GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 145/152
4.5.4. TÍNH TOÁN TĂNG CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP THÉP
ðây là vấn ñề rất phức tạp và nhiều khi dựa vào kinh nghiệm của người thiết kế. Về
mặt pháp lí, cách tính toán phải theo Quy trình 1979 của Bộ GTVT, nhưng nội dung của
Quy trình này nhiều chỗ không phù hợp tình hình sửa chữa cầu cũ. Vì vậy phải dựa thêm
vào các nguyên lí cơ bản của môn học: Cơ học xây dựng, Sức bền vật liệu và kết cấu thép
ñể tính toán. ðôi khi phải ñề ra và chấp nhận một số giả thiết tính toán nhằm ñơn giản hoá
nhưng phải tổ chức thử tải cầu ñể có quyết ñịnh sát thực tế.
Những câu hỏi luôn luôn cần ñặt ra và tìm cách giải ñáp trong lúc tính toán tăng
cường cầu:
-

Sự phân chia trách nhiệm chịu tải giữa phần kết cấu cũ của mặt cắt và
phần thép mới thêm vào mặt cắt như thế nào?
-

Cấu tạo liên kết nào hợp lí ñể nối giữa phần kết cấu cũ và các bộ phận
thép mới thêm vào.
-

Sau một thời gian tiếp tục khai thác, liệu các biện pháp ñiều chỉnh ứng
lực nhân tạo như tạo dự ứng lực nhân tạo, tạo dự ứng lực ngoài bổ xung, ñiều
chỉnh theo ñộ gối có giữ nguyên hiệu quả ban ñầu không, diễn biến nội lực theo
thời gian như thế nào.
-

Tình trạng ứng suất tập trung và ứng suất dư do hàn?
-


liên kết giữa ụ neo và kết cấu thép cũ. Sau một thời gian sẽ xảy ra trượt trên các bề mặt tiếp
xúc ñã ñược liên kết bởi ñinh tán hoặc bulông cường ñộ cao khiến cho sớm xảy ra hư hỏng
liên kết. ðể an toàn hơn nên bulông cường ñộ cao ở phía hàng lỗ ngoài cùng của liên kết
và trong tính toán không nên lấy hệ số ma sát cao
4.6. TĂNG CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT, BÊTÔNG VÀ ðÁ XÂY
Cầu BTCT, bêtông và ñá xây có tĩnh tải rất lớn, so với hoạt tải, vì vậy khi hoạt tải
phát triển nặng thêm thì những cầu ñược bảo dưỡng tốt vẫn có thể chịu tải mà không cần
tăng cường. Trong mọi trường hợp phải so sánh kinh tế giữa việc tăng cường cầu BTCT cũ
với việc phá bỏ nó và thay bằng kết cấu mới. Giá thành dự toán tăng cường cầu nếu chỉ
bằng 1/2 giá xây cầu mới thì lúc thi công xong giá thực tế có thể cũng xấp xỉ bằng giá xây
cầu mới vì có rất nhiều vấn ñề nảy sinh thêm trong quá trình thi công sửa chữa tăng cường
mà lúc thiết kế ñồ án ñể tăng cường thì chưa phát hiện ra.
Trên tuyến ñường sắt Hà Nội – Sài Gòn có ñến xấp xỉ 600 chiếc cầu BTCT cũ với
tuổi xấp xỉ 60 ÷ 70 năm. Nhiều cầu ñã hỏng ñến mức không thể tăng cường sửa chữa một
cách kinh tế mà phải thay dầm mới. Trên các tuyến ñường ôtô cả miền Trung và miền Nam
còn rất nhiều cầu BTCT cũ do Pháp xây dựng từ năm 1930 khổ hẹp nhưng vẫn còn khai
thác. Rất nhiều cầu dầm BTCT dự ứng lực kéo trước sản xuất theo ñồ án mẫu của Mỹ ñang
bị hư hỏng do hiện tượng ñứt dần cáp dự ứng lực ngang.
Như vậy yêu cầu thực tế của việc tăng cường cầu BTCT ở nước ta là rất lớn. Các cầu
bêtông và cầu ñá cũ nói chung còn rất ít và vấn ñề tăng cường chúng thường không ñược
ñặt ra ở Việt Nam lúc này.
Nói chung công việc tăng cường cầu BTCT cũ chủ yếu là tăng khả năng chịu ứng
suất pháp và ứng suất kéo chủ.
4.6.1 THÊM CỐT THÉP
Nếu chỉ cần tăng khả năng chịu lực không nhiều, chừng 10 ÷ 15%, thì nên ñặt thêm
cốt thép chủ chịu kéo ở ñáy dầm. Các cốt này ñược hàn nối vào hàng cốt thép chủ cũ dưới
dạng cùng của dầm. Muốn vậy phải ñập bỏ tầng bêtông bảo hộ ở ñáy hầm ñến lô một nửa
ñường kính của cốt thép chủ hàng dưới cùng. Các mối hàn liên kết cốt thép mối và cốt thép
ñổ bêtông phần ñáy dầm ñể che phủ bảo vệ cốt thép mới thêm. ở nước ngoài thường dùng
bêtông phun mà không dùng ván khuôn ñổ bêtông kiểu thông thường.


ðổ bêtông hoặc phun bêtông tạo ra phần dưới bổ xung thêm của dầm,
bao phủ các cốt thép mới thêm.
A
A
A A
6
3
2
6
4
2
1
5
B
B
B B
3
1
2
3
2
1
4

Hình 4.23: Tăng cường dầm cầu BTCT bằng cách thêm cốt thép hàn vào cốt
thép cũ nhờ mẩu cốt thép ngắn (a) và nhờ các ñai ngắn (b)
1 – Vùng ñược tăng cường
2 – Cốt thép cũ
3 – Cốt thép thêm

Cốt thép dự ứng lực ngoài bổ sung thường ñược ñặt sao cho tạo ra dự ứng lực nén
ñúng tâm hoặc dự ứng lực nén lệch tâm trên mặt cắt tuỳ theo ý ñồ thiết kế. Cốt thép này
bao gồm các cáp thép xoắn 7 sợi cường ñộ cao ghép lại, ñược ñặt trong ống bảo vệ bằng
pôlyêtylen mật ñộ cao. Các hãng xây dựng Quốc tế lớn ñều có các hệ thống dự ứng lực
ngoài riêng với chất lượng cao bao gồm: Cáp, ống chiếu cáp, mấu neo, mối nối cáp và các
kích kéo cáng cốt thép.
ðể liên kết cốt thép này vào dầm cũ cần phải tạo ra các ụ neo ngoài bổ xung bằng
thép hoặc bê tông cốt thép. An toàn nhất là làm các ụ neo BTCT ñúc bêtông tại chỗ dính
vào bề mặt bêtông sườn dầm hoặc ñáy dầm cũ. Các thanh này ñặt nằm ngang ngang cầu và
ñược kéo cằng bằng loại kích ñặc biệt. ở những vị trí chuyển hướng của cáp dự ứng lực
ngoài phải làm các ụ chuyển hướng có cấu tạo tương tự ụ neo.
Cốt thép dự ứng lực ngoài thường ñược căng bằng loại kích ñặc biệt sau ñó neo lại
và bơm vữa lấp lòng ống chứa cáp ñể bảo vệ cáp chống rỉ.
Mức ñộ dự ứng lực ngoài ñược tạo ra phụ thuộc kết quả tính toán về sự chịu ñựng
lực chung của kết cấu cũ và cốt thép mới.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 149/152
ðây là phương pháp tăng cường cầu BTCT một cách hiệu quả nhất nhưng ñòi hỏi
trình ñộ công nghệ cao ñã ñược áp dụng rộng rãi trên thế giới.
4.6.4 VỀ CÁCH TĂNG CƯỜNG CẦU VÒM BÊTÔNG VÀ CẦU ðÁ.
Vấn ñề tăng cường cầu vòm bêtông và cầu vòm ñá cũ ít khi ñược ñặt ra vì số cầu này
còn rất ít. Nói chung biện pháp ñể tăng cường là làm thêm vòm BTCT ñỡ bên dưới cầu cũ
nếu mố trụ còn ñủ khả năng chịu lực.
ðôi khi có thể ñổ bêtông một tấm bản dày 20 ÷ 25 cm có ñủ chiều rộng cho xe chạy
và dài suốt kết cấu nhịp, ñè lên trên kết cấu vòm cũ.
4.6.5 TÍNH TOÁN TĂNG CƯỜNG CẦU BTCT CŨ
Vấn ñề này còn phức tạp hơn cả việc tính toán tăng cường cầu thép cũ. Phải khảo sát
và tính toán tỉ mỉ, thậm chí phải thử tải cầu cũ trước khi thiết kế tăng cường.
ðối với cầu cũ bằng BTCT, việc tính toán ñể ñặt thêm cốt thép thường hoặc ñặt cốt

Khó khăn nhất là tăng cường móng trụ. Có thể làm thêm và hạ lưu trụ cũ. Sau ñó ñặt
hai bên thượng lưu và hạ lưu trụ cũ. Sau ñó ñặt cốt thép và ñổ bê tông bệ cọc mới bao trùm
cả bệ cọc cũ và các cọc mới bổ xung. Như vậy phần cọc nối thân chỉ tham gia chịu hoạt tải
và một phần tĩnh tải bổ xung của thân trụ và kết cấu nhịp. Bệ trụ trở nên rất lớn, sự làm
việc chung giữa phần cũ và mới không thể tính toán một cách chính xác ñược.
Nhiều cầu cũ ở miền Nam có móng cọc thép do công binh Mỹ xây dựng trong chiến
tranh. ðến nay các cọc thép bị rỉ nghiêm trọng. Rất khó khăn tăng cường các móng này.
Tốt nhất là phá bỏ nếu ñã hư hỏng nghiêm trọng và làm trụ mới.
Sau khi tăng cường trụ xong nên thử tải cầu.
Các trụ cầu ñặt trên móng giếng chìm tường không cần tăng cường móng vì khả năng
chịu lực lớn.
4.7.2 TĂNG CƯỜNG MỐ CẦU
Các phương pháp thông dụng ñể tăng cường mố cầu là:
-

Thay ñất ñắp cũ sau mố bằng ñá dăm, ñá hộc ñể giảm áp lực ñẩy ngang
của lăng thể trượt sau mố (hình 4 - 24)
-

Làm thêm hoặc làm lại bản quá ñộ có ñộ dài 3 ÷ 6 m và dày 20 ÷ 30 cm
bằng BTCT.
-

Làm thêm kết cấu chống lực ñẩy ngang ở phía trước mố tại cao ñộ móng
mố (xem hình 4 – 25).
-

Làm thêm hệ thống neo trọ ñất bằng thép ñể tăng cường cho tường trước
mố và giữ ổn ñịnh chống lật, trượt
-

A
i
=
0
.
1
1
4
3
100cm
A A
2

Hình 4.24: Tăng cường mố bằng cách xắp xếp ñá sau mố thay cho ñất cũ
1 – Kết cấu nhịp dầm tạm ñể xe chạy qua lúc sửa chữa
2 – Khối ñá mới xếp sau mố ñể giảm áp lực ñẩy ngang
3 – Tường trước mố
4 – Kết cấu nhịp
a)
2
43
b)
c)

Hình 4.25: Tăng cường mố bằng cách làm thêm thanh chống (a) thêm ụ chắn
phía trước mố (b), (c)
1 – Thanh chống giữa móng của hai mố; 2 – Ụ chắn 3 – Thanh chống 4 – Ụ chắn.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 152/152

8. Nguyễn Văn Quảng. Chỉ dẫn kỹ thuật thi công và kiểm tra chất lượng cọc khoan
nhồi, NXB Xây Dựng, 1998
9. Nguyễn Bá Kế, Sự cố công trình, NXB Xây dựng, Hà nội, 2000.