Nghiên cứu nguyên nhân mức độ ảnh hưởng của các vết nứt bê tông đến khả năng chịu tải và tuổi thọ kết cấu nhịp cầu ở việt nam biện pháp khắc phục

Luận văn tốt nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
*******

PHAN ANH DŨNG

NGHIÊN CỨU
NGUYÊN NHÂN, MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC
VẾT NỨT BÊ TÔNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI VÀ TUỔI
THỌ
KẾT CẤU NHỊP CẦU Ở VIỆT NAM - BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

Chuyên nghành : Cầu, Tuy-nen và các công trình xây dựng
khác
Mã số

trên đường ô tô và đường sắt
: 2 - 15 - 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2004
1
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng


Luận văn tốt nghiệp

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :
TS. LƯU BÂN
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
TS VŨ XUÂN HÒA
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
TS LÊ BÁ KHÁNH

Luận văn thạc só được bảo vệ tại :
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC
BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH, NGÀY 10 THÁNG 7 NĂM 2004

2
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng


Luận văn tốt nghiệp
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
******

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : PHAN ANH DŨNG
Ngày, tháng, năm sinh : 21 - 9 - 1975

Phái : NAM
Nơi sinh :

HÀ

TĨNH
Chuyên nghành : Cầu, Tuy-nen và các công trình xây dựng khác
trên đường ô tô và đường sắt
Mã số : 2-15-10
I.
TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN, MỨC ĐỘ
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC VẾT NỨT BÊ TÔNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU
TẢI VÀ TUỔI THỌ KẾT CẤU NHỊP CẦU Ở VIỆT NAM; BIỆN PHÁP
KHẮC PHỤC
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Phần I : TỔNG QUAN
Chương mở đầu : Tính cấp thiết và mục tiêu của đề tài nghiên cứu
Phần II : NGHIÊN CỨU CHUYÊN SÂU VÀ PHÁT TRIỂN
Chương I : Tình hình hư hỏng dưới dạng nứt bê tông của kết cấu
nhịp bê tông cốt thép ở nước ta.
Chương II : Phân tích nguyên nhân và mức độ ảnh hưởng của các
vết nứt đến khả năng chịu tải và tuổi thọ của kết cấu nhịp.
Chương III : Các phương pháp tính toán về nứt.
Chương IV : Các phương pháp sửa chữa vết nứt.
Phần III : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chương V : Nhận xét, kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
18 - 4 - 2003
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

15 - 12 - 2003
V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :
TS. LƯU BÂN
VI. HỌ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 : TS VŨ XUÂN HÒA
VII. HỌ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2 : TS LÊ BÁ KHÁNH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪNCÁN BỘ NHẬN XÉT 1 CÁN BỘ NHẬN XÉT 2
Nội dung và đề cương luận văn Thạc só Khoa học Kỹ thuật đã được
thông qua Hội đồng chuyên nghành.
PHÒNG
Ngày 18 tháng 4 năm 2003
QUẢN LÝ KHOA HỌC - SAU ĐẠI HỌC
CHỦ NHIỆM NGHÀNH

TS. LÊ VĂN NAM
3
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng


Luận văn tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Qua hơn 5 tháng thực hiện, đề tài “Nghiên cứu nguyên nhân, mức độ
ảnh hưởng của các vết nứt bê tông đến khả năng chịu tải và tuổi thọ kết
cấu nhịp cầu ở Việt Nam; Biện pháp khắc phục” đã được hoàn thành. Với
mục đích là phân tích, đánh giá nguyên nhân nứt bê tông của kết cấu nhịp
cầu, nêu lên ảnh hưởng của từng loại vết nứt đến khả năng chịu tải và tuổi
thọ của công trình, đề ra các phương pháp và công nghệ sửa chữa thích hợp
của từng loại vết nứt, đề tài nhằm góp phần vào việc nâng cao năng lực
của cơ sở hạ tầng giao thông hiện có trong điều kiện kinh tế của nước ta.
Có được kết quả này, ngoài nỗ lực của bản thân, tác giả xin bày tỏ

lòng biết ơn đến thầy giáo hướng dẫn khoa học, những đồng nghiệp và các
cơ quan đã quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện
đề tài.
Xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng TS Lưu Bân đã tận tính hướng
dẫn, giúp đỡ về phương hướng cũng như nội dung của đề tài.
Xin trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp ở Cục Đường bộ Việt Nam,
Sở GTCC Tp. Hồ Chí Minh, các Khu quản lý đường bộ, các Trung tâm kỹ
thuật đường bộ, Tổng Công ty TVTK GTVT, Trường Đại học GTVT Hà
Nội đã rất quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi có những tài liệu q báu
để hoàn thành đề tài.
Xin trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp ở Công ty XDCT GT 135,
Tổng Công ty XDCT GT I đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện trong thời gian
thực hiện đề tài.
Xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo ở Khoa Kỹ thuật xây dựng,
Phòng Quản lý khoa học sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ
Chí Minh đã quan tâm giúp đỡ, tận tình chỉ bảo trong suốt quá trình học
tập và thực hiện đề tài.
Nếu không nhận được sự giúp đỡ nói trên, chắc chắn đề tài này
không thể thực hiện được.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

4
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng


Luận văn tốt nghiệp

Topic : Research on the reasons and impacts of concrete cracks to the
loadability and the lifetime of the bridge span structure in Vietnam and
the remedies.

