Các nguyên nhân gây bệnh và biện pháp chữa bệnh cho cầu bê tông cốt thép

1. Đặt vấn đề Xuyên suốt trên tuyến quốc lộ 1A có nhiều cầu có thời gian khai thác quá lâu đã xuống cấp trầm trọng hoặc là không thể hồi phục khả năng chịu lực điển hình như cầu: Sài Gòn, Cầu Chiêm Hoá, Cầu Bà Rén. Nếu phá bỏ và xây dựng mới ảnh hưởng rất nhiều đến chi phí, kiến trúc và văn hoá. Như Cầu Long Biên vừa qua đã giữ lại để đảm bảo điều ấy, mặc dù bỏ không khai thác. Do đó việc chẩn đoán các hư hỏng và tăng cường sửa chữa cầu cũ cực kì quan trọng đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật. 2. Một số nguyên nhân hư hỏng cầu dầm bê tông cốt thép (BTCT) Trong quá trình khai thác, khi môi trường hội đủ các yếu tố bất lợi sẽ gây hại cho công trình cầu như: + Sự khai thác quá tải cho phép của các phương tiện giao thông + Sự phá hủy vật liệu do các yếu tố sinh, hóa học + Các nguyên nhân từ khảo sát, thiết kế, thi công. Hình 1. Các bệnh của cầu do yếu tố môi trường 2.1. Nguyên nhân khảo sát thiết kế - Khảo sát thiếu thông tin, không đầy đủ, thiếu tham số cần thiết. Đơn vị khảo sát không khoan lấy số liệu địa chất mà lấy các số liệu từ công trình khác, hoặc thiếu các tham số tính toán, hoặc do điều kiện bất thường của địa chất như: hiện tượng túi bùn, túi nước cục bộ, mực nước ngầm Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 89 - Thiết kế: Tính toán sai, hoặc chưa đủ, chọn giải pháp kết cấu không tuân thủ theo nguyên tắc đảm bảo an toàn. Hoặc lựa chọn sơ đồ tính không đúng, hoặc không lường hết mọi tác động xảy ra trong quá trình thi công, khai thác. 2.2. Các nguyên nhân do thi công - Không có kế hoạch quản lý rủi ro tốt, nên khi gặp sự cố bất thường lúng túng trong việc xử lý. - Chất lượng vật liệu, thiết bị máy móc không tốt. - Biện pháp thi công không phù hợp. - Năng lực quản lý, trình độ không tốt. Hình 2. Hiện tượng Cacbonat hoá và chất lượng vật liệu không tốt. Việc bong tróc bê tông làm ló cốt thép dẫn đến bị rỉ sét rất thường xuyên xảy ra Hình 3. Các loại bệnh của Cầu do quá trình thi công 3. Các phương pháp chẩn đoán bệnh cho Cầu dầm bê tông cốt thép 3.1. Nguyên tắc của chẩn đoán Là bắt mạch khảo sát đo đạc sau đó so sánh mô hình hiện trạng so với mô hình chuẩn gốc ban đầu Nội dung chẩn đoán bao gồm 3 bước: Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 90 + Xây dựng không gian trạng thái của đối tượng + Xác định dấu hiệu chẩn đoán + Tiêu chuẩn để nhận dạng Từ 3 bước này có 2 phương pháp chẩn đoán bệnh cho cầu BTCT. 3.2. Phương pháp cơ học Mô hình này yêu cầu phải có số liệu chính xác từ hồ sơ thiết kế, hồ sơ hoàn công, quá trình khai thác sử dụng, các lần kiểm tra sửa chữa. Số liệu khảo sát đo đạc tại hiện trường. Ưu điểm: Chẩn đoán bệnh có độ chính xác cao. Khuyết điểm: Phức tạp, đòi hỏi đầy đủ thông tin từ số liệu cầu hiện trạng. Điều này rất khó vì hầu như hồ sơ Cầu thường thất lạc mất sau khoảng thời gian khai thác quá lâu. 3.3. Phương pháp thống kê hoặc dùng logic mờ Ưu điểm: Phương pháp này có thể chẩn đoán không cần sự đầy đủ số liệu, số liệu chính xác, đơn giản, hiệu quả. Sử dụng phổ biến. Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đòi hỏi có ý kiến của chuyên gia. 4. Chữa bệnh cho cầu dầm BTCT Tùy vào dấu hiệu, mức độ bệnh tật mà có các phương pháp chữa khác nhau. + Tăng cường hệ liên kết ngang, thay đổi sơ đồ tính. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 91 + Dán bản CFRP (Carbon fiber reinforced polymer plate). + Dán bản thép. + Nối liên tục kết cấu nhịp bằng dự ứng lực ngoài. 4.1. Phương pháp dán bản CFRP Để hồi phục và tăng cường khả năng chịu lực của cầu ở mức độ vừa phải dùng phương pháp dán bản CFRP. Hình 4. Dán bản CFRP Cầu Trần Thị Lý Đà Nẵng 08/2005 Trình tự sửa chữa Cầu Trần Thị Lý Bước 1: Bóc bỏ lớp bê tông bảo vệ dọc theo MCN dầm, với kích thước 60x2.5 mm. Bước 2: Làm sạch và khô vị trí đó. Bước 3: Vét phủ lên một lớp keo Sikadur 731. Bước 4: Dán dọc hai bên sườn dầm tấm CRFP 60x1.4 mm (Sika Carbodur 614). với tổng chiều dài 17,4m. Bước 5: Dán dưới đáy dầm tấm CRFP 60x1.4 mm (Sika Carbodur 614) với chiều dài 5.35m. Bước 6: Quét lớp Sika Monotop 610. Bước 7: Bảo dưỡng và hoàn thiện. Trong quá trình thi công cấm xe qua lại trên cầu. 4.2. Phương pháp dán bản thép Dùng để tăng cường khả năng chịu lực cầu bê tông cốt thép thường. Hình 5. Dán bản thép cầu Bà Rén trên tuyến QL 1A Trình tự thi công dán bản thép cầu Bà Rén: 1- Chuẩn bị: Thiết bị máy móc, ván khuôn, vật liệu. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 92 2- Cạo bỏ lớp bê tông bảo vệ với chiều dày 3-7cm. 3- Kiểm tra tính kiềm: pH  10. 4- Yêu cầu cường độ bê tông còn lại Rh  200 kG/cm2. 5- Quyết định chiều dày tấm thép cần dán . 6- Làm sạch bụi bẩn, làm sạch bề mặt bê tông đã bỏ. 7- Dán tấm thép, xịt 2 lớp keo Epoxy để bảo vệ bê tông, cốt thép. 8- Phun keo Epoxy vào các vết nứt. 9- Sử dụng Sika Monotop 610 to phủ lên bề mặt. 10- Sơn lớp bê tông polymer để bảo vệ 11- Phủ lớp vữa bảo dưỡng và hoàn th iện. 4.3. Phương pháp tăng cường bằng dự ứng lực ngoài Thường dùng dự ứng lực để nối liên tục hoá dầm giản đơn, thay đổi sơ đồ tính đồng thời truyền lực nén ngoài vào dầm bê tông cốt thép dự ứng lực tại các ụ neo và ụ chuyển hướng. Hình 6. Tăng cường DUL ngoài Cầu Sài Gòn Trình tự thi công nối liên tục dầm giản đơn bằng dự ứng lực ngoài: - Lắp đặt ụ neo, ụ chuyển hướng cho dầm (Bê tông hoặc thép hợp kim). - Đo đạc điều chỉnh cao độ đầu dầm - Đổ bê tông mối nối. - Thay gối cầu. - Kéo cáp nối 2 đầu dầm (kéo từng sợi tránh bê tông bị nứt) chịu M âm. - Kéo cáp chịu mô men dương. - Có thể tăng cường cả theo phương dọc và ngang cầu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ sơ sửa chữa cầu Bà Rén, Cầu Chiêm Hóa. [2] Nguyễn Viết Trung. 2008. Tài liệu học tập môn kiểm định Cầu.