Khe co giãn răng lược gồm hai bản thép dày, mỗi bản có hàng răng dài, gắn vào hai đầu kết cấu nhịp sao cho răng bên này đan vào khoảng trống giữa các răng bên kia; khi dầm co giãn, răng trượt vào hoặc rút ra mà bánh xe vẫn luôn có chỗ tựa. Loại khe này dùng cho chuyển vị trung bình đến khá lớn, thường từ vài centimét đến vài chục centimét.
Điểm cần nhớ nhất: khe răng lược không kín nước. Nước mưa, đất cát lọt qua kẽ răng xuống dưới, nên nó luôn phải đi kèm một máng hứng và đường dẫn nước ra khỏi kết cấu. Bài viết giải thích cách tính chuyển vị khe ở mức nguyên lý, cấu tạo, việc lắp đặt và những hư hỏng mà người quản lý cầu có thể tự nhận ra.
Khe co giãn để làm gì và chuyển vị đến từ đâu
Ở đầu mỗi chuỗi nhịp, kết cấu nhịp phải có một khoảng hở với nhịp kế tiếp hoặc với tường đỉnh mố, để dầm dài ra mà không đâm vào nhau. Khe co giãn là bộ phận bắc qua khoảng hở đó, cho bánh xe đi qua êm và che chắn phần kết cấu bên dưới. Khoảng hở thay đổi liên tục: hẹp lại vào trưa hè, rộng ra vào đêm lạnh, rộng dần thêm trong những năm đầu do bê tông co ngót và từ biến.
Phần do nhiệt độ ước lượng được theo công thức đơn giản: thay đổi chiều dài bằng hệ số giãn nở nhiệt nhân chiều dài kết cấu co giãn nhân biên độ nhiệt độ. Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông và thép đều vào khoảng một phần trăm nghìn trên mỗi độ C. Ví dụ giả định: một chuỗi dầm liên tục có đoạn co giãn về phía khe dài 120 m, biên độ nhiệt độ của kết cấu 35 độ, thì thay đổi chiều dài vào khoảng 120.000 mm nhân 0,00001 nhân 35, tức chừng 42 mm.
Lưu ý là nhiệt độ của kết cấu khác nhiệt độ không khí: dầm hộp bê tông dày nóng lên, nguội đi chậm và ít dao động hơn không khí; dầm thép mỏng dưới nắng có thể nóng hơn không khí rất nhiều. Vì thế cùng một chiều dài, cầu thép thường cần hành trình khe lớn hơn cầu bê tông, và biên độ nhiệt dùng tính toán lấy theo tiêu chuẩn thiết kế cho từng loại kết cấu, từng vùng khí hậu.
Thiết kế còn cộng thêm co ngót, từ biến (với dầm dự ứng lực có thể đáng kể), chuyển vị do hãm phanh, do động đất ở vùng có yêu cầu, và chừa dự phòng. Kết quả là tổng hành trình khe, con số quyết định chọn loại khe nào. Chuyển vị nhỏ thì khe cao su, khe kín bằng vật liệu đàn hồi; trung bình đến lớn thì khe răng lược; rất lớn thì khe mô-đun nhiều dầm.
Cấu tạo một bộ khe răng lược
Nhìn từ mặt đường, chỉ thấy hai hàng răng thép. Bên dưới còn nhiều thứ quyết định độ bền:
- Bản răng: thép dày, răng hình chữ nhật hoặc hình thang, đặt song song với hướng xe chạy. Đầu răng mỗi bên đan vào khoảng trống bên kia một đoạn đủ để khi khe mở lớn nhất răng vẫn còn chồng lên nhau.
- Kiểu đỡ răng: răng công xôn chìa ra từ một bên, hoặc răng tựa, có đầu răng gác lên một gờ đỡ phía bên kia. Răng tựa chịu bánh xe nặng tốt hơn khi khe mở lớn.
- Hệ neo: bu lông neo hoặc thép neo hàn sẵn, chôn vào khối bê tông đầu dầm và đầu mố. Đây là phần chịu lực va đập của bánh xe, lỏng neo là bắt đầu hỏng khe.
- Bê tông đệm hai bên khe: thường là bê tông cường độ cao hoặc vữa chuyên dụng, đổ sau, chuyển tiếp từ bản thép sang lớp phủ mặt cầu.
- Máng hứng nước: máng cao su, tấm EPDM hoặc máng thép gắn dưới khe, dốc về một phía, dẫn nước ra ống thoát nằm ngoài vùng gối và đầu dầm.
- Chi tiết ở lề và gờ lan can: khe phải đi liên tục qua lề bộ hành và gờ chắn bánh, bằng tấm che trượt, để không có khe hở cho chân người và bánh xe máy lọt vào.
Răng đặt song song hướng xe nên bánh xe máy, xe đạp có bề rộng nhỏ có thể lọt giữa hai răng nếu khe mở quá rộng so với thiết kế. Vì vậy khoảng cách giữa các răng là một thông số an toàn, không chỉ là thông số kỹ thuật.