Reinforced-concrete bridges in our country are very diversified, which
have been built in French, American colonial period and recent years. Now,
some of them were broken, especially due to the concrete cracks. Due to the
economic and objective reasons, new bridges have not been built, therefore it
is necessary to have a research on the reasons and impacts of the concrete
cracks in order to have the recommendations for remedies. That is the purpose
of this thesis. Its content comprises of the followings:

- Chapter 1: Existing situation of concrete cracks of the reinforced
concrete span structure in our country.
It describes the characteristics of the construction, the use of the
existing reinforced concrete bridges in our country and analyses the situation
of the concrete cracks of the reinforced concrete span structure of bridges in
periods and of other span structures.

- Chapter 2 : Analysis of the reasons and impacts of the concrete cracks
to the loadability and the lifetime of the span structure.
Analysing the reasons of concrete cracks such as: shrinkage, creep,
temperature gradient, environment, implementation, manufacturing, operation
and design. Such overall reasons shall be classified into the popular types of
cracks of reinforced concrete span structure in our country and the reasons of
such types of cracks. It is categorised into 3 groups: non-impact group,
lifetime impact group and loadability impact group.

- Chapter 3 : Crack calculation methods.
5
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng

Luận văn tốt nghiệp

It generalizes the crack calculation methods of the existing design
process in our country and describes the calculation methods of developed
countries and analyses the result of each method. Simutaniously, it also
mentions about the crack structure calculation methods according to the finite
element method.

- Chapter 4 : Remedies for cracks
It describes the appropriate remedies for each group as above
mentioned, analysis for each remedy about the strong points, weak points,
technologies of some popular remedies.

- Chapter 5 : Conclusion and recommendations
It summarizes the research and provide recommendations for further
research.

6
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng


Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC
Trang
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ .......................................................... 3
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................ 4
TÓM TẮT LUẬN VĂN............................................................................. 5
MỤC LỤC .................................................................................................. 7
CHƯƠNG MỞ ĐẦU ................................................................................ 10

CHƯƠNG I :
TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG HƯ HỎNG DO NỨT TRONG KẾT
CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở VIỆT NAM

1.1 Đặc điểm kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép ở Việt Nam ............... 16
1.2 Phân loại kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép ở Việt Nam ................. 17
1.3 Tình hình hư hỏng dưới dạng nứt bê tông của kết cấu nhịp cầu
bê tông cốt thép ở nước ta........................................................................ 21
1.3.1 Tình hình hư hỏng các cầu xây dựng thời Pháp thuộc .................... 22
1.3.2 Tình hình hư hỏng các cầu xây dựng thời Mỹ ................................ 25
1.3.3 Tình hình hư hỏng các cầu có KCN kiểu khung T-dầm đeo .......... 26
1.3.4 Tình hình nứt bê tông kết cấu nhịp của các cầu
bê tông cốt thép thường xây dựng ở miền Bắc........................................ 28
1.3.5 Tình hình nứt bê tông kết cấu nhịp của các cầu mới xây dựng,
thi công theo phương pháp tiên tiến........................................................ 28
1.4 Các dạng vết nứt chủ yếu thường gặp trong KCN cầu BTCT cũ
ở Việt Nam hiện nay ............................................................................... 32
1.5 Kết luận .............................................................................................. 35
7
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng


Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG II :
PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG
CỦA CÁC VẾT NỨT BÊ TÔNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI
VÀ TUỔI THỌ CỦA KẾT CẤU NHỊP

2.1 Dấu hiệu nứt bê tông kết cấu nhịp..................................................... 37
2.2 Nguyên nhân gây ra nứt bê tông kết cấu nhịp................................... 37
2.2.1 Nguyên nhân do quá trình phá hủy vật liệu ................................... 38
2.2.1.1 Sự hư hỏng do lý hóa của bê tông................................................ 38
2.2.1.2 Sự hư hỏng do hiện tượng ăn mòn cốt thép trong bê tông .......... 42
2.2.1.3 Sự hư hỏng về nứt do co ngót bê tông ......................................... 47
2.2.1.4 Sự hư hỏng về nứt do từ biến ....................................................... 48
2.2.1.5 Sự hư hỏng về nứt chênh lệch nhiệt độ ....................................... 49
2.2.2 Nguyên nhân do chủ quan (Thiết kế, thi công, sử dụng) ............... 50
2.2.2.1 Sự hư hỏng về nứt do thi công ..................................................... 50
2.2.2.2 Sự hư hỏng về nứt do chế tạo....................................................... 51
2.2.2.3 Sự hư hỏng về nứt do quá trình sử dụng ...................................... 52
2.2.2.4 Sự hư hỏng về nứt do thiết kế ...................................................... 55
2.3 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các loại vết nứt đến khả năng
chịu tải và tuổi thọ công trình có kết cấu nhịp bằng bê tông cốt thép .... 59
2.3.1 Phương pháp đánh giá ..................................................................... 59
2.3.2 Phân loại vết nứt ............................................................................ 61
2.4 Kết luận ............................................................................................... 62

CHƯƠNG III :
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VỀ NỨT
8
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng


Luận văn tốt nghiệp

3.1 Tỉng quan vỊ c¸c lý thut tính toán nứt của kết cấu BT và BTCT ...... 64
3.2 Ap dụng cơ học rạn nứt trong phân tích cơ chế xuất hiện vết nứt
và sự lan truyền nứt trong kÕt cÊu BT ........................................................... 66

3.3 Phương pháp tính toán theo phương pháp thông dụng....................... 75
3.3.1 Tính toán chống nứt đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt
thép dự ứng lực theo Qui trình thiết kế cầu cống theo trạng thái
giới hạn 22TCN18-79............................................................................... 76
3.3.2 Tính toán chống nứt đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép
dự ứng lực theo Qui trình của Liên Xô cũ СНиП-2.05.03-84.................. 79
3.3.3 Tính toán độ mở rộng vết nứt đối với bê tông cốt thép thường ..... 81
3.4 Phương pháp tính toán có xét đến vết nứt theo các phương pháp
của lý thuyết đàn hồi................................................................................ 83

CHƯƠNG IV :
PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA VẾT NỨT
................................................................................................................... 92

CHƯƠNG V
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
................................................................................................................ 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 117

9
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng


Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài :

Bê tông cốt thép ra đời có thể coi là một thành tựu to lớn của nghành
khoa học vật liệu xây dựng. Bê tông cốt thép là một vật liệu xây dựng hỗn
hợp do hai loại vật liệu có đặc trưng cơ học khác nhau là bê tông và thép
cùng làm việc với nhau để chịu lực. Bê tông là một loại đá nhân tạo nên
khả năng chịu kéo rất kém, chính nhờ sự kết hợp với cốt thép mà đã khắc
phục được khuyết điểm này.

Ban đầu, khi những công trình đầu tiên được xây dựng bằng vật liệu
bê tông cốt thép, người ta đã tưởng rằng chúng là một loại vật liệu vónh
cửu. Thực ra, các công trình này chưa trải qua quá trình sử dụng với tác
động của môi trường, thời tiết và vấn đề thời gian nên chưa thể bộc lộ
những nhược điểm của nó. Bê tông cũng bị lão hóa, và nguyên nhân lão
hóa đã được khẳng định, đó chính là sự suy thoái của lực dính.

Trước hết, bê tông cốt thép là một vật liệu có các ưu điểm so với các
loại vật liệu khác như :
- Giá thành hạ hơn so với kết cấu thép khi chúng cùng làm việc
như nhau.
- Có tính chịu nhiệt cao.
- Giảm chấn động hơn kết cấu nhịp bằng thép.
- Chịu lực tốt hơn kết cấu gỗ, bền hơn kết cấu thép.
- Tốn ít tiền duy tu bảo dưỡng.
10
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng


Luận văn tốt nghiệp

- Đảm bảo mỹ quan do có thể chế tạo theo nhiều hình dạng khác
nhau.

Tuy nhiên bê tông cũng có các khuyết điểm như sau :
- Trọng lượng bản thân lớn (tỷ lệ giữa trọng lượng với cường độ vật
liệu /R lớn), gây tốn kém cho nền móng.
- Bê tông có tính rỗng nên dễ bị thấm nước.
- Do chịu kéo rất kém nên rất dễ bị nứt. Điều này làm giảm mỹ
quan và tuổi thọ kết cấu. Mặt khác, khi đông cứng, bê tông còn bị
co ngót dẫn đến nứt làm mất tính toàn khối và làm giảm khả
năng chống thấm. Đây là nhược điểm cơ bản và phổ biến của bê
tông do đặc trưng cơ, hóa, lý của vật liệu.

Chính những nhược điểm cơ bản kể trên, đặc biệt là tính dễ bị nứt do
co ngót hay tính chịu kéo kém, là một trong những nguyên nhân gây hư
hỏng các kết cấu bê tông cốt thép nói chung và cầu bê tông cốt thép nói
riêng, làm giảm khả năng chịu tải và tuổi thọ công trình. Mặt khác, ở Việt
Nam nói riêng, cầu bê tông cốt thép hiện nay đang sử dụng được xây dựng
vào các thời điểm lịch sử khác nhau, áp dụng nhiều qui trình thiết kế khác
nhau. Đồng thời qua quá trình sử dụng lâu dài, quá trình duy tu bảo dưỡng
còn rất nhiều bất cập chưa có hệ thống, trải qua thời gian chiến tranh phá
hoại, khí hậu vùng nhiệt đới khắc nghiệt, ảnh hưởng của nước biển xâm
thực cũng đã gây ra hư hỏng hệ thống cầu bê tông cốt thép, nhất là hư
hỏng do nứt bê tông. Để tiếp tục khai thác tận dụng, nâng cao khả năng
chịu tải và tuổi thọ công trình, cần phải đánh giá, phân loại hiện trạng và
nguyên nhân gây ra hư hỏng do nứt bê tông, mức độ ảnh hưởng đến khả

11
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng


Luận văn tốt nghiệp

năng chịu tải và tuổi thọ, từ đó có hướng nghiên cứu các biện pháp sửa
chữa thích hợp và hữu hiệu.

Trong quá trình phát triển hạ tầng nhằm phục vụ quá trình phát triển
kinh tế đất nước, công tác duy tu, bảo dưỡng sửa chữa các công trình giao
thông nói chung và cầu bê tông cốt thép nói riêng có ý nghóa về mặt kinh
tế - kỹ thuật quan trọng. Hàng năm, theo số liệu của Cục Đường bộ Việt
Nam, chúng ta đã phải bỏ ra một kinh phí khá lớn cho công tác này. Đồng
thời, do kinh phí còn eo hẹp, chưa thể triển khai thay thế toàn bộ các cầu
cũ được, nên công tác này đóng một vai trò quan trong trong việc phát
triển hệ thống kỹ thuật giao thông.

Trong những năm qua, chúng ta cũng đã triển khai việc sửa chữa
một số công trình, cũng đã đánh giá nguyên nhân và biện pháp khắc phục.
Tuy nhiên, công tác này còn chắp vá, chưa có hệ thống. Mặc dù vậy, do
yêu cầu của công cuộc phát triển đất nước, việc sửa chữa vẫn phải tiến
hành. Do đó hiệu quả của công tác không cao.

Nhằm giúp các kỹ sư thiết kế, cán bộ kỹ thuật và công nhân của các
đơn vị quản lý duy tu cầu đường thực hiện tốt công tác bảo dưỡng, duy tu,
sửa chữa cầu bê tông cốt thép, đồng thời nhằm nêu lên các hạn chế trong
công tác thiết kế hiện nay để khắc phục nhằm giảm thiểu nguy cơ nứt bê
tông khi đưa cầu vào khai thác, thì việc nghiên cứu nguyên nhân, mức độ
ảnh hưởng của các vết nứt bê tông, đến khả năng chịu tải và tuổi thọ kế t
cấu nhịp cầu ở nước ta và biện pháp khắc phục là một vấn đề rất cấp thiết.

12
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng

Luận văn tốt nghiệp

Việc đánh giá đúng các nguyên nhân gây hư hỏng trong KCN cầu
BTCT không những góp phần đánh giá lại khả năng chịu lực của kết cấu
mà còn là cơ sở để tìm ra các giải pháp sửa chữa tăng cường khả năng chịu
tải phù hợp đối với năng lực của đơn vị quản lý cũng như nền kinh tế nước
nhà.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài :
- Đánh giá thực trạng các hư hỏng chủ yếu trong kết cấu nhịp cầu
BTCT.
- Phân tích, đánh giá nguyên nhân nứt bê tông của kết cấu nhịp.
- Nêu lên được mức độ ảnh hưởng của từng loại vết nứt bê tông
đến khả năng chịu tải và tuổi thọ của công trình.
- Đề ra các phương pháp và công nghệ sửa chữa thích hợp cho từng
loại vết nứt bê tông của kết cấu nhịp.

Ý nghóa thực tiễn và khoa học của luận văn :
Đề tài đã nêu lên được tổng quan của các nguyên nhân gây ra nứt bê
tông, đồng thời nêu lên được mức độ ảnh hưởng của các vết nứt bê tông
đến khả năng chịu tải và tuổi thọ kết cấu nhịp. Trên cơ sở đó, đưa ra những
phương pháp và công nghệ sửa chữa thích hợp, góp phần giúp những cán
bộ thiết kế sửa chữa kết cấu nhịp cầu bị hư hỏng do nứt. Đó chính là đóng
góp có tính thực tiễn và khoa học của đề tài.

Luận văn được trình bày trong phần mở đầu, 4 chương nội dung,
chương nhận xét kết luận, kiến nghị.

13
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng

Luận văn tốt nghiệp

- Chương 1 : Tình hình hư hỏng dưới dạng nứt bê tông của kết cấu
nhịp bê tông cốt thép ở nước ta.
Nêu lên đặc điểm của việc xây dựng, sử dụng hệ thống cầu bê tông
cốt thép hiện có ở nước ta. Phân tích tình hình hư hỏng dưới dạng nứt bê
tông của kết cấu nhịp bê tông cốt thép của các cầu ở từng thời kỳ xây
dựng, của các dạng kết cấu nhịp. Tổng hợp các dạng vết nứt phổ biến trên
kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép ở nước ta và nguyên nhân gây ra của
từng loại vết nứt đó
- Chương 2 : Phân tích nguyên nhân và mức độ ảnh hưởng của các
vết nứt đến khả năng chịu tải và tuổi thọ của kết cấu nhịp.
Phân tích các nguyên nhân gây ra nứt bê tông như : Do quá trình phá
hủy vật liệu (do lý hóa, ăn mòn cốt thép, do co ngót, từ biến, do chênh
lệch nhiệt độ), do nguyên nhân chủ quan (thi công, chế tạo, khai thác, thiết
kế). Thông qua các phân tích, mà ta phân loại vết nứt thành 3 nhóm :
Nhóm không ảnh hưởng, nhóm ảnh hưởng đến tuổi thọ, nhóm ảnh hưởng
đến khả năng chịu tải.
- Chương 3 : Các phương pháp tính toán về nứt.
Khái quát các phương pháp tính toán về nứt của qui trình thiết kế
hiện hành của nước ta. Nêu lên cách tính của các qui trình của các nước
tiên tiến. Phân tích kết quả tính toán của từng qui trình. Đồng thời cũng
nêu lên phương pháp tính toán kết cấu có vết nứt theo phương pháp phần
tử hữu hạn.
- Chương 4 : Các phương pháp sửa chữa vết nứt.
Nêu các phương pháp sửa chữa vết nứt thích hợp đối với từng nhóm
vết nứt như đã phân loại ở trên. Từng phương pháp có phân tích đánh giá,

14
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng


Luận văn tốt nghiệp

nêu ưu và nhược điểm của phương pháp, công nghệ của một số phương
pháp thông dụng.
- Chương 5 : Phần nhận xét kết luận và kiến nghị.
Nêu nhận xét tổng hợp của quá trình nghiên cứu và hướng phát triển
nghiên cứu tiếp theo.

15
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng


Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG HƯ HỎNG DO NỨT TRONG KẾT
CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở VIỆT NAM

1.1 Đặc điểm kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép ở Việt Nam :
Do điều kiện địa hình nhiều sông ngòi, khe suối nên ở Việt Nam
nước ta xây dựng rất nhiều cầu để phát triển hệ thống hạ tầng giao thông.
Mặt khác, vật liệu để chế tạo bê tông rất sẵn có nên cầu bê tông cốt thép
phát triển rất mạnh. Trong mạng lưới đường sắt và đường bộ hiện có của
chúng ta, cầu bê tông cốt thép chiếm tới 70% tổng số cầu. Số cầu bê tông
cốt thép còn lại đang sử dụng được làm từ những năm đầu thế kỷ 20 và
đặc biệt trong những năm gần đây, việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép

trong kết cấu nhịp cầu rất rộng rãi. Do điều kiện lịch sử của đất nước, có
một quãng thời gian đất nước ta bị thực dân Pháp cai trị, và từ năm 1954 –
1975 đế quốc Mỹ chiếm đóng ở miền Nam. Vì vậy, kết cấu nhịp cầu bê
tông cốt thép xây dựng có rất nhiều đặc thù khác nhau, đó là :
- Sự đa dạng về tiết diện và loại kết cấu nhịp. Đó là các dạng tiết
diện :
+ Tiết diện bản rỗng
+ Tiết diện chữ I
+ Tiết diện chữ T
+ Tiết diện hình hộp thành mỏng
…
- Thời gian xây dựng khác nhau : Xây dựng từ thời Pháp, thời Mỹ ở
phía Nam, ở phía Bắc thời kỳ1954 –1975 và thời gian sau 1975
trên toàn quốc.
16
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng


Luận văn tốt nghiệp

- p dụng nhiều tiêu chuẩn khác nhau trong thiết kế và thi công
như : Pháp, Liên Xô cũ, Mỹ, Trung Quốc, c, Châu u và Việt
Nam.

1.2 Phân loại kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép ụỷ Vieọt Nam :
1.2.1 Các cầu bê tông cốt thép đ-ợc xây dựng trong thời gian tr-ớc 1954.
Các cầu bê tông cốt thép xây dựng trong thời kỳ này chủ yếu do Pháp
xây dựng vào những năm đầu thế kỷ. Đến nay phần lớn còn lại ở các tỉnh phía
Nam. Chúng đ-ợc chia làm một số dạng chủ yếu nh- sau:
+ Cầu dầm hẫng và cầu dầm hẫng nhịp đeo.

Các cầu bê tông cốt thép thuộc loại này đ-ợc xây dựng từ thời Pháp
thuộc (tr-ớc năm 1945) theo các tiêu chuẩn cũ của Pháp, th-ờng tập trung
nhiều ở thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phía nam nh- các quèc lé 1 , quèc
lé 80, quèc lé 91. CÇu có nhịp ngắn (nhỏ hơn 30m), khổ hẹp th-ờng từ 3m - 5,
7m, tải trọng thấp.
Mặt cắt ngang cầu dầm hẫng gồm có 2 dầm chủ đối với khổ cầu 3,5m
nh- cầu Cai Quản, cầu Cái Dâu, cầu Cái B-ờng thuộc quốc lộ 80 tỉnh Đồng
Tháp, hoặc 4 dầm chủ ®èi víi khỉ cÇu 5-6 m nh- cÇu MËt n»m trên đ-ờng
Phạm Thế Hiển, quận 8 - Thành phố Hồ Chí Minh, hay cầu Cái Sơn, cầu Tầm
Bót 1 , cầu Số 2 và cầu Số 4 thuộc quốc lộ 91 tỉnh An Giang, hoặc cầu
Giẽ (cũ) quốc lộ lA thuộc tỉnh Hà Tây v.v. Các sơ đồ kết cấu nhịp có chiều
cao dầm chủ thay đổi theo ph-ơng dọc cầu. Các dầm chủ liên kết với nhau bởi
dầm ngang. Chiều dài nhịp biên bằng khoảng 0,3 chiều dài nhịp chính. Các
dạng cầu loại này có -u điểm là các trụ cầu đ-ợc bố trí ở sát bờ nên ít ảnh
h-ởng tới sự đi lại của tàu thuyền và dễ thi công. Chúng th-ờng đ-ợc xây
dựng trên các sông có chiều rộng nhỏ.
Dạng kết cấu nhịp kiểu dầm hẫng có nhịp đeo th-ờng đ-ợc áp dụng cho
các sông t-ơng đối lớn, yêu cầu nhịp thông thuyền tới > 20m, nh- cÇu HiƯp
17
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng


Luaọn vaờn toỏt nghieọp

Ân nằm ở quận 8 Thành phố Hồ Chí Minh, hay cầu Vịnh Tre thuộc quốc lộ 91
Tỉnh An Giang có kết cấu nhịp kiểu dầm hẫng nhịp đeo, toàn cầu dài 71m,
khổ cầu 5 + (2x0,75)m. Mặt cắt ngang gồm 3 dầm chủ cách nhau 2,7m và 8
dầm ngang tại các vị trí đầu nhịp, tại gối trên đỉnh trụ và gối kê dầm đeo, hoặc
cầu Trà Ôn cũng trên quốc lộ 91 thuộc thị xà Long Xuyên. Toàn cầu dài
41,1m gồm 3 nhịp dầm hẫng có nhịp đeo, khổ cầu 5 + (2x0,75)m . Mặt cắt

ngang cầu gồm 2 dầm chủ và một dầm dọc phụ ở giữa, khoảng cách 2 dầm
chủ là 5,26 m, khoảng cách dầm chủ đến dầm dọc phụ 2,63m. Cầu đ-ợc thi
công theo kiểu đổ tại chỗ, lề ng-ời đi bộ cao khác mức với mặt cầu và một
phần của nó là dầm biên nhô cao. Kiểu này có -u điểm giảm chiều dài hẫng
của công son lề bộ hành, nh-ng cũng dễ gây h- hại cho dầm biên tại vị trí
bánh xe ôtô th-ờng xuyên va đụng do khổ cầu hẹp.
+ Cầu dàn có biên song song.
Kết cấu nhịp dạng dàn biên song song th-ờng có chiều dài khoảng trên
15m nh- cầu Cái Xếp, Cái Cỏ, Bà Phủ... quốc lộ 80 tỉnh Đồng Tháp. Khổ cầu
5 + (2x1,20)m, khoảng cách tim hai dàn chủ 5,4m, khoảng cách từ tim dàn
chủ đến tim dầm dọc phụ là 2,7m. Kết cấu nhịp kiểu biên hở, chiều cao dàn
chủ, kể từ mặt lề bộ đến trên đỉnh dàn là 2,4m. Chiều dài của mỗi khoang dàn
là 2,5m. Mỗi khoang có một thanh chéo nên là dàn tĩnh định. Bản mặt cầu
kiểu kê trên bốn cạnh là dầm chủ, dầm dọc hệ mặt cầu và dầm ngang. Cốt
thép bản mặt cầu chỉ có một l-ới 15 x 15 cm đặt tại thớ trên, đ-ờng kính

10

mm nên dễ bị nứt và bong vỡ.
+ Cầu dàn có biên cong. .
Kết cấu nhịp dạng dàn có biên cong th-ờng gồm hai kiểu chính là dạng
dàn mút thừa 3 nhịp, có nhịp chính dài 30m, nhịp biên dài 7m. Biên dàn có
dạng cong theo biểu đồ mô men dàn nh- cầu Chữ S quốc lộ 91, cầu Cái Vồn
Lớn, cầu Đầu Sấu 1 quốc lộ 1A, ... Hoặc dạng kiểu vòm - dầm có thanh treo
18
Lụựp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng


Luaọn vaờn toỏt nghieọp

và thanh xiên bằng bê tông cốt thép th-ờng. Hệ mặt cầu gồm 2 dầm chủ, một
dầm dọc phụ ở giữa, bản mặt cầu đổ bê tông liền khối. Chiều dài kết cấu nhịp
khoảng 15m đối với kiểu vòm - dầm không có thanh xiên (chỉ có 6 thanh treo)
nh- cầu Tôn Chất, Đốc Đinh, Láng Sen, Bà Phủ... quốc lộ 80. Khi cần v-ợt
các khẩu độ nhịp lớn tới 30m, chiều cao đ-ờng tên vòm sẽ lớn tới 4,5m, trong
tr-ờng hợp này trên vòm th-ờng có 3 thanh ngang nối vòm th-ợng l-u và hạ
l-u ở các khoang giữa nhịp, số l-ợng các thanh treo và thanh xiên bằng bê
tông cốt thép trong tr-ờng hợp này cũng tăng lên 13 thanh, bề rộng mặt đ-ờng
xe chạy 5m, 2 lề ng-ời đi bên cạnh dàn mỗi lề rộng 1m nh- cầu Ngà Ba Đình,
Đ-ờng Xuồng, Bờ Ao quốc lộ 80 tỉnh Cần Thơ hay cầu Cái Gia Lớn quốc lộ
80 tỉnh Đồng Tháp hoặc một số cầu thuộc quốc lộ 20 ...
1.2.2. Cầu bê tông cốt thép đ-ợc xây dựng từ 1954 đến 1970.
Các kết cấu nhịp thuộc dạng này chủ yếu đ-ợc xây dựng từ năm 1960
trở lại đây, có nhịp ngắn từ 9m - 21m, tải trọng th-ờng là đoàn xe H13, H18 X60 hoặc H30 - XB80 thiết kế theo các tiêu chuẩn CH200 - 62, CH365 - 67
của Liên Xô cũ, hoặc TCVN - 79. Trên các cầu đ-ờng ôtô và đ-ờng sắt
th-ờng gặp kết cấu dầm chủ có dạng chữ T , có hoặc không mở rộng s-ờn
dầm (bầu dầm). Các dạng này đa phần là lắp ghép tại bản mặt cầu, một số
tr-ờng hợp có dầm ngang. Số l-ợng các dầm chủ và khoảng cách giữa các
dầm chủ phụ thuộc vào khổ cầu. Các dầm chủ th-ờng đ-ợc đổ tại công tr-ờng,
việc đầm bê tông trong khi thi công dầm không tốt nên bê tông đáy dầm chất
l-ợng th-ờng kém, hay có lỗ rỗng nh- cầu Quán Long Km 21+150, cầu Lim
Km 264+500, cầu Sen Km 714 + 540 trên quốc lộ 1A, cầu Việt Thắng thuộc
đ-ờng Bắc Thăng Long - Nội Bài, cầu Chợ Mới Km 113+950, cầu Bản Hùa
Km188+381 thuộc Quốc lộ 3.
1.2.3. Cầu bê tông dự ứng lực đ-ợc xây dựng từ 1970 đến nay.

19
Lụựp Cao hoùc Cau đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng

Luaọn vaờn toỏt nghieọp

Cầu bê tông dự ứng lực th-ờng có kết cấu nhịp dạng dầm giản đơn,
dạng khung T dầm đeo hoặc dạng liên tục nhiều nhịp thi công theo công nghệ
đúc đẩy hoặc đúc hẫng.
a/ Kết cấu nhịp dầm giản đơn.
Kết cấu nhịp loại này th-ờng gặp ở miền Bắc là kiểu dầm căng tr-ớc
hoặc căng sau đ-ợc sản xuất tại công x-ởng (Xí nghiệp bê tông Thăng long,
Xí nghiệp B19...), hoặc căng sau tại công tr-ờng kiểu liền khối hoặc cắt khúc.
Loại cầu này đ-ợc thiết kế theo tải trọng H13 - X60 và H30 - XB80 theo quy
trình của Nga và quy trình 79 của Việt Nam. Chiều dài nhịp từ 24m đến 33m.
Cá biệt có tr-ờng hợp v-ợt nhịp tới 42m nh- cầu ở nhà máy xi măng Hoàng
Thạch, cầu Thiệu Hoá (Thanh Hoá). Kết cấu nhịp loại này thi công tr-ớc
những năm 1990 th-ờng không có dầm ngang, khi lắp ghép các dầm, liên kết
ngang nối tại bản mặt cầu bằng mối nối -ớt. Cốt thép ứng suất tr-ớc đ-ợc sử
dụng thuộc loại bó sợi song song gồm 24 sợi

5. Neo sử dụng là loại neo quả

trám (đối với dầm thi công căng tr-ớc) và neo chóp cụt (đối với dầm thi công
căng sau).
Kết cấu nhịp cầu bê tông dự ứng lực dạng giản đơn th-ờng sử dụng ở
miền Nam là loại dầm thi công căng tr-ớc (còn gọi là dầm bê tông tiền áp)
đ-ợc sản xuất tại Công ty bê tông 620 Châu Thới. Loại dầm này đ-ợc thiết kế
cho đoàn xe HS -15 và HS - 20 theo quy trình AASHO của Mỹ. Chiều dài
nhịp từ 12,5m đến 24,7m, khoảng cách các dầm chủ là 96cm, liên kết ngang
các dầm chủ bằng cáp dự ứng lực. Cốt thép sử dụng là loại tao cáp bện 7 sợi.
Các cầu dầm giản đơn đ-ợc thi công trong thời gian từ năm 1990 trở lại
đây ở n-ớc ta th-ờng có dạng mặt cắt chữ I, bản mặt cầu đổ bê tông tại chỗ và
có dầm ngang thi công sau. Cốt thép sử dụng là loại 8 tao cáp hoặc 12 tao cáp

bện 7 sợi theo tiêu chuẩn ASTM A416 (của Mỹ), thi công kéo sau. Hoặc mặt
cắt kiểu Super T thi công kéo căng tr-ớc trên bệ nh- nhịp dẫn cầu Mỹ Thuận.

20
Lụựp Cao hoùc Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng


Luaọn vaờn toỏt nghieọp

b/ Các dạng kết cấu nhịp kiểu khung và kiểu dầm liên tục
Các cầu kiểu khung T, dầm đeo mới đ-ợc xây dựng ở n-ớc ta trong thời
gian từ những năm 1980 trở lại đây. Mặt cắt ngang gồm 2 hộp, có chiều cao
thay đổi, tải trọng thiết kế H30-XB80 đ-ợc thiết kế sửa đổi theo tiêu chuẩn
của Liên xô cũ. Các nhịp đeo là dầm dự ứng lực giản đơn có chiều dài 24m
hoặc 33m nh- cầu Rào, cầu Niệm, cầu An D-ơng ở Hải Phòng, cầu Bo ở Thái
Bình hay cầu Bình ở Hải D-ơng. Sơ đồ cầu khung T - dầm đeo là sơ đồ kết
cấu tĩnh định, do đó thi công đơn giản hơn so với việc thi công các hệ siêu
tĩnh và đủ khả năng v-ợt qua các nhịp dài đến 80m, mà tr-ớc đây th-ờng phải
dùng kết cấu nhịp dàn thép. Ưu điểm của cầu khung T là do thi công kết cấu
nhịp theo kiểu lắp hẫng hoặc đúc hẫng cân bằng, nên sơ đồ bố trí cốt thép dự
ứng lực trong giai đoạn thi công và khai thác là giống nhau. Tuy nhiên nh-ợc
điểm cơ bản của hệ khung T - dầm đeo là đ-ờng cong biến dạng của kết cấu
nhịp bị gÃy góc tại các vị trí chết, điều này rất bất lợi đối với hoạt tải nặng và
dễ gây nứt và h- hỏng tại nơi bố trí gối nhịp đeo. Các dạng kết cấu nhịp liên
tục thi công theo công nghệ đúc đẩy hoặc đúc hẫng đ-ợc xây dựng từ năm
1990 trở lại đây. Đây là cầu có hệ siêu tĩnh nhiều bậc, rất nhạy cảm với sự
thay đổi nhiệt độ và sự lún không đều của các mố trụ (phát sinh các ứng lực
phụ). Đoạn giữa nhịp sẽ có các mô men d-ơng tác dụng, do vậy phải bố trí cốt
thép chủ chịu kéo ở tại khu vực đó. Điều này gây ra một số phức tạp về cấu
tạo và thi công, đòi hỏi phải có trình độ cao về thiết kế và công nghệ thi công.

Mặt cắt ngang của dầm có dạng hình hộp đ-ợc thiết kế theo qui trình công
nghệ n-ớc ngoài và quy trình Việt Nam nh- cầu Mẹt, cầu Hiền L-ơng (thi
công theo đúc đẩy), hoặc cầu Phú L-ơng, cầu Sông Gianh, cầu Hoàng Long,
cầu Bình Triệu, cầu Nguyễn Tri Ph-ơng...(theo công nghệ ®óc hÉng).

1.3 Tình hình hư hỏng dưới dạng nứt bê tông của kết cấu nhịp cầu bê tông
cốt thép ở nước ta.

21
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng


Luaọn vaờn toỏt nghieọp

Những h- hỏng ở kết cấu nhịp cầu bê tông, th-ờng đe doạ đến sự an
toàn của quá trình khai thác cầu. Những tai nạn đối với kết cấu nhịp th-ờng là
nghiêm trọng. ở n-ớc ta đà từng xảy ra những h- hỏng và tai nạn loại này
trong quá trình khai thác. Tuỳ theo các dạng kết cấu nhịp hoặc các biện pháp
thi công mà các h- hỏng này có các dạng nh- sau:
1.3.1 Tỡnh hỡnh hử hỏng các cầu xây dựng thời Pháp thuộc.

Đặc điểm bê tông của thời kỳ này là cốt liệu sử dụng chủ yếu là sỏi
sông nên rất dễ nứt do tính chịu kéo kém hơn nhiều. Đồng thời, quá trình
sử dụng đã lâu, qua các thời kỳ lịch sử, việc duy tu bảo dưỡng không theo
một hệ thống. Mặt khác, quá trình khai thác trên các tuyến đường đều vượt
khả năng chịu tải hiện tại của các cầu loại này. Do đó, mức độ hư hại hiện
nay rất nghiêm trọng, trong đó hư hỏng về nứt bê tông là phổ biến nhất đối
với tất cả cầu. Đó là các dạng nứt như :
- Các vết nứt chân chim : Các vết nứt nhỏ ly ty, chiều sâu vết nứt
nhỏ trên bề mặt bê tông theo các hướng bất kỳ, tạo thành các

mảng trên bề mặt. Các vết nứt này gây bong tróc lớp bê tông bảo
vệ cốt thép dẫn đến gỉ cốt thép. Vết nứt loại này xuất hiện ở hầu
hết các cầu.

22
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng


Luận văn tốt nghiệp

- Vết nứt ngắn : Do co ngót bê tông hoặc bảo dưỡng bê tông không
đảm bảo gây nên sự khô nhanh trên bề mặt bê tông trước khi bê
tông đông cứng.
- Vết nứt dọc theo cốt thép : Chủ yếu xuất hiện ở bản mỏng,
nguyên nhân do sự chấn động cốt thép, bố trí cốt thép thưa hoặc
đường kính lớn mà chiều dày lớp bê tông bảo vệ lại mỏng. Loại
này thấy ở cầu Đồng Nai (QL1A)
- Vết nứt phân lập : Do lực cắt gây ra, là các vết ngắn gần nhau
quây thành vùng, thường xuất hiện ở sườn dầm gần vị trí trục
trung hòa.
- Vết nứt xiên : Xuất hiện ở vị trí gần bầu dầm do ứng suất kéo chủ
gây ra. Các vết nứt này nghiêng khoảng 450 trong thân dầm.
- Vết nứt thẳng đứng : Xuất hiện tại các vị trí gần gối và vị trí gối
dầm đeo (đối với cầu dầm hẫng nhịp đeo)
Hình ảnh hư hỏng của các cầu BTCT trên QL91 :
- Nứt dọc theo cốt thép :

23
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng

Luận văn tốt nghiệp

- Nứt ngang dầm chủ :

24
Lớp Cao học Cầu đường khóa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Duõng


Luận văn tốt nghiệp

1.3.2 Tình hình hư hỏng các cầu xây dựng thời Mỹ.
Các cầu xây dựng thời gian này chủ yếu có tiết diện hình chữ T hoặc
chữ

ghép lại với nhau bằng cách kéo cáp hậu áp ở bản và ở dầm ngang.

Các lực ngang này sẽ tạo thành hệ liên kết không gian các dầm, khi có tải
trọng tác dụng lên bất kỳ một dầm nào thì các liên kết này sẽ phân phối
lực lên toàn bộ hệ dam.

Cáp DƯL

Dầm chủ

25
Lụựp Cao hoùc Cau ủửụứng khoựa 12 (2001) - Học viên : Phan Anh Dũng