Quy trình tính toán thi công sàn ứng lực trước

~~

Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ xây dựng







QUI TRèNH THI CễNG SN Bấ TễNG NG LC
TRC CNG SAU Cể BM DNH


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
CHUYấN NGNH XY DNG DN DNG V CễNG NGHIP

Hà Nội 2012


~~

Mục lục
Trang
Mục lục 1
Danh mục các bảng biểu 4
Danh mục hình vẽ đồ thị 5
Mở đầu 6
Mở đầu 6
Tính cấp thiết của đề tài 6
Mục đích nghiên cứu của đề tài 7
Nội dung nghiên cứu của luận văn 8
Giới hạn nghiên cứu 8
Đối t-ợng nghiên cứu 8
Ph-ơng pháp nghiên cứu 8
í nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9
Ch-ơng 1 - tổng quan về BÊ TÔNG ứng lực tr-ớc 10
1.1 Sơ l-ợc lịch sử phát triển kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc 10
1.2 ng dụng bê tông ứng lực tr-ớc ở Việt Nam 14
1.3 Khái niệm về bê tông ứng lực tr-ớc 16
1.4 Một số giải pháp thi công bê tông cốt thép ứng lực tr-ớc 18
1.4.1 Ph-ơng pháp căng tr-ớc 18
1.4.2 Ph-ơng pháp căng sau 19
1.4.2.1 Ph-ơng pháp căng ngoài kết cấu 20
1.4.2.2 Ph-ơng pháp căng sau dùng có bám dính 20

1.4.2.3 Ph-ơng pháp căng sau dùng cáp không bám dính 21
1.4.2.4 Ph-ơng pháp gây ứng lực tr-ớc không toàn phần 22
1.4.3 Một số công nghệ tạo ứng suất tr-ớc ngoài hai ph-ơng pháp căng tr-ớc và
căng sau 22
1.4.3.1 Sử dụng xi măng tr-ơng nở tạo ứng suất tr-ớc trong bê tông 23
1.4.3.2 Dùng kích ép ngoài để tạo ứng suất 23


~~

1.5 Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng suất tr-ớc 23
1.5.1 Bê tông c-ờng độ cao 23
1.5.2 Thép c-ờng độ cao 24
1.5.3 Các vật liệu khác 25
1.5.3.1 ng gen 25
1.5.3.2 Vữa phụt 27
1.5.3.3 Neo 27
1.6 Thiết bị sử dụng tạo ứng suất tr-ớc 30
Ch-ơng 2 Cơ sở khoa học của qui trình thi công sàn bê
tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính 34
2.1 Các quan niệm phân tích kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc 34
2.2 Các giai đoạn tính toán 35
2.3 Các ph-ơng pháp tính nội lực trong sàn 35
2.3.1 Ph-ơng pháp phân phối trực tiếp 35
2.3.2 Ph-ơng pháp phân khung t-ơng đ-ơng 38
2.3.3 Ph-ơng pháp phần tử hữu hạn 41
2.4 Tính toán thiết kế sàn bê tông ứng lực tr-ớc 42
2.4.1 Giới thiệu chung 42
2.4.2 Thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực tr-ớc căng sau 43
2.5 Yêu cầu kỹ thuật khi thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám

dính 43
2.5.1 Bảo quản vật liệu 44
2.5.2 Lắp đặt cáp ứng lực tr-ớc 45
2.5.3 Đổ bê tông 47
2.5.4 Kéo căng 47
2.5.4.1 An toàn 48
2.5.4.2 Qui trình kéo căng và đo lực kéo 49
2.5.5 Cáp ngắn 50
2.5.6 Sự cố trong kéo căng 50
2.5.7 Bơm vữa 53


~~

2.5.8 Hoàn thiện 54
2.6 Yêu cầu kỹ thuật khi căng sau thép ứng lực tr-ớc 54
2.6.1 Bố trí thép căng 54
2.6.2 Neo cho thép ứng lực tr-ớc 54
2.6.3 Qui trình căng thép 55
2.7 Yêu cầu cấu tạo với kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc 56
2.7.1 Bố trí cốt thép kéo căng 56
2.7.2 Bố trí neo ứng lực tr-ớc và bộ nối ứng lực tr-ớc 57
2.7.3 Bố trí cốt thép th-ờng trong kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc 57
Ch-ơng 3 qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc
căng sau có bám dính 58
3.1 Cơ sở lập biện pháp và qui trình thi công 58
3.2 Chuẩn bị vật t- và thiết bị cho công trình 60
3.2.1 Chuẩn bị vật t- 60
3.2.2 Chuẩn bị thiết bị 61
3.3 Qui trình thi công 61

3.3.1 Công tác lắp đặt cáp 62
3.3.2 Công tác kéo cáp 70
3.3.3 Công tác bơm vữa 73
3.3.4 Thử vữa 75
3.3.5 Công tác an toàn 76
3.4 Các qui trình nghiệm thu 77
3.4.1 Qui trình nghiệm thu lắp đặt đ-ờng cáp 77
3.4.2 Qui trình nghiệm thu công tác kéo căng 78
3.4.3 Qui trình nghiệm thu công tác trộn vữa và bơm vữa 80
3.4.4 Qui trình nghiệm thu kết quả kéo căng 81
3.5 Ph-ơng pháp xử lý sự cố 83
3.5.1 Xử lý sự cố trong công tác lắp đặt 83
3.5.2 Xử lý sự cố trong công tác kéo căng 83
3.5.3 Xử lý sự cố trong công tác bơm vữa cho đ-ờng cáp 83


~~

Kết luận và kiến nghị 85
1. Kết luận 85
2. Kiến nghị 86
3. H-ớng nghiên cứu tiếp theo 86
Tài liệu tham khảo 87
DANH MụC CáC BảNG BIểU
Bảng 1.1 Một số đặc tính của cáp ứng lực tr-ớc 25
Bảng 1.2 Một số tiết diện ống gen 26
Bảng 1.3 Một số đặc tính của vữa bơm 27
Bảng 1.4 Một số kích th-ớc đầu neo sống 29
Bảng 1.5 Các thiết bị cần thiết đối với ph-ơng pháp căng sau có bám dính 30
Bảng 2.1 Giới hạn sai số theo ph-ơng thẳng đứng của tuyến cáp 47

DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị
Hình 1.1 Sơ đồ gây ứng suất tr-ớc trong cấu kiện bê tông chịu nén bằng cốt thép
c-ờng độ cao 11
Hình 1.2 Bản móng sử dụng bê tông ứng lực tr-ớc 12
Hình 1.3 Nhà cao tầng sử dụng hệ sàn phẳng bê tông ứng lực tr-ớc 12
Hình 1.4 Tr-ờng học sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc 13
Hình 1.5 Bãi đỗ xe sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc 13
Hình 1.6 Sơ đồ bố trí căng cáp trên mặt bằng dọc theo các trục ngang và dọc công
trình 14
Hình 1.7 Cao ốc Đất Ph-ơng Nam sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng
sau 15
Hình 1.8 Công trình Becamex tower sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng
sau 16
Hình 1.9 Sơ đồ ph-ơng pháp căng tr-ớc 18
Hình 1.10 Sơ đồ ph-ơng pháp căng sau 19
Hình 1.11 Mặt bằng bố trí cáp ƯLT căng sau có bám dính 21
Hình 1.12 Mặt bằng bố trí cáp ƯLT căng sau không bám dính 22
Hình 1.13 Sơ đồ tạo ƯLT bằng kích ép ngoài 23


~~

Hình 1.14 Hình dạng thép c-ờng độ cao 24
Hình 1.15 Hình dạng một số ống gen 26
Hình 1.16 Hình dạng đầu neo sống 28
Hình 1.17 Hình dạng đầu neo chết 28
Hình 1.18 Hình dạng kích kéo 31
Hình 1.19 Hình dạng tang tở cáp 31
Hình 1.20 Hình dạng máy ép đầu neo chết 31
Hình 1.21 Hình dạng máy bơm thủy lực 32

Hình 1.22 Hình dạng máy bơm vữa 32
Hình 1.23 Hình dạng máy trộn vữa 33
Hình 1.24 Hình dạng đồng hồ đo áp lực 33
Hình 2.1 Sơ đồ dải cột và dải nhịp 37
Hình 2.2 Sơ đồ khung t-ơng đ-ơng 39
Hình 2.3 Cột t-ơng đ-ơng 40
Hình 3.1 Chi tiết lắp đặt đầu neo sống 63
Hình 3.2 Chi tiết đầu neo sống 63
Hình 3.3 Công tác gia công cáp 64
Hình 3.4 Chi tiết nối ống gen 65
Hình 3.5 Công tác lắp đặt cáp 66
Hình 3.6 Công tác lắp đặt cáp 67
Hình 3.7 Lắp đặt con kê cho đ-ờng cáp 68
Hình 3.8 Lắp đặt vòi bơm vữa cho đ-ờng cáp 68
Hình 3.9 Chi tiết vòi bơm vữa 69
Hình 3.10 Công tác đổ bê tông 69
Hình 3.11 Thứ tự kéo cáp trong đầu neo sống 71
Hình 3.12 Công tác kéo cáp 71
Hình 3.13 Hình ảnh vữa bơm 75






~~

Mở đầu
Tính cấp thiết của đề tài
Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và các thành phố khác trong những năm qua

đã có những b-ớc đột phá trong việc xây dựng các khu chung c- cao tầng và nhà
làm việc. Trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, sàn nhà là bộ phận
chiếm tỷ lệ lớn, chịu lực phức tạp và có cấu tạo rất đa dạng. Khi công trình ít tầng
thì giá thành chi phí cho sàn chiếm một tỷ lệ lớn. Đối với nhà nhiều tầng, do công
trình chịu lực ngang cũng nh- tải trọng bản thân kết cấu lớn lên chi phí cho các bộ
phận chịu lực ngang cũng nh- cột, t-ờng sẽ tăng song chi phí cho sàn vẫn chiếm tỷ
lệ cao. Sở dĩ nh- vậy là do sàn có tác động trực tiếp đến các bộ phận chịu lực khác
nh- cột, dầm, t-ờng. Sàn cũng có ảnh h-ởng đến chiều cao tầng, đến khối l-ợng trát,
ốp lát.
Theo con số thống kê của công ty VSL(Vorspann System Losinger) thì với công
trình cao tầng khoảng 40 tầng, trọng l-ợng sàn chiếm đến 50% trọng l-ợng toàn
công trình. Do vậy, việc nghiên cứu để giảm nhẹ trọng l-ợng sàn sẽ có ý nghĩa rất
quan trọng. Do sàn nhà chiếm một vị trí quan trọng nh- vậy nên ở các n-ớc phát
triển đã sử dụng nhiều loại sàn bê tông cốt thép ứng lực tr-ớc do có những -u điểm
mà sàn bê tông cốt thép th-ờng không có đ-ợc. Đó là:
- Ngoài các -u điểm của bê tông ứng lực tr-ớc thì hệ sàn có một -u điểm là cho
phép có tỷ lệ/ chiều cao lớn hơn (chiều cao tầng nhỏ hơn). Chiều cao tầng phụ
thuộc vào hệ kết cấu có dầm hay không có dầm. Nếu hệ kết cấu sàn không có
dầm với b-ớc cột lớn thì chiều cao tầng có thể giảm và tính linh hoạt của không
gian ở trong các căn hộ cũng nh- phòng làm việc sẽ cao hơn nhiều so với nhà có
b-ớc cột bé hoặc nhà có b-ớc cột lớn nh-ng lại có dầm. Đặc biệt là những nhà có
sử dụng hệ thống điều hoà không khí trung tâm thì giải pháp sàn không dầm lại
rất tiện lợi. Việc tổ chức không gian ở và làm việc tính linh hoạt (có thể thay đổi
trong t-ơng lai).


~~

- Để khắc phục yếu tố độ võng đối với bản sàn không dầm với b-ớc cột lớn, biện
pháp hiệu quả nhất là dùng bê tông dự ứng lực. Hiện nay, công nghệ kéo căng bê

tông dự ứng lực đã triển khai t-ơng đối mạnh, đặc biệt trong lĩnh vực cầu đ-ờng.
- Với 1 nhịp lớn, sàn bê tông ứng lực tr-ớc cần ít bê tông hơn.
- Nếu phần lớn tải trọng do cốt thép ứng lực tr-ớc chịu, cốt thép không ứng lực
tr-ớc có thể đ-ợc đơn giản hoá và tiêu chuẩn hoá ở mức độ cao. Hơn nữa, vật liệu
cần cẩu lắp giảm do trọng l-ợng thép (không ứng lực tr-ớc và ứng lực tr-ớc) và
bê tông nhỏ hơn so với sàn bê tông cốt thép.
- Sàn bê tông ứng lực tr-ớc khi cho phép tháo cốp pha sớm hơn.
- Việc lắp ráp các cấu kiện đúc sẵn bằng bê tông ứng lực tr-ớc tránh đ-ợc các liên
kết phức tạp của các thanh cốt thép, do đó giảm đáng kể thời gian lắp dựng. Sàn
nhà xây dựng nhanh thì việc hoàn thiện có thể kết thúc sớm, đ-a công trình vào
khai thác sớm. Thông th-ờng với mặt bằng sản một tầng từ 1.000-2.000m2 thì cứ
10 ngày có thể thi công xong.
- Có thể đ-ợc áp dụng đồng thời với các công nghệ khác để tăng tiến độ ( Cốp pha
leo, cốp pha bản, cút nối thép, cốp pha vách định hình )
Do sàn nhà chiếm một vị trí quan trọng nh- vậy nên ở các n-ớc phát triển đó sử
dụng nhiều loại sàn bê tông cốt thép ứng lực tr-ớc do có những -u điểm mà sàn bê
tông cốt thép th-ờng không có đ-ợc. Việc thi công sàn bê tông cốt thép ứng lực
tr-ớc ở các n-ớc phát triển nh- Anh, Mỹ, c đã áp dụng rất rộng rãi và phổ biến. ở
Việt Nam việc thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căn sau có bám dính cũng đó và
đang phát triển. Nghiên cứu và đ-a ra ph-ơng pháp hợp lý khi thi công sàn bê tông
ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính tránh xảy ra các sự cố gây tổn thất đến tiền của,
tăng tiến độ thi công là điều rất cần thiết. Tác giả muốn thông qua đề tài này sẽ tìm
hiểu rõ hơn ph-ơng pháp thi công sàn bê tông tr-ớc căng sau có bám dính, từ đó đ-a
ra cách giải quyết hợp lý hơn.
Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có
bám dính từ đó đề xuất qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám
dính.

~~

Nội dung nghiên cứu của luận văn
Nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm
- Tìm hiểu các quan điểm tính toán sàn bê tông ứng lực tr-ớc, cấu tạo cơ bản để từ
đó hiểu rõ qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính (giữa
lý thuyết và thực tiễn).
- Tìm hiểu các tiêu chuẩn h-ớng dẫn việc thi công và thiết kế sàn bê tông ứng lực
tr-ớc (tiêu chuẩn n-ớc ngoài và tiêu chuẩn trong n-ớc).
- Tìm hiểu qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính của các
nhà thầu nổi tiếng trên thế giới và các nhà thầu trong n-ớc để từ đó đ-a ra qui trình
thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính phù hợp với điều kiện thi
công trong n-ớc.
Giới hạn nghiên cứu
Luận văn chỉ nghiên cứu qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có
bám dính của công trình thông qua:
- Qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính của hai nhà thầu
n-ớc ngoài VSL (Thụy Sỹ) và Freyssinet (Pháp), hai nhà thầu trong n-ớc Viện
Khoa học công nghệ xây dựng và Công ty Cổ phần Kỹ thuật Xây dựng Phú Mỹ.
- Căn cứ vào các tiêu chuẩn n-ớc ngoài: ACI 318-1999; UBC-1997; ASTM 416-
1998; BS 4447-1973.
- Căn cứ vào các tiêu chuẩn trong n-ớc: TCVN 3118-1993; TCVN 197-1995; TCVN
198-1985; TCVN 4453-1995; TCVN 5308-1991.
Đối t-ợng nghiên cứu
- Các công trình nhà cao tầng.
Ph-ơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu về mặt lý thuyết;
- Thu thập số liệu thực tế của các công trình đã thi công của các nhà thầu trong và
ngoài n-ớc;
í nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

~~

Đ-a ra qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính phù hợp
với điều kiện thi công trong n-ớc nhằm hạn chế tối đa các rủi ro có thể xảy ra trong
quá trình thi công, ảnh h-ởng đến tiến độ và tài chính của Chủ đầu t

~~

Ch-ơng 1 tổng quan về bê tông ứng lực tr-ớc
1.1 Sơ l-ợc lịch sử phát triển kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc [2]
Nguyên lý gây ứng lực tr-ớc (ƯLT) đã đ-ợc ứng dụng trong thực tế từ hàng trăm
năm nay. Khi chế tạo những thùng chứa chất lỏng nh- n-ớc, r-ợu. hay khi làm
trống, các thanh gỗ phẳng hoặc cong đ-ợc ghép lại thật khít nhờ những đai bằng dây
thừng hay bằng kim loại. Khi xiết chặt các vành đai trong thành thùng xuất hiện các
ứng lực nén vòng ng-ợc chiều tác dụng với các ứng suất kéo gây ra do áp lực thủy
tĩnh hay áp lực hơi. Nhờ vậy trong thành thùng còn lại những ứng suất nén hoặc kéo
vòng với giá trị nhỏ so với khả năng chịu nén, kéo của vật liệu đồng thời tạo nên sự
khít chặt giữa các mảnh ghép thành thùng. Kết quả thùng có thể chịu đ-ợc áp lực
lớn của chất lỏng bên trong mà không bị thấm hay rò rỉ.
Nguyên lý này đã đ-ợc P G. Jackson (Mỹ) đ-a vào áp dụng thành công cho vòm
gạch, đá, bê tông từ năm 1886. Tiếp theo K.During (Đức) đã gây đ-ợc ứng suất nén
trong bản bê tông bằng việc căng tr-ớc cốt thép th-ờng. Tuy vậy ph-ơng pháp này
không đem lại hiệu quả mong muốn vì chỉ một thời gian ngắn sau khi căng và bê
tông đã đông cứng thì trong bê tông hầu nh- không còn ứng suất nén nữa. Hiện
t-ợng này đ-ợc gọi là sự tổn hao ứng suất. Khi dùng cốt thép thông th-ờng có c-ờng
độ thấp không v-ợt quá 1225 kg/cm2 và biến dạng (độ dãn dài tỷ đối) chỉ đạt tới giá
trị bằng
=/E = 1225/2100000 = 0,0006
Với trị biến dạng này chỉ vừa đủ cân bằng các biến dạng theo h-ớng ng-ợc chiều
xảy ra trong quá trình trùng cốt thép, bê tông co ngót và từ biến khi kết cấu chịu tải
hoặc do các nguyên nhân khác.
Trong những năm 1928-1929 kỹ s- nổi tiếng ng-ời Pháp E.Freyssinet đã lần đầu
tiên chứng minh đ-ợc có thể và cần sử dụng loại thép có c-ờng độ cao để nâng cao
lực gây ứng suất tr-ớc trong bê tông lên tới trên 400 kG/cm2 mới có thể triệt tiêu

đ-ợc toàn bộ các tổn hao ứng suất do các nguyên nhân xẩy ra trong quá trình thi
công và sử dụng kết cấu. Ông đã căng các sợi thép có giới hạn bền (tr-ớc thời điểm
bị kéo đứt) fu = 17000kG/cm2 và để gây ứng lực tr-ớc trong bê tông, ứng suất trong
cốt căng đã đạt đến giá trị fp = 10000 kG/cm2 bằng 70-80% giới hạn bền (fu).


~~

Trong tr-ờng hợp này biến dạng của thép căng sau đã bị trừ đi tổng các giá trị biến
dạng do các tổn hao xẩy ra trong quá trình căng và chịu lực có thể lên tới 0,0008
(0,08%) vậy biến dạng còn lại trong cốt thép căng có giá trị: 0,005-0,0008 = 0,0042
t-ơng ứng với ứng suất còn tồn tại trong cốt thép để gây ứng lực tr-ớc trong bê tông
là:
= E. = 2100000 x 0,0042 = 8600 kG/cm2 (860 Mpa)
Kết quả thí nghiệm cho thấy ứng suất nén tr-ớc trong bê tông vẫn còn tồn tại với
một giá trị đủ để cân bằng từng phần hay toàn bộ các ứng suất kéo trong kết cấu khi
chịu tải

Hình 1.1 Sơ đồ gây ứng suất tr-ớc trong cấu kiện bê tông chịu nén bằng cốt thép
c-ờng độ cao [2]
Thành công trong việc gây ứng lực tr-ớc bằng việc sử dụng cốt thép c-ờng độ cao
đã nhanh chóng đ-a kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc vào các công trình xây dựng. Đến
năm 1939 E.Freyssinet đã sáng chế ra công cụ căng thép bằng loại kích rỗng 2 thì
và bộ neo hình côn có độ tin cậy cao trong việc giữ hai hoặc một đầu cốt thép đ-ợc
căng không bị tuột đảm bảo cho sự truyền lực căng vào kết cấu trong quá trình thi
công và sử dụng.
Tại châu Âu kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc phát triển nhanh chóng ở Pháp, Bỉ,
Anh, Đức, Thụy Sỹ, Hà Lan. Trong gần 500 cầu đ-ợc xây dựng ở Đức từ năm 1949
đến 1953 đã có 350 cầu dùng bê tông ƯLT. Tại Nga hiện nay các cấu kiện bê tông
đúc sẵn nh- tấm sàn từ 6m, dầm, giàn khẩu độ 18m trở lên đều qui định dùng bê

tông ƯLT. Tại Mỹ chú trọng ứng dụng bê tông ứng lực tr-ớc vào xây dựng các bể
chứa nhiên liệu có dung tích từ 10000 m
3
trở lên.


q
p
q
P

t
p

c
p

c
q

t
q

c

b

t

bt

~~









H×nh 1.2 B¶n mãng sö dông bª t«ng øng lùc tr-íc (t¸c gi¶ s-u tÇm)


H×nh 1.3 Nhµ cao tÇng sö dông hÖ sµn ph¼ng bª t«ng øng lùc tr-íc
(t¸c gi¶ s-u tÇm)









~~

Hình 1.4 Tr-ờng học sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc (tác giả s-u tầm)

Hình 1.5 Bãi đỗ xe sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc (tác giả s-u tầm)
Công nghệ căng cốt thép cũng đ-ợc cải tiến, ngày một hiện đại. Các kích thủy lực
có công suất lớn cho phép căng đồng thời hàng chục bện, bó cáp với lực căng từ 200
tấn đến 600 tấn có hành trình của kích từ 1,25m đến 1,5m. Thậm chí cùng một lúc
có thể căng 2, 3 bệ với tổng lực căng tới 1200 tấn và 2400 tấn.
Trong lĩnh vực xây dựng nhà cao tầng, sử dụng bê tông ƯLT cho phép tăng kích
th-ớc l-ới cột, hoặc giảm chiều dày sàn, khối l-ợng thép cũng giảm đáng kể. Các ô
sàn phẳng không dầm khẩu độ tới 15,6m mà chiều dày bê tông ƯLT đúc sẵn, mỗi
tấm sàn phẳng có trọng l-ợng từ 300 tấn đến 800 tấn cũng đ-ợc phổ biến ở châu Âu.




~~


Hình 1.6 Sơ đồ bố trí căng cáp trên mặt bằng dọc theo các trục ngang và dọc công
trình [2]
châu , nhất là các n-ớc trong khu vực, các kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc
đ-ợc ứng dụng phổ biến một phần nhờ đã sản xuất đ-ợc các loại thép c-ờng độ cao,
các loại cáp ƯLT, các loại neo và phụ kiện kèm theo phù hợp với các tiêu chuẩn tiên
tiến có giá thành hợp lý nh- Trung Quốc Singapore, Thái Lan.
1.2 ng dụng kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc ở Việt Nam [2]
Kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc đ-ợc nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam từ những
năm 60 thế kỷ XX. Cầu Phủ Lỗ và các kết cấu chịu lực nhà máy đóng tàu Bạch
Đằng là những công trình ứng dụng công nghệ bê tông ứng lực tr-ớc đầu tiên do các
đơn vị thiết kế trong n-ớc thực hiện. Tại miền Nam thời kỳ tr-ớc năm 1975 đã có
những x-ởng đúc dầm bê tông ứng lực tr-ớc. Đặc biệt đã sử dụng bê tông ứng lực
tr-ớc vào xây dựng 8 thủy đài có dung tích lớn tại Sài Gòn. Các công trình này do

các Công ty t- vấn thiết kế của pháp thiết kế và xây dựng.
Từ những năm 80 thế kỷ tr-ớc đến nay công nghệ bê tông ứng lực tr-ớc đã phát
triển ở Việt Nam khá nhanh chóng với trình độ tiên tiến thế giới. Tr-ớc đây một vài
dự án nhà cao tầng ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh do các công ty n-ớc ngoài
thiết kế kết cấu sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau. Từ năm 1995 công trình Nhà
Điều Hành Đại học Quốc Gia Hà Nội đ-ợc các đơn vị thiết kế, đơn vị thi công và
giám sát trong n-ớc thực hiện nó đánh dấu b-ớc phát triển mới trong lĩnh vực xây
dựng nhà cao tầng ở Việt Nam.
Năm 1998, Tổng công ty VINACONEX đã nhập công nghệ bê tông ứng lực tr-ớc
tiền chế của n-ớc Cộng Hoà Pháp để sản xuất dầm sàn nhẹ cho xây dựng nhà ở (hệ
PPB) tại Nhà máy bê tông Xuân mai. Sản phẩm này hiện nay đã đ-ợc áp dụng rộng

A
6
B
D


~~

rãi tại Hà Nội và đặc biệt đã phát triển để xây dựng trên 10.000 căn nhà sàn v-ợt lũ
tại các tỉnh ĐBSCL. T-ơng lai sẽ phát triển tại dự án nhà ở tái định c- công trình
Thuỷ điện Sơn La.
Năm 1999, Liên doanh VINAROSE (hợp tác giữa VINACONEX và hãng
RONVEAUX - V-ơng quốc Bỉ) đã hợp tác triển khai công nghệ bê tông ứng lực
tr-ớc tại Nhà máy bê tông và xây dựng Xuân Mai để sản xuất các cấu kiện v-ợt
khẩu độ lớn bằng ph-ơng pháp căng kéo tr-ớc phục vụ cho xây dựng nhà ở dân
dụng, nhà công nghiệp, sân vận động và đặc biệt sản xuất dầm cầu phục vụ cho giao
thông Phạm vi áp dụng rất rộng rãi, giải quyết hầu hết các ph-ơng án xây dựng
hiện đại mang tính công nghiệp cao.
Cho đến nay nhiều nhà cao tầng, các công trình công nghiệp, công trình công
cộng đã và đang đ-ợc các đơn vị thiết kế, xây dựng trong n-ớc ứng dụng công nghệ
bê tông ứng lực tr-ớc ngày càng có hiệu quả:

Trung tâm th-ơng mại Hằng Hải quốc tế 21 tầng trong đó có 2 tầng hầm với tổng
diện tích sàn trên 10000m
2
.
Hệ khung công son có độ v-ơn 8m và 12m đỡ khán đài cung thể thao tổng hợp
Quần Ngựa Hà Nội, chung c- cao tầng 27 Huỳnh Thúc Kháng


Hình 1.7 Cao ốc Đất Ph-ơng Nam sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng
sau (tác giả s-u tầm)


~~


Hình 1.8 Công trình Becamex tower sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng
sau (tác giả s-u tầm)
Có thể nói hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc đã và đang là một nhu cầu không thể
thiếu trong xây dựng các nhà nhiều tầng tại các đô thị và thành phố trong n-ớc.
1.3 Khái niệm bê tông ứng lực tr-ớc [3]
Bê tông ứng lực tr-ớc (BTƯLT) là bê tông, trong đó thông qua lực nén tr-ớc để
tạo ra và phân bố một l-ợng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một
l-ợng mong muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra. Với các cấu kiện BTƯLT, ứng
suất th-ờng đ-ợc tạo ra bằng cách kéo thép c-ờng độ cao.
Bê tông th-ờng có c-ờng độ chịu kéo rất nhỏ so với c-ờng độ chịu nén. Đó là
nhân tố dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn hợp là bê tông cốt thép
(BTCT).
Việc xuất hiện sớm của các vết nứt trong BTCT do biến dạng không t-ơng thích
giữa thép và bê tông là điểm khởi đầu cho việc xuất hiện một loại vật liệu mới là bê
tông ứng suất tr-ớc. Việc tạo ra một ứng suất nén cố định cho một vật liệu chịu nén

tốt nh-ng chịu kéo kém nh- bê tông sẽ làm tăng đáng kể khả năng chịu kéo vì ứng
suất kéo xảy ra sau khi ứng suất nén đã bị vô hiệu. Sự khác nhau cơ bản giữa BTCT
và bê tông ƯLT là ở chỗ trong khi BTCT chỉ là sự kết hợp đơn thuần giữa bê tông và


~~

cốt thép để chúng cùng làm việc một cách bị động thì bê tông ƯLT là sự kết hợp
một cách tích cực, có chủ ý giữa bê tông c-ờng độ cao và cốt thép c-ờng độ cao.
Trong cấu kiện bê tông ƯLT, ng-ời ta đặt vào một lực nén tr-ớc tạo bởi việc kéo cốt
thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu h-ớng co lại và sẽ tạo nên lực nén tr-ớc, lực
nén tr-ớc này gây nên ứng suất nén tr-ớc trong bê tông và sẽ triệt tiêu hay làm giảm
ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra, do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của bê
tông và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt. Sự kết hợp rất hiệu quả đó đã tận dụng
đ-ợc các tính chất đặc thù của hai loại vật liệu, đó là trong khi thép có tính đàn hồi
và c-ờng độ chịu kéo cao thì bê tông là vật liệu dòn và có c-ờng độ chịu kéo rất nhỏ
so với c-ờng độ chịu nén của nó. Nh- vậy ứng lực tr-ớc chính là việc tạo ra cho kết
cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng c-ờng sự làm việc của vật
liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Chính vì vậy bê tông ƯLT đã trở thành
một sự kết hợp lý t-ởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có c-ờng độ cao.
So với BTCT th-ờng, BTCT ứng suất tr-ớc có các -u điểm cơ bản sau:
- Cần thiết và có thể dùng đ-ợc thép c-ờng độ cao.
ng suất trong thép thông th-ờng giảm từ 100 đến 240Mpa nh- vậy để phần ứng
suất bị mất đi chỉ là một phần nhỏ của ứng suất ban đầu thì ứng suất ban đầu của
thép phải rất cao, vào khoảng 1200 đến 2000Mpa. Để đạt đ-ợc điều này thì việc sử
dụng thép c-ờng độ cao là thích hợp nhất.
Cần phải sử dụng bê tông c-ờng độ cao trong BTCT ƯLT vì loại vật liệu này có
khả năng chịu kéo, chịu cắt, chịu uốn cao và sức chịu tải cao. Bê tông c-ờng độ cao
ít xảy ra vết nứt do co ngót, có mô đun đàn hồi cao hơn, biến dạng do từ biến ít hơn,
do đó ứng suất tr-ớc trong thép sẽ bị mất ít hơn. Việc sử dụng bê tông c-ờng độ cao

sẽ làm giảm kích th-ớc tiết diện ngang của cấu kiện. Việc giảm trọng l-ợng của cấu
kiện, v-ợt nhịp lớn hơn sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.
- Có khả năng chống nứt cao hơn (do đó khả năng chống thấm tốt hơn). Dùng
BTCT ƯLT, ng-ời ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong
vùng bê tông chịu kéo hoặc hạn chế sự phát triển bề rộng của khe nứt khi chịu tải
trọng sử dụng.
- Có độ cứng lớn hơn (do đó có độ võng và biến dạng bé hơn).


~~

1.4 Một số giải pháp thi công bê tông cốt thép ứng lực tr-ớc [3]
Hiện nay bê tông ứng lực tr-ớc tiền chế đ-ợc sản xuất theo hai ph-ơng pháp: kéo
căng tr-ớc và kéo căng sau
1.4.1 Ph-ơng pháp căng tr-ớc
Ph-ơng pháp này th-ờng sử dụng cho quy trình sản xuất các cấu kiện đúc sẵn.
Cốt thép ƯLT đ-ợc neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia đ-ợc kéo ra với lực kéo
N. D-ới tác dụng của lực N, cốt thép đ-ợc kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn dài
ra một đoạn, t-ơng ứng với các ứng suất xuất hiện trong cốt thép. Khi đó, đầu còn
lại của cốt thép đ-ợc cố định nốt vào bệ. Đổ bê tông, đợi cho bê tông đông cứng và
đạt c-ờng độ cần thiết thì buông cốt thép. Nh- một lò so bị kéo căng, các cốt thép
này có xu h-ớng co ngắn lại và thông qua lực dính giữa thép và bê tông, cấu kiện sẽ
bị nén với giá trị bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép.
Ưu điểm của ph-ơng pháp căng tr-ớc là có thể phân bố lực nén đều đặn trong cấu
kiện.
Nh-ợc điểm của ph-ơng pháp này là phải lắp đặt bệ tỳ phức tạp.


Hình 1.9 Sơ đồ ph-ơng pháp căng tr-ớc [3]
a Tr-ớc khi buông cốt thép ƯLT; b Sau khi buông cốt thép ƯLT

1 Cốt thép ƯLT; 2 Bệ căng; 3 Ván khuôn;
4 Thiết bị kéo thép; 5 Thiết bị cố định thép.
1.4.2 Ph-ơng pháp căng sau
Ph-ơng pháp này th-ờng sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ. Tr-ớc hết đặt
thép ƯLT và cốt thép thông th-ờng rồi đổ bê tông. Khi bê tông đạt đến c-ờng độ
a)
b)



~~

nhất định thì tiến hành căng cốt thép với ứng suất quy định. Sau khi căng xong, cốt
thép ƯLT đ-ợc neo chặt vào đầu cấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén
bằng lực đã dùng khi kéo căng cốt thép. Trong ph-ơng pháp căng sau, kết cấu BTCT
ƯLT đ-ợc chia làm 2 loại: kết cấu bê tông ƯLT dùng cáp dính kết và kết cấu bê
tông ƯLT dùng cáp không dính kết. Loại kết cấu bê tông ƯLT dùng cáp dính kết,
khi thi công phải đặt sẵn ống gen để luồn cáp, sau khi kéo căng cốt thép, tiến hành
bơm phụt vữa xi măng mác cao để chèn lấp khe hở giữa cáp thép và ống gen. Đầu
cáp thép đ-ợc neo chặt bằng nêm vào bê tông và trở thành các điểm tựa truyền lực
nén vào bê tông.
Ưu điểm của ph-ơng pháp căng sau là không cần bệ tỳ riêng, có thể dễ dàng thi
công kéo căng thép tại vị trí kết cấu tại công trình nh- thân xi lô, ống khói, dầm,
sàn



Hình 1.10 Sơ đồ ph-ơng pháp căng sau [3]
a - Trong quá trình căng; b - Sau khi căng
1 - Cốt thép ƯLT; Cấu kiện BTCT; 3 - ống rãnh

4 - Thiết bị kích; 5 - Neo
Tùy thuộc vào thể loại kết cấu, loại cốt thép và ph-ơng pháp thi công trong công
nghệ căng sau còn đ-ợc phân biệt nh- sau:
1.4.2.1 Ph-ơng pháp căng ngoài kết cấu [2]
b)

a)


~~

Ph-ơng pháp này sử dụng cho các kết cấu chịu kéo nh- thành bể chứa, tháp chứa
với việc căng thép liên tục theo vòng xoắn ốc, trong gia c-ờng, sửa chữa kết cấu, kể cả
những kết cấu đặc biệt nh- tháp vô tuyến truyền hình
Hệ thống vì kèo Hội tr-ờng Ba Đình tr-ớc đây đ-ợc xây dựng bằng bê tông cốt
thép có khẩu độ 21m từ thập kỷ 60 thế kỷ tr-ớc. Do quá trình tăng tải mái khi sửa
chữa, chống thấm nên các thanh chịu kéo bị nứt hàng loạt. Nhằm khắc phục việc phát
triển vế nứt đã tiến hành gây ứng lực nén ngoài cho các thanh chéo và thanh cánh hạ.
Việc gây ứng lực nén trong bê tông đ-ợc tiến hành theo các b-ớc:
- Xác định lực căng cần thiết sao cho đủ để không cho các vết nứt phát triển và mở
rộng. Bằng tính toán với nhiều sơ đồ tải trọng trong đó có các lực nén sau, để lựa
chọn ph-ơng án tối trong trình tự căng mà không ảnh h-ởng đến biến dạng của cả
hệ vì kèo.
- Lựa chọn cốt thép căng, vì lực căng cần thiết không quá lớn nên có thể dùng thép
thanh nhóm AIII.
- Trong quá trình căng phải kiểm tra lực căng trong cốt thép căng ngoài và biến dạng
của bê tông các thanh gia c-ờng. Do vậy trên các thanh cốt căng và trên vùng gần
gối tựa dán các phiến điện trở để có thể xác định ngay đ-ợc biến dạng thêm trong
kết cấu.
- Tiến hành có trình tự căng cho toàn bộ vì kèo.

- Kiểm tra kết quả gây ứng lực tr-ớc trong thời gian 3 tháng sau xử lý tr-ớc khi có
quyết định đ-a công trình vào sử dụng.
- Kết quả ph-ơng án gia c-ờng vì kèo bằng ph-ơng án căng ngoài hoàn toàn đạt
đ-ợc mục đích. Trên toàn bộ hệ thống vì kèo trong thời gian sử dụng sau này
không hề xuất hiện vết nứt.
1.4.2.2 Ph-ơng pháp căng sau dùng cáp có bám dính [2]
Đặc điểm của ph-ơng pháp này là từ 3 đến 5 bện cáp phải luồn vào trong ống thép
có đủ độ cứng để khi đầm và đổ bê tông cũng nh- khi bê tông co ngót và đông cứng
ống không bị biến dạng. Sau khi căng, ống phải nhồi vữa thật đầy không để lọt
khoảng không. Ph-ơng pháp này thích hợp cho các dầm chiều cao lớn. Trong sàn


~~

phẳng việc tập trung cáp vào ống dễ gây sự truyền lực cục bộ, trong sàn rất cần gây
ứng lực tr-ớc cho dải bản bên đầu cột.



Hình 1.11 Mặt bằng bố trí cápULT căng sau có bám dính (tác giả s-u tầm)
1.4.2.3 Ph-ơng pháp căng sau dùng cáp không bám dính [2]
Cáp không bám dính th-ờng là cáp 7 sợi có vỏ nhựa mềm cho mỗi bện. Cáp đ-ợc
luồn sẵn trong môi tr-ờng chống rỉ là loại mỡ không bị ô xi hóa (mỡ trung tính). Loại
cáp này rất thuận tiện cho việc gây ứng lực đều trên diện rộng của các loại sàn. Việc
bố trí cáp t-ơng tự nh- bố trí cốt thép th-ờng trong sàn. Có thể bố trí rời rạc hay chập
đôi từng 2 bện cáp làm một.

~~


Hình 1.12 Mặt bằng bố trí cáp ƯLT căng sau không bám dính (tác giả s-u tầm)
1.4.2.4 Ph-ơng pháp gây ứng lực tr-ớc không toàn phần [2]
Khi thiết kế các kết cấu bê tông có khẩu độ lớn hay chịu tải trọng sử dụng lớn
nh-ng tác động không th-ờng xuyên, việc phải tính toán với các tổ hợp nội lực bất
lợi th-ờng phải bố trí với số l-ợng lớn cốt thép ứng lực tr-ớc. Kết quả là sau khi
truyền ứng lực tr-ớc mà kết cấu mới chịu một phần tải trọng tính toán sẽ xảy ra hiện
t-ợng kết cấu có độ vồng lớn sẽ ảnh h-ởng đến quá trình sử dụng. Cho nên thay vì
đ-a vào toàn bộ cốt thép ƯLT vào kết cấu, ta có thể đ-a một l-ợng thép th-ờng
không căng vào cùng chịu lực. Sử dụng ph-ơng pháp gây ứng lực tr-ớc không toàn
phần cho một số kết cấu nh- hệ dầm công son đỡ khán đài Cung Thể thao tổng hợp
Quần Ngựa và hệ dầm mái khẩu độ 27m ở Hà Nội trong thời gian qua đã mang lại
kết quả nhất định.
1.4.3 Một số công nghệ tạo ứng suất tr-ớc ngoài hai ph-ơng pháp căng tr-ớc và
căng sau [3]
Ngoài 2 ph-ơng pháp căng tr-ớc và căng sau, trong BTCT ứng suất tr-ớc còn sử
dụng một số ph-ơng pháp sau
1.4.3.1 Sử dụng xi măng nở tạo ứng suất tr-ớc trong bê tông


~~

Theo ph-ơng pháp này, trong quá trình ninh kết và phát triển c-ờng độ, xi măng
nở làm tăng thể tích, các cốt thép trong bê tông sẽ ngăn cản sự dãn nở của xi măng,
kết quả là trong bê tông có một lực nén khoảng 600-700Mpa.
Ng-ời ta có thể sử dụng loại xi măng đặc biệt cho sự tr-ơng nở này. Song, thực tế
cũng có thể biến xi măng Pooclăng thông th-ờng thành loại xi măng đặc biệt này
bằng cách trộn thêm phụ gia aluminat và thạch cao. Loại xi măng tr-ơng nở tự tạo

ứng suất tr-ớc này dùng để chế tạo các kết cấu nh- bể chứa, cầu tàu, cọc, dầm,
panen mái che cho nhà công nghiệp. Ph-ơng pháp này còn gọi là ph-ơng pháp hoá
học để tạo ƯLT.
1.4.3.2 Dùng kích ép ngoài để tạo ứng suất tr-ớc:
Khác với 2 ph-ơng pháp căng tr-ớc và căng sau, kích đặt ở 2 đầu kết cấu không
dùng để kéo căng cốt thép ra mà dùng để ép chặt cấu kiện bê tông lại, cáp hoặc cốt
thép đ-ợc neo vào các gối tựa. Sau khi bỏ kích ra, tạo ra tr-ờng ƯLT luôn đ-ợc duy
trì trong kết cấu.

Hình 1.13 Sơ đồ tạo ứng ƯLT bằng kích ép ngoài [3]
1 Cấu kiện BTCT ƯLT; 2 Kích; 3 Bệ tỳ
1.5 Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng suất tr-ớc [3]
1.5.1 Bê tông c-ờng độ cao
Bê tông ứng suất tr-ớc yêu cầu sử dụng bê tông đạt c-ờng độ chịu nén cao trong
thời gian ngắn với c-ờng độ chịu kéo t-ơng đối cao hơn so với bê tông thông
th-ờng, độ co ngót thấp, tính từ biến thấp nhất và giá trị mô đun đàn hồi lớn. Theo
tiêu chuẩn n Độ IS:1343-1980, c-ờng độ chịu nén của khối lập ph-ơng tại 28 ngày
tuổi là 40Mpa đối với cấu kiện căng tr-ớc và 30Mpa đối với cấu kiện căng sau. Theo
tiêu chuẩn ACI318, bê tông đạt c-ờng độ chịu nén tại 28 ngày tuổi từ 27.58 đến
68.95 Mpa.
1.5.2 Thép c-ờng độ cao


~~

Thép ứng suất tr-ớc có thể là sợi, cáp hoặc thanh thép hợp kim.
- Thép sợi sử dụng cho bê tông ƯLT nói chung tuân theo tiêu chuẩn ASTM A421.
Sợi thép đ-ợc quấn thành cuộn và đ-ợc cắt và lắp ở nhà máy hay tại hiện tr-ờng.
Tr-ớc khi thi công, sợi thép cần đ-ợc vệ sinh bề mặt để tăng lực dính kết với bê
tông.

- Cáp ứng suất tr-ớc phổ biến nhất là loại cáp 7 sợi, có c-ờng độ chịu kéo tới hạn
fpu là 1720Mpa và 1860Mpa, kết dính hoặc không kết dính.
Hiện nay, ngoài loại cáp đơn 7 sợi còn có loại cáp bao gồm nhiều cáp đơn kết hợp
với nhau . Loại cáp này có -u điểm là mỏng, nhẹ và dẻo.
- Thép thanh sử dụng cho bê tông ƯLT tuân theo tiêu chuẩn ASTM A-322 và A29,
với yêu cầu có ứng suất phá hoại đạt tới 90% c-ờng độ giới hạn. Mặc dù c-ờng
độ giới hạn thực tế th-ờng đạt tới 1100 MPa, nh-ng giá trị tiêu chuẩn nhỏ nhất
th-ờng lấy là 1000 MPa. Hầu hết các tiêu chuẩn th-ờng đ-a ra giới hạn chảy nhỏ
nhất là 896 Mpa mặc dù giá trị thực tế còn cao hơn. Độ dãn dài nhỏ nhất tại lúc
phá hoại ở vị trí chiều dài bằng 20 lần đ-ờng kính là 4%, với độ giảm nhỏ nhất
của tiết diện tại lúc phá hoại là 25%.



Hình 1.14 Hình dạng thép c-ờng độ cao [3]