Khe răng lược so với các loại khe khác
Mỗi loại khe có vùng làm việc riêng. Bảng so sánh định tính giúp hiểu vì sao người thiết kế chọn khe răng lược ở một vị trí cụ thể:
| Loại khe | Hành trình phù hợp | Kín nước | Êm khi xe qua | Bảo trì |
|---|---|---|---|---|
| Khe kín bằng vật liệu đàn hồi gốc bitum | Nhỏ | Có | Rất êm | Dễ hằn lún khi trời nóng, xe nặng |
| Khe cao su có lõi thép | Nhỏ đến vừa | Có nếu lắp tốt | Êm | Cao su lão hoá, bu lông lỏng |
| Khe răng lược | Vừa đến lớn | Không, phải có máng | Khá êm, ít tiếng ồn | Thông máng, kiểm neo, răng |
| Khe mô-đun nhiều dầm | Lớn đến rất lớn | Có, bằng gioăng giữa các dầm | Có tiếng ồn đặc trưng | Phức tạp, nhiều chi tiết |
Khe răng lược được ưa chuộng ở cầu nhịp trung bình và lớn vì bản thép dày chịu va đập tốt, ít chi tiết chuyển động, xe qua tương đối êm. Đổi lại phải chấp nhận nước lọt qua, và toàn bộ độ bền của vùng đầu dầm phụ thuộc vào việc máng hứng có được thông thường xuyên hay không.
Lắp đặt khe răng lược: những điểm quyết định chất lượng
Biện pháp và dung sai cụ thể theo chỉ dẫn kỹ thuật dự án và nhà sản xuất. Các điểm nguyên lý:
- Để hốc chờ đúng kích thước: khi đổ bê tông đầu dầm và đầu mố, chừa hốc có thép chờ theo bản vẽ khe; hốc nhỏ quá thì không đủ bê tông bao neo.
- Đặt khe theo độ mở ứng với nhiệt độ lắp: khe được chỉnh trước để có độ mở tương ứng nhiệt độ của kết cấu lúc lắp, theo bảng do thiết kế cung cấp, rồi mới cố định.
- Cao độ khớp với mặt đường: mặt bản răng bằng hoặc thấp hơn chút ít so với lớp phủ hai bên theo dung sai; khe nhô lên tạo cú đập, khe tụt xuống tạo hố trũng giữ nước.
- Lắp và kiểm tra máng hứng trước khi đổ bê tông đệm: máng phải liên tục, dốc, có đầu ra; sau khi đổ bê tông rất khó sửa máng.
- Đổ bê tông đệm và bảo dưỡng: bê tông đặc chắc bao kín neo, bảo dưỡng đủ thời gian trước khi thông xe.
- Thử nước: dội nước lên khe, quan sát nước có chảy theo máng ra đúng chỗ hay không, không nhỏ giọt xuống gối.
Lắp khe thường làm khi cầu sắp thông xe hoặc trong sửa chữa có xe đang chạy. Khu vực thi công phải có rào chắn, biển báo, người cảnh giới; công nhân làm việc cạnh làn xe chạy mặc áo phản quang và có lối thoát.
Xe máy, xe đạp và khe răng lược: chuyện an toàn đặc thù ở Việt Nam
Phần lớn tiêu chuẩn khe co giãn được xây dựng ở những nơi xe bốn bánh chiếm đa số. Trên đường Việt Nam, xe máy chiếm phần lớn lưu lượng, bánh xe hẹp, tải nhẹ nhưng rất nhạy với khe hở và bậc chênh. Một khe răng lược làm đúng thiết kế thì xe máy đi qua êm; nhưng khi khe mở rộng hơn thiết kế vì kết cấu dịch chuyển, khi một vài răng bị gãy, hay khi bê tông đệm vỡ tạo bậc, xe máy là đối tượng chịu rủi ro đầu tiên.
Khi đọc hồ sơ thiết kế hay nghiệm thu khe, chủ đầu tư nên hỏi rõ: khoảng cách giữa hai răng kề nhau khi khe mở lớn nhất là bao nhiêu, có phù hợp với xe hai bánh không; khe có đi liên tục qua phần lề, làn xe máy sát gờ chắn bánh hay để lại khoảng trống; bề mặt bản thép có được tạo nhám chống trơn hay không, vì thép trơn ướt nước mưa là chỗ xe máy hay bị trượt bánh khi phanh trên cầu.
Trong khai thác, một răng gãy trên làn xe máy nên được coi là hư hỏng cần xử lý gấp chứ không đợi đến kỳ sửa chữa lớn: rào chắn tạm, cắm biển cảnh báo, rồi thay răng hoặc che tạm bằng tấm thép được neo chắc. Tấm che tạm đặt không neo bị bánh xe đẩy xê dịch, nguy hiểm hơn chính chỗ hỏng.
Hư hỏng hay gặp và dấu hiệu nhận biết
Tiếng kêu "cạch cạch" khi xe qua. Thường do bu lông neo lỏng, bản răng bị bập bênh trên lớp đệm. Để lâu, va đập làm vỡ bê tông đệm và gãy neo.
Bê tông đệm hai bên vỡ, tạo bậc. Bánh xe rơi vào chỗ trũng rồi đập vào cạnh thép, tải va đập tăng lên nhiều lần. Đây là hư hỏng phổ biến nhất và nên sửa sớm vì nó tự đẩy nhanh chính nó.
Răng gãy, cong, mẻ. Do xe nặng, vật cứng kẹt giữa răng hoặc khe kẹt không đóng được. Răng thiếu tạo khoảng hở nguy hiểm cho xe hai bánh.
Khe bị đất đá lấp đầy. Khe không đóng lại được khi trời nóng, kết cấu bị bó, đẩy vào nhau. Cần thông khe và tìm nguồn đất đá, thường từ xe chở vật liệu không che chắn.
Máng hứng tắc hoặc rách. Nhìn từ dưới gầm thấy vệt nước, vệt rỉ, rêu ngay dưới khe và trên xà mũ. Hậu quả rơi vào gối và đầu dