Trong bài viết kỳ trước CHODAI & KISO-JIBAN VIỆT NAM đã gửi tới bạn đọc Kỳ 1 bài viết ” CẢI THIỆN VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH CẦU BÊ TÔNG BẰNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI” của PGS.TS Tống Trần Tùng. Hôm nay, CKJVN xin tiếp tục gửi tới độc giả bài viết Kỳ 2 bài viết này, xin mời các bạn cùng đọc và chia sẻ:
6. Một số nguyên tắc cơ bản về cấu tạo
Theo [2], lực căng tối đa cho một bó cáp dự ứng lực ngoài chỉ nên khoảng 3MN (300 tấn). Chiều dài tối đa cáp dự ứng lực ngoài (giữa 2 khối neo cuối cùng hoặc giữa 2 neo nối) chỉ nên khoảng 200m để có thể thao tác thuận tiện khi lắp đặt và căng kéo trong khi thi công và cả bảo trì, thay thế. Cần bố trí các bó cáp dự ứng lực ngoài sao cho việc căng kéo bổ sung và thay thế các bó cáp đảm bảo thực thi. Do vậy, đối với mặt cắt hộp đơn sao cho có thể thay thế được đồng thời 2 bó cáp bố trí ở 2 bên thành hộp. Phải bố trí đủ không gian quanh ụ neo đủ để đặt kích cả trong giai đoạn thi công cũng như giai đoạn khai thác về sau. Mặc dầu việc sử dụng neo nối cáp là có thể nhưng cần hạn chế tối đa việc nối cáp do chi phí cao, đòi hỏi chính xác khi lắp bộ neo nối cáp, việc thay thế cáp có sử dụng mối nối đòi hỏi các điều kiện và các biện pháp phức tạp hơn, khó kiểm tra trong quá trình khai thác hơn…
Vị trí neo cáp, khối neo và các ụ neo chuyển hướng cần được bố trí, cấu tạo và tính toán thiết kế sao cho đáp ứng yêu cầu lắp đặt, căng kéo thuận tiện, hiệu quả cả trong giai đoạn thi công và cả khi cần thay thế các bó cáp dự ứng lực. Các khối neo, ụ neo chuyển hướng được tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp tính toán theo sơ đồ hệ thanh. Ứng suất kéo cho phép trong cốt thép thường bố trí trong khối neo, ụ neo theo [2] bằng giới hạn chảy của thép/2,8
Để giảm ảnh hưởng của dao động của bó cáp dự ứng lực ngoài dưới tác động của hoạt tải và không cần xét đến ảnh hưởng của dao động này đến mỏi của cáp và khu vực neo, chiều dài tự do (khoảng cách giữa các ụ neo) của cáp không nên vượt quá 35m.
Hình 6. Sơ đồ bố trí bó cáp theo chiều dọc cầu và các bộ phận liên quan [5]
A: Neo bó cáp; F: Mạch dừng thi công; L: Ụ neo; U: Mấu chuyển hướng; K: Bộ neo nối cáp; S1: Bó cáp S1
Hình 7. Mấu chuyển hướng bó cáp xuyên qua vách cứng ngang trên trụ
Hình 8. Mấu chuyển hướng và neo bó cáp tại ¼ chiều dài nhịp
7. Các yêu cầu đối với neo, cáp dự ứng lực ngoài
Bó cáp dự ứng lực ngoài gồm các thành phần: Bó cáp xoắn, sợi cáp hoặc tao cáp; Vỏ bó cáp bằng nhựa hoặc thép; Neo cáp ở 2 đầu và neo trung gian; Mấu chuyển hướng kể cả neo nối bó cáp; Vữa bơm (hoặc mỡ, sáp) lấp lòng vỏ bó cáp để chống rỉ cho thép cáp
Với các bó cáp dự kiến phải thay thế sau này, nên dùng mỡ chịu nhiệt hoặc dùng sáp đặc biệt được sản xuất từ chế phẩm dầu mỏ. Cáp dự ứng lực ngoài sẽ được chống rỉ tốt hơn nếu sử dụng các tao cáp luồn trong ống chất dẻo và bơm vữa xi măng lấp đầy lòng ống. Giải pháp này còn làm tăng khả năng chống cắt của bó cáp tại ụ neo chuyển hướng.
Hiện nay, cáp dự ứng lực ngoài được khuyến cáo chống rỉ tương đương cáp cầu dây văng hoặc cầu Extradosed gồm các tao cáp bọc HDPE hoặc PE, các sợi cáp bọc epoxy từng sợi đơn, bó cáp luồn trong ống HDPE, bơm vữa xi măng hoặc mỡ, hoặc sáp lấp lòng ống
Khi chiều dài tự do của bó cáp bé hơn 35m, dùng các hệ neo đồng bộ tương ứng với hệ cáp dư ứng lực thông thường như Freyssinet, VSL, DSI, Hi Am…
Khi chiều dài tự do của bó cáp lớn hơn 35m, phải xét đến dao động, mỏi của cáp thép vùng sát neo, do vậy dùng các hệ neo có giảm chấn hoặc neo cho cáp dây văng của cầu Extradosed, cầu dây văng.
8. Yêu cầu đối với vữa bơm lấp lòng ống chứa cáp dự ứng lực ngoài
Vữa bơm có 2 nhiệm vụ chính: Chủ động chống rỉ lâu dài cho thép cáp và tạo hiệu quả dính bám gữa cáp dự ứng lực và bê tông của kết cấu dầm
Vữa bơm lấp lòng ống chứa cáp gồm xi măng Portland, nước và phụ gia làm tăng độ linh động và giảm co ngót ướt của vữa sao cho trong quá trình bơm, không khí và nước thừa được thoát hết ra khỏi lòng ống chứa cáp. Vữa bơm trong bó cáp dự ứng lực ngoài nhằm chống rỉ lâu dài cho các sợi cáp, tao cáp. Vữa phải được bơm lấp đầy ống chứa cáp và tạo được môi trường kiềm bên trong ống chứa cáp. Trong khi nước ta chưa có tiêu chuẩn, có thể tham khảo tiêu chuẩn vữa bơm của Thụy Sĩ ETAG 013 [EOTA 2002]. Xi măng Portland, và phụ gia chế tạo vữa bơm không được chứa nhôm (ví dụ phụ gia chống co ngót có bột nhôm). Lưu ý sử dụng phụ gia đông cứng nhanh sẽ đưa vào lượng lớn Chlorid gây rỉ thép (đã bị cấm từ 1958 ở châu Âu) [4]
9. Một số hư hỏng cáp dự ứng lực ngoài trên thế giới
Bó cáp ngoài bị đứt do rỉ: cầu Guildford (Anh) 2 bó cáp bị đứt sau 18 năm sử dụng và 5 bó khác bị đứt ngay khi kéo căng trong quá trình thi công 1973 – 1976. Nguyên nhân: chưa có giải pháp chống rỉ hiệu quả. Năm 1996 đã phải thay thế toàn bộ các bó cáp dự ứng lực ngoài (Hình 9 và 10)
Hình 9 và 10. Các bó cáp bị rỉ của cầu Guildford tại giữa nhịp và tại vách cứng ngang
Cầu Grosse Naabbrücke (Đức) hoàn thành 1953/54, sau 3 năm phải tăng cường cáp dự ứng lực ngoài. Đến năm 1979 phát hiện 1 bó cáp bị rỉ nặng, 1982 phải thay thế toàn bộ (Hình 11 và 12)
Hình 11 và 12 Cáp dự ứng lực ngoài cầu Grosse Naabbrücke bị rỉ và đứt gãy phải thay thế
Cầu Mid-Bay ở Florida, Mỹ xây dựng năm 1993, 141 nhịp, mỗi nhịp dài 40m, toàn cầu dài 5,8km. mặt cắt hình hộp, 2 làn xe. Sau 6 năm khai thác, các bó cáp dự ứng lực ngoài bị rỉ nặng ở vùng neo. Nguyên nhân là do vữa bơm không đầy, tỉ lệ N/X lớn, chứa cả bọt nước và đọng nước thừa trong vữa bơm… do ống nhựa PE không kín, bị nứt một số chỗ khi bơm vữa… Năm 2001 đã tiến hành sửa chữa, đặc biệt sử dụng công nghệ bơm chân không và lần đầu tiên áp dụng quy định không được đặt các bó cáp dự ứng lực ngoài cách mặt nước dưới 15feet (khoảng 4,5m) và mặt đất dưới 7 feet (khoảng 2m) (Hình 13 và 14).
Hình 13 và 14: Cầu Mid-Bay, cáp rỉ đứt, vỏ PE rách vỡ, rỉ cáp vùng neo sau 6 năm
10. Một số đề xuất
Bê tông dự ứng lực ngoài đã được áp dụng từ hơn 80 năm, luôn được nghiên cứu cả về lý thuyết và thực nghiệm để ngày càng hoàn chỉnh từ hơn 20 năm nay và đã trở thành giải pháp cải thiện và nâng cao chất lượng các công trình bê tông nói chung và cầu bê tông nói riêng. Tuy vậy, do một số cáp dự ứng lực ngoài ở các cầu Thị Nại, Tân Đệ bị đứt hỏng do rỉ sau chỉ mới dăm bảy năm khai thác mà nguyên nhân chủ yếu là chưa cập nhật yêu cầu chống rỉ khắt khe cho cáp dự ứng lực ngoài, các cơ quan quản lý nhà nước, các đơn vị tư vấn thiết kế đã tỏ ra e ngại đối với việc áp dụng loại kết cấu này.
Qua các phân tích, đánh giá và các thông tin được đề cập và cung cấp trong bài viết này, xin được đưa ra một số đề xuất sau đây:
- Cần nghiên cứu biên soạn và công bố Tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu cầu bê tông dự ứng lực ngoài dựa trên các tiêu chuẩn của các nước phát triển có xét đến điều kiện tự nhiên của nước ta.
- Cần bắt buộc xét thêm phương án sử dụng dự ứng lực ngoài để so sánh với phương án cầu bê tông dự ứng lực đúc hẫng chỉ sử dụng dự ứng lực trong bê tông
- Cần nghiên cứu biên soạn và công bố tiêu chuẩn vữa bơm cho kết cấu bê tông dự ứng lực nói chung và bê tông dự ứng lực ngoài nói riêng dùng trong xây dựng cầu./.
CKJVN xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Tống Trần Tùng đã chia sẻ những kiến thức và kinh nghiệm về các vẫn đề chuyên môn cho các kỹ sư cầu đường Chodai Kiso-Jiban Việt Nam và độc giả.
Với mong muốn chọn lọc và truyền tải những kiến thức, kinh nghiệm chuyên môn hữu ích nhất đến đông đảo bạn đọc để lan toả kho tàng tri thức rộng lớn. Tiếp nối sau bài viết kỳ này, Ban biên tập sẽ chia sẻ rộng rãi đến bạn đọc thêm rất nhiều các bài viết chuyên đề tương tự.
Xin chào và hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1].Spannbetonbrücken mit externer Vorspannung, Tagungsmat erial zur Informationsveranstaltung am 5. Juni 1997 im Bundesverkehrsministerium
[2]. Richtlinie für Betonbrücken mit externen Spanngliedern, Ausgabe 1999, Allgemeines Rundschreiben Straßenbau Nr.17/1999
[3]. Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen, Referat StB 25, Brücken- und Ingenieurbau: Zusammenstellung von Brückenneubauten nach der Richtlinie für Betonbrücken mit externen Spanngliedern der Bundesfernstraßen, Stand: 04.02.2000
[4]. BS EN 447:2007 Grout for prestressing tendons — Basic requirements
[5]. Bundesamt für Strassen Switzerland: ASTRA8205 – Schraegseile und externe Spanglieder für Brückenbau. Normenwerks – Anforderung bei Erhaltung und Neubau – Dauerhaftikeit. ASTRA 2011
[6]. Preto, Guidelines for External Prestressing as Strengthening Technique for Concrete Structures, 2014
[7]. Nguyễn Thái Khanh, Báo cáo tổng kết đề tài DT170446
[8]. Antoine Naaman, External Prestressing in Bridges, ACI SP 120, 1990
[9]. Hanbing Zhu & Yaxun Yang, External Prestressing Bridge Reinforcement Technology Review, dx.doi.org/10.1051/matecconf/20152204028
[10].El-Shafiey et al, SEGMENTAL BOX GIRDER BRIDGES WITH EXTERNAL PRESTRESSING UNDER COMBINED SHEAR, MOMENT AND TORSION: REVIEW PAPER,
[11]. Powell, J. E. Breen,STATE OF THE ART EXTERNALLY POST-TENSIONED BRIDGES WITH DEVIATORS, Texas, State Department of Highways and Public Transportation, Research Report No. 365-1, June 1988
[12].Ngô Đăng Quang, Tính toán ứng xử chịu uốn của dầm bê tông dự ứng lực ngoài bằng phương pháp phần tử hữu hạn, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 24, trang 29-45, năm 2008.
[13]. A.S.G. Bruggeling, External Prestressing a State of the Art, ACI, SP:120, 1990
[14]. Sétra, Prestressed concrete bridges built using the cantilever method – Design guide, 2001
