Tài liệu NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG XÂY DỰNG KẾT CẤU MƯƠNG DỌC, HỐ GA TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

SỞ GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. ĐÀ NẴNG PHÒNG GIÁM ĐỊNH VÀ QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH BÁO CÁO TỔNG KẾT NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG XÂY DỰNG KẾT CẤU MƯƠNG DỌC, HỐ GA TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Đơn vị chủ trì : Phòng Giám định và Quản lý chất lượng công trình Chủ nhiệm đề tài : Các thành viên tham gia: Bùi Hồng Trung Huỳnh Phương Nam Hồ Nguyễn Quốc Cường Đà Nẵng, tháng 12 năm 2011 SỞ GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. ĐÀ NẴNG PHÒNG GIÁM ĐỊNH VÀ QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG XÂY DỰNG KẾT CẤU MƯƠNG DỌC, HỐ GA TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG MỤC LỤC Chương I: Tổng quan 1. Các căn cứ thực hiện đề tài 2. Tổng quan tình hình ứng dụng bê tông cường độ cao 3. Sự cần thiết của đề tài 4. Mục tiêu của đề tài - Đối tượng - Phạm vi nghiên cứu 5. Nội dung nghiên cứu Chương II: Tình trạng kết cấu mương dọc- hố ga đang được khai thác, sử dụng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng 1. Tổng quan về hệ thống thoát nước đang xây dựng, khai thác 2. Đánh giá tình trạng kết cấu thoát nước đang sử dụng 3. Một số kiến nghị khắc phục nhược điểm hiện nay của kết cấu mương dọc, hố ga Chương III: Ứng dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng mương dọc, hố ga 1. Nghiên cứu về bê tông cường độ cao trong điều kiện địa phương 2. Nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao trong kết cấu mương dọc, hố ga 3. So sánh, đánh giá đối với kết cấu mương dọc, hố ga hiện nay Chương IV: KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ 1. Kết luận 2. Kiến nghị Trang 3 3 5 6 6 7 9 12 14 16 19 21 22 Phụ lục 1. Các tính toán khả năng chịu lực của kết cấu mương dọc, hố ga 2. Phiếu thiết kế thành phần cấp phối bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu địa phương 3. Khái toán kinh phí cho cấu kiện mương dọc, hố ga Tài liệu tham khảo 1 CÁC CHỮ VIẾT TẮT BT Bê tông BTCT Bê tông cốt thép BTCĐC Bê tông cường độ cao GTVT Giao thông vận tải HPC High Strength concrete (Bê tông cường độ cao) N/X Nước / Xi măng (tỷ lệ) DƯL Dự ứng lực KHCN Khoa học công nghệ MPa Đơn vị cường độ chịu lực tương đương 10,2 kg (lực) /cm2 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I. CÁC CĂN CỨ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - Quyết định số 429/QĐ-SGTVT ngày 18/6/2010 của Sở GTVT TP. Đà Nẵng “V/v Ban hành quy trình xây dựng, xét duyệt và nghiệm thu các đề tài, nhiệm vụ khoa học và công nghệ thuộc chương trình công tác khoa học và công nghệ ngành giao thông vận tải thành phố Đà Nẵng”; - Quyết định số 298/QĐ-SGTVT ngày 09/4/2011 của Sở GTVT TP. Đà Nẵng “V/v ban hành Chương trình công tác khoa học công nghệ Ngành GTVT năm 2011”; - Quyết định số 608/QĐ-SGTVT ngày 05/8/2011 của Sở GTVT TP. Đà Nẵng “V/v phê duyệt đề cương đề tài Nghiên cứu sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng kết cấu mương dọc, hố ga trên địa bàn thành phố Đà Nẵng”. II. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO 1. Khái niệm chung về bê tông cường độ cao (BTCĐC) Trên thế giới, khái niệm về bê tông cường độ cao (High Strength concrete- HPC) chưa thống nhất, còn khác nhau ở nhiều tiêu chí, tuy nhiên đều thống nhất là có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày không nhỏ hơn 40 Mpa (đối với nhiều tài liệu thì con số này có thể là 40 ,50, 55, 60). Mẫu thử được chế tạo, dưỡng hộ, thí nghiệm theo các tiêu chuẩn hiện hành. Theo tiêu chuẩn của Bắc Mỹ (ASTM) qui định bê tông cường độ cao là loại bê tông có cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ≥ 42 Mpa; Theo tiêu chuẩn châu Âu (ACI) có qui định về khả năng thi công, các tính chất cơ học dài hạn (co ngót, từ biến) được cải thiện sớm, có cường độ hình thành sớm, độ bền cao, tuổi thọ lâu dài trong môi trường khắc nghiệt. Các nhà khoa học Nhật Bản cho rằng bê tông tự đầm (là loại bê tông có khả năng chảy và đầm lèn chỉ bằng tỷ trọng, có khả năng lấp đầy không gian thi công mà không cần ngoại lực tác động) cũng là loại bê tông cường độ cao. Bảng 1 – Phân cấp bê tông cường độ cao [1], [4] Tính chất của bê tông cường độ cao ở trạng thái tươi là tính dễ đổ (độ sụt) hoặc còn gọi là tính công tác. Tuy sử dụng lượng xi măng cao, tỷ lệ N/X thấp nhưng độ sụt của bê tông cường độ cao vẫn đạt từ 10-20 cm, giữ được ít nhất là 60 phút. Ở trạng thái mềm co ngót dẻo lớn và ổn định thể tích cao so với bê tông 3 thường. Các tính chất của bê tông cường độ cao khi rắn chắc như cường độ nén, cường độ ép chẻ, biến dạng, mô đun đàn hồi được thể hiện theo tỷ số với cường độ nén đơn trục của mẫu thử hình trụ có kích thước 15x30 cm hoặc mẫu thử hình lập phương 15x15x15 cm tuổi 28 ngày. Các tính chất khác như cường độ chịu kéo, co ngót, từ biến, sự dính bám với cốt thép cũng được cải tiến khi cường độ nén tăng lên. Bên cạnh đó, BTCĐC cũng có nhược điểm là tính giòn cao đặc biệt với trường hợp không có cốt thép, đặc tính này tăng lên cùng với mức tăng cường độ. Ngoài ra, chi phí vật liệu cho hỗn hợp bê tông này có thể cao hơn nhiều lần so với bê tông thông thường. Chi phí đầu tư cho một cấu kiện BTCĐC lớn hơn bê tông thường vào khoảng 10-15%. 2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng BTCĐC trên thế giới và trong nước Theo tài liệu nghiên cứu của PSG. TS Phạm Duy Hữu tổng kết kết quả nghiên cứu của các nước trên thế giới và Việt Nam [1] cho thấy thì bê tông cường độ cao đã được sử dụng từ năm 1975 tại Mỹ cho việc xây dựng các nhà cao tầng. Năm 1975- 1976, các ngôi nhà từ 43-76 tầng đều dùng bê tông 62Mpa, từ năm 1976-1990, các ngôi nhà ở Chicago với số tầng 50-70 được sử dụng bê tông 80Mpa. Tương tự các ngôi nhà cao tầng ở Pháp, Đức (từ 40 tầng) đều sử dụng bê tông với từ 70-90Mpa. Trong xây dựng cầu từ năm 1970 đến nay ở nhiều công trình trên nhiều quốc gia đã áp dụng bê tông cường độ cao. Bê tông chất lượng cao thường được sử dụng cho các dầm cầu bê tông dự ứng lực với mục đích giảm tải trọng bản thân dầm và tăng chiều dài kết cấu nhịp. Năm 1970, ở Nhật bê tông phổ biến (600-1200) kg/cm2. Ở Pháp năm 1989 bê tông cầu là (6080)Mpa. Các cầu ở Đức, Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc đều đã sử dụng bê tông với cường độ nén khoảng từ 60Mpa đến 100Mpa. Các cấu kiện bê tông và bê tông lắp ghép trong kết cấu hạ tầng đô thị cũng đều sử dụng bê tông có cường độ nén không nhỏ hơn 20Mpa. Bảng 2 - Một số hỗn hợp bê tông cường độ cao điển hình được sử dụng trong công trình xây dựng [4] 4 Các nghiên cứu vê bê tông cường độ cao đã khẳng định việc sử dụng bê tông cường độ cao cho phép tạo ra các sản phẩm có tính kinh tế hơn, cung cấp khả năng giải quyết được nhiêu vấn đề kỹ thuật hơn hoặc đảm bảo cả hai yếu tố trên. Các nghiên cứu của nước ngoài cho thấy có thể tiết kiệm được 30% khối lượng bê tông, giảm 30% trọng lượng kết cấu, giảm 10 – 15% tổng giá trị công trình. Kết cấu bản BTCT DƯL có thể giảm 30% chiều cao, 40% khối lượng xây lắp. Ở trong nước, trong những năm gần đây bê tông cường độ cao đã chiếm một vị trí quan trọng trong các công trình xây dựng cầu, đường, nhà và công trình thủy quy mô lớn như các công trình nhà cao tầng ở các thành phố lớn (Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Đà Nẵng), các công trình cầu có chiều dài nhịp L > 30m, hầm qua đèo Hải Vân hay hầm Thủ Thiêm tại TP Hồ Chí Minh. Tuy vậy, các nghiên cứu chuyên sâu về bê tông cường độ cao chưa nhiều, được một số ít nhà khoa học đầu tư nghiên cứu như "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chế tạo bê tông cường độ cao (đến 100MPa) cho các kết cấu xây dựng" do KS. Đặng Hoàng Huy - Hội công nghiệp bê tông Việt Nam làm chủ nhiệm đề tài (2010); " Nghiên cứu sản xuất oxit silic tinh khiết vô định hình cao từ nguồn trấu và tro trấu để làm phụ gia cho bê tông cường độ cao và siêu cao đạt cường độ 110Mpa" của TS.KHKT Trần Bình (2008); Báo cáo NCKH Bộ GD-ĐT “Bê tông chất lượng cao” của PGS.TS. Phạm Duy Hữu làm chủ nhiệm đề tài (2000). Đặc biệt, những nghiên cứu, ứng dụng bê tông cường độ cao cho các kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị nói chung, hệ thống thoát nước nói riêng hầu như chưa được quan tâm đúng mức (Chỉ có 01 đề tài Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông cốt thép thành mỏng cho hệ thống cấp thoát nước do KS. Hoàng Đức Thảo (Công ty thoát nước và phát triển đô thị tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu) chủ trì đã được trao giải thưởng Sáng tạo KHCN Việt Nam nhưng giữ bản quyền, không phổ biến rộng rãi). III. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Theo thống kê tổng hợp của Công ty Tư vấn CDM International Inc., (Tư vấn gói thầu xây dựng Mô hình thủy lực cho thành phố Đà Nẵng), toàn thành phố Đà Nẵng có khoảng hơn 700km tuyến mương dọc và sẽ còn tiếp tục phát triển trong thời gian đến theo tốc độ đô thị hóa của thành phố. Hiện nay kết cấu mương dọc và hố ga thường sử dụng bê tông có cường độ chịu nén từ 10Mpa (mác M100) đến 25Mpa (mác 250). Đây là loại bê tông thông thường. Với ưu điểm thiết kế thành phần cấp phối đơn giản nhanh chóng, không đòi hỏi thiết bị máy móc cũng như trình độ tay nghề công nhân cao, kết cấu sử dụng bê tông thông thường đã đã đáp ứng được phần nào các yêu cầu xây dựng nhất định. Tuy nhiên, qua quá trình khai thác, đã xuất hiện nhiều vấn đề cần lưu ý trong quản lý chất lượng như: đan hố ga, mương dọc bị nứt, vỡ bê tông, hạn chế khả năng thoát nước (dẫn đến hư hỏng mặt đường) làm mất mỹ quan đô thị. Khối lượng cấu kiện lớn gây khó khăn trong việc vận chuyển, cẩu lắp, đồng thời bê tông đổ tại chỗ khó kiểm soát được chất lượng, phụ thuộc vào thời tiết khi thi công. Ngoài ra, kết cấu sử dụng bê tông thông thường độ ổn định theo thời gian khá thấp, dễ bị xuống cấp, hư hỏng do các yếu tố lý, hóa của môi trường 5 Với mục tiêu đảm bảo chất lượng công trình, thi công được tại hiện trường trong điều kiện thời tiết bất lợi thì kết cấu lăp ghép đang chiếm ưu thế. Tuy nhiên để phát huy ưu điểm của loại kết cấu này, trọng lượng của cấu kiện phải được triết giảm tối đa để thuận lợi nhất cho công tác cẩu lắp. Với những ưu điểm nổi bật của bê tông có cường độ cao thì việc nghiên cứu ứng dụng vào trong sản xuất cấu kiện thoát nước dọc như mương dọc, hố ga là hết sức cần thiết. IV. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - ĐỐI TƯỢNG - PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1. Mục tiêu Nghiên cứu sử dụng bê tông cường độ cao trong kết cấu bê tông, bê tông cốt thép lắp ghép giảm kích thước cấu kiện, tăng không gian sử dụng, giảm khối lượng bê tông sử dụng, dễ dàng cẩu lắp và vận chuyển, rút ngắn được thời gian thi công đồng thời tăng cường quản lý chất lượng. 2. Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu mương dọc, hố ga. 3. Phạm vi nghiên cứu : Địa bàn thành phố Đà Nẵng. V. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu, đánh giá rút ra nhận xét về ưu điểm, nhược điểm của kết cấu bê tông thông thường hiện nay. - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm đưa các phương án ứng dụng bê tông có cường độ cao nhằm khắc phục được các tồn tại. - Tính toán, so sánh, kiểm tra, đánh giá các chi tiêu ( kinh tế, chất lượng, điều kiện thi công,...) của các phương án kết cấu mới với kết cấu hiện tại nhằm tìm ra phương án tối ưu nhất. - Ứng dụng vào thực tế một số công trình thí điểm đang triển khai. 6 CHƯƠNG II TÌNH TRẠNG KẾT CẤU MƯƠNG DỌC- HỐ GA ĐANG ĐƯỢC KHAI THÁC, SỬ DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐANG XÂY DỰNG, KHAI THÁC Theo số liệu thống kê của Công ty Thoát nước và Xử lý nước thải thành phố Đà Nẵng, toàn thành phố hiện nay có khoảng 705km dài mương dọc thoát nước (mương cấp 1, cấp 2) và gần 30.000 hố ga trên vỉa hè do Công ty đang quản lý. Đó là chưa kể số lượng mương dọc đang được tiếp tục xây dựng và hệ thống mương dọc cấp 3 nằm trong các kiệt hẻm do địa phương quản lý. 1. Về kết cấu xây dựng Nhìn chung, kết cấu mương dọc, hố ga sử dụng phố biến trên thành phố Đà Nẵng là kết cấu bê tông (BT) hoặc bê tông cốt thép (BTCT) có cường độ chịu nén từ 20-25MPa, mác uốn từ 2-3MPa. Các dạng kết cấu mương dọc, hố ga trên địa bàn gồm: - Mương hở đậy đan: Thường được thi công tại hiện trường Kết cấu đan mương dọc bằng bê tông cốt thép mác 20MPa đổ tại chỗ hoặc lắp ghép với chiều dày từ 8-10cm, thân mương bằng bê tông mác (15 - 20)MPa đá 2x4, móng mương bằng bê tông mác 15MPa dày 30cm, đệm móng mương bằng đá dăm 4x6 dày 10cm. Khẩu độ loại này từ B = 0,4m đến 1,5m. Một số tuyến chính có khẩu độ đến B = 3,0m. - Ống bê tông tròn lắp ghép: Sản xuất trong nhà máy hoặc tại công trường, gồm loại 01 lưới thép 6 (bố trí trên vỉa hè) và loại 02 lưới thép 6/8 (bố trí qua kiệt, hẻm có xe tải trọng nặng). Khẩu độ ống bê tông từ 0,6m1,50m . Kết cấu ống cống bằng BTCT (20 -30)MPa. - Cống hộp bằng BTCT: Thường được chế tạo ngay tại công trường. Khẩu độ thường từ 1 cửa 0,75m đến 2,5m hoặc nhiều cửa. Kết cấu cống bằng bê tông cốt thép với bê tông (20-30)Mpa chiều dày thành cống hộp từ 20 – 30cm. Mương hở đậy đan Ống bê tông tròn Cống hộp - Hố ga: Bố trí cách khoảng trung bình từ 15-20,0m/hố. Đan hố ga bằng BTCT (20-25)MPa lắp ghép có niềng thép góc, kích thước tấm đan thay đổi tùy kích thước miệng hố ga. Thân hố ga bằng BT hoặc BTCT (15 – 20)MPa dày trung bình 20cm tăng dần theo chiều cao hố ga (độ vát dốc từ 1/10 – 1/6). 7 Tấm đan hố ga Hố ga chưa hoàn thiện 2. Về công nghệ sản xuất, chế tạo Công nghệ sản xuất chế tạo cấu kiện bê tông hệ thống mương dọc, hố ga khá đa dạng như sản xuất cấu kiện tại công trường bằng thủ công hoặc bán thủ công, sản xuất tại công xưởng bằng phương pháp quay ly tâm, rung ép hoặc rung lõi, va rung,... - Phương pháp thủ công/ bán thủ công :Sử dụng nhân lực là chủ yếu với thiết bị là xẻng, cào trộn, đầm dùi, có thể có hỗ trợ bằng máy trộn công suất thấp/ xe trộn bê tông, kết hợp máy đào. Hình ảnh thi công thủ công tại hiện trường - Phương pháp quay ly tâm : Thực hiện trong nhà máy với thiết bị chủ lực là máy quay ly tâm, chủ yếu áp dụng cho các sản phẩm dạng tròn như: ống cống, hố ga tròn. - Phương pháp rung ép, rung lõi : Chủ yếu áp dụng cả cho sản xuất các sản phẩm như cống tròn, cống hộp, hố ga...... Ngoài ra, phương pháp sử dụng bê tông khô đòi hỏi phải có hệ thống trạm trộn bê tông tự động có độ chính xác cao. Do sử dụng thiết bị máy đúc cống nhập khẩu từ nước ngài nên giá thành rất cao. Phương pháp quay ly tâm Phương pháp rung ép, rung lõi 8 3. Vật liệu sản xuất cấp phối bê tông Thành phần hỗn hợp của BT/ BTCT chế tạo kết cấu mương dọc, hố ga hiện tại trên địa bàn thành phố bao gồm xi măng (thường là xi măng pooclăng), cốt thép tròn cán nóng (thường là nhóm CI, Ra=2100kg/cm2, nhóm CII, Ra=2700kg/cm2), cát tự nhiên, đá nghiền với kích cỡ nằm trong khoảng từ 10 đến 40mm và nước. Tỷ lệ N/X thường được thiết kế tương ứng với độ sụt đạt ở mức > 6cm. Cấp phối hiện nay thường không sử dụng phụ gia các loại trừ khi có yêu cầu đặc biệt (phụ gia đông kết nhanh, phụ gia chống xâm thực). Việc sản xuất cấp phối bê tông sử dụng cho mương dọc và hố ga (trừ ống cống bê tông ly tâm) thường được thực hiện, trộn ngay tại hiện trường theo từng mẻ trộn, bằng các máy trộn 250L – 500L có trục nghiêng (có thùng lật) hoặc trục nằm ngang. Với phương pháp trộn này, việc chuẩn bị vật liệu cấp phối theo thể tích. Vì vậy chất lượng cấp phối bê tông thường không cao. Máy trộn bê tông 250L trục nghiêng Máy trộn bê tông 380L trục ngang Trạm trộn bê tông công suất 60m3/h Loại máy trộn liên tục tạo bê tông không ngừng cho đến khi dừng máy thường sử dụng cho sản xuất các cấu kiện tại nhà máy. Loại này thường gắn liền với hệ thống cân đong vật liệu cấp phối theo khối lượng. Đây là phương pháp chuẩn bị vật liệu chính xác nên đảm bảo chất lượng bê tông hơn. II. ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG KẾT CẤU THOÁT NƯỚC ĐANG SỬ DỤNG HIỆN TẠI 1. Ưu điểm - Khai thác được tính ưu việt của bê tông thông thường như: + Có cường độ chịu nén, mođun đàn hồi phù hợp với kết cấu kết cấu bê tông cốt thép (bê tông sử dụng thông thường có 10-50)Mpa; + Giá thành bê tông hợp lý do tận dụng được các nguyên vật liệu địa phương, (thành phần bê tồng gồm: ximăng pooclăng, cát tự nhiên, đá nghiền với kích cỡ nằm trong khoảng 10 đến 20mm, nước) không cần sử dụng dụng các loại phụ gia; + Công nghệ thi công đơn giản, không đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân cao; + Khi hư hỏng, dễ dàng thi công thay thế, sửa chữa; - Kết cấu đổ tại chỗ ( Ghép ván khuôn coffa), đặt cốt thép và đổ bê tông ngay tại vị trí thiết kế của kết cấu): + Thi công tại công trình, không tốn chi phí vận chuyển, cẩu lắp; + Ít xử lý mối nối; + Do các cấu kiện được dính với nhau một cách toàn khối nên kết cấu có 9 độ cứng tổng thể lớn; - Kết cấu lắp ghép: Được sử dụng cho kết cấu mương dọc, tấm đan hố ga, mương ngang, tấm đan mương dọc. + Có điều kiện công nghiệp hóa, tự động hóa trong sản xuất xây dựng, tiết kiệm vật liệu làm ván khuôn; + Rút ngắn thời gian thi công (cấu kiện được đúc sẵn, bão dưỡng và vận chuyển đến công trình lắp đặt), không tốn thời gian chờ đợi bê tông đủ cường độ; + Vì chế tạo, sản xuất trong xưởng nên dễ quản lý chất lượng, bão dưỡng nên chất lượng được đảm bảo. Không ô nhiễm môi trường. - Khi hư hỏng, dễ dàng thi công sửa chữa, và lắp đặt, thay thế mới không ảnh hưởng đến cấu kiện lắp ghép khác. 2. Nhược điểm Bên cạnh những ưu điểm nêu trên, kết cấu mương dọc, hố ga đang được xây dựng và khai thác trên địa bàn thành phố đã phát sinh một số tồn tại: - Nhược điểm của bê tông thông thường: + Khả năng chịu lực, đặc biệt là khả năng chịu kéo uốn thấp nên kích thước cấu kiện thường lớn. Vì vậy, khó chế tạo các cấu kiện lắp ghép có modun lớn, gây khó khăn về vận chuyển và cẩu lắp; + Không đảm bảo chống thấm, chống ăn mòn, năng suất thấp, - Kết cấu đổ tại chỗ: + Vì thi công tại công trình nên khó kiểm soát được chất lượng, phụ thuộc vào thời tiết khi thi công, chất lượng công trình không được đảm bảo gây ra những hư hỏng của cấu kiện; + Ô nhiễm môi trường. - Kết cấu lắp ghép hiện nay: + Khối lượng cấu kiện vẫn còn lớn, cần có phương tiện cẩu lắp và vận chuyển có tải trọng lớn; - Phải xử lý mối nối, dẫn đến độ cứng công trình không đồng nhất. 3. Những tồn tại thường gặp của hệ thống mương dọc, hố ga hiện trạng a) Các hiện tượng thường gặp - Đan hố ga, mương dọc bị nứt nẻ; bể vỡ; Đan mương gãy Đan hố ga vỡ - Bê tông thân mương, thân hố ga bị phân tầng; bể vỡ; 10 Bê tông bị phân tầng Thân mương bị gãy, vỡ - Mất các cấu kiện tấm đan; - Kích thước cấu kiện không đồng nhất; - Hình dáng hình học không đảm bảo theo yêu cầu thiết kế; Đan mương bị mất Kích thước cấu kiện không đồng nhất - Chất lượng bê tông các cấu kiện lắp ghép không đồng đều; - Rác bồi lấp làm hạn chế khả năng thoát nước; Rác lấp mương dọc trong khai thác ... và trước khi hoàn thành b) Nguyên nhân - Khó kiểm soát chất lượng nếu sản xuất tại công trường 11 + Tại công trường, diện tích mặt bằng thi công thường chật hẹp, việc lắp dựng cốt thép, ván khuôn tại chỗ gặp rất nhiều khó khăn, công tác trộn đổ bê tông theo từng mẻ trộn; + Không có thiết bị giám sát khối lượng, chất lượng vật liệu đầu vào (cát, đá, thép, nước); Thiếu các thiết bị công cụ hỗ trợ như đầm dùi, đầm bàn; + Đội ngũ công nhân tay nghề không cao, thi công không tuân thủ theo quy định (đặc biệt là trong công tác đổ, đầm và bảo dưỡng bê tông, dọn dẹp ván khuôn, vật liệu thừa sau khi xây dựng); đội ngũ tư vấn giám sát mỏng về lực lượng, yếu về chuyên môn; + Bị chi phối, ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết. - Công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông cũng còn một số tồn tại + Khi sử dụng các máy trộn tại chỗ, không có thiết bị chuẩn để cân, đong theo khối lượng mà dựa theo thể tích nên cấp phối của từng mẻ trộn không thể đồng đều; + Khi đổ bê tông bằng phương pháp quay ly tâm, lực ly tâm sẽ đẩy các cốt liệu có trọng lượng lớn ra ngoài cho nên lớp ngoài cùng thường tập trung nhiều cốt liệu lớn như đá, sỏi ...càng vào trong tập trung nhiều cốt liệu nhỏ: cát, vữa bê tông do quá trình quay ly tâm tạo ra, cốt thép phân bố không đều, mối hàn không chắc…, do đó mác bê tông không đồng nhất: bên ngoài cao, bên trong thấp; + Khi đổ bê tông bằng phương pháp rung ép, dễ bị mất nước nên không đảm bảo nhẵn láng bề mặt bên trong cống; quá trình bảo dưỡng rất phức tạp, nếu không đáp ứng dễ bị giòn hóa; - Sự xuống cấp theo thời gian của bê tông theo thời gian trong điều kiện khí hậu, môi trường khu vực miền Trung + Bê tông là vật liệu dễ bị nứt, đồng thời cũng là vật liệu có độ rỗng lớn (độ rỗng xốp từ 10-40% thể tích bê tông) nhất là bê tông có cường độ trung bình và thấp. Các vết nứt cũng như độ rỗng xốp của bê tông làm giảm độ cứng của kết cấu, suy giảm lực dính kết của cốt liệu. Từ đó các chất nguy hại, ăn mòn dễ xâm nhập vào bên trong kết cấu (bê tông, thép) làm cho sự lão hóa của bê tông, ăn mòn cốt thép diễn ra nhanh hơn; + Theo thời gian, dưới tác dụng của tải trọng ngoài, kết cấu BT/BTCT làm việc với tải trọng biến đổi làm giảm khả năng chịu mỏi của bê tông (vốn đã rất nhỏ) và cốt thép. Mỏi do chịu uốn và do chịu cắt sẽ phá hoại dần sự dính kết của cốt liệu BT với nhau cũng như giữa bê tông và cốt thép dẫn đến bê tông bị nứt vỡ; + Trong quá trình sử dụng, kết cấu BT/BTCT của mương dọc, hố ga còn bị mài mòn, hư hỏng do tác dụng cơ học (như quá tải do xe tải trọng nặng đi trên vỉa hè, sự can thiệp của con người như đập, phá, ….). III. MỘT SỐ KIẾN NGHỊ KHẮC PHỤC NHƯỢC ĐIỂM HIỆN NAY CỦA KẾT CẤU MƯƠNG DỌC, HỐ GA Trên cơ sở đánh giá tình hình xây dựng, khai thác hệ thống mương dọc hố ga hiện nay, các phân tích ưu điểm nhược điểm của từng phương án thiết kế, sản xuất, xây dựng kết cấu cũng như xác định nguyên nhân hư hỏng đã nêu ở trên, 12 kiến nghị cần triển khai một số giải pháp sau: 1. Về kết cấu: Nghiên cứu thiết kế, sản xuất các cấu kiện theo hướng - Kết cấu dạng hộp, ống (không dùng kết cấu dạng hở) để khai thác hiệu quả của kết cấu siêu tĩnh, làm giảm kích thước cấu kiện hoặc giảm cốt thép (phục vụ giai đoạn thi công); - Sử dụng loại bê tông có cường độ cao (bao gồm cường độ chịu nén/chịu kéo), trên nguyên tắc đảm bảo hiệu quả kinh tế đầu tư xây dựng cũng như khai thác; - Sử dụng kết cấu sử dụng ít hoặc không cốt thép; - Các kết cấu có kích thước lớn, điều chỉnh thiết kế thành các cấu kiện độc lập với các modun có trọng lượng <100kg, để thuận lợi cho việc sản xuất trong công xưởng đưa ra ngoài lắp ghép. 2. Về công nghệ sản xuất - Sử dụng các kết cấu được sản xuất trong các công xưởng với hệ thống máy móc hiện đại, có hệ thống kiểm soát chất lượng chặt chẽ vật liệu đầu vào, sản phẩm đầu ra; - Nghiên cứu sử dụng bê tông tự đầm để nâng cao chất lượng bê tông mà không cần bất kỳ thiết bị đầm chặt chuyên dụng nào. 3. Về thành phần cấp phối bê tông - Xem xét, sử dụng các loại phụ gia hỗ trợ (đông kết nhanh, chống mất nước, tăng độ sụt, tăng dẻo,…) tùy tình hình triển khai để đảm bảo chất lượng; - Nghiên cứu sử dụng các cấp phối thiết kế có tỷ lệ N/X < 0,45; - Nghiên cứu sử dụng cấp phối bê tông đặc biệt (bê tông polymer, bê tông cốt sợi,…) để khai thác các tính năng ưu việt của các loại bê tông này. Có thể thấy, các giải pháp trên có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, tương hỗ cho nhau, trong đó việc nghiên cứu sử dụng bê tông cường độ cao với các ưu điểm vốn có của nó đóng vai trò quan trọng, là cơ sở để có thể xử lý các tồn tại của chất lượng bê tông hiện nay. 13 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG XÂY DỰNG MƯƠNG DỌC, HỐ GA I. Nghiên cứu về bê tông cường độ cao trong điều kiện địa phương 1. Các nguyên tắc thiết kế bê tông cường độ cao Như đã nêu ở các phần trên, vấn đề nghiên cứu và sử dụng bê tông cường độ cao đã được nhiều nơi áp dụng, không chỉ ngoài nước mà cả trong nước, thậm chí tại thành phố Đà Nẵng. Tuy nhiên vấn đề ứng dụng BTCĐC cho việc sản xuất các cấu kiện hạ tầng đô thị dạng mương dọc, hố ga là rất ít. Với đặc thù công trình xây dựng giao thông diễn ra ở những khu vực đi lại khó khăn, vận chuyển một cấu kiện sản xuất từ công xưởng (có máy móc đặc chủng, đầu tư với quy mô lớn) đến công trường sẽ hết sức khó khăn. Do vậy nguyên tắc thiết kế bê tông để ứng dụng cho các kết cấu này ngoài việc yêu cầu bê tông có (1) cường độ chịu nén/uốn cao còn phải (2) đáp ứng tính năng tự đầm. Trong trường hợp này, ta có thể hạn chế được công đầm nén cũng như việc vận chuyển từ công xưởng đến công trường 2. Công thức chung trong thiết kế bê tông cường độ cao Thiết kế thành phần bê tông là sự lựa chọn thành phần vật liệu thích hợp (xi măng, phụ gia, cát, đá, nước) đảm bảo cường độ yêu cầu và các tính năng bền lâu của bê tông. Theo nghiên cứu của PGS. TS Phạm Duy Hữu, thành phần cấp phối BTCĐC có 02 điểm nổi bật so với bê tông thông thường là: - Giảm tỷ lệ N/X đến thấp nhất (0,22) và không tăng lượng XM quá 522 kg. Khi cần mác cao có thể sử dụng xi măng đến 60Mpa hoặc lớn hơn. Hướng này cho phép bê tông có các tính năng cơ học cao; - Phụ gia đưa vào trong bê tông có loại siêu dẻo, giảm nước cao và các chất khoáng siêu mịn. Hai chất này làm thay đổi cấu trúc của vùng tiếp giáp, giảm lỗ rỗng trong gel xi măng và làm tăng đáng kể độ bền của BTCĐC. Các yêu cầu cho các loại vật liệu chính của BTCĐC gồm: - Hàm lượng xi măng pooclăng từ 400-550 kg/m3 bê tông; - Cốt liệu mịn (thường là cát tự nhiên) có modun độ lớn M K>2,5, đường kính từ 0,14 – 5mm, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế; - Cốt liệu lớn (đá) nên chọn có đường kính từ 10-20mm, có cường độ lớn hơn khoảng 1,2 lần cường độ chịu nén của bê tông yêu cầu. Cát phù hợp các tiều chuẩn Việt Nam và có MK = 2,6 – 3,2. - Các chất phụ gia siêu dẻo, giảm nước cao sẽ làm cho bê tông có lượng nước thấp, độ dẻo cao. Thông thường có thể sử dụng các phụ gia siêu dẻo thế hệ II (từ 1-2 lít/100kg XM) hoặc thế hệ III (0,7-1 lít/100kg XM). 3. Thiết kế cấp phối BTCĐC trong điều kiện địa phương Ở mỗi địa phương khác nhau, tính chất cơ lý hóa của vật liệu cát, đá là khác nhau nên cần phải có những thiết kế và thí nghiệm cụ thể, phù hợp với điều kiện của khu vực. 14 Hiện nay, trên địa bàn thành phố đã sử dụng nhiều công trình với kết cấu bê tông có cường độ chịu nén > 30Mpa như dầm hộp cầu Thuận Phước, cầu mới Nguyễn Văn Trỗi, kết cấu vòm cầu mới qua sông Hàn với nhiều loại cát, đá khác nhau có nguồn gốc từ các mỏ trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. Trong đó, nhiều có các cấp phối thiết kế với mác 50MPa (Dầm cầu Thuận Phước, Nguyễn Tri Phương). Từ kết quả thí nghiệm các cấp phối đã được đưa vào sử dụng tại các công trình cho thấy khả năng chế tạo cấp phối của bê tông có cường độ cao từ nguồn vật liệu của thành phố là hoàn toàn khả thi. Bảng tổng hợp các kết quả thiết kế và kiểm tra các mẫu thí nghiệm tóm tắt như bảng dưới đây. Bảng 3 - BẢNG THỐNG KÊ THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG CÓ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN > 30MPA VỚI NGUỒN VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG Thông số Cầu T.Phước Dầm Rnén yêu cầu (Mpa) Cầu Ng. Tri Phương Dầm Trụ Cầu N.V.TrỗiT.T.Lý Cầu Rồng Dầm Trụ Dầm Trụ 50 50 30 40 35 45 35 73,3 58,3 35,7 53,8 45,0 56,4 43,0 457,08 505 457 480 440 485 465 3,66 5,56 4,57 4,80 5,28 5,19 5,933 Cốt liệu lớn 1098,71 1066 1046 1044 1040 1087 1021,1 Cốt liệu nhỏ 725,11 772 727 758 752 707,2 736,8 0,376 0,29 0,41 0,35 0,418 0,33 0,385 Rnén đạt được (Mpa) Ximăng (kg/m3) Phụ gia Tỷ lệ N/X Trong các cấp phối trên, ximăng dùng loại xi măng Kim Đỉnh, cát mỏ Cầu Đỏ, đá lấy mỏ Phước Tường. Riêng về phụ gia sử dụng cho bê tông cường độ cao, có thể dùng các loại sau: - Sika Viscorete HE-10 (Áp dụng cho cầu Thuận Phước): Là chất siêu hoá dẻo công nghệ cao gốc polyme thế hệ thứ 3 với hiệu quả thúc đẩy đông cứng cho bê tông, có khả năng giảm nước cực cao, tạo độ chảy lỏng tốt trong khi vẫn giữ độ cố kết tối ưu cho hỗn hợp. Tuy nhiên nó chủ yếu thích hợp cho sản xuất bê tông trong các nhà máy đúc sẵn. - Sika RMC (Áp dụng cho trụ cầu Nguyễn Tri Phương và cầu Rồng): Là một chất siêu hóa dẻo hiệu quả cao có tác dụng kéo dài thời gian ninh kết để sản xuất bê tông có độ chảy cao trong điều kiện khí hậu nóng, và đồng thời là tác nhân giảm nước đáng kể làm tăng cường độ cuối cùng cho bê tông. - Sika 3000-20 (Áp dụng cho dầm cầu Nguyễn Tri Phương và cầu Rồng): Là chất siêu hoá dẻo công nghệ cao gốc polyme thế hệ thứ 3 với hiệu quả tạo độ xốp và giúp bê tông bơm được dễ dàng. Tương tự như Sika Viscocrete HE-10, 3000-20 chủ yếu thích hợp cho sản xuất bê tông trong các trạm trộn và nhà máy đúc sẵn. Sika Viscocrete 3000-20 vượt trội nhờ vào khả năng giảm nước cực cao, tạo độ chảy lỏng tốt trong khi vẫn giữ độ kết dính tối ưu cho hỗn hợp. 15 - UHP (Áp dụng cho trụ cầu Nguyễn Văn Trỗi – Trần Thị Lý): Có tác dụng tăng độ dẻo ( độ sụt ) của hỗn hợp bê tông từ 4 – 6 lần mà vẫn đạt được cường độ bê tông như khi không pha phụ gia; Giảm mạnh sự mất sụt theo thời gian; Giảm lượng nước trộn bê tông từ 17 - 29% ( 30 – 48 Lít/m3 bê tông ), mà vẫn duy trì độ sụt như khi không pha phụ gia; do đó tăng cường độ bê tông ở tuổi 7 ngày và 28 ngày khoảng 25 – 45%, tăng đáng kể độ chống thấm, độ chống ăn mòn, độ dính bám với cốt thép và giảm độ co ngót của bê tông, tăng tuổi thọ của công trình; Giảm lượng dùng xi măng trong bê tông khoảng 15 20% (50-70 kg/m3 bê tông ) và giảm lượng nước tương ứng để tỷ lệ N/X không thay đổi, vẫn giữ nguyên độ sụt và cường độ bê tông như khi không pha phụ gia. - BAFS GLENIUM 113 SURETEC220 (Áp dụng cho dầm cầu Nguyễn Văn Trỗi – Trần Thị Lý): Là phụ gia thế hệ mới có tính năng duy trì độ sụt cực tốt cho bê tông. Thành phần bao gồm các polymer polycarboxylate ether. Sản phẩm này được chế tạo đặc biệt để đạt hiệu quả giảm nước cao và duy trì độ sụt lâu dài. Nó cũng cải thiện đáng kể khả năng duy trì độ sụt và độ linh động cho bê tông so với phụ gia siêu dẻo thông thường. Có thể nói với các thành phần cấp phối trên, bổ sung hàm lượng chất phụ gia tăng dẻo hợp lý chúng ta sẽ có một thành phần cấp phối bê tông cường độ cao có khả năng tự đầm, rất phù hợp trong điều kiện thi công tại công xưởng mà không cần phải tốn chi phí đầu tư thiết bị máy móc ban đầu lớn. II. Nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao trong kết cấu mương dọc, hố ga thoát nước 1. Tính toán chịu lực của mương dọc, hố ga Để thuận lợi cho việc so sánh về giải pháp kỹ thuật và hiệu quả kinh tế, tiến hành tính toán nội lực phát sinh trong kết cấu mương dọc đậy đan chiều cao mương 0,8m và hố ga có chiều cao H = 2,0m. Trên cơ sở đó, đề xuất kích thước hình học cho loại kết cấu này. a) Sơ đồ chịu lực của mương dọc, hố ga B H Trường hợp 1: Giai đoạn thi công/ duy tu E A Giai đoạn này chưa/không đậy nắp đan mương dọc. Tải trọng bên ngoài tác dụng chỉ gồm Áp lực đất; A Trường hợp nay, thân mương được tính an toàn coi như bản conxon ngàm 1 phương, thân hố ga coi như bản ngàm 3 cạnh. q = 0,3T/m2 Trường hợp 2: Giai đoạn khai thác Giai đoạn này đã đậy nắp đan mương dọc, hố ga. Tải trọng bên ngoài tác dụng gồm Áp lực đất; Tải trọng đoàn người q = 300kg/m2. H B E Trường hợp nay, thân mương được tính như bản 1 đầu ngàm, 1 đầu kê, thân hố ga coi như bản ngàm 3 cạnh, 1 cạnh kê. 16 b) Sơ đồ nội lực phát sinh Cho giai đoạn đang khai thác Cho giai đoạn đang thi công c) Bảng tính kết cấu công trình: Xem Phụ lục 1 CÀÕT NGANG MÆÅNG BTCDC B=60cm 2. Đề xuất cấu tạo kết cấu mương dọc, hố ga thoát nước điển hình TÈ LÃÛ: 1/25 - Đan mương dọc có kích thước rộng (60-120)cm, dày 3cm, dài 2,0m có mối nối âm dương, (không niềng thép góc) trọng lượng 90kg160kg/tấm. - Mương dọc có H < 1,5m, chiều dày thành mương từ (4 -5)cm, chế tạo thành từng modun phân đoạn 1-2m, mối nối âm dương, trọng lượng sẽ từ 0,5-1,0T/ cấu kiện. 17 - Đan hố ga có kích thước (60x120x3)cm, gồm 02 tấm, không niềng thép góc. Trọng lượng 47,5kg/tấm. - Hố ga có H < 2,0m, chiều dày thành hố ga từ (8-10)cm, chế tạo thành từng modun, trọng lượng khoảng 2,3T/ cấu kiện 3. Khả năng áp dụng a) Khả năng chế tạo bê tông cường độ cao trong điều kiện địa phương: Thông qua các kết quả thí nghiệm ở bảng 3, cho thấy hiện nay với vật liệu sẵn có ở địa phương và sử dụng hàm lượng hợp lý phụ gia cần thiết, chúng ta hoàn toàn có thể chế tạo được bê tông có cường độ cao đến 70MPa, có khả năng tự đầm, đáp ứng được yêu cầu chế tạo tại chỗ. b) Khả năng sản xuất, thi công: Đơn giản, có thể tổ chức thi công ngay tại công trường, đặc biệt là công trường có mặt bằng gia công từ 100m2 – 300m2 do không đòi hỏi thiết bị, máy móc phức tạp. Hình ảnh dưới đây mô tả công đoạn sản xuất 01 hố ga định hình đúc sẵn. Giai đoạn 1: Lắp dựng ván khuôn trong và ván khuôn ngoài 18 Giai đoạn 3: Hình thành sản phẩm Giai đoạn 2: Triển khai đổ bê tông theo công nghệ bê tông cường độ cao (tự đầm). Giai đoạn 4: Chuẩn bị mặt bằng móng Giai đoạn 5: Cẩu lắp và hoàn thiện III. So sánh, đánh giá đối với kết cấu mương dọc, hố ga hiện nay 1. So sánh về các chỉ tiêu kỹ thuật - Hình thức kết cấu sắc sảo, có bề mặt láng mịn, đẹp (cả bên trong và bên ngoài), sai số nhỏ do bắt buộc phải dùng bộ ván khuôn chuẩn; - Tỷ lệ thành phần cấp phối được kiểm soát tạo ra sản phẩm có độ đồng đều cao, độ nhẵn bề mặt cả bên ngoài lẫn bên trong lòng sản phẩm đều cao; - Độ bền cấu kiện lớn hơn do không sử dụng cốt thép, đồng thời độ đặc chắc cao hơn nên đã giảm tối đa ảnh hưởng của các tác nhân xâm thực; khả năng chống thấm, chống ăn mòn, chống xâm thực rất cao do hầu như không còn bọt khí bên trong; - Trọng lượng cấu kiện nhỏ, nhẹ hơn so với kết cấu bê tông / BTCT thông thường; HÄÚ GA BTCĐC 1,225 m3 BT 3,1 T/cấu kiện HÄÚ GA (KT 1,2x1,2x2,0) HÄÚ GA BÃ TÄNG HÄÚ GA BTCT THÆÅÌNG 5,30 m3 BT 1,53 m3 BT 164,64 kg thép 237,72 kg thép (góc, đan hố ga) (góc, đan hố ga) 8,24 T/cấu kiện 3,83 T/cấu kiện MÆÅNG DOÜC (1m) ÄÚNG BTLT BT CÂ CAO 800 100X100 1,65 T/cấu kiện 1,14 T/cấu kiện 19