TÓM TẮT: Bài báo trình bày nguyên nhân nứt trong các công trình xây dựng bằng bê tông cốt thép (BTCT) và bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DUL). Các phương pháp xác định và theo dõi nứt trong các công trình trên và phương pháp xử lý. Trong báo cáo cũng giới thiệu hiện tượng nứt ở một số công trình GTVT và các biện pháp khắc phục.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay nhiều công trình xây dựng bằng BTCT xảy ra hiện tượng nứt bê tông trước khi đưa vào khai thác. Những vết nứt này xảy ra do nhiều nguyên nhân nhưng vấn đề là chúng ta có chấp nhận sự tồn tại các vết nứt này không? và có khắc phục được hiện tượng nứt bê tông trước khi đưa vào khai thác hay không? Theo định nghĩa về hư hỏng trong bệnh học công trình [1] “Hư hỏng là sự khác nhau không chấp nhận được giữa sự hy vọng sẽ thực hiện và những sự thực hiện đã qua sát được” thì hiện tượng nứt bê tông trong các công trình mới xây dựng cần thiết phải được khắc phục.
2. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY NỨT BÊ TÔNG TRONG CÁC CÔNG TRÌNH MỚI XÂY DỰNG
Trong nhiều cuộc hội thảo gần đây có nêu ra nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng nứt trong các kết cấu bê tông cốt thép. Trong quá trình kiểm tra, theo dõi sự phát triển các vết nứt tại một số cầu, hầm, cảng mới xây dựng ở nước ta chúng tôi nhận thấy nứt ở kết cấu BTCT mới xây dựng do một số nguyên nhân chủ yếu sau.
* Trước khi bê tông đông cứng
- Nứt do dịch chuyển: bao gồm dịch chuyển của ván khuôn (có thể do tháo ván khuôn sớm) và các dịch chuyển do những chấn động trên công trường gây ra.
- Nứt do co ngót dẻo, độ sụt của bê tông lớn. Hiện tượng nứt này do một số nguyên nhân sau: bảo dưỡng kém, trời hanh bê tông khô nhanh và cốt thép gần bề mặt bê tông. Vết nứt này thường xuất hiện trong khoảng thời gian từ 30 phút đến 3 giờ sau khi đổ bê tông.
* Sau khi bê tông đông cứng:
- Nứt do nguyên nhân lý học: Những hiện tượng nứt này thường xảy ra do sự co ngót của các phối liệu, co ngót khi khô. Bề mặt bê tông bị rạn do lượng xi măng nhiều, bảo dưỡng kém. Loại vết nứt này thường xuất hiện từ 1 đến 7 ngày sau khi đổ bê tông.
- Nứt do nguyên nhân nhiệt: Do có sự chênh lệch nhiệt độ bên ngoài và bên trong kết cấu. Đối với kết cấu bản, tường dày không khống chế được nhiệt độ bên trong và bên ngoài tạo ra gradien nhiệt quá giới hạn (thường xảy ra trong khoảng thời gian từ 1 đến 3 ngày).
- Nứt do nguyên nhân kết cấu: Do kết cấu chịu quá tải đột ngột, do thiết kế không đủ tiết diện. Có trường hợp còn bị nứt do việc triển khai các bản vẽ thi công không phù hợp với thiết kế.
Để minh hoạ những nguyên nhân trên có thể đưa ra một số ví dụ sau:
2.1. Hầm D
* Mô tả khuyết tật: Xuất hiện các vết nứt tại một số khoang của hầm, độ rộng vết nứt lớn nhất 0,4mm, khoang số 9 có số vết nứt nhiều nhất 15 vết nứt với tổng số chiều dài là 36,980m. Nước rỉ xuống lòng hầm từ các khe thi công và các vết nứt. Các vết nứt có đặc điểm như sau:
- Xuất hiện không theo quy luật: Có vết nứt song song với trục dọc hầm, có vết nứt vuông góc với trục dọc hầm, có vết nứt xiên góc với trục dọc hầm.
- Các vết nứt xuất hiện ở cả tường phải, tường trái và khu vực vòm.
- Đa số vết nứt có độ rộng vết nứt xấp xỉ 0,2mm, một số ít có độ rộng xấp xỉ 0,4mm.
* Qua đo đạc, tính toán và tìm hiểu các tài liệu thi công, dự đoán nguyên nhân gây nứt bê tông như sau:
- Tháo ván khuôn sớm khi bê tông chưa đủ cường độ, những va chạm, chấn động lúc tháo ván khuôn cũ và lắp ván khuôn mới gây nứt trong các dốt của hầm.
- Trong quá trình thi công xong bê tông không được bảo dưỡng, lượng nước mất nhanh, phục thuộc lớn vào thời tiết... gây co ngót dẫn đến nứt.
- Hiện tượng rỉ nước theo vết nứt và các khe nối giữa các đốt do nguyên nhân khi thiết kế không thiết kế lớp phòng nước.
2.2. Cầu K.C.
Cầu bản mố nhẹ gồm 2 nhịp, chiều dài kết cấu nhịp 6,58m x 2 = 13,16m, tường thân mố cao 7,5m, móng mố được tăng cường bằng cọc BTCT M300#, thân mố dày 0,95m bằng BT M150#
Mô tả khuyết tật: Vết nứt ngang cách đỉnh mố khoảng 2,5m, độ rộng 1,8m, sâu 75cm, dài suốt bề ngang tường mố (6,5m). Tường mố bị vồng 5cm. Tường cánh có xu thế đẩy ra phía lòng sông và phía vuông góc với cầu. Tường cánh phía hạ lưu bị đổ, các tường cánh còn lại đều xuất hiện các vết nứt ngang độ rộng 2mm.
* Dự đoán nguyên nhân:
Nguyên nhân gây ra nứt do tường mố và tường cánh không đủ khả năng chịu lực ngang do áp lực đất và do hoạt tải sau mố. Đã tiến hành kiểm toán mặt cắt trên 1m dài tại mặt cắt giữa chiều cao của tường thân mố. Do tường thân mố kết cấu bê tông toàn khối nên không cho phép xuất hiện ứng suất kéo trên tiết diện nguyên nhưng ở tường thân mố đã xuất hiện ứng suất kéo gây nứt.
2.3. Cảng V
Kết cấu bến cảng gồm hệ dầm trực giao đỡ hệ bản BTCT. Tiết diện ngang của một dầm như sau:
Hình 1. Tiết diện ngang của dầm trực giao đỡ bản BTCT
Trong quá trình thi công tại giai đoạn chuyển tiếp khi các tấm bản mặt cầu chưa được đặt lên xuất hiện các vết nứt từ mặt trên của dầm (tại thời điểm đó nằm ở cao độ đáy của các tấm bản đúc sẵn sau này sẽ được đặt lên). Các vết nứt kéo dài từ bề mặt và ước tính kéo dài 80 cm xuống các cạnh.
Hình 2. Vết nứt xuất hiện trên bề mặt dầm
Nguyên nhân gây ra nứt do việc triển khai bản vẽ thi công không đúng nên trong quá trình thi công tại giai đoạn chuyển tiếp không có thanh thép nào trên mặt dầm ở vị trí gối vì tại đó mô men đổi chiều thớ trên chịu kéo.
2.4. Một số cầu dầm hộp
Trong giai đoạn hiện nay chúng ta áp dụng tiến bộ kỹ thuật và công nghệ mới xây dựng một số cầu dầm hộp. Trong giai đoạn đầu ở các cầu mới xây dựng đã xuất hiện các vết nứt ở bản trần trong hộp. Ở những cầu gần đây các vết nứt này hầu như không có. Các vết nứt này đa số là các vết nứt dọc theo cầu ở khu vực giữa trần, và khu vực vút của bản trần, độ rộng vết nứt 0,2mm. Do có những cải tiến trong thiết kế và thi công số lượng vết nứt trong lòng hộp giảm dần và ở những cầu mới xây dựng các vết nứt này hầu như không có. Từ đó có thể thấy rằng hoàn toàn có thể xây dựng được những công trình cầu hộp BTCT DUL mà không tồn tại bất cứ khuyết tật nào.
Bảng 1. Thống kê tình trạng một số cầu hộp BTCT DUL mới xây dựng
trong những năm gần đây.
Tên cầu Công nghệ thi công Năm kiểm tra Khẩu độ nhịp lớn nhất (m) Bề rộng bản trần (m) Nứt ở bản trần trong hộp Độ rộng vết nứt lớn nhất (mm)
1. P Đúc hẫng 5/1998 120 5 nứt nhiều 3.0
2. G Đúc hẫng 12/1998 120 5.8 nứt ít 0.2
3. H Đúc hẫng 4/1999 42 4.8 không nứt
4. T Đúc hẫng 5/2000 102 5 nứt ít 0.2
5. Q Đúc đẩy 10/2000 102 5 nứt ít 0.1
6. L Đúc hẫng 10/2000 90 5.1 nứt ít 0.1
7. HH Đúc hẫng 2/2001 130 6.06 Không nứt
8. X Đúc đẩy 8/2001 42 4 không nứt
9. TT Đúc hẫng 9/2001 63 6.6 không nứt
3. SỬA CHỮA CÁC VẾT NỨT
Trong bất kể trường hợp nào, chủ đầu tư không muốn nhận một công trình ngay từ ban đầu đã có những vết nứt. Để sửa chữa các vết nứt ở công trình BTCT mới xây dựng cần thiết phải qua các bước sau đây:
* Xác định nguyên nhân gây nứt.
* Theo dõi sự phát triển của vết nứt.
* Sửa chữa vết nứt
Để theo dõi sự phát triển của vết nứt, sử dụng thiết bị Avongard (Tell-Tale “Plus” No 9022157.3) có hình vẽ dưới đây:
Hình 3. Thiết bị theo dõi vết nứt
Việc theo dõi vết nứt để khẳng định rằng vết nứt không phải do nguyên nhân lực và quyết định phương thức sửa chữa. Một số ví dụ về sửa chữa vết nứt đã được thực hiện như sau.
3.1. Sửa chữa công trình trình bày trong phần 2.1
Sau khi thiết kế bổ sung hệ thống thoát nước tại các khe thi công mới tiến hành xử lý vết nứt ở bề mặt vỏ hầm:
- Đục bỏ bê tông dọc theo chiều dài vết nứt dạng hình chữ V (rộng 10cm, sâu 10cm)
- Vệ sinh bề mặt vết đục, tiến hành trát lớp Sika 102 dầy 3cm vào vết đục.
- Ghép ván khuôn dọc theo vết nứt.
- Bơm vữa CM-F vào theo các cửa sổ đặt sẵn trên ván khuôn.
- Tháo ván khuôn quét phủ lớp keo Sika 732 lên bề mặt (2-3mm).
- Sau khi khô sơn bề mặt 2 nước sơn theo màu sơn của hầm.
3.2. Sửa chữa công trình trình bày trong phần phụ lục 2.2.
Vết nứt do nguyên nhân lực sẽ dẫn đến phá hủy công trình, cần thiết phải dỡ tải sau đó tiến hành sửa chữa theo một trong hai cách:
- Phá bỏ thiết kế lại.
- Bổ sung cốt thép ở phần chịu kéo và sửa đổi lại kết cấu mố thành dạng mố chữ U.
3.3. Sửa chữa công trình trình bày trong phần phụ lục 2.3.
Vết nứt xuất hiện trong quá trình thi công nên cần thiết phải:
- Bổ sung thêm cốt thép thi công.
- Hoặc triển khai lại phương án thi công.
Sau khi thi công xong sẽ phun sâu keo êpôxy vào các vết nứt bằng bơm áp lực cao.
4. KẾT LUẬN
Sự xuất hiện vết nứt trên công trình BTCT là một biểu hiện của bệnh lý công trình cần sớm tìm ra nguyên nhân và biện pháp khắc phục.