các cấu tạo cơ bản của công trình cầu và nguyên

lý tính toán đã được học ở các môn học có liên quan

CHƯƠNG I CÔNG TÁC KHAI THÁC, BẢO QUẢN VÀ SỬA CHỮA CẦU

1.1 Khái niệm chung:

Mục đích chính của việc xây dựng các công trình cầu là để đưa vào khai thác phục vụ kết nối hệ thống hạ tầng giao thông khi phải đi qua các khu vực khó khăn như sông, hẻm núi, thung lũng, giao cắt, … Khai thác cầu là công việc cuối cùng của quá trình đầu tư xây dựng dự án cầu gồm Khảo sát - Thiết kế - Xây dựng - Khai thác Tuy nhiên, đây chưa phải là đã kết thúc mà bắt đầu một giai đoạn mới, do trong quá trình khai thác các công trình cầu bị suy giảm chất lượng theo thời gian, thậm chí là bị sụp đổ, vì thế cần thiết phải thực hiện công tác kiểm tra, duy tu, bảo quản, và sửa chữa công trình cầu

Các nguyên nhân làm suy giảm chất lượng công trình cầu gồm: Có những sai sót giữa thiết kế và thi công; Do tác dụng của hoạt tải luôn thay đổi; Ảnh hưởng của khí hậu, thời tiết, môi trường xung quanh; Tính chất của vật liệu xây dựng cầu; Thiên tai, địch họa Để hạn chế tối đa các nguyên nhân gây suy giảm chất lượng cầu ta cần kiểm tra, bảo quản để cầu luôn ở trạng thái phục vụ tốt, phát hiện kịp thời và khắc phục các hiện tượng hư hỏng khi nó mới hình thành, ngăn chặn không cho phát triển thành những tai nạn đáng tiếc

Công tác quản lý khai thác cầu là công việc thường xuyên, ghi chép nhật ký một cách đầy

đủ như thống kê lý lịch cầu, đặc tính kỹ thuật, đặc điểm địa chất, địa hình, thủy văn, các loại tải trọng xe qua cầu và đặc điểm phương tiện giao thông dưới cầu Trên cơ sở đó, tiến hành các công tác duy tu, bảo dưỡng thường xuyên, hoặc tiến hành sửa chữa theo các mức độ nhỏ, vừa

và lớn

- Sửa chữa nhỏ: Là công tác khắc phục những hư hỏng nhỏ, những hư hỏng này chưa

làm ảnh hưởng đến chế độ khai thác nhưng ảnh hưởng đến tuổi thọ và tính bền vững của công trình Khối lượng thi công ít và không cần phải đình chỉ giao thông trên cầu

- Sửa chữa vừa: Khắc phục những hư hỏng, mà những hư hỏng này chưa làm giảm khả

năng chịu tải của kết cấu nhưng ảnh hưởng đến chế độ khai thác của công trình Khối lượng thi công tương đối lớn, trong thời gian sửa chữa phải đình chỉ tạm thời hoặc hạn chế giao thông qua cầu

- Sửa chữa lớn (đại tu): Khắc phụ những hư hỏng, mà những hư hỏng này làm giảm khả

năng chịu tải của kết cấu nhằm đưa kết cấu trở lại chế độ khai thác của công trình Khối lượng thi công lớn, trong thời gian sửa chữa phải đình chỉ giao thông trên cầu

Khi kết cấu không còn đủ khả năng chịu các hoạt tải phát triển nặng hơn hoặc cầu đã trở nên hẹp không còn đủ lưu thông lượng phương tiện qua cầu thì cần thiết phải xem xét tăng cường, mở rộng cầu Kết cấu cầu gồm nhiều bộ phần chịu lực khác nhau, không phải bộ phận nào cũng có cùng cường độ vì thế ta chỉ tăng cường bộ phần nào yếu nhất mà thôi, mức độ cần thiết tùy theo nhu cầu phát triển giao thông để xem xét, xử lý

1.2 Khai thác công trình cầu:

1.2.1 Tổ chức bộ máy quản lý khai thác công trình:

Trong sự nghiệp đổi mới đất nước, yêu cầu phát triển giao thông vận tải ở Việt Nam rất lớn Nhiều tuyến đường mới với các công trình cầu thi công theo công nghệ tiên tiến đã và đang được hình thành, cùng với việc nâng cấp, cải tạo các hệ thống cầu, đường cũ Xây dựng cơ bản trong giao thông vận tải và quản lý, khai thác tốt các công trình hiện có là hai nhiệm vụ lớn phải song song thực hiện

Để đáp ứng được yêu cầu này, Bộ Giao thông vận tải đã quy định các chức năng, nhiệm

vụ về quản lý duy tu cho các đơn vị chuyên ngành Tổng Cục Đường bộ Việt Nam và Cục Đường sắt Việt Nam là hai cơ quan chủ yếu thực hiện chức năng quản lý khai thác hệ thống cầu - đường và các công trình khác trên mạng lưới giao thông đường bộ và đường sắt ở Việt Nam

Cơ cấu hình thành chính của Tổng Cục Đường bộ Việt Nam được mô tả như sau: dưới Tổng cục là bốn cục quản lý đường bộ phụ trách các vùng lãnh thổ khác nhau: Cục quản lý đường bộ 1 (các tỉnh phía Bắc từ Ninh Bình trở ra); Cục quản lý đường bộ 2 (các tỉnh Bắc miền Trung từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế); Cục quản lý đường bộ 3 (các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên từ thành phố Đà Nẵng đến hết tỉnh Khánh Hòa); và Cục quản lý đường bộ 4 (các tỉnh Nam Trung Bộ và Nam bộ từ tỉnh Ninh Thuận, Lâm Đồng trở vào) Dưới các Cục quản lý đường bộ có các Chi cục làm nhiệm vụ khai thác và các công ty xây lắp thực hiện các nhiệm

vụ xây dựng cơ bản, trung, đại tu công trình Ngoài ra, cũng có một số công ty xây lắp trực thuộc cục để thực hiện nhiệm vụ xây dựng các công trình có vốn xây lắp lớn hàng năm Đối với Cục Đường sắt Việt Nam là cơ quan quản lý nhà nước về đường sắt, thực hiện chức năng nhiệm vụ quản lý nhà nước về mặt pháp lý Song song với nó là Tổng công ty đường sắt Việt Nam là Doanh nghiệp nhà nước thực hiện nhiệm vụ vận hành, khai thác và bảo trì hệ thống hạ tầng mạng lưới đường sắt quốc gia, tổ chức hành chính có xu hướng phân chia thành hai khối; quản lý khai thác (thông tin, tín hiệu, tàu, ga, v.v ) và quản lý công trình (cầu, đường, kiến trúc tầng trên như ba lát, ray, tà vẹt, v.v )

Dưới Tổng công ty đường sắt Việt Nam có bốn đơn vị chính là Công ty vận tải hành khách Hà Nội, Công ty vận tải hành khách Sài Gòn, Công ty vận tải hàng hóa đường sắt và Trung tâm Điều hành vận tải đường sắt và các phân ban, các công ty là các đơn vị quản lý và trung, đại tu các công trình đường sắt

Trên đây là cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý khai thác, bảo dưỡng mạng lưới đường giao thông quốc gia Đối với hệ thống đường địa phương thì sự quản lý, khai thác, bảo dưỡng thuộc trách nhiệm các sở giao thông vận tải hoặc sở giao thông công chính Các sở này chịu sự lãnh

đạo trực tiếp của chính quyền tỉnh hoặc thành phố, đồng thời cũng chịu sự lãnh đạo theo ngành dọc là Bộ Giao thông vận tải

Hiện nay, trong quá trình cải cách hành chính Nhà nước, Bộ Giao thông vận tải đang tiếp tục hoàn thiện cơ cấu tổ chức để phát huy hiệu quả quản lý nhà nước, thực hiện tốt công tác khai thác và duy tu các công trình cầu - đường, phục vụ đắc lực cho sự nghiệp đổi mới của đất nước

1.2.2 Tình trạng cầu cống ở nước ta hiện nay:

Do điều kiện địa hình, kinh tế, xã hội trên đường sắt và đường bộ nước ta hiện nay có rất nhiều cầu với quy mô không lớn, có đặc tính kỹ thuật thấp, đã được xây dựng từ khá lâu, trải qua thời gian khai thác dài, chịu ảnh hưởng nhiều của thời tiết khắc nghiệt cũng như chiến tranh Trong 20 năm gần đây (từ 1995) trên tuyến Quốc lộ 1 đã có nhiều công trình cầu mới được xây dựng có công nghệ thi công và kết cấu đáp ứng được các tiêu chuẩn cầu hiện đại, có tuổi thọ cao hơn nhiều lần so với các công trình cầu trước đây

Tuy nhiên trên toàn tuyến quốc lộ 1, các tuyến tỉnh lộ và các đường giao thông khác còn tồn tại rất nhiều công trình cầu nhỏ, kỹ thuật công nghệ lạc hậu đang ngay càng xuống cấp, tình trạng khai thác đang mất an toàn cho người sử dụng, do đó cấp thiết cần tổ chức kiểm định đánh giá để có giải pháp đầu tư gia cố và thay mới nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội nước ta những năm tiếp theo

1.2.3 Tình trạng quản lý khai thác:

Đối với công trình cầu đường sắt về cơ bản công tác quản lý khai thác thống nhất giao cho Tổng công ty đường sắt Việt Nam chịu trách nhiệm thực hiện do đó hệ thống cầu đường sắt được quản lý khai thác tương đối hiệu quả

Đối với công trình cầu đường bộ, công tác phân cấp quản lý còn nhiều bất cập, hệ thống công trình được phân cấp nhiều loại và giao cho nhiều cấp đơn vị khác nhau quản lý nên dẫn đến bất cập, chồng chéo Quan điểm quản lý khai thác và tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng không thống nhất dẫn đến công tác quy tu bảo dưỡng công trình chưa thực sự tốt, đặc biệt là thiết bị công nghệ kiểm tra, đánh giá công trình cầu còn nhiều lạc hậu Mặt khác kinh phí phân bổ cho công tác quản lý, khai thác, bảo dưỡng thường xuyên không đầy đủ, kịp thời dẫn đến nhiều công trình cầu đã xuống cấp trầm trọng, cần thiết phải tăng cường sửa chữa lớn hoặc thay mới

để đảm bảo an toàn khai thác công trình

1.2.4 Các yêu cầu chung đối với công tác quản lý khai thác:

Đối với cầu đường sắt, do việc quản lý thống nhất từ đầu nên về cơ bản hồ sơ lịch sử các công trình cầu đều được quản lý thống nhất và đầy đủ, phục vụ hiệu quả trong công tác kiểm tra, đánh giá, bảo dưỡng công trình cầu

Đối với công trình cầu đường bộ, do việc phân cấp quản lý bất cấp dẫn đến việc lưu trữ

hồ sơ, quản lý thông tin các công trình cầu bị thất lạc dẫn đến nhiều khó khăn trong công tác kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa công trình cầu

Ngày nay, các công trình cầu do Tổng cục đường bộ Việt Nam quản lý đã được cập nhật

và quản lý đầy đủ thông qua việc sử dụng hệ thống thông tin trên máy tính, đặc biệt chương trình quản lý khai thác được Chính phủ Nhật Bản hỗ trợ nguồn vốn ODA không hoàn lại để

thiết lập hệ thống quản lý khai thác hệ thống đường bộ Việt Nam bao gồm cả thông tin cần thiết đến các hình ảnh cụ thể Một số chỉ tiêu thông tin chính về công trình cầu được lưu trữ cụ thể như:

- Tên cầu

- Tỉnh

- Trên tuyến, lý trình, năm xây dựng

- Chiều dài toàn cầu

- Chiều rộng: của phần xe chạy, của lề đi bộ

- Chiều cao khống chế, tải trọng, đặc tính kỹ thuật, đặc điểm địa chất, thủy văn, … Ngoài ra còn kèm theo các hình ảnh cụ thể của từng công trình cầu để công tác quản lý

có tính trực quan hơn Đây là dự án lớn, đến nay vẫn đang trong quá trình nghiên cứu và xây dựng chỉ tiêu thống nhất để áp dụng trên cả nước, đặc biệt là việc thống nhất quản lý về cùng một mối và một công nghệ kỹ thuật chung

1.3 Bảo quản dòng chảy và điều chỉnh hướng dòng

Thu hẹp lòng sông và sự điều chỉnh dòng chảy là những nguyên nhân chính làm cho vận tốc dòng chảy và mực nước tại vị trí cầu tăng hơn nhiều so với chế độ tự nhiên của chúng, đặc biệt là vào mùa mưa lũ Điều này gây ra hiện tượng sói chung của lòng sông tại vị trí cầu Cùng với xói chung, còn xuất hiện xói cục bộ do dòng chảy gặp các vật cản như trụ cầu, các công trình điều chỉnh dòng chảy, đất đắp 1/4 ở mố…

Mức độ của sói cục bộ phụ thuộc nhiều vào chiều sâu cột nước, bề rộng và hình thù vật cản, hướng của dòng chảy Hiện tượng xói cục bộ gây nguy hiểm cho sự làm việc bình thường của trụ, làm sụt lở các công trình điều chỉnh dòng chảy và đất đắp trước mố

Hình 1.2 - Gia có taluy bằng tấm lát bê tông

1 Lớp đệm; 2 Tấm bê tông; 3 Lớp dỏi dày 10-20cm; 4 Lớp sỏi dày 10cm; 5 Ụ bê tông

Ta luy đất đắp đoạn đường đầu cầu, phần tư nón và các công trình điều chỉnh dòng chảy cũng phải được gia cố để chống sụt lở do nước thấm và tác động của sóng gây ra

1.4 Kiểm tra, sửa chữa cầu thép:

1.4.1 Công tác kiểm tra cầu thép:

Mục đích của công tác kiểm tra là xác định hiện trạng cầu, trên cơ sở đó đề ra những chỉ dẫn phù hợp cho công việc duy tu, bảo dưỡng và chế độ khai thác công trình Trong quá trình kiểm tra, tất cả các bộ phận của kết cấu nhịp phải được xem xét một cách kỹ lưỡng để thấy hết các khuyết tật và hư hỏng cũng như dấu hiệu xuất hiện của chúng

Các hư hỏng, khuyết tật phải được vẽ lại một cách chi tiết với đầy đủ kích thước và những ghi chú cần thiết

Hiện trạng các bộ phận cũng như tổng thể công trình có thể được xác định bằng các phương tiện thủ công, thô sơ như thước thép, thước pan - me, máy kinh vĩ, kính lúp,… hoặc bằng các thiết bị, máy móc chuyên dùng hiện đại như kính hiển vi có độ phóng đại cao, siêu

âm, …

Việc kiểm tra cần được đặc biệt coi trọng đối với những bộ phận hư hỏng nặng, độ tin cậy thấp Trong những trường hợp cần thiết, phải xác định tính chất cơ lý, thành phần hóa học của vật liệu, kích thước hình học của cấu kiện nói riêng và tổng thể công trình nói chung Những hư hỏng đặc trưng cần được chụp ảnh để lưu giữ

Công tác kiểm tra cầu cần phải được kiểm tra thường xuyên và định kỳ dựa theo đề cương

kỹ thuật và kết quả phải được ghi đầy đủ trong hồ sơ khai thác cầu Về cơ bản các bộ phần cần kiểm tra đối với cầu thép:

- Dầm chủ của cầu dầm bản kê, cầu dầm thép liên hợp BTCT

- Các thanh dàn chủ, nút liên kết cầu giàn

- Hệ dầm mặt cầu, dầm ngang, dầm dọc phụ

- Hệ liên kết ngang, dọc

- Mối nối dầm chủ, các liên kết nút dàn, dầm

Các cơ quan chức năng căn cứ vào số liệu kiểm tra để xác định khả năng chịu tải thực tế của cầu và có các biện pháp sửa chữa, gia cố kịp thời đối với những bộ phận hư hỏng Tùy thuộc vào hiện trạng công trình và mức độ yêu cầu, số liệu kiểm tra có thể được kiểm chứng bằng thử tải công trình

1.4.2 Các hư hỏng, khuyết tật và giải pháp sửa chữa cầu thép

Kết quả nghiên cứu hàng loạt cầu với nhiều kiểu dáng, cấu tạo và thời gian khai thác khác nhau, trong đó đặc biệt quan tâm các công trình cầu thép vĩnh cửu như cầu dầm liên hợp thép -

bê tông cốt thép, cầu giàn thép Một số hư hỏng chính thường xuất hiện trong kết cấu thép như:

- Gỉ làm tiêu hao diện tích tiết diện của kết cấu

- Nứt kết cấu thép, nứt bản bê tông cốt thép

- Cong, vênh, mất ổn định cục bộ sườn dầm

- Hư hỏng liên kết đinh tán, bulông cường độ cao, mất đinh tán, mất bulông, đầu đinh

bị ăn mòn, lỏng đinh tán, nứt đường hàn

Qua nghiên cứu thực nghiệm cho thấy những nguyên nhân chính gây ra các hư hỏng, khuyết tật trong cầu thép, bao gồm: Chất lượng thép và gia công kết cấu chưa đạt yêu cầu; những khiếm khuyết về mặt cấu tạo; sai lệch giữa giả thuyết tính toán và sự làm việc thực tế của kết cấu; công tác duy tu bảo dưỡng kém; tác động của môi trường, đặc điểm của hoạt tải tác động lên cầu

Các hư hỏng của kết cấu nhịp cầu thép, tùy thuộc vào tính chất của nó, được phân chia thành các loại: hư hỏng của bộ phận liên kết (đinh tán, bu lông, mối hàn); hư hỏng do hiện tượng mỏi của vật liệu, do sự ăn mòn kim loại, do phá hoại giòn và các hư hỏng cơ học

1.4.2.1 Hư hỏng của bộ phận liên kết:

a Nguyên nhân:

Các bộ phận liên kết dễ bị hư hỏng như liên kết đinh tán, bu lông cường độ cao, đường hàn Trong đó, hư hỏng phổ biến nhất của bộ phận liên kết nói riêng và kết cấu nhịp cầu thép nói chung là các hư hỏng, khuyết tật của đinh tán

- Liên kết đinh tán:

Dạng hư hỏng chính của đinh tán là sự phân rã đinh trong quá trình khai thác Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng phân rã đinh là sự mài mòn cơ học của liên kết Tốc độ mài mòn cơ học phụ thuộc vào chuyển vị trượt tương đối giữa các phân tố nối trên bề mặt tiếp xúc của chúng Trị số chuyển vị trượt có quan hệ với lưu lượng xe qua cầu, trạng thái ứng suất của liên kết và đặc điểm tác dụng động của hoạt tải Ngoài ra, các đặc điểm cấu tạo, điều kiện làm việc của liên kết và công nghệ chế tạo cấu kiện cũng ảnh hưởng rất đáng kể đến tốc độ mài mòn

cơ học

Sự phân rã đinh tán làm tăng tác dụng động lên liên kết và phân tố nối, gây ra biến dạng của liên kết nói riêng và toàn bộ kết cấu nhịp nói chung, dẫn tới hiện tượng tăng nhanh ứng suất tập trung ở vùng lỗ đinh Hệ số ứng suất tập trung này có thể tăng lên nhiều lần tùy thuộc vào mức độ mài mòn của liên kết Đồng thời cùng với việc tăng ứng suất tập trung thì khả năng xảy

ra những hư hỏng do hiện tượng mỏi của vật liệu ở xung quang lỗ đinh cũng tăng nhanh, đặc biệt là đối với các cấu kiện làm việc chịu kéo hoặc làm việc chịu lực hai dấu, lặp theo chu kỳ

Chính vì vậy, những hư hỏng này thường kéo theo hiện tượng phá hủy mỏi

Sự phân rã đinh tán là một quá trình kéo dài và không ngừng tăng theo thời gian khai thác của công trình Quá trình này được đặc trưng bằng sự truyền lực qua liên kết giữa các phân tố nối

Sự làm việc của liên kết, tùy thuộc vào đặc điểm truyền lực, có thể được chia thành 3 giai đoạn Ở giai đoạn I, sự truyền lực giữa các phân tố nối thông qua ma sát bề mặt tiếp xúc của chúng Lúc này, ứng suất tập trung ở mép lỗ đinh có trị số nhỏ nhất Giai đoạn II được đặc trưng bằng sự truyền lực không chỉ thông qua ma sát của bề mặt tiếp xúc mà còn thông qua thân đinh

tì lên thành lỗ Ứng suất tập trung ở mép lỗ đinh bắt đầu phát triển Trong giai đoạn III, sự truyền lực giữa các phân tố nối chỉ thông qua thân đinh tì lên thành lỗ Ứng suất tập trung đạt tới trị số cực đại Hư hỏng đinh tán do mài mòn cơ học xảy ra ở giai đoạn III

Cần chú ý rằng, độ mài mòn lớn còn tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâm thực của môi trường, làm cho thép ở mép lỗ đinh bị gỉ nhanh hơn và khả năng làm việc chịu mỏi của vật liệu giảm Trong cầu dàn, hiện tượng hư hỏng này thường xảy ra tại các liên kết: thanh xiên và thanh treo vào bản nút ở biên trên; các thanh của hệ liên dọc và ngang vào dàn chủ Đối với hệ mặt cầu, sự phân rã đinh tán thường xảy ra ở các liên kết: dầm dọc với dầm ngang (đặc biệt là khi không có bản con cá); biên dầm vào sườn dầm dọc; các thanh của hệ liên kết dọc; các thanh của hệ liên kết dọc và ngang vào dầm dọc

Trong cùng một liên kết, các hàng đinh ngoài cùng chịu lực nhiều hơn, nên thường bị hư hỏng trước Ngoài ra, với các điều kiện làm việc như nhau thì các đinh chịu cắt một mặt bị phân

rã nhanh hơn các đinh chịu cắt hai mặt Những vết gỉ từ đầu đinh tán hoặc từ khe hở giữa các phân tố nối và các vết nứt của lớp sơn gần đầu đinh thường là dấu hiệu của sự hư hỏng do mài mòn, nó đòi hỏi phải kiểm tra các đinh này một cách kỹ lưỡng Thông thường, biện pháp gõ đầu đinh bằng búa cũng cho kết quả đủ độ tin cậy để đánh giá chất lượng liên kết

Ngoài ra, kích thước, hình dạng đinh và lỗ đinh cũng như việc lắp đặt đinh không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật đều được coi là khuyết tật của liên kết

Những loại khuyết tật của đinh tán thường gặp trong thực tế được thể hiện trên hình 1.3

Hình H1.3: Các khuyết tật của liên kết đinh tán và liên kết hàn

a) Liên kết đinh tán; b) Liên kết hàn

1 Hở đầu đinh; 2 Đầu đinh bị nứt; 3 Đầu đinh bị lệch; 4 Đầu đinh có gờ

5 Đầu đinh bị nhỏ; 6 Lệch đầu đinh; 7 Đầu đinh xiên; 8 Đầu dinh có rãnh

9 Rãnh ở thép phân tố; 10 Đầu đinh có vết; 11 Thân đinh không khít

12 Lỗ đinh xiên; 13 Lỗ đinh vẹo; 14 Lỗ đinh ô van; 15 Hàn không thấu

16 Vết nứt trong; 17 Vết nứt mặt; 18 Rãnh ở thép cơ bản

19 Vết nứt ở mặt thép

- Liên kết đường hàn:

Những nguyên nhân hư hỏng và khuyết tật của liên kết hàn thường thể hiện ở các dạng:

do hàn không thấu - không có sự nấu chảy thép que hàn cùng với thép cơ bản; do thép cơ bản

bị quá nhiệt cục bộ tạo ra các rãnh trên bề mặt của nó ở cạnh mối hàn; các lỗ rỗng nhỏ ở trong mối hàn; các vết nứt ở trên bề mặt và trong lòng liên kết - do không đảm bảo kích thước thiết

kế (hình 1.3)

- Liên kết bulông cường độ cao:

Các hư hỏng và khuyết tật của liên kết bu lông cường độ cao thường là hiện tượng bị đứt,

bị lỏng, mặt ma sát bị trượt do siết các bu lông chưa đạt yêu cầu, chất lượng vật liệu không tốt, bulông, đai ốc, vòng đệm và cả mặt ma sát bị gỉ

b Giải pháp:

- Sửa chữa liên kết đinh tán:

Các đinh tán hư hỏng được thay thế bằng bu lông cường độ cao Việc thay thế xen kẽ như vậy tạo ra một liên kết hỗn hợp đinh tán - bu lông cường độ cao Kết quả nghiên cứu cho thấy,

sự làm việc đồng thời giữa đinh tán và bu lông cường độ cao được đảm bảo tốt, độ bền và tuổi thọ của hai loại liên kết này cao hơn liên kết tán đinh Khi bu lông cường độ cao được lắp ở những vị trí chịu lực nhiều hơn, nó có thể làm tăng một cách đáng kể khả năng chống mài mòn

và mỏi của liên kết

Trong trường hợp không thực hiện các tính toán chi tiết, số lượng đinh tán thay thế đồng thời cùng một lúc không được vượt quá 10% tổng số lượng đinh trong liên kết

Để tránh gây ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của liên kết, các đinh thay thế được tháo bỏ theo hai giai đoạn: Trước tiên, dùng mũi khoan rỗng để cắt đầu đinh (hình 1.4a) hoặc cắt đầu đinh bằng mỏ cắt hơi (hình 1.4b), cần chú ý sao cho thép cơ bản không bị nung quá nóng Sau đó, dùng đột đóng bật thân đinh ra

- Sửa chữa liên kết đường hàn:

Nếu trên đường hàn có vết nứt, lẫn sỉ, rỗ khí, v.v thì cần phải đục bỏ hết phần khuyết tật, riêng với vết nứt phải đục bỏ kéo dài thêm về mỗi phía ít nhất 10mm

Làm sạch bề mặt, hàn bù phần đã đục bỏ, vệ sinh và sơn phủ bảo vệ bề mặt

- Sửa chữa liên kết bulông cường độ cao:

Tháo bulông cường độ cao đã hư hỏng, nếu bulông, vòng đệm, đai ốc gỉ thì cần thiết phải thay thế, ngược lại có thể vệ sinh sạch sẽ để sử dụng lại

Vệ sinh sạch sẽ lỗ đinh, dùng clê thường siết chặt bulông sau đó dùng clê lực siết đến mômen xiết thiết kế Tiến hành sơn hoặc bôi mỡ bảo vệ bulông

1.4.2.2 Những hư hỏng do hiện tượng nứt của thép:

Trong kết cấu thép không cho phép xuất hiện vết nứt vì nó làm giảm tiết diện chịu lực, gây ra hiện tượng tập trung ứng suất rất nguy hiểm cho kết cấu Một số nguyên nhân chính gây

ra nứt kết cấu thép có thể kể đến:

- Chất lượng vật liệu không đảm bảo, có khuyết tật, và vết nứt thường xuất phát từ đây

- Chất lượng liên kết kém như hàn không đủ, đầu bulông và đinh tán nhỏ

- Ứng suất dư do hàn gây ra mà không có biện pháp hạn chế

- Do va chạm cơ học

- Do mỏi vật liệu, đây là nguyên nhân chính gây nứt trong kết cấu cầu thép:

Hiện tượng mỏi của vật liệu là quá trình tích góp các hư hỏng dưới tác dụng thường xuyên của tải trọng lặp và tới một mức độ nhất định thì xảy ra sự phá hủy kết cấu

Phá hủy mỏi là hậu quả của quá trình phát triển vết nứt trong cấu kiện Những vết nứt mỏi thường xuất hiện ở những vị trí có ứng suất tập trung lớn

Trong cầu dàn, những hư hỏng do mỏi thường xảy ra nghiêm trọng hơn cả ở các thanh xiên và thanh treo

Hình ảnh các vết nứt mỏi ở thanh xiên và vị trí các thanh này trong một số sơ đồ cầu dàn xem hình 1.5 Các vết nứt được phát triển theo phương vuông góc với trục thanh và xuất phát

từ điểm giao giữa mép lỗ đinh với mặt phẳng đi qua tâm lỗ và vuông góc với trục thanh

Trong hệ dầm mặt cầu và các liên kết của nó, phá hoại mỏi cũng là hư hỏng phổ biến Các vết nứt mỏi thường có tại vị trí chịu lực cục bộ của biên trên (hình 1.6), ở sườn dầm (hình 1.8), trên bản con cá (hình 1.7) và ở thép góc liên kết dầm dọc với dầm ngang (hình 1.9) Phá hoại mỏi ở sườn dầm thường được thể hiện qua các vết nứt xiên bắt đầu từ mép của hàng đinh tán thứ 2, thứ 3, thứ 4 và hướng lên trên (hình 1.6)

Nguyên nhân chính của hiện tượng này là ứng suất kéo tập trung lớn và luôn thay đổi theo chu trình

Hình.1.5 - Vết nứt mỏi ở thanh xiên

Ứng suất pháp lớn trong liên kết dầm dọc với dầm ngang gây ra những vết nứt mỏi trong bản cá, các vết nứt này bao giờ cũng bắt đầu từ mép lỗ của hàng đinh thứ nhất hoặc thứ hai kể

từ dầm ngang (hình 1.8) Phá hoại kiểu này còn xảy ra đối với biên dưới của những dầm ngang ngoài cùng trong kết cấu nhịp cầu dàn có chiều dài lớn hơn 80m (hình 1.10)

Một trong những yếu tố chính gây ra hiện tượng này là sự đồng thời cùng làm việc giữa

Vết nứt xuất hiện ở thép góc liên kết (hình 1.7) là do tác động của mômen uốn tại mối nối

và thành phần lực trong dầm dọc khi tham gia cùng làm việc với các biên của giàn chủ Trong kết cấu nhịp cầu hàn, phá hoại mỏi có thể xảy ra ở những vùng tập trung ứng suất kéo do tác động của ngoại lực hoặc những nơi có ứng suất dư do hàn gây ra Như vậy, các vết nứt mỏi có thể xuất hiện trong mối hàn hoặc ngay trong kết cấu khi tiết diện của nó thay đổi đột ngột

b Giải pháp:

- Với các vết nứt có thể sửa chữa bằng đường hàn ta làm như sau:

Khoan chặn hai đầu vết nứt với đường kính lỗ khoan từ 14-18mm để giảm ứng suất tập trung hai đầu vết nứt Tiến hành gia công bề mặt vết nứt thành hình chữ K (khi cắt vát hai phía

từ một bên vết nứt), hình chữ V (khi cắt vát một phía từ hai bên vết nứt) hoặc chữ X (khi cắt vát hai phía từ hai bên vết nứt Tùy độ dày bản thép chính và điều kiện thi công sửa chữa để lựa chọn cách xử lý phù hợp Làm sạch rộng hơn vết nứt ít nhất 10mm, đốt nóng vết nứt lên nhiệt

độ 1500C đến 2000C rồi tiến hành hàn Mài dũa đường hàn và sơn bảo vệ

Hình 1.11: Sửa chữa vết nứt và khuyết tật

a) Hàn phủ vết nứt; b, e) Phủ kín vết nứt bằng tấm thép bản với liên kết bu lông cường độ cao:

1 Bản đệm; 2 Thép bản táp; 3 Bu lông cường độ cao có sẵn; 4 Bu lông cường độ cao mới

c, d) Phủ vết nứt bằng táp thép góc với liên kết bu lông cường độ cao:

1.Thép góc táp; 2.Bu lông cường độ cao mới; 3.Lỗ ở đầu vết nứt; 4.Bu lông cường độ cao có sẵn

g) Khắc phục khuyết tật bằng táp thép bản với liên kết hàn:

1 Má kẹp; 2 Khuyết tật; 3 Nêm; 4 Thép bản táp

- Với vết nứt không lớn và ở mép lỗ đinh tán ta làm như sau:

Khoan lỗ chặn đầu vết nứt tránh ứng suất tập trung, tiến hành thảo bỏ đinh tán, vệ sinh bề mặt liên kết để thay thế bằng bulông cường độ cao, sơn hoặc bôi dâu bảo vệ liên kết sau sửa chữa

- Với vết nứt lớn, không thể hàn trực tiếp ta cần xử lý như sau:

Sử dụng một bản thép bổ sung có tính chất thép giống với thép chủ, khoan lỗ chặn hai đầu vết nứt, lắp bản táp phủ lên vết nứt (tốt nhất là phủ cả hai mặt, trong điều kiện khó khăn có thể táp một mặt) Sau đó sử dụng bulông cường độ cao hoặc đường hàn để liên kết bản táp vào kết cấu, tiến hành vệ sinh, sơn bảo vệ liên kết sửa chữa

1.4.2.3 Hư hỏng do hiện tượng ăn mòn kim loại:

Các kết cấu nhịp cầu thép cùng với thời gian khai thác, đều có những hư hỏng do hiện tượng ăn mòn kim loại gây ra Mức độ của những hư hỏng này phụ thuộc chủ yếu vào các biện pháp bảo vệ thép khỏi sự ăn mòn và công tác duy tu bảo dưỡng

Thép gỉ (hình 1.12) làm cho tiết diện của phân tố bị giảm yếu và sức chịu tải cũng giảm theo Đặc biệt, tác động đồng thời của gỉ và tải trọng lặp theo chu kỳ dễ dàng làm xuất hiện các vết nứt gỉ - mỏi trong cấu kiện

Tốc độ phát triển gỉ phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố: thành phần hóa học của thép, công nghệ chế tạo cấu kiện, biện pháp chống gỉ, vùng khí hậu, môi trường và trạng thái ứng suất…

a Nguyên nhân:

- Lớp sơn bản vệ đã hư hỏng:

+ Do va chạm dẫn đến tróc sơn nhưng chưa được ssơn lại

+ Khi sơn chưa làm sạch bề mặt để gỉ phát triển từ bên trong

+ Quá niên hạn mà chưa sơn lại

- Do tác động của môi trường:

+ Yếu tố chính làm gỉ xuất hiện và quyết định tốc độ phát triển của gỉ là bề mặt thép bị

ẩm ướt Thực nghiệm cho thấy, ở môi trường có độ ẩm tương đối nhỏ hơn 40%, thép không bị

gỉ ngay cả khi bề mặt của nó đọng rác bẩn

+ Sự ô nhiễm môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho gỉ xuất hiện và phát triển Gỉ tồn tại

ở hai thể là gỉ bề mặt và gỉ cục bộ

+ Ở các biên dàn chủ, hệ dầm mặt cầu và hệ liên kết thường có gỉ bề mặt do việc thoát nước trên mặt kết cấu kém hoặc do hiện tượng rác bẩn đọng lại gây ra Gỉ cục bộ thường xuất hiện tại các liên kết, mối nối và nút dàn

+ Hiện tượng ăn mòn kim loại phát triển nhanh trong điều kiện khí hậu nóng ẩm như nước

ta và sự đấu tranh chống lại nó phải được thực hiện thường xuyên, nghiêm túc, vì trong nhiều

Hình 1.12 - Thép gỉ

trường hợp gỉ là nguyên nhân chính dẫn tới việc thay thế hoặc gia cố kết cấu nhịp rất tốn kém

b Giải pháp:

- Sử dụng sơn trong cầu thép: Thông thường tuổi thọ của sơn tối thiểu là 4 năm, mỗi bộ sơn sẽ gồm ba loại: sơn lót (chống gỉ), sơn phủ trung gian và sơn phủ ngoài cùng Tuy nhiên, gần đây người ta thường sử dụng sơn gốc epoxy có tuổi thọ lên đến 20 năm, sau khi sơn sẽ tạo nên trên bề mặt một lớp bảo vệ có độ bền cao

- Yêu cầu kỹ thuật đối với sơn:

+ Màng sơn phải có tính cách ly cao

+ Sơn lót phải dính bám cao với thép và có khả năng chống ăn mòn cao

+ Sơn phủ phải tương hợp với sơn lót, dính bám cao với sơn lót và chống chịu được tác động của môi trường như thời tiết nóng ấm, bức xạ mặt trời, không bay màu

+ Sơn đủ chiều dày quy định, chống chịu được tác động của các hóa chất độc hại + Màu sơn nên phù hợp với cầu cũ

- Phương pháp sửa chữa khi xuất hiện gỉ:

+ Nếu gỉ làm tiêu hao đáng kể diện tích tiết diện thì cần phải có giải pháp bù tiết diện trước khi sơn sửa

+ Trường hợp trên bề mặt gỉ còn các màng sơn cũ cần dùng bản chải sắt, chải bụi, dùng nước xà phòng, kiềm loãng lau sạch sau đó dùng nước sạch xối rửa, đánh dấy ráp trước khi sơn phủ bảo vệ

+ Xử lý xong bề mặt cần phải sơn ngay, để quá 3 ngày cần phải xử lý lại Không sơn khi trời mưa, nhiệt độ nhỏ hơn 40C, sơn đều không được bỏ sót

+ Dùng bột dẻo lấp phẳng các vết lõm do gỉ sau khi sơn phủ xong để tiến hành sơn bề mặt

1.4.2.4 Hiện tượng phá hoại giòn:

Hiện tượng kết cấu bị phá hủy dưới tác dụng của tải trọng mà biến dạng dẻo hầu như không xuất hiện được gọi là phá hoại giòn

Về bản chất, hiện tượng này là hậu quả của việc phát triển vết nứt một cách đột ngột tại những vị trí xung yếu có ứng suất vượt tải lớn

Tốc độ lan truyền vết nứt trong kết cấu có thể đạt tới 5000m/s Khả năng xuất hiện phá hoại giòn phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của thép, thành phần hóa học, độ tinh khiết, hình dạng cấu kiện, trạng thái ứng suất, tốc độ biến dạng, nhiệt độ của môi trường xung quanh, v.v… Kinh nghiệm khai thác cho thấy, phá hoại kiểu này thường hay gặp ở kết cấu nhịp cầu hàn, ít thấy ở kết cấu nhịp cầu tán đinh

Để hạn chế hiện tượng này chúng ta phải thường xuyên tiến hành kiểm tra, xác định các vết nứt nhỏ trong cầu thép để tiến hành sửa chữa trước khi để xảy ra phá hoại giòn

hư hỏng được xác định cho từng trường hợp cụ thể, nó tùy thuộc vào độ lớn của khuyết tật và

sự thay đổi trạng thái ứng suất ở phân tố kết cấu do va đập gây ra Sự va đập có thể tạo ra những vết nứt ở vùng xung quanh khuyết tật Hiện tượng cấu kiện bị uốn cong sẽ làm phát sinh ứng suất phụ, và riêng đối với các phân tố chịu nén, nó còn làm giảm khả năng chịu uốn dọc của chúng

Thông thường, độ thẳng của cấu kiện được kiểm tra bằng phương pháp đơn giản là căng dây thép mảnh dọc theo trục của thanh Nếu đường tên đoạn uốn cong lớn hơn 1/7 bán kính quán tính của tiết diện trong mặt phẳng uốn cong đối với cấu kiện chịu nén và 1/10 chiều cao tiết diện đối với cấu kiện chịu kéo thì chỉ cần kiểm tra độ cong cho phép Trong trường hợp ngược lại, phải có ngay biện pháp gia cố và sửa chữa phân tố kết cấu

Các cấu kiện chịu nén bị uốn cong, lại đồng thời có những hư hỏng ở hệ thanh giằng giữa các nhánh của tiết diện, phải được đặc biệt quan tâm

b Giải pháp:

Phần này chỉ đề cập đến các biện pháp sửa chữa những khuyết tật và hư hỏng nhẹ, ít gây ảnh hưởng đến sức chịu tải của kết cấu, còn việc khắc phục những hư hỏng nặng, làm giảm khả năng chịu tải của cầu, sẽ được xét đến ở phần gia cố kết cấu nhịp

- Phương pháp tác động cơ học:

Các phân tố thép bị uốn cong nên được nắn thẳng hay phẳng trở lại trong điều kiện nhiệt

độ bình thường, vì cấu trúc phân tử của thép dễ dàng bị thay đổi dưới tác dụng nhiệt Chỉ sử dụng phương pháp gia nhiệt trong trường hợp đặc biệt

Những vùng cong cục bộ được làm phẳng bằng vam (hình 1.13a ) Các thép góc, thép U

và thép bản bị uốn cong trên chiều dài nhỏ có thể được làm phẳng bằng má kẹp (hình H1.13b) Các điểm lồi nhỏ ở tấm thép có thể được khắc phục bằng cách dùng búa tạ đập lên nó thông qua một tấm đệm Những biến dạng lớn, chẳng hạn như biến dạng của sườn dầm đặc, được làm phẳng bằng kích có sự hỗ trợ của thanh căng và dầm hãm (hình 1.13c)

Trong trường hợp cần thiết, có thể hàn thêm sườn tăng cường phụ tại vị trí biến dạng Bọc

bê tông cục bộ phần sườn dầm bị biến dạng là biện pháp rất đơn giản để tăng cường Liên kết giữa bê tông và thép được bảo đảm tốt nhờ các thanh cốt thép neo hàn trên bề mặt sườn dầm Những biến dạng cục bộ của thanh dàn chủ có thể được làm phẳng bằng kích (hình 1.13d)

Hình 1.13 - Làm phẳng cấu kiện

a Bằng vam; b Bằng má kẹp; c Làm phẳng thanh;

d Làm phẳng sườn dầm

1 Dầm cứng; 2 Kích; 3 Thanh căng; 4 Dầm hãm

Hệ thanh giằng, bản giằng có thể được tháo bỏ trên đoạn thanh uốn cong trước khi nắn thẳng và sau đó lại được thay mới Những cấu kiện của dàn chủ có biến dạng lớn cần được thay mới toàn bộ hay từng phần

- Phương pháp gia công nhiệt:

Phương pháp này là sử dụng ngọn lửa khí axêtylen + gas + oxy để tạo ra biến dạng mới triệt tiêu biến dạng cũ Do phương pháp này rất ảnh hưởng đến tính chất của kết cấu thép nên trước khi thực hiện phải có thiết kế chỉ định phạm vi được phép đốt nóng, nhiệt độ cho phép, tốc độ gia nhiệt và hạ nhiệt, cùng các thiết bị phụ trợ trong quá trình thi công Trình tự xử lý khuyến nghị như sau:

+ Dùng ngọn lửa đốt nóng vị trị xử lý đến nhiệt độ thiết kế

+ Chỉ nắn khi nhiệt độ chỉ định đến nhiệt độ 7500C (màu đỏ tím) và tối đa chỉ được phép đến 8500C (mầu đỏ) để tránh giảm cường độ của thép

+ Khi gia nhiệt có thể kèm các thiết bị phụ trợ để nắn chỉnh

+ Tốc độ gia nhiệt và hạ nhiệt phải đúng thiết kế quy định

+ Sau khi nắn chỉnh cần kiểm tra các vị trí xung quanh để kịp thời phát hiện các hư hỏng phát sinh thứ cấp

+ Tiến hành vệ sinh và sơn bảo vệ bề mặt

1.5 Kiểm tra và sửa chữa cầu bê tông cốt thép:

1.5.1 Công tác kiểm tra đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép

Công tác kiểm tra kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép là để nắm được những hư hỏng hiện

có trên công trình thông qua việc kiểm tra thường xuyên, kiểm tra đột xuất hay kiểm tra chi tiết

để từ đó đề ra những quyết định về chế độ duy tu, bảo dưỡng hay khai thác công trình hợp lý Các bộ phận công trình cần kiểm tra như:

- Các mối nối thi công cầu

- Cường độ bê tông các bộ phận

1.5.2 Các hư hỏng và khuyết tật của cầu bê tông cốt thép

Dạng hư hỏng phổ biến nhất ở cầu bê tông cốt thép là các vết nứt và hiện tượng bong, rộp

là nguyên nhân chính làm giảm khả năng chịu tải của kết cấu nhịp Điều này liên quan trước hết đến các kết cấu ứng suất trước (chẳng hạn như khi có các vết nứt xiên ở sườn dầm)

Khi đánh giá mức độ nguy hiểm của các loại vết nứt khác nhau, cần phân tích kỹ ảnh hưởng của chúng đến các đặc điểm khai thác kết cấu, đồng thời phải chú ý đến khuynh hướng phát triển vết nứt

Hình 1.14 thể hiện các dạng vết nứt điển hình thường gặp trong kết cấu nhịp bê tông cốt thép

Hình 1.14 - Các vết nứt điển hình trong kết cấu nhịp dầm bê tông cốt thép Vết nứt co ngót 1 thường xuất hiện ở các bề mặt bê tông do quá trình co ngót không đều Dấu hiệu đặc trưng của vết nứt co ngót là chúng phân bố hỗn độn, độ mở rộng và chiều dài không lớn

Các vết nứt xiên 2 ở sườn dầm là do tác dụng của ứng suất kéo chính và của các biến dạng

do nhiệt độ Loại vết nứt này đặc biệt nguy hiểm đối với kết cấu nhịp bê tông cốt thép ứng suất trước vì nó có thể làm giảm đáng kể khả năng chịu tải của kết cấu Trường hợp này phải được kiểm toán chi tiết

Các vết nứt dọc 3 tại vị trí tiếp giáp giữa cánh dầm và sườn dầm, có ảnh hưởng xấu đến

sự làm việc của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng Các vết nứt này cần được đặc biệt quan tâm khi xác định khả năng chịu tải của công trình Một trong những nguyên nhân chính gây ra vết nứt 3 là làm sai quy trình công nghệ chế tạo kết cấu nhịp Các vết nứt ngang 4 ở cánh dầm phát sinh chủ yếu do cốt thép dọc ở phía dưới bị kéo quá căng và do tác dụng của mômen trong quá trình lao lắp dầm Đối với dầm giản đơn, các vết nứt này sẽ khép lại trong quá trình khai thác dưới tác dụng của tĩnh và hoạt tải

Các vết nứt ngang 5 ở bầu dầm chịu kéo của kết cấu nhịp BTCTƯST cho thấy công tác căng cốt thép chưa đạt yêu cầu (lực căng chưa đủ), có sự mất mát ứng suất lớn (do co ngót, từ biến của bê tông), và do không bảo đảm sự làm việc bình thường của cơ cấu neo Các vết nứt loại này không làm giảm khả năng chịu tải của kết cấu nhịp, song có thể thúc đẩy sự gỉ cốt thép Các vết nứt dọc ở bầu dầm nén trước 6 xuất hiện chủ yếu trong những năm đầu của quá trình khai thác Các vết nứt loại này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho gỉ phát triển Các vết nứt ngang

8 ở phần đầu dầm phát sinh dưới tác dụng của ứng suất cục bộ do căng cốt thép Các vết nứt loại này thường phát triển trong thời kỳ đầu của quá trình khai thác Các vết nứt 7 trong khu vực gối tựa thường là do những khiếm khuyết về cấu tạo (tập trung neo, thớt gối nhỏ, … ) gây

ra Điều kiện làm việc của gối tựa gây ảnh hưởng đáng kể đến dự phát triển các vết nứt này

Trong kết cấu nhịp vòm bê tông cốt thép, vết nứt thường phát sinh nhiều nhất ở các thanh treo và thanh giằng, nhưng cũng có thể xuất hiện cả ở bản thân vòm và thanh chống (hình 1.15)

Sự thoát nước mưa và chống thấm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với kết cấu bê tông cốt thép

Nếu giải quyết thoát nước và chống thấm kém, nước có thể xâm nhập vào trong kết cấu làm gỉ cốt thép và bong rộp bê tông

Hiện tượng rỗ mặt bê tông cũng được coi là khuyết tật của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép

1.5.3 Sửa chữa các khuyết tật của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép

Sửa chữa các khuyết tật của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép nằm trong phạm vi sửa chữa nhỏ và vừa, nó chỉ nhằm mục đích kéo dài thêm tuổi thọ của công trình, còn việc phục hồi hoặc nâng cao sức chịu tải của cầu thuộc phạm vi sửa chữa lớn, sẽ được đề cập trong phần gia

cố kết cấu nhịp

1.5.3.1 Vật liệu để sửa chữa cầu BTCT:

a Xi măng:

Xi măng sử dụng trong sửa chữa cầu yêu cầu phải khô, không vón cục, lọt lỗ sàng 0,1mm

và có độ ẩm nhỏ hơn hoặc bằng 0,1% mới đủ điều kiện để chế tạo các loại vữa Pôlyme, keo epôxy,

b Cát vàng:

Cát phải đáp ứng yêu cầu sạch, không lẫn tạp chất, có hàm lượng muối SO3, bùn sét nhỏ hơn 1% khối lượng cát Nếu sử dụng vào vữa Pôlyme thì độ ẩm của cát phải nhỏ hơn 0,1% và phải rang khô trước khi sử dụng

Hình 1.15 - Các vết nứt trong kết cấu nhịp cầu vòm

e Chất hóa dẻo:

Được dùng khi trộn với nhựa êpôxy nhằm làm tăng tính dẻo của hỗn hợp, giảm co ngót, tăng khả năng chịu rung động và va đập, đặc biệt là kéo dài thời gian thi công vữa Pôlyme Các chất hóa dẻo có gốc là Cacbuahydro và các chất dẫn suất có trọng lượng phân tử thấp, thông dụng nhất là các chất Polyeste, Peclorovinyl, thiokel

Ximăng làm chất độn yêu cầu độ ẩm nhỏ hơn 0,1% và có cường độ từ 30Mpa trở lên Bột đá làm chất độn phải đảm bảo độ mịn, độ ẩm nhỏ hơn 0,1%, không chưa tạp chất Dạng sợi độn thường sản xuất từ polypropylen với chiều dài khoảng 20mm nhằm làm tăng khả năng chống nứt, chống thấm cho kết cấu

Chế tạo vữa pôlyme:

+ Cân các thành phần vật liệu theo tỷ lệ thiết kế

+ Trộn cát với xi măng thành một hỗn hợp

+ Trộn chất hóa rắn, nhựa êpôxy, và chất hóa dẻo thành một một hỗn hợp khác

+ Đổ hỗn hợp keo êpôxy vào hỗn hợp cát xi và trộn đều

+ Nhanh chóng đưa vào thi công tránh bị đồng cứng sớm

Thí nghiệm kiểm tra chất lượng vữa thông qua 3 mẫu thí nghiệm kích thước 2x2x2cm

j Bê tông pôlyme:

Tương tự cấu tạo của vữa pôlyme, bê tông pôlyme sử dụng đá dăm làm cốt liệu và vữa pôlyme là chất kết dính, quy trình chế tạo tương tự như vữa pôlyme ở nhiệt độ thông thường

Tỷ lệ thành phần các cốt liệu đá, cát, xi măng, keo êpôxy, chất hóa rắn dẻo, cần được xác định thông qua thí nghiệm đảm bảo theo yêu cầu của công trình

Hiện nay ở nước ta bê tông pôlyme đã được các hãng chế tạo sẵn và chào bán, thông dụng nhất là hãng Sika, Ciec, Fico,

1.5.3.2 Khắc phục các vết nứt trong bê tông:

Các vết nứt trong bê tông, tùy thuộc vào độ mở rộng, phải được chét kín bằng vữa xi măng với cốt liệu phù hợp

Hiện nay, các hóa chất xây dựng được sử dụng rộng rãi để chét các vết nứt trong bê tông Hiệu quả của công tác sửa chữa này phụ thuộc rất nhiều vào sự tẩy bỏ và làm sạch bề mặt

bê tông, cốt thép tại vị trí chét vữa

- Sửa chữa vết nứt có độ mở rộng nhỏ hơn 0,3mm:

Trước khi chét vữa, phần long lở trên bề mặt bê tông được tẩy sạch, sau đó làm vệ sinh bằng rửa nước và khí nén, đồng thời cạo sạch gỉ cốt thép, tạo khe dạng hình nêm hoặc hình chữ nhật để chèn vữa lấp vết nứt (hình 1.16)

Kết hợp với keo êpôxy tạo nền, vữa được nhồi vào vết nứt thông qua các ống, có độ sệt đúng quy định và được nhồi chặt trên suốt chiều dài cũng như chiều sâu của vết nứt

- Sửa chữa các vết nứt có độ mở rộng lớn hơn 0,3mm

+ Đục mở rộng vết nứt nếu phát hiện thấy hai bên vết nứt có bám rêu

Hình 1.16 - Sơ đồ tạo khe

a Dạng hình nêm

b Dạng hình chữ nhật

1 Vết nứt; 2 Cốt thép; 3 Lớp bảo vệ

+ Dọc theo vết nứt khoan các lỗ khoan với khoảng cách từ 20-50cm, đường kính 0,8cm, chiều sâu không nhỏ hơn chiều sâu vết nứt nhưng tối thiểu 2,5cm

0,5-+ Vệ sinh vị trí vết nứt cả bên trong và bên ngoài, tuyệt đối không dùng hóa chất để tẩy rửa

+ Cắm các đầu bơm vào các lỗ khoan, đầu bơm có cấu tạo đường kính ngoài phù hợp lỗ khoan, đường kính trong khoảng 0,2-0,4cm, cắm sâu vào trong lỗ khoan từ 1,5-3cm, để thừa ra ngoài 1,5-3cm để cắm vòi bơm

+ Phủ lên vết nứt một lớp keo dầy để tránh vữa bơm đùn lên bề mặt

+ Chuẩn bị keo, vữa bơm và máy bơm áp lực lớn hơn 20Atm

+ Tiến hành cắm vòi bơm vào đầu bơm từ vị trí thấp nhất đến cao nhất, tiến hành bơm cho đến khi vữa không chảy vào vết nứt nữa thì rút đầu bơm chuyển sang lỗ tiếp theo, đầu bơm

có van một chiều chống vữa trào ngược Bơm lần lượt cho đến khi hết các đầu bơm, nếu thời gian thi công vữa chưa ninh kết thì nên tiếp tục bơm bổ sung lần hai vào các đầu bơm

+ Sau khi vữa đông cứng tiến hành cắt đầu bơm và làm phằng bề mặt

1.5.3.3 Sửa chữa phần bê tông long lở, bong rộp hoặc rỗ mặt:

- Nguyên nhân:

Do chiều dày lớp bê tông bảo vệ không đủ dẫn đến hơi ẩm làm gỉ cốt thép và trương nở làm nứt vỡ bề mặt bê tông và đứt cốt thép, hiện tượng này thường thấy ở đáy dầm và những bộ phần dày cốt thép

Do va chạm với các phương tiện đường bộ đường thủy, thường hư hỏng ở các nhịp thông thuyền hay các chân lan can, giải phân cách trên cầu

Do áp lực cục bộ thường xẩy ra ở đầu dầm tại vị trí kê gối, đầu neo cáp dự ứng lực

Do bê tông bị phong hóa dưới tác dụng của môi trường đặc biệt là các môi trường có độ mặn cao

- Phương pháp sửa chữa:

Phần bê tông long lở, bong rộp hoặc rỗ mặt được sửa chữa bằng cách phủ lại một lớp vữa

bê tông với bề dày tương ứng và cốt liệu phù hợp Trong trường hợp này, tùy theo tình hình cụ thể, có thể sử dụng bê tông pôlime hoặc các hóa chất xây dựng phù hợp

Trước khi tạo lớp phủ, bề mặt kết cấu phải được làm sạch, toàn bộ phần bê tông bong lở, bong rộp phải được đục bỏ Những cốt thép gỉ phải được cạo sạch, trong trường hợp cốt thép

bị mất mát lớn hơn 20% cần phải bố trí thêm cốt thép Vữa bê tông phải có độ sệt thích hợp và đặc biệt phải tạo được sự dính kết tốt giữa bê tông mới với bê tông cũ

Sự dính kết giữa hai lớp bê tông cũ và mới có thể được đảm bảo bằng các râu cốt thép hoặc bằng keo dính kết

Để đảm bảo độ sệt thích hợp khi đổ bê tông, có thể sử dụng phụ gia hóa dẻo Trong trường hợp sử dụng phụ gia và hóa chất xây dựng, phải đặc biệt lưu ý thời gian thi công cho phép Việc bảo dưỡng bê tông và tháo dỡ dàn giáo, ván khuôn phải tuân thủ tuyệt đối theo quy trình kỹ thuật

Có thể sử dụng phương pháp phun vữa bê tông áp lực song không phổ biến trong sữa chữa công trình cầu

1.5.3.4 Cường độ bê tông bị suy giảm:

Dễ phát hiện cường độ bê tông bị suy giảm thông qua quan sát bề mặt bê tông, dùng búa

gõ, hoặc các thí nghiệm lấy mẫu, súng bật nẩy, siêu âm Thông thường người ta dùng dung dịch phênôntalêin để xác định chiều sâu hư hỏng thông qua sự trung tính của bê tông

Suy yếu vì thấm nước, vôi hydrát hóa trong bê tông bị hòa tan và chảy ra ngoài làm cho cường độ của bê tông bị suy giảm mạnh

Do tác động xấu từ môi trường, đặc biệt là các môi trường có tính xâm thực mạnh như ven biển, khu công nghiệp, hoặc trong bê tông đã có sẵn các khuyết tật như nứt, rỗ,

- Giải pháp:

Đối với các vùng kết cấu có bê tông bị suy giảm cường độ, có hay chưa có ảnh hưởng đến cốt thép phía trong đều cần thiết phải đục bỏ và thay thế bằng lớp vữa bê tông mới có tính chất tương đương với các giải pháp sửa chữa như sữa chữa bê tông nứt vỡ đã nói ở trên

Bóc lớp phủ mặt cầu, các lớp chống thấm để vệ sinh và sửa chữa thay thế

Nếu bản mặt cầu bê tông bị nứt cần bơm vữa xử lý, bổ sung bê tông tạo độ dốc ngang cầu đảm bảo thoát nước

Tiến hành sửa chữa lại lớp chống thấm, các lớp phủ và hệ thống thoát nước trên cầu

1.6 Kiểm tra và sửa chữa mố trụ cầu:

1.6.1 Công tác kiểm tra mố trụ cầu và những hư hỏng chủ yếu

Kiểm tra mố, trụ cầu nhằm xác định thực trạng của từng cấu kiện nói riêng và tổng thể công trình nói chung Trong quá trình kiểm tra, tất cả các bộ phận đều phải được xem xét kỹ lưỡng để xác định vị trí, kích thước, các hư hỏng và dấu hiệu xuất hiện của chúng

Các phương tiện và thiết bị được dùng cho công tác kiểm tra mố, trụ cũng giống như đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép

Kết quả điều tra phải được ghi lại đầy đủ trong hồ sơ

khai thác cầu kèm theo những chú giải cần thiết Đối với phần

mố, trụ nằm chìm trong nước và đặc biệt là trong đất thì công

tác kiểm tra gặp nhiều khó khăn và đòi hỏi phải có thợ lặn

Những năm gần đây, khi điều tra, khảo sát các công trình ngập

nước, người ta sử dụng thành công thiết bị truyền hình di động

- Móng bị lún, đặc biệt là lún không đều làm nghiêng mố trụ

- Bề mặt trụ chịu tác động phong hóa Qúa trình này diễn ra đặc biệt mạnh ở phần có mực nước thay đổi Dấu hiệu chủ yếu để nhận biết sự phong hóa là hiện tượng bong tróc và bong lở

bề mặt trụ

- Các công trình cầu ở vị trí sông gần các nhà máy, khu công nghiệp thì phần thân trụ chìm dưới nước dễ bị phá hoại bởi sự xâm thực hóa học của nước từ các phế thải đổ vào sông (hình 1.17)

- Các vết nứt ở trụ cầu rất đa dạng: nứt mặt, nứt sâu hoặc nứt xiên thấu Nguyên nhân và

sự phát triển của vết nứt có thể xác định thông qua bề ngoài của chúng Chẳng hạn, các vết nứt theo phương thẳng đứng hoặc xiên góc không lớn (hình 1.18) cho thấy trụ có thể bị lún không đều và khả năng chịu tải của nền không đủ

- Khi gối tựa không đảm bảo biến dạng tự do của kết cấu nhịp cũng sẽ làm phát sinh những lực ngang lớn tác động lên trụ và gây ra các vết nứt (hình 1.18b ) Đối với mố cầu có tường cánh, nếu đắp đất không đạt yêu cầu và thoát nước kém thì có thể xuất hiện áp lực hông lớn gây nứt tách tường cánh (hình 1.18a,c)

- Do chiều dày bê tông bảo vệ không đủ gây ẩm cốt thép dẫn đến gỉ trương nở làm nứt vỡ

bê tông mố trụ cầu

- Do va chạm với các phương tiện đừng thủy, cây trôi, làm nứt vỡ bề mặt bê tông mà nghiêm trọng hơn là gãy đổ trụ cầu

Tất cả các hình thức hư hỏng kể trên xuất hiện chủ yếu trong quá trình khai thác Tuy nhiên, các vết nứt có thể hình thành ngay cả trong thời gian thi công trụ, nhất là các vết nứt do

Hình 1.17 - Sự phá hoại trụ cầu do nước sông bị nhiễm phế thải

co ngót bê tông gây ra ở các trụ nặng Các vết nứt xuất hiện trong thời gian thi công trụ có thể tiếp tục phát triển trong quá trình khai thác

Chuyển vị của trụ cầu thường xảy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau: xói trụ, nền không

đủ khả năng chịu tải, áp lực ngang của đất đắp tăng, hiện tượng trượt,… Những chuyển vị đáng

kể của trụ được nhận biết một cách dễ dàng thông qua những dấu hiệu bề ngoài Chẳng hạn, khi mố dịch chuyển về phía nhịp thì gối tựa di động cũng chuyển dịch theo và kết quả là đầu mút của kết cấu nhịp có thể đụng vào tường đỉnh hoặc vào kết cấu nhịp kế tiếp theo Hiện tượng nghiêng hay chuyển vị của trụ giữa theo phương dọc cầu dễ dàng thấy được thông qua sự thay đổi khoảng cách giữa các đầu mút của các nhịp liền kề nhau Sự chuyển vị của trụ cũng có thể được khẳng định dựa theo vị trí của đường ray trên bình đồ và trắc dọc Sự dịch chuyển của mố đôi khi còn kéo theo hiện tượng trượt lở khối đất đắp sau mố Kết quả đo vẽ vị trí mố, trụ bằng các thiết bị chuyên dùng cho ta những số liệu chính xác về chuyển vị của chúng Độ lún của trụ

có thể được xác định bằng máy thủy bình, còn độ nghiêng và trượt được xác định bằng máy kinh vĩ Các số liệu đo cao bằng thủy bình phải được ghi lại thông qua cọc mốc Khi dùng máy kinh vĩ để quan trắc độ nghiêng của trụ, người ta thường gắn vào thân trụ các mốc đặc biệt tại

vị trí đặt mia

Các kết quả quan trắc kèm theo những ghi chú về điều kiện thực hiện việc quan trắc đó phải được ghi đầy đủ vào hồ sơ khai thác cầu

1.6.2 Sửa chữa mố, trụ cầu

Các hư hỏng ở mố, trụ cầu cần phải được khắc phục kịp thời để đảm bảo an toàn cho người và các phương tiện giao thông qua cầu Phương pháp sửa chữa trong từng trường hợp cụ thể được xác định trên cơ sở đánh giá tổng hợp toàn diện tính chất hư hỏng và nguyên nhân gây

ra chúng

Nguyên tắc, sửa chữa mố, trụ cũng tương tự như sửa chữa kết cấu nhịp bê tông cốt thép Điều khác biệt là kích thước khuyết tật ở mố, trụ thường lớn hơn và có những phần việc phải thực hiện ở dưới nước

1.6.2.1 Sửa chữa nứt, phong hóa, cường độ bê tông bị suy giảm:

Đối với những vết nứt có độ mở rộng và chiều sâu lớn thì việc chét vữa ximăng có thể không mang lại hiệu quả mong muốn Trong những trường hợp này, tùy tình hình thực tế, người

ta có thể dùng đai thép hoặc đai bê tông cốt thép để khắc phục khuyết tật Đai bê tông cốt thép thường được sử dụng để sửa chữa hư hỏng của phần trụ cầu ở trên cạn, còn đai thép có thể được

Hình 1.18 - Các vết nứt trong bê tông mố, trụ cầu

dùng cả ở trên cạn lẫn ở dưới nước (hình 1.19)

Các đai thép và bu lông liên kết phải có lớp bảo vệ để tránh hiện tượng ăn mòn kim loại, đặc biệt khi công trình ở vùng nước mặn hoặc sông có phế thải công nghiệp đổ vào Trước khi tiến hành sửa chữa, phần mặt trụ phải được làm sạch bằng bàn chải sắt hoặc vòi xói…

Phương pháp “áo” bê tông hoặc “áo” bê tông cốt thép cũng được áp dụng rộng rãi để khắc phục các hư hỏng của mố trụ cầu Việc thi công lớp “áo” này ở phần trụ ngập nước có thể được thực hiện bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước hoặc hút hết nước rồi mới đổ bê tông (hình 1.19) Trước khi thi công lớp “áo”, bề mặt phần trụ hư hỏng phải được làm sạch rêu, bẩn và lớp

bê tông bong, rộp Ngoài ra, “áo” bê tông phải được liên kết chặt với trụ bằng các râu thép hoặc keo dính kết

Để hút cạn nước, người ta thường sử dụng vòng vây cọc ván (hình 1.20a) để đổ bê tông sửa chữa thân mố trụ cầu

1.6.2.2 Sửa chữa cột thép, cọc thép bị gỉ:

- Nguyên nhân:

Lớp sơn bảo vệ bị hư hỏng hoặc quá thời gian sử dụng chưa được làm lại

Hình 1.19 - Khắc phục vết nứt bằng các loại đai a) Đai bê tông cốt thép; b) Đai thép

Hình 1.21 - Sửa chữa phần trụ ngập nước bằng phương pháp "áo" bê tông

cốt thép

a) Có hút nước b) Không hút nước

1 Trụ; 2 Cọc ván; 3 Bê tông bịt đáy;

4 "Áo" bê tông cốt thép' 5 Đá hộc; 6

Vỏ bê tông cốt thép; 7 Bê tông

Chịu tác động mạnh mẽ từ môi trường, đặc biệt trong vùng nước dao động mực nước

- Giải pháp:

Phần cột hoặc cọc cao hơn mặt nước người ta có thể tiến hành sơn lại để bảo vệ

Phần cọc ngập trong nước thì có thể sửa chữa bằng việc bọc bê tông:

+ Làm vòng vây ngăn nước, tiến hành hút cạn nước

+ Sửa chữa hư hỏng cọc thép nếu có, đào sâu xuống nền đất 0,5m dưới chân cọc

+ Lắp đặt cốt thép, hàn cốt đai tạo khung

+ Dựng ván khuôn, đổ bê tông, bảo dưỡng hoàn thiện kết cấu bảo vệ

1.6.2.3 Xói lở, sụt lún:

- Nguyên nhân:

Dòng chảy bị thu hẹp, lưu lượng dòng chảy tăng đột biến

Chế độ dòng chảy thay đổi, chuyển dòng

Chất lượng thi công không tốt, đặc biệt là tứ nón chân khay đặt trên đường xói, không đầm chặt, lát đá sơ sài,

- Phương pháp sửa chữa:

Sửa chữa phần tứ nón chân khay trước mố: Phá bỏ phần đá đã bị sụt lún, dọn sạch mặt bằng, đổ đá đầm chặt đến cao độ thiết kế, tiến hành xây đá chân khay đảm bảo cường độ, đầm lèn mái dốc tứ nón, phủ đá có gia cố lưới thép hoặc bê tông liên kết

Trường hợp móng chân khay nằm trong nước bị sụt lở thì tiến hành ngăn nước, đóng cừ tràm gia cố chân khay, đổ bê tông lót trước khi tiến hành xây đá chân móng

Xói lở chân trụ thì tiến hành vệ sinh rác thải, xếp đá hoặc rọ đá dưới đáy móng, nên bơm vứa ximăng liên kết các khối đá, tùy điều kiện địa chất và dòng chảy có thể đóng thêm cọc cừ, phủ lưới B40 chống trôi đá Hoặc nữa xây dựng bổ sung các trụ điều chỉnh dòng chảy để bảo

vệ trụ cầu

* Tài liệu tham khảo:

[1] Giáo trình khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống – GS.TS Nguyễn Viết Trung – Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, 2008

[2] Chẩn đoán công trình cầu, PGS.TS Nguyễn Viết Trung-Nhà xuất bản xây dựng,

2003

[3] Kiểm định cầu - tác giả Chu Viết Bình, Nguyễn Ngọc Long, Nguyễn Mạnh, Nguyễn Văn Nhậm, Nhà xuất bản Xây dựng 2009

* Thảo luận:

Trực tiếp trong các tiết giảng trên lớp theo các nội dung liên quan đến từng bài học

* Câu hỏi ôn tập:

Câu 1: Mô hình quản lý khai thác cầu ở nước ta hiện nay, các vấn đề còn tồn tại và giải pháp khắc phục?

Câu 2: Phân biệt rõ bảo dưỡng thường xuyên với các sửa chữa nhỏ, vừa và lớn?

Câu 3: Các dạng hư hỏng thường gặp ở cầu thép, xác định nguyên nhân và giải pháp sửa chữa?

Câu 4: Các dạng hư hỏng thường gặp ở cầu bê tông cốt thép, xác định nguyên nhân và giải pháp sửa chữa?

Câu 5: Các dạng hư hỏng thường gặp ở mố trụ cầu, xác định nguyên nhân và giải pháp sửa chữa?

CHƯƠNG II KIỂM ĐỊNH CẦU VÀ GIA CỐ CẦU

- Nắm bắt được kiến thức cơ bản, hiểu biết nhiệm vụ và yêu cầu công tác kiểm định, gia

cố cầu để có thể phát huy sáng tạo trong thực hiện các dự án thực tế

* Nội dung:

2.1 Khái niệm chung:

Các công trình xây dựng nói chung và công trình cầu nói riêng, sau một thời gian sử dụng thường có những thay đổi nhất định, có thể làm ảnh hưởng tới khả năng chịu lực của công trình Những thay đổi này có thể do nguyên nhân như môi trường, thời gian, tác động của hoạt tải và tĩnh tải, và có thể do các nguyên nhân khác nữa Những thay đổi bao gồm thay đổi về mặt hình dạng bên ngoài và thay đổi về bản chất cũng như tính chất cơ lý của vật liệu, sự liên kết, dính kết của các bộ phận kết cấu

Khảo sát thực trạng của công trình và đánh giá lại khả năng chịu lực của nó là mục đích của công tác kiểm định Công tác kiểm định là cần thiết khi phải xem xét sự an toàn của công trình khi cho những hoạt tải vượt cấp tải trọng thiết kế đi qua, hoặc khi tiến hành thiết kế gia cố

và cải tạo công trình Nội dung của công tác kiểm định bao gồm:

- Đo đạc lại thật chi tiết các kích thước hình học của các phân tố kết cấu và các bộ phận công trình;

- Khảo sát kỹ lưỡng tình trạng của các bộ phận công trình Đặc biệt lưu ý và xác định mức

độ của các hư hỏng, khuyết tật có ảnh hưởng tới khả năng chịu lực Khi cần thiết có thể phải lấy mẫu vật liệu để thí nghiệm các đặc trưng cơ lý cũng như phân tích thành phần hóa học;

- Tính toán xác định lại khả năng chịu lực của bộ phận công trình, phân tố kết cấu và tổng thể công trình Khả năng chịu lực này phải tương ứng với hiện trạng thực tế, nghĩa là phải xét tới đầy đủ ảnh hưởng và tác động của môi trường, thời gian và các nhân tố khác trong quá trình

đã sử dụng công trình;

- Thử tải trọng công trình để có những số liệu cụ thể về một số thông số kỹ thuật nói lên

sự làm việc thực tế và khả năng chịu lực của công trình

Công việc kiểm định các công trình cầu là một loại công việc phức tạp, đòi hỏi một trình

độ chuyên môn cao kết hợp với kỹ năng và kinh nghiệm thực tiễn sâu sắc về các mặt lý thuyết, thiết kế, thi công và khai thác đối với công trình cầu, đồng thời cũng đòi hỏi các thiết bị và phương tiện đo lường đặc chủng Vì thế công tác này thường do đơn vị hoặc bộ phận chuyên môn thực hiện Tham gia vào công tác kiểm định phải là những chuyên gia giỏi, có kiến thức vững chắc cả về chuyên môn xây dựng cầu lẫn về thí nghiệm công trình

Vì các khâu công tác được tiến hành chủ yếu ngay tại hiện trường, tức là trên các cầu đang khai thác, cho nên công việc kiểm định phải được thực hiện theo một kế hoạch và đề cương rất chi tiết và sát sao, để hạn chế đến mức tối đa việc phong tỏa giao thông trên cầu Bên cạnh đó vấn đề đảm bảo an toàn cho con người, cho máy móc thiết bị và cho cả công trình phải đặc biệt đề cao

Qua kiểm định, các tài liệu và số liệu thu thập được sẽ phải đưa vào hồ sơ kỹ thuật của công trình Cụ thể là các bản vẽ có kích thước thực tế, các vị trí và mức độ hư hỏng và khuyết tật, thuyết minh và các báo cáo về thí nghiệm mẫu và thử tải trọng bao gồm những kết quả và

số liệu đo đạc về ứng suất, biến dạng, độ võng, tần số dao động, đặc trưng cơ lý và thành phần hóa học của vật liệu kết cấu,… ; những nhận xét đánh giá và kết luận về tình trạng và khả năng chịu lực của các phân tố kết cấu, bộ phận công trình nói riêng và tổng thể cả công trình nói chung

Kết quả kiểm định cầu sẽ cho ta những đánh giá gần chính xác nhất về tình trạng của công trình cầu, tình trạng khai thác thực tế và nhu cầu sử dụng trong tương lai để từ đó đề xuất các giải pháp gia cố, tăng cường hay mở rộng công trình nhằm đáp ứng các mục tiêu đề ra

2.2 Kiểm định cầu:

2.2.1 Công tác khảo sát và thu thập tài liệu về hiện trạng công trình:

Khảo sát và thu thập tài liệu về hiện trạng công trình là một khâu quan trọng cho phép xác định khả năng chịu tải của phân tố kết cấu, bộ phận công trình cũng như tổng thể công trình

Ở đây, các hồ sơ kỹ thuật được lưu trữ của công trình có một ý nghĩa rất quan trọng, có tính chất quyết định đối với khối lượng cũng như tính chất của một số công việc phải tiến hành tại thực địa, đồng thời nó cho phép có thể dựa vào để đối chiếu với những tài liệu thu thập được trong quá trình kiểm định mà đưa ra được những nhận xét, đánh giá chính xác về công trình Nếu trong hồ sơ kỹ thuật lưu trữ có đầy đủ cả bản vẽ về kết cấu và các bộ phận của công trình thì sẽ giảm nhẹ được công việc đo đạc, xác định lại kích thước các phân tố và chi tiết kết cấu Nếu cần thì chỉ đo đạc và xác định kích thước một số ít phân tố và chi tiết có tính chất kiểm tra

mà thôi

Đối với kết cấu nhịp cầu thép cần phải có được những số liệu sau:

- Lên được sơ đồ của kết cấu nhịp, bao gồm các kích thước hình học tổng thể của các dàn chủ, đường tim các thanh của dàn chủ trên chính diện và trên bình đồ, độ cong vênh cục bộ, đường tim của các thanh hệ liên kết giằng gió, hệ dầm mặt cầu;

- Lên được bản vẽ cấu tạo các bộ phận và chi tiết kết cấu, các thanh, mối nối, liên kết nút

và tình hình tiêu hao do gỉ, vị trí chỗ gỉ, những chi tiết kết cấu bị hư hỏng, khuyết tật, các mối liên kết đinh tán, bu lông và hàn

Khi quan trắc cao độ kết cấu nhịp thì lấy các điểm đo tại các nút dàn, đồng thời chú ý đặt mia trên những vị trí tương ứng của mỗi nút, chẳng hạn như cùng đặt mia trên các bản nằm ngang, trên cánh thép góc của thanh biên dưới dàn chủ, trên bản biên của dầm ngang nối vào nút dàn chủ

Trên hình 2.1 là ví dụ đo cao độ của các nút thuộc biên dưới kết cấu nhịp cầu dàn thép

Hình 2.1: Số liệu đo cao độ các nút biên dưới kết cấu nhịp dàn thép a) Dàn hạ lưu ; b) Dàn thượng lưu ; c) độ nghiêng của thanh biên ; d) Đỉnh ray phía hạ lưu ; e) Đỉnh ray phía thượng lưu

Nếu đường biên dưới của kết cấu nhịp vẽ nên một độ vồng điều hòa là thể hiện chất lượng tất cả về mặt chế tạo lẫn thi công lắp ráp, kết cấu làm việc khả quan Tuy nhiên, nếu hình dạng đường biên đó không được như vậy thì có thể cũng không hẳn là hậu quả của những biến dạng nguy hiểm, mà có thể do sai sót trong chế tạo hoặc lắp ráp Muốn đánh giá đúng phải dựa trên

sự so sánh kết quả quan trắc lần này và lần trước, để có thể kết luận sự diễn biến qua một quá trình khai thác công trình

Việc lên sơ đồ kết cấu nhịp trên bình đồ có thể thực hiện bằng các máy trắc đạc hoặc đơn giản hơn là dùng dây căng theo đường tim cầu, rồi từ đó đo khoảng cách tới các điểm nút dàn chủ Thường thường nêu lên bình đồ cả ở mức thanh biên dưới lẫn thanh biên trên các dàn chủ

để xác định xem kết cấu có bị vặn đi hay không

Trên hình 2.2 là số liệu quan trắc trên bình đồ của một kết cấu nhịp dàn thép

Hình 2.2: Số liệu quan trắc trên bình đồ mặt cầu dàn a) Dàn hạ lưu; b) Dàn thượng lưu; c) Độ lệch tim đường so với tim cầu; d) độ lệch của

kết cấu nhịp

Đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép thì công việc thu thập các số liệu kích thước hình học có phần đỡ phức tạp hơn so với kết cấu nhịp cầu dàn thép Công tác khảo sát phải đảm bảo:

- Lên được sơ đồ và kích thước chung của toàn kết cấu nhịp, bao gồm các dầm dọc, bản mặt cầu Cũng giống như đối với cầu thép, nếu có sẵn những hồ sơ kỹ thuật của cầu thì công việc lên kích thước và sơ đồ kết cấu nhịp đơn giản đi rất nhiều, đặc biệt là việc xác định những

số liệu về cốt thép

- Thể hiện tình hình nứt của kết cấu nhịp cả về vị trí và mức độ, sự phong hóa và xâm thực đối với bề mặt kết cấu và tình trạng han gỉ của cốt thép Công việc khảo sát tình trạng cốt thép là cực kỳ khó khăn phức tạp Nếu không có những máy móc thiết bị hiện đại như máy chụp rơn-ghen, máy chụp phóng xạ thì có thể phải đục bê tông để xem xét một đôi chỗ Những vết nứt do nguyên nhân lực thì phải quan tâm đặc biệt Ngoài việc thể hiện trên bản vẽ của hồ sơ kiểm định, nên có sự đánh dấu vị trí cuối vết nứt và ghi rõ ngày tháng tiến hành khảo sát để tiện theo dõi sự phát triển Những vết nứt có độ rộng vượt quá 0,2mm sẽ đe dọa sự an toàn của cốt thép, vì nước và hơi ẩm có khả năng thâm nhập tới gây gỉ

Bên cạnh sự khảo sát thu nhập số liệu kích thước và tình trạng bề ngoài của kết cấu, có thể phải xác định cường độ bê tông Trong trường hợp này người ta thường sử dụng súng bắn

bê tông Cũng có thể sử dụng phương pháp khoan bê tông để lấy mẫu về thí nghiệm cường độ Song, như vậy tương đối phức tạp và tốn kém, đồng thời sau đó phải trám lại lỗ khoan trên kết cấu Người ta còn dùng thiết bị siêu âm để xác định cường độ của bê tông, dựa trên tốc độ truyền sóng có quan hệ với tính chất đàn hồi, độ chặt và kích thước hình học

Khảo sát mố trụ cầu phải đảm bảo có thể:

- Lên được các kích thước tổng quát của các bộ phận kết cấu mố và trụ cầu Trường hợp không có hồ sơ kỹ thuật lưu trữ thì công tác này rất khó khăn phức tạp, vì những bộ phận móng

mố trụ nằm sâu trong đất hoặc ngập trong nước sâu sẽ khó có thể đo đạc khảo sát Tuy nhiên khi rất cần thiết cũng phải đào bới, dùng thợ lặn để có thể thu thập được những tài liệu cần cho việc đánh giá một cách chính xác về công trình Cũng có thể lựa chọn khảo sát điển hình để từ

đó cho phép xét đoán ra toàn bộ

- Mô tả thực trạng của mố trụ như tình hình nứt nẻ, sứt vỡ, hiện tượng phong hóa và xâm thực bề mặt, sự xói lở chân bệ móng … Cầu ở vị trí sông gần các nhà máy, khu công nghiệp thì nước sông thường chứa nước thải cho nên mố trụ cầu có thể bị xâm thực hóa mạnh

- Xác định cường độ vật liệu thân mố trụ có thể tiến hành như đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép Dùng súng bắn bê tông là đơn giản hơn cả

Khi khảo sát mố trụ cầu cần phải chú ý xem xét mố trụ cầu có bị lún hoặc nghiêng lệch hay không Điều này có thể nhận biết bằng cách đối chiếu cao độ các điểm ở đỉnh hoặc bệ móng của mố trụ với những cột mố đã được thiết lập khi xây dựng cầu Quan sát kỹ càng vị trí tương đối giữa đầu kết cấu nhịp và tường chắn đỉnh mố hoặc giữa các đầu hai kết cấu nhịp kề nhau, chỗ tiếp giáp giữa mố và nền đất đường đầu cầu có thể phán đoán sự chuyển dịch của mố trụ Trên cơ sở những kết quả thu được từ công tác khảo sát sẽ lập thành hồ sơ kỹ thuật bổ sung vào tài liệu lưu trữ của công trình Hồ sơ này bao gồm các bản vẽ về thực trạng hình học

và cấu tạo của kết cấu, có kèm theo sự mô tả chi tiết những khuyết tật của các bộ phận và phân

tố và những nhận xét đánh giá Nên có những đánh giá về mức độ hoặc định lượng của những

hư hỏng và khuyết tật, giúp cho việc xác định khả năng chịu tải của các bộ phận hoặc phân tố nói riêng cũng như của tổng thể cả kết cấu nói chung Ví dụ như sự tiêu hao tiết diện các thanh

do hiện tượng gỉ có thể lượng hóa ra số phần trăm của diện tích tiết diện Trong hồ sơ cũng xác định rõ các chỉ tiêu cơ lý và các chỉ tiêu khác nếu cần thiết của các mẫu thí nghiệm vật liệu và kiến nghị về việc sử dụng các giá trị cho phép

2.2.2 Xác định khả năng chịu tải của công trình theo lý thuyết:

Xác định khả năng chịu tải của công trình phải dựa trên tình hình thực tế về các mặt hình học, cơ lý và trạng thái công trình qua thời gian khai thác Để làm được điều này sẽ phải tính toán lại công trình, cụ thể là phải xác định nội lực lớn nhất cho phép đối với các phân tố riêng

rẽ của kết cấu và so sánh với nội lực do tải trọng thực tế gây ra Tải trọng thực tế này gồm có tĩnh tải thực tế và hoạt tải đang khai thác hoặc dự kiến cho qua cầu

Khi tính toán lại công trình cầu phải căn cứ vào thực trạng của các bộ phận và phân tố kết cấu, nghĩa là phải dùng sơ đồ và kích thước hình học thật, các đặc trưng cơ lý của vật liệu có

kể đến sự biến đổi qua thời gian khai thác, các hư hỏng và khuyết tật của kết cấu… Các hồ sơ

và tư liệu thu thập được trong khâu khảo sát, kiểm tra tại thực địa sẽ cho phép xác định được chính xác khả năng chịu tải thực tế của công trình Trong một số trường hợp nếu tính toán lý thuyết không chắc chắn phản ánh đầy đủ các điều kiện làm việc của công trình thì cần có sự kết hợp với thử tải trọng để xác định khả năng chịu tải

Việc tính toán lại khả năng chịu tải của công trình có thể thực hiện theo hai phương pháp Theo phương pháp thứ nhất sẽ xác định các ứng suất trong kết cấu do hoạt tải thực tế (hoặc hoạt tải tính toán) và so sánh chúng với ứng suất hoặc cường độ cho phép của vật liệu, trên cơ sở đó kết luận về sự an toàn hay không khi hoạt tải qua cầu Phương pháp này có đặc điểm là mỗi khi thay đổi hoạt tải qua cầu sẽ phải tính toán lại một lần

Phương pháp thứ hai gọi tên là định cấp tải trọng, với nội dung là so sánh hoạt tải thực tế (hoặc hoạt tải tính toán) với hoạt tải mà kết cấu nhịp có thể chịu được Để thực hiện việc so sánh này người ta sử dụng đoàn hoạt tải tiêu chuẩn gọi tên là hoạt tải đơn vị ký hiệu T-1 Hoạt tải mà kết cấu nhịp có thể chịu được biểu thị bằng số lần của hoạt tải đơn vị, gọi tên là cấp của kết cấu nhịp Hoạt tải thực tế (hoặc hoạt tải tính toán) cũng được biểu thị ra bằng một số lần của hoạt tải đơn vị, gọi tên là cấp của hoạt tải So sánh cấp của kết cấu nhịp và cấp của hoạt tải

sẽ có thể kết luận về khả năng chịu tải an toàn hay không Phương pháp này hiện nay ở nước ta chỉ áp dụng riêng cho cầu thép trên đường sắt, theo quy trình kỹ thuật kiểm định cầu đường sắt người ta tính đẳng cấp của các bộ phận cầu (thanh, dầm, nút, dàn, ) và đẳng cấp của tải trọng khai thác để so sánh với tải trọng đoàn tàu đơn vị ký hiệu T-1 với quy ước T-1 bẳng 1/10 đoàn tàu tiêu chuẩn T10 (có tải trọng trục đầu máy là 10T và tải trọng phân bố các toa xe là 3,6T/m) Tính toán lại khả năng chịu tải của công trình có thể tiến hành theo phương pháp trạng thái giới hạn hoặc theo phương pháp ứng suất cho phép Ở một số quốc gia có tồn tại sự không nhất quán trong các quy phạm, cụ thể là quy phạm thiết kế thì dựa trên phương pháp trạng thái giới hạn còn quy phạm kiểm định lại dựa trên phương pháp ứng suất cho phép Sự không nhất quán này được giải thích bởi lý do là các cầu cũ cần kiểm định được thiết kế và xây dựng theo quy phạm ứng suất cho phép, vì thế kiểm định theo phương pháp ứng suất cho phép sẽ phù hợp hơn Tình hình này cũng là một điều thực tế ở nước ta

Việc tính toán lại khả năng chịu tải của công trình theo phương pháp thứ nhất không có

gì đặc biệt, hoàn toàn giống như khi tính duyệt của giai đoạn thiết kế công trình Dưới đây sẽ chỉ giới thiệu cách tính toán lại khả năng chịu tải của công trình theo phương pháp thứ hai, tức

K – đẳng cấp của bộ phận cầu;

[Nh] – nội lực cho phép do hoạt tải của bộ phận tính đẳng cấp;

N1 – nội lực do tải trọng đơn vị của bộ phận tính đẳng cấp

Khi tính N1 có xét đến xung kích (1+) nhưng không tính hệ số vượt tải

Xét một bộ phận nào đó, giả sử có đường ảnh hưởng nội lực với diện tích là , q là tải trọng rải đều tương đương của hoạt tải, ta có:

1 + μ = 1 + 18

30 + λ Trong đó  là chiều dài đặt tải (m) Theo QT79 hệ số xung kích không được lấy nhỏ hơn 1,2 khi tính theo TTGHCĐ và 1,1 khi tính theo TTGH về mỏi

Ví dụ: Tính đẳng cấp dầm chủ theo điều kiện cường độ

- Tính mômen hoạt tải cho phép:

diện tích đường ảnh hưởng là  khi đó ta có:

M =p

n ω [Mh] - là mômen uốn cho phép do hoạt tải

Thay [M] và Mt vào công thức trên ta có:

[M ] = [M] − M = [σ] W −p

n ω

- Tính mômen hoạt tải đơn vị:

Nếu gọi M1 là mômen uốn do tải trọng T-1 sinh ra,  là hệ số phân bố ngang ta có:

2.2.2.2 Đẳng cấp của hoạt tải:

Đẳng cấp của hoạt tải nào đó là tỷ số giữa nội lực do tải trọng đó với nội lực do tải trọng đơn vị T-1 sinh ra trên cùng một bộ phận kết cấu:

NTrong đó:

Kht - đẳng cấp của hoạt tải

Nht - nội lực do hoạt tải sinh ra

bộ phận kết cấu có một đẳng cấp của hoạt tải

2.2.2.3 Ý nghĩa của việc tính đẳng cấp của bộ phận kết cấu và đẳng cấp của hoạt tải:

Nếu ta so sánh đẳng cấp của bộ phận kết cấu với đẳng cấp của hoạt tải, giả sử ta có:

[N ]

N >

NNHay: [Nh] > Nh

Nghĩa là nội lực cho phép do hoạt tải sinh ra của bộ phận kết cấu lớn hơn nội lực do hoạt tải sinh ra nên bộ phận kết cấu làm việc bình thường

Từ đó, so sánh đẳng cấp bộ phận kết cấu với đẳng cấp hoạt tải ta có thể kết luận:

K  Kht : bộ phận kết cấu làm việc được

K < Kht: bộ phận kết cấu không chịu được hoạt tải

Như vậy, mục đích tính đẳng cấp bộ phận kết cấu và đẳng cấp hoạt tải là để xác định bộ phận nào của kết cấu có thể làm việc được, nếu không đáp ứng yêu cầu thì tiến hành sửa chữa, nâng cấp để đảm bảo khai thác công trình an toàn, hiệu quả

2.2.3 Xác định khả năng chịu tải của công trình theo thực nghiệm:

2.2.3.1 Thử tải trọng tĩnh đối với công trình, phương pháp thử tải tĩnh:

Trong thử tải tĩnh nhất thiết phải xác định độ võng của các dàn làm chủ, sự phân phối nội lực giữa chúng và trị số ứng suất trong một số các phân tố, các thanh chủ yếu hoặc trong số tiết diện đặc trưng Ngoài ra việc thử tải có thể nhằm giải quyết nhiều vấn đề như nghiên cứu sự làm việc của hệ dầm mặt cầu, xác định ứng suất cục bộ ở các bộ phận hoặc các nút của kết cấu,

đo độ chuyển dịch của gối cầu và con lăn…

Nếu cầu nhiều nhịp kết cấu giống nhau thì thông thường chỉ cần thử tải chi tiết đối với mỗi nhịp đáng lo ngại nhất, còn đối với những nhịp khác chỉ cần đo độ võng là đủ, bởi vì độ võng là thông số kỹ thuật đặc trưng tổng quát cho khả năng chịu tải của kết cấu nhịp

Trong thời gian thử tải, giao thông trên cầu phải tạm ngừng Nếu sông là sông thông thuyền thì tầu thuyền cũng không được qua lại dưới nhịp đang tiến hành thử tải Vì thế công việc thử tải cần được thực hiện tương đối nhanh chóng, chỉ nên trong thời gian vài giờ đồng hồ Tải trọng thử cầu thường là những xe ô tô tải nặng, đoàn tầu chở cát, đá đã được xác định trọng lượng để sau này có thể đối chiếu kết quả quan chắc với số liệu tính toán Cường độ tải trọng thử tĩnh không được gây nguy hiểm cho công trình, làm sao để nội lực trong kết cấu hoặc các phân tố, thanh cần nghiên cứu nằm trong khoảng 80% đến 100% nội lực tính toán thiết kế Cần lưu ý rằng nếu cường độ tải trọng nhỏ có thể cho các số liệu quan chắc không phản ánh đầy đủ sự làm việc của kết cấu Nhưng mặt khác không được để trong phân tố hoặc thanh nào

có nội lực do trọng lượng bản thân kết cấu và do tải trọng thử vượt quá 10% nội lực tính toán thiết kế Trong trường hợp để giảm bớt số lượng xe tải trọng thử cầu, có thể bố trí cự ly giữa các xe gần nhau hơn để đạt được giá trị nội lực lớn cần thiết trong kết cấu Trên mặt cầu phải đánh dấu vị trí của các bánh xe của tải trọng thử cầu ứng với từng thế tải cho việc quan trắc thông số kỹ thuật của các thanh, các phân tố kết cấu Các vị trí đặt thiết bị và dụng cụ đo được xác định xuất phát từ những xét luận sau:

1 Cần đo độ võng của kết cấu nhịp không phải chỉ tại tiết diện cần nghiên cứu, mà cả ở

vị trí gối để có thể loại trừ những biến của mố trụ;

2 Khi kết cấu nhịp có nhiều dầm hoặc dàn chủ thì đối với nhịp cần nghiên cứu chi tiết sẽ

đo độ võng của từng dầm hoặc dàn chủ, đối với những nhịp khác sẽ chỉ đo đối với dầm hoặc dàn chủ phía thượng lưu và hạ lưu;