Luận văn thạc sĩ xây dựng QUI TRÌNH THI CÔNG sàn bê TÔNG ỨNG lực TRƯỚC CĂNG SAU có bám DÍNH

Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ xây dựng
Trường đại học kiến trúc hà nội

PHM VN CNG
KHểA: 2008-2011; LP CH08X

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
Mã số: 60.58.20

NGI HNG DN KHOA HC
TS. TRNH QUANG VINH

Hà Nội - 2011


Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ xây dựng
Trường đại học kiến trúc hà nội

PHM VN CNG

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 - 2011


LờI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên
cứu nào khác.

Hà nội, ngày

tháng năm 2011

Tác giả

Phạm Văn Cường


lời cảm ơn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS. Trịnh Quang Vinh đã tận tình
giúp đỡ, hướng dẫn và đưa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện thuận lợi,
cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ của khoa Sau đại học,
khoa Xây dựng trường Đại học Kiến trúc Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ,
chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Một lần nữa, tác giả xin chân thành cảm ơn!

1

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 tượng nghiên cứu ............................................................................................ ..8
Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ ..8
í nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................... ..9
Chương 1 - tổng quan về BÊ TÔNG ứng lực trước....................10
1.1 Sơ lược lịch sử phát triển kết cấu bê tông ứng lực trước ..................................... 10
1.2 ng dụng bê tông ứng lực trước ở Việt Nam ..................................................... 14
1.3 Khái niệm về bê tông ứng lực trước .................................................................... 16
1.4 Một số giải pháp thi công bê tông cốt thép ứng lực trước................................... 18
1.4.1 Phương pháp căng trước ................................................................................... 18
1.4.2 Phương pháp căng sau...................................................................................... 19
1.4.2.1 Phương pháp căng ngoài kết cấu................................................................... 20
1.4.2.2 Phương pháp căng sau dùng có bám dính ..................................................... 20
1.4.2.3 Phương pháp căng sau dùng cáp không bám dính ........................................ 21
1.4.2.4 Phương pháp gây ứng lực trước không toàn phần ......................................... 22
1.4.3 Một số công nghệ tạo ứng suất trước ngoài hai phương pháp căng trước và
căng sau .................................................................................................................. 22
1.4.3.1 Sử dụng xi măng trương nở tạo ứng suất trước trong bê tông ....................... 23

1.4.3.2 Dùng kích ép ngoài để tạo ứng suất .............................................................. 23


2

1.5 Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng suất trước....................................................... 23
1.5.1 Bê tông cường độ cao ....................................................................................... 23
1.5.2 Thép cường 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 trước ..................................................................... 30
Chương 2 Cơ sở khoa học của qui trình thi công sàn bê
tông ứng lực trước căng sau có bám dính ................................. 34
2.1 Các quan niệm phân tích kết cấu bê tông ứng lực trước ..................................... 34
2.2 Các giai đoạn tính toán ...................................................................................... 35
2.3 Các phương pháp tính nội lực trong sàn.............................................................. 35
2.3.1 Phương pháp phân phối trực tiếp...................................................................... 35
2.3.2 Phương pháp phân khung tương đương............................................................ 38
2.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn .......................................................................... 41
2.4 Tính toán thiết kế sàn bê tông ứng lực trước ....................................................... 42
2.4.1 Giới thiệu chung............................................................................................... 42
2.4.2 Thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trước căng sau ......................................... 43
2.5 Yêu cầu kỹ thuật khi thi công sàn bê tông ứng lực trước căng sau có bám
dính ........................................................................................................................... 43
2.5.1 Bảo quản vật liệu .............................................................................................. 44
2.5.2 Lắp đặt cáp ứng lực trước ................................................................................. 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


3

2.5.8 Hoàn thiện ........................................................................................................ 54
2.6 Yêu cầu kỹ thuật khi căng sau thép ứng lực trước .............................................. 54
2.6.1 Bố trí thép căng ................................................................................................ 54
2.6.2 Neo cho thép ứng lực trước .............................................................................. 54
2.6.3 Qui trình căng thép .......................................................................................... 55
2.7 Yêu cầu cấu tạo với kết cấu bê tông ứng lực trước ............................................. 56
2.7.1 Bố trí cốt thép kéo căng ................................................................................... 56
2.7.2 Bố trí neo ứng lực trước và bộ nối ứng lực trước.............................................. 57
2.7.3 Bố trí cốt thép thường trong kết cấu bê tông ứng lực trước.............................. 57
Chương 3 qui trình thi công sàn bê tông ứng lực trước
căng sau có bám dính ................................................................................. 58
3.1 Cơ sở lập biện pháp và qui trình thi công ........................................................... 58
3.2 Chuẩn bị vật tư và thiết bị cho công trình ........................................................... 60
3.2.1 Chuẩn bị vật tư ................................................................................................. 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 đường 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 Phương 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 đường cáp ........................................ 83


4

Kết luận và kiến nghị ................................................................................ 85
1. Kết luận ................................................................................................................. 85
2. Kiến nghị............................................................................................................... 86
3. Hướng 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 trước ....................................................... 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 thước đầu neo sống ................................................................ 29
Bảng 1.5 Các thiết bị cần thiết đối với phương pháp căng sau có bám dính ........... 30
Bảng 2.1 Giới hạn sai số theo phương thẳng đứng của tuyến cáp............................. 47
DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị
Hình 1.1 Sơ đồ gây ứng suất trước trong cấu kiện bê tông chịu nén bằng cốt thép
cường độ cao ............................................................................................................. 11
Hình 1.2 Bản móng sử dụng bê tông ứng lực trước .................................................. 12
Hình 1.3 Nhà cao tầng sử dụng hệ sàn phẳng bê tông ứng lực trước ........................ 12

Hình 1.4 Trường học sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực trước ..................................... 13
Hình 1.5 Bãi đỗ xe sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực trước ........................................ 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 Phương Nam sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực trước căng
sau ............................................................................................................................. 15
Hình 1.8 Công trình Becamex tower sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực trước căng
sau ............................................................................................................................. 16
Hình 1.9 Sơ đồ phương pháp căng trước ................................................................... 18
Hình 1.10 Sơ đồ phương 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


5

Hình 1.14 Hình dạng thép cường 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 tương đương .......................................................................... 39

Hình 2.3 Cột tương đương......................................................................................... 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 đường cáp ................................................................... 68
Hình 3.8 Lắp đặt vòi bơm vữa cho đường 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


6

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 bước đột phá trong việc xây dựng các khu chung cư 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 như tải trọng bản thân kết cấu lớn lên chi phí cho các bộ
phận chịu lực ngang cũng như cột, tường sẽ tăng song chi phí cho sàn vẫn chiếm tỷ
lệ cao. Sở dĩ như vậy là do sàn có tác động trực tiếp đến các bộ phận chịu lực khác
như cột, dầm, tường. Sàn cũng có ảnh hưởng đến chiều cao tầng, đến khối lượng 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 lượng sàn chiếm đến 50% trọng lượng toàn
công trình. Do vậy, việc nghiên cứu để giảm nhẹ trọng lượng sàn sẽ có ý nghĩa rất
quan trọng. Do sàn nhà chiếm một vị trí quan trọng như vậy nên ở các nước phát
triển đã sử dụng nhiều loại sàn bê tông cốt thép ứng lực trước do có những ưu điểm
mà sàn bê tông cốt thép thường không có được. Đó là:
- Ngoài các ưu điểm của bê tông ứng lực trước thì hệ sàn có một ưu 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 bước cột lớn thì chiều cao tầng có thể giảm và tính linh hoạt của không
gian ở trong các căn hộ cũng như phòng làm việc sẽ cao hơn nhiều so với nhà có
bước cột bé hoặc nhà có bước cột lớn nhưng 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 tương lai).


7

- Để khắc phục yếu tố độ võng đối với bản sàn không dầm với bước 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 tương đối mạnh, đặc biệt trong lĩnh vực cầu đường.
- Với 1 nhịp lớn, sàn bê tông ứng lực trước cần ít bê tông hơn.
- Nếu phần lớn tải trọng do cốt thép ứng lực trước chịu, cốt thép không ứng lực
trước có thể được đơn giản hoá và tiêu chuẩn hoá ở mức độ cao. Hơn nữa, vật liệu
cần cẩu lắp giảm do trọng lượng thép (không ứng lực trước và ứng lực trước) và
bê tông nhỏ hơn so với sàn bê tông cốt thép.
- Sàn bê tông ứng lực trước khi cho phép tháo cốp pha sớm hơn.
- Việc lắp ráp các cấu kiện đúc sẵn bằng bê tông ứng lực trước tránh được 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, đưa công trình vào
khai thác sớm. Thông thường với mặt bằng sản một tầng từ 1.000-2.000m2 thì cứ
10 ngày có thể thi công xong.
- Có thể được 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 như vậy nên ở các nước phát triển đó sử
dụng nhiều loại sàn bê tông cốt thép ứng lực trước do có những ưu điểm mà sàn bê
tông cốt thép thường không có được. Việc thi công sàn bê tông cốt thép ứng lực
trước ở các nước phát triển như Anh, Mỹ, c đã áp dụng rất rộng rãi và phổ biến. ở
Việt Nam việc thi công sàn bê tông ứng lực trước căn sau có bám dính cũng đó và
đang phát triển. Nghiên cứu và đưa ra phương pháp hợp lý khi thi công sàn bê tông
ứng lực trước 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 phương pháp thi công sàn bê tông trước căng sau có bám dính, từ đó đưa
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 trước căng sau có
bám dính từ đó đề xuất qui trình thi công sàn bê tông ứng lực trước căng sau có bám
dính.


8

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 trước, cấu tạo cơ bản để từ
đó hiểu rõ qui trình thi công sàn bê tông ứng lực trước căng sau có bám dính (giữa
lý thuyết và thực tiễn).
- Tìm hiểu các tiêu chuẩn hướng dẫn việc thi công và thiết kế sàn bê tông ứng lực
trước (tiêu chuẩn nước ngoài và tiêu chuẩn trong nước).

- Tìm hiểu qui trình thi công sàn bê tông ứng lực trước căng sau có bám dính của các
nhà thầu nổi tiếng trên thế giới và các nhà thầu trong nước để từ đó đưa ra qui trình
thi công sàn bê tông ứng lực trước căng sau có bám dính phù hợp với điều kiện thi
công trong nước.
Giới hạn nghiên cứu
Luận văn chỉ nghiên cứu qui trình thi công sàn bê tông ứng lực trước căng sau có
bám dính của công trình thông qua:
- Qui trình thi công sàn bê tông ứng lực trước căng sau có bám dính của hai nhà thầu
nước ngoài VSL (Thụy Sỹ) và Freyssinet (Pháp), hai nhà thầu trong nước Viện
Khoa học công nghệ xây dựng và Công ty Cổ phần Kỹ thuật Xây dựng Phú Mỹ.
- Căn cứ vào các tiêu chuẩn nước ngoài: ACI 318-1999; UBC-1997; ASTM 4161998; BS 4447-1973.
- Căn cứ vào các tiêu chuẩn trong nước: TCVN 3118-1993; TCVN 197-1995; TCVN
198-1985; TCVN 4453-1995; TCVN 5308-1991.
Đối tượng nghiên cứu
- Các công trình nhà cao tầng.
Phương 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 nước;
í nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài


9

Đưa ra qui trình thi công sàn bê tông ứng lực trước căng sau có bám dính phù hợp
với điều kiện thi công trong nước nhằm hạn chế tối đa các rủi ro có thể xảy ra trong
quá trình thi công, ảnh hưởng đến tiến độ và tài chính của Chủ đầu tư.


10

Chương 1 tổng quan về bê tông ứng lực trước
1.1 Sơ lược lịch sử phát triển kết cấu bê tông ứng lực trước [2]
Nguyên lý gây ứng lực trước (ƯLT) đã được ứng dụng trong thực tế từ hàng trăm
năm nay. Khi chế tạo những thùng chứa chất lỏng như nước, rượu. hay khi làm
trống, các thanh gỗ phẳng hoặc cong được 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 ngược 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 được áp lực
lớn của chất lỏng bên trong mà không bị thấm hay rò rỉ.
Nguyên lý này đã được P G. Jackson (Mỹ) đưa vào áp dụng thành công cho vòm
gạch, đá, bê tông từ năm 1886. Tiếp theo K.During (Đức) đã gây được ứng suất nén
trong bản bê tông bằng việc căng trước cốt thép thường. Tuy vậy phương 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 như không còn ứng suất nén nữa. Hiện
tượng này được gọi là sự tổn hao ứng suất. Khi dùng cốt thép thông thường có cường
độ thấp không vượt 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 hướng ngược 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 sư nổi tiếng người Pháp E.Freyssinet đã lần đầu
tiên chứng minh được có thể và cần sử dụng loại thép có cường độ cao để nâng cao
lực gây ứng suất trước trong bê tông lên tới trên 400 kG/cm2 mới có thể triệt tiêu
được 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 (trước thời điểm
bị kéo đứt) fu = 17000kG/cm2 và để gây ứng lực trước trong bê tông, ứng suất trong

cốt căng đã đạt đến giá trị fp = 10000 kG/cm2 bằng 70-80% giới hạn bền (fu).


11

Trong trường 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
tương ứng với ứng suất còn tồn tại trong cốt thép để gây ứng lực trước trong bê tông
là:
= E. = 2100000 x 0,0042 = 8600 kG/cm2 (860 Mpa)
Kết quả thí nghiệm cho thấy ứng suất nén trước 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
tp

q

qc

c <

b

q
P

p

cp

qt

t <

bt

Hình 1.1 Sơ đồ gây ứng suất trước trong cấu kiện bê tông chịu nén bằng cốt thép
cường độ cao [2]
Thành công trong việc gây ứng lực trước bằng việc sử dụng cốt thép cường độ cao
đã nhanh chóng đưa kết cấu bê tông ứng lực trước 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 được
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 trước phát triển nhanh chóng ở Pháp, Bỉ,
Anh, Đức, Thụy Sỹ, Hà Lan. Trong gần 500 cầu được 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 như 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 trước vào xây dựng các bể
chứa nhiên liệu có dung tích từ 10000 m3 trở lên.


12

H×nh 1.2 B¶n mãng sö dông bª t«ng øng lùc tr­íc (t¸c gi¶ s­u tÇm)

H×nh 1.3 Nhµ cao tÇng sö dông hÖ sµn ph¼ng bª t«ng øng lùc tr­íc
(t¸c gi¶ s­u tÇm)

13

Hình 1.4 Trường học sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực trước (tác giả sưu tầm)

Hình 1.5 Bãi đỗ xe sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực trước (tác giả sưu tầm)
Công nghệ căng cốt thép cũng được 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
thước lưới cột, hoặc giảm chiều dày sàn, khối lượng 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 lượng từ 300 tấn đến 800 tấn cũng được phổ biến ở châu Âu.


14

6

A

.
.
.
.

.
.
.

.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

D

B

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 nước trong khu vực, các kết cấu bê tông ứng lực trước
được ứng dụng phổ biến một phần nhờ đã sản xuất được các loại thép cường 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 như Trung Quốc Singapore, Thái Lan.
1.2 ng dụng kết cấu bê tông ứng lực trước ở Việt Nam [2]
Kết cấu bê tông ứng lực trước được 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 trước đầu tiên do các
đơn vị thiết kế trong nước thực hiện. Tại miền Nam thời kỳ trước năm 1975 đã có
những xưởng đúc dầm bê tông ứng lực trước. Đặc biệt đã sử dụng bê tông ứng lực
trước vào xây dựng 8 thủy đài có dung tích lớn tại Sài Gòn. Các công trình này do
các Công ty tư vấn thiết kế của pháp thiết kế và xây dựng.
Từ những năm 80 thế kỷ trước đến nay công nghệ bê tông ứng lực trước đã phát
triển ở Việt Nam khá nhanh chóng với trình độ tiên tiến thế giới. Trước đây một vài
dự án nhà cao tầng ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh do các công ty nước ngoài
thiết kế kết cấu sàn bê tông ứng lực trước căng sau. Từ năm 1995 công trình Nhà
Điều Hành Đại học Quốc Gia Hà Nội được các đơn vị thiết kế, đơn vị thi công và
giám sát trong nước thực hiện nó đánh dấu bước 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 trước
tiền chế của nước 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 được áp dụng rộng


15

rãi tại Hà Nội và đặc biệt đã phát triển để xây dựng trên 10.000 căn nhà sàn vượt lũ

tại các tỉnh ĐBSCL. Tương lai sẽ phát triển tại dự án nhà ở tái định cư công trình
Thuỷ điện Sơn La.
Năm 1999, Liên doanh VINAROSE (hợp tác giữa VINACONEX và hãng
RONVEAUX - Vương quốc Bỉ) đã hợp tác triển khai công nghệ bê tông ứng lực
trước tại Nhà máy bê tông và xây dựng Xuân Mai để sản xuất các cấu kiện vượt
khẩu độ lớn bằng phương pháp căng kéo trước 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 phương 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 được các đơn vị thiết kế, xây dựng trong nước ứng dụng công nghệ
bê tông ứng lực trước ngày càng có hiệu quả:
+ Trung tâm thương mại Hằng Hải quốc tế 21 tầng trong đó có 2 tầng hầm với tổng
diện tích sàn trên 10000m2.
+ Hệ khung công son có độ vươn 8m và 12m đỡ khán đài cung thể thao tổng hợp
Quần Ngựa Hà Nội, chung cư cao tầng 27 Huỳnh Thúc Kháng..

Hình 1.7 Cao ốc Đất Phương Nam sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực trước căng
sau (tác giả sưu tầm)


16

Hình 1.8 Công trình Becamex tower sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực trước căng
sau (tác giả sưu tầm)
Có thể nói hệ sàn bê tông ứng lực trước 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 nước.
1.3 Khái niệm bê tông ứng lực trước [3]
Bê tông ứng lực trước (BTƯLT) là bê tông, trong đó thông qua lực nén trước để
tạo ra và phân bố một lượng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một

lượng mong muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra. Với các cấu kiện BTƯLT, ứng
suất thường được tạo ra bằng cách kéo thép cường độ cao.
Bê tông thường có cường độ chịu kéo rất nhỏ so với cường 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 tương thích
giữa thép và bê tông là điểm khởi đầu cho việc xuất hiện một loại vật liệu mới là bê
tông ứng suất trước. Việc tạo ra một ứng suất nén cố định cho một vật liệu chịu nén
tốt nhưng chịu kéo kém như 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


17

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 cường độ cao và cốt thép cường độ cao.
Trong cấu kiện bê tông ƯLT, người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo cốt
thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực nén trước, lực
nén trước này gây nên ứng suất nén trước 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
được các tính chất đặc thù của hai loại vật liệu, đó là trong khi thép có tính đàn hồi
và cường độ chịu kéo cao thì bê tông là vật liệu dòn và có cường độ chịu kéo rất nhỏ
so với cường độ chịu nén của nó. Như vậy ứng lực trước chính là việc tạo ra cho kết
cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường 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 tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có cường độ cao.
So với BTCT thường, BTCT ứng suất trước có các ưu điểm cơ bản sau:
- Cần thiết và có thể dùng được thép cường độ cao.

ng suất trong thép thông thường giảm từ 100 đến 240Mpa như 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 được điều này thì việc sử
dụng thép cường độ cao là thích hợp nhất.
Cần phải sử dụng bê tông cường 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 cường 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 trước trong thép sẽ bị mất ít hơn. Việc sử dụng bê tông cường độ cao
sẽ làm giảm kích thước tiết diện ngang của cấu kiện. Việc giảm trọng lượng của cấu
kiện, vượt 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, người 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).


18

1.4 Một số giải pháp thi công bê tông cốt thép ứng lực trước [3]
Hiện nay bê tông ứng lực trước tiền chế được sản xuất theo hai phương pháp: kéo
căng trước và kéo căng sau
1.4.1 Phương pháp căng trước
Phương pháp này thường sử dụng cho quy trình sản xuất các cấu kiện đúc sẵn.
Cốt thép ƯLT được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra với lực kéo
N. Dưới tác dụng của lực N, cốt thép được kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn dài
ra một đoạn, tương ứng với các ứng suất xuất hiện trong cốt thép. Khi đó, đầu còn
lại của cốt thép được cố định nốt vào bệ. Đổ bê tông, đợi cho bê tông đông cứng và
đạt cường độ cần thiết thì buông cốt thép. Như một lò so bị kéo căng, các cốt thép
này có xu hướng 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 phương pháp căng trước là có thể phân bố lực nén đều đặn trong cấu
kiện.
Nhược điểm của phương pháp này là phải lắp đặt bệ tỳ phức tạp.

a)


b)

Hình 1.9 Sơ đồ phương pháp căng trước [3]
a Trước 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 Phương pháp căng sau
Phương pháp này thường sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ. Trước hết đặt
thép ƯLT và cốt thép thông thường rồi đổ bê tông. Khi bê tông đạt đến cường độ


19

nhất định thì tiến hành căng cốt thép với ứng suất quy định. Sau khi căng xong, cốt
thép ƯLT được 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 phương pháp căng sau, kết cấu BTCT
ƯLT được 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 được neo chặt bằng nêm vào bê tông và trở thành các điểm tựa truyền lực
nén vào bê tông.

Ưu điểm của phương 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 như thân xi lô, ống khói, dầm,
sàn..

a)


b)
Hình 1.10 Sơ đồ phương 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 phương pháp thi công trong công
nghệ căng sau còn được phân biệt như sau:
1.4.2.1 Phương pháp căng ngoài kết cấu [2]


20

Phương pháp này sử dụng cho các kết cấu chịu kéo như thành bể chứa, tháp chứa
với việc căng thép liên tục theo vòng xoắn ốc, trong gia cường, sửa chữa kết cấu, kể cả
những kết cấu đặc biệt như tháp vô tuyến truyền hình
Hệ thống vì kèo Hội trường Ba Đình trước đây được xây dựng bằng bê tông cốt
thép có khẩu độ 21m từ thập kỷ 60 thế kỷ trước. 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 được tiến hành theo các bước:
- 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 phương án tối trong trình tự căng mà không ảnh hưởng 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 cường. Do vậy trên các thanh cốt căng và trên vùng gần
gối tựa dán các phiến điện trở để có thể xác định ngay được biến dạng thêm trong
kết cấu.
- Tiến hành có trình tự căng cho toàn bộ vì kèo.
- Kiểm tra kết quả gây ứng lực trước trong thời gian 3 tháng sau xử lý trước khi có
quyết định đưa công trình vào sử dụng.
- Kết quả phương án gia cường vì kèo bằng phương án căng ngoài hoàn toàn đạt
được 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 Phương pháp căng sau dùng cáp có bám dính [2]
Đặc điểm của phương 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 như 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. Phương pháp này thích hợp cho các dầm chiều cao lớn. Trong sàn


21

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

Hình 1.11 Mặt bằng bố trí cápULT căng sau có bám dính (tác giả sưu tầm)
1.4.2.3 Phương pháp căng sau dùng cáp không bám dính [2]
Cáp không bám dính thường là cáp 7 sợi có vỏ nhựa mềm cho mỗi bện. Cáp được
luồn sẵn trong môi trường 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 tương tự như bố trí cốt thép thường trong sàn. Có thể bố trí rời rạc hay chập
đôi từng 2 bện cáp làm một.