Phương pháp kiểm tra, đánh giá và sửa chữa hệ thống cáp dự ứng lực ngoài trong các cầu bê tông cốt thép dự ứng lực ở Việt Nam
Cáp dự ứng lực ngoài (DƯL-N) được sử dụng khá phổ biến hiện nay trong xây dựng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTDƯL) nhờ một số ưu điểm nổi bật của nó. Tuy nhiên, trong quá trình khai thác đã xuất hiện nhiều hư hỏng của hệ thống cáp ở các cầu trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
TÓM TẮT: Cáp dự ứng lực ngoài (DƯL-N) được sử dụng khá phổ biến hiện nay trong xây dựng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTDƯL) nhờ một số ưu điểm nổi bật của nó. Tuy nhiên, trong quá trình khai thác đã xuất hiện nhiều hư hỏng của hệ thống cáp ở các cầu trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Các hư hỏng này làm giảm khả năng chịu lực của cầu và thậm chí có thể gây nên sự cố. Bài báo phân tích một số nguyên nhân gây ra hư hỏng hệ cáp DƯL-N từ khâu thiết kế, thi công cũng như quản lý công trình; tổng quan một số phương pháp kiểm tra được áp dụng cho hệ thống cáp DƯL-N; phân tích một số kết quả thực nghiệm áp dụng cho kiểm tra một số công trình cầu ở Việt Nam. Từ kết quả kiểm tra công trình thực tế, bài báo đưa ra một số đánh giá và kiến nghị đối với công tác kiểm tra, đánh giá và giải pháp sửa chữa hệ thống cáp DƯL-N ở Việt Nam.
TỪ KHÓA: Kiểm tra, đánh giá, sửa chữa, cáp dự ứng lực ngoài, cầu bê tông cốt thép dự ứng lực.
ABSTRACT: Due to the outstanding advantages, external prestressing tendonare used quite popular now in the construction of Prestressed Concrete Bridges.However, during the operation appeared more damaged external prestressing tendon system of the bridge in the world as well as in Vietnam.This damage leads to reduced bearing capacity of the bridge and can cause problems. The article analyzes some causes of damaged externally prestressed tendons from design, construction and project management. Overview some test methods are applied toexternally prestressed tendons. Analyzing some experimental test resultswere applied to a bridge in Vietnam. From the test results the bridge, the paper offers some conclusions and recommendations for the inspection, evaluation and repair solutions External Prestressed Concrete Bridges in Vietnam.
KEYWORDS: Inspection, evaluation,repair, external prestressing tendon, PC bridge.
1. MỞ ĐẦU
Cáp DƯL-N đã áp dụng rộng rãi trong xây dựng cầu ở các nước trên thế giới trong thời gian qua. Tuy nhiên, sau một thời gian đưa vào khai thác đã có khá nhiều công trình bị hư hỏng (chủ yếu là do ăn mòn) các bó cáp DƯL-N. Trên thế giới, một số công trình xuất hiện hư hỏng sau một thời gian tương đối ngắn, khoảng từ 8 - 17 năm như cầu Midbay, cầu Sunshine Skyway, cầu Niles Channel ở bang Floria, cầu Varina-Enon bang Virginia, Hoa Kỳ…
Ở Việt Nam, cáp DƯL-N được đã được áp dụng trong xây dựng một số cầu BTCTDƯL nhịp vừa và nhịp lớn theo công nghệ đúc hẫng và lắp hẫng như cầu Sông Gianh, cầu Tân Đệ, cầu Đá Bạc, cầu Thị Nại, cầu Hàm Luông… Ngoài ra, cáp DƯL-N cũng được áp dụng khá nhiều trong sửa chữa, nâng cấp các cầu BTCT. Đặc biệt, nhu cầu và khả năng áp dụng cáp DƯL-N kết hợp với công nghệ lắp ghép phân đoạn để xây dựng cầu trong các đô thị ở nước ta rất lớn. Sau 7 năm đưa vào sử dụng, năm 2011, cầu Thị Nại đã xuất hiện các hư hỏng và đứt một số bó cáp DƯL-N dẫn đến phải hạn chế tải trọng để khắc phục. Vì vậy, việc lựa chọn các phương pháp thích hợp để kiểm tra, đánh giá hư hỏng và sửa chữa cáp DƯL-N là rất cần thiết.
2. MỘT SỐ HƯ HỎNG ĐIỂN HÌNH CỦA HỆ THỐNG CÁP DƯL-N
Ở Việt Nam, các cầu sử dụng cáp DƯL-N trong sửa chữa và xây dựng mới có thể chia ra làm hai nhóm chính: (1) Nhóm hệ thống cáp dự ứng lực kiểu cũ, sử dụng cáp trần; (2) Nhóm hệ thống cáp DƯL-N sử dụng cáp DƯL thế hệ mới, sử dụng lớp vỏ bảo vệ từng tao.
2.1. Dạng hư hỏng ống HDPE
Các dạng hư hỏng ống HDPE thông thường gồm: (1) Ống HDPE bị thủng, tách dọc ống do áp lực vữa. (2) Ống HDPE bị cắt, thủng do va đập trong quá trình vận chuyển, thi công. (3) Hư hỏng đứt ống tại vị trí mối nối ống do quá trình thi công không đảm bảo chất lượng. (4) Ống bị bẹp tại các vị trí ụ chuyển hướng. (5) Hư hỏng do vật liệu ống HDPE không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật.
Các dạng hư hỏng ở đầu neo gồm: Mất chụp đầu neo, vữa không được bơm đầy ở đầu neo, gỉ các tao cáp ở đầu neo, rỗng vữa ở đầu neo, tụt neo.
Các báo cáo nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra hiện tượng rỗng vữa là một trong những nguyên nhân chính cho sự ăn mòn của tao cáp trong hệ thống DƯL. Một số dạng rỗng vữa điển hình xảy ra đối với hệ thống cáp dự ứng lực như trong Hình2.7.
Trong một số nghiên cứu về vữa cho cáp DƯL đã chỉ ra rằng, vữa sử dụng bơm trong ống gen hiện tại có thể xảy ra bốn dạng như sau:
- Loại 1: Tách lớp vữa ẩm dẻo giống như đất sét có độ sệt.
- Loại 2: Tách lớp vữa với lớp vân đen.
- Loại 3: Tách vữa khô với dạng phấn trắng có độ sệt.
- Loại 4: Vữa cứng, màu xám, khô.
Trong đó, loại 4 thường được tìm thấy dọc theo phần phía dưới của bó cáp, loại 1 và 2 được tìm thấy ở phần trên cao nhất của bó cáp. Điều đó chỉ ra rằng trọng lực đóng một vai trò trong sự phân tách lớp của vữa.
Một số nghiên cứu phân tích vữa và nước dư với nồng độ cao các ion gây ăn mòn (Cl- và SO4-2) trong vùng lân cận phía trên của một số bó cáp cho thấy nồng độ Cl- vượt quá giới hạn 0,08% khối lượng xi măng theo quy định của PTI, AASHTO và ACI.
Hư hỏng do ăn mòn bó cáp đã xảy ra tương đối sớm sau khi xây dựng so với tuổi thọ dự định, ngay cả trong những trường hợp mà nồng độ Cl- tương đối thấp và trong giới hạn 0,08% khối lượng xi măng theo quy định. Điều đó chỉ ra rằng sự tách lớp, lắng và rỗng vữa ống gen là vấn đề lớn gây ra các ăn mòn cốt thép.
Các hiện tượng đọng nước trong lòng hộp và xâm nhập nước vào trong ống gen cũng là nguyên nhân gây nên hư hỏng các bó cáp.
TÓM TẮT: Cáp dự ứng lực ngoài (DƯL-N) được sử dụng khá phổ biến hiện nay trong xây dựng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTDƯL) nhờ một số ưu điểm nổi bật của nó. Tuy nhiên, trong quá trình khai thác đã xuất hiện nhiều hư hỏng của hệ thống cáp ở các cầu trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Các hư hỏng này làm giảm khả năng chịu lực của cầu và thậm chí có thể gây nên sự cố. Bài báo phân tích một số nguyên nhân gây ra hư hỏng hệ cáp DƯL-N từ khâu thiết kế, thi công cũng như quản lý công trình; tổng quan một số phương pháp kiểm tra được áp dụng cho hệ thống cáp DƯL-N; phân tích một số kết quả thực nghiệm áp dụng cho kiểm tra một số công trình cầu ở Việt Nam. Từ kết quả kiểm tra công trình thực tế, bài báo đưa ra một số đánh giá và kiến nghị đối với công tác kiểm tra, đánh giá và giải pháp sửa chữa hệ thống cáp DƯL-N ở Việt Nam.
TỪ KHÓA: Kiểm tra, đánh giá, sửa chữa, cáp dự ứng lực ngoài, cầu bê tông cốt thép dự ứng lực.
ABSTRACT: Due to the outstanding advantages, external prestressing tendonare used quite popular now in the construction of Prestressed Concrete Bridges.However, during the operation appeared more damaged external prestressing tendon system of the bridge in the world as well as in Vietnam.This damage leads to reduced bearing capacity of the bridge and can cause problems. The article analyzes some causes of damaged externally prestressed tendons from design, construction and project management. Overview some test methods are applied toexternally prestressed tendons. Analyzing some experimental test resultswere applied to a bridge in Vietnam. From the test results the bridge, the paper offers some conclusions and recommendations for the inspection, evaluation and repair solutions External Prestressed Concrete Bridges in Vietnam.
KEYWORDS: Inspection, evaluation,repair, external prestressing tendon, PC bridge.
1. MỞ ĐẦU
Cáp DƯL-N đã áp dụng rộng rãi trong xây dựng cầu ở các nước trên thế giới trong thời gian qua. Tuy nhiên, sau một thời gian đưa vào khai thác đã có khá nhiều công trình bị hư hỏng (chủ yếu là do ăn mòn) các bó cáp DƯL-N. Trên thế giới, một số công trình xuất hiện hư hỏng sau một thời gian tương đối ngắn, khoảng từ 8 - 17 năm như cầu Midbay, cầu Sunshine Skyway, cầu Niles Channel ở bang Floria, cầu Varina-Enon bang Virginia, Hoa Kỳ…
Ở Việt Nam, cáp DƯL-N được đã được áp dụng trong xây dựng một số cầu BTCTDƯL nhịp vừa và nhịp lớn theo công nghệ đúc hẫng và lắp hẫng như cầu Sông Gianh, cầu Tân Đệ, cầu Đá Bạc, cầu Thị Nại, cầu Hàm Luông… Ngoài ra, cáp DƯL-N cũng được áp dụng khá nhiều trong sửa chữa, nâng cấp các cầu BTCT. Đặc biệt, nhu cầu và khả năng áp dụng cáp DƯL-N kết hợp với công nghệ lắp ghép phân đoạn để xây dựng cầu trong các đô thị ở nước ta rất lớn. Sau 7 năm đưa vào sử dụng, năm 2011, cầu Thị Nại đã xuất hiện các hư hỏng và đứt một số bó cáp DƯL-N dẫn đến phải hạn chế tải trọng để khắc phục. Vì vậy, việc lựa chọn các phương pháp thích hợp để kiểm tra, đánh giá hư hỏng và sửa chữa cáp DƯL-N là rất cần thiết.
2. MỘT SỐ HƯ HỎNG ĐIỂN HÌNH CỦA HỆ THỐNG CÁP DƯL-N
Ở Việt Nam, các cầu sử dụng cáp DƯL-N trong sửa chữa và xây dựng mới có thể chia ra làm hai nhóm chính: (1) Nhóm hệ thống cáp dự ứng lực kiểu cũ, sử dụng cáp trần; (2) Nhóm hệ thống cáp DƯL-N sử dụng cáp DƯL thế hệ mới, sử dụng lớp vỏ bảo vệ từng tao.
 |
| Hình 2.1: Hệ cáp bảo vệ 2 lớp |
 |
| Hình 2.2: Hệ cáp nhiều lớp bảo vệ |
Các dạng hư hỏng ống HDPE thông thường gồm: (1) Ống HDPE bị thủng, tách dọc ống do áp lực vữa. (2) Ống HDPE bị cắt, thủng do va đập trong quá trình vận chuyển, thi công. (3) Hư hỏng đứt ống tại vị trí mối nối ống do quá trình thi công không đảm bảo chất lượng. (4) Ống bị bẹp tại các vị trí ụ chuyển hướng. (5) Hư hỏng do vật liệu ống HDPE không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật.
 |
| Hình 2.3: Hổng ống HDPE và tao cáp |
 |
| Hình 2.4: Nứt dọc ống HDPE |
2.2. Dạng hư hỏng ở đầu neo và ăn mòn cáp
Các dạng hư hỏng ở đầu neo gồm: Mất chụp đầu neo, vữa không được bơm đầy ở đầu neo, gỉ các tao cáp ở đầu neo, rỗng vữa ở đầu neo, tụt neo.
 |
| Hình 2.5: Mất nắp bảo vệ, hở và gỉ đầu neo |
 |
| Hình 2.6: Các tao cáp bị ăn mòn và gây đứt cáp |
2.3. Dạng hư hỏng do khuyết tật vữa
2.3.1.Hư hỏng do rỗng vữa
 |
| Hình 2.7: Một số dạng rỗng vữa điển hình |
2.3.2.Hư hỏng do hiện tượng tách lớp vữa
Trong một số nghiên cứu về vữa cho cáp DƯL đã chỉ ra rằng, vữa sử dụng bơm trong ống gen hiện tại có thể xảy ra bốn dạng như sau:
- Loại 1: Tách lớp vữa ẩm dẻo giống như đất sét có độ sệt.
- Loại 2: Tách lớp vữa với lớp vân đen.
- Loại 3: Tách vữa khô với dạng phấn trắng có độ sệt.
- Loại 4: Vữa cứng, màu xám, khô.
Trong đó, loại 4 thường được tìm thấy dọc theo phần phía dưới của bó cáp, loại 1 và 2 được tìm thấy ở phần trên cao nhất của bó cáp. Điều đó chỉ ra rằng trọng lực đóng một vai trò trong sự phân tách lớp của vữa.
 |
| Hình 2.8: Hư hỏng vữa trên mặt cắt ngang bó cáp |
 |
| Hình 2.9: Chất lượng vữa không đồng nhất |
2.3.3. Khiếm khuyết về thành phần hóa học của vữa
Một số nghiên cứu phân tích vữa và nước dư với nồng độ cao các ion gây ăn mòn (Cl- và SO4-2) trong vùng lân cận phía trên của một số bó cáp cho thấy nồng độ Cl- vượt quá giới hạn 0,08% khối lượng xi măng theo quy định của PTI, AASHTO và ACI.
Hư hỏng do ăn mòn bó cáp đã xảy ra tương đối sớm sau khi xây dựng so với tuổi thọ dự định, ngay cả trong những trường hợp mà nồng độ Cl- tương đối thấp và trong giới hạn 0,08% khối lượng xi măng theo quy định. Điều đó chỉ ra rằng sự tách lớp, lắng và rỗng vữa ống gen là vấn đề lớn gây ra các ăn mòn cốt thép.
2.4. Một số dạng hư hỏng khác
Các hiện tượng đọng nước trong lòng hộp và xâm nhập nước vào trong ống gen cũng là nguyên nhân gây nên hư hỏng các bó cáp.
 |
| Hình 2.10: Đọng nước trong hộp bê tông |
 |
| Hình 2.11: Đọng nước trong hộp bê tông |
Tạp Chí Giao Thông
Không có nhận xét nào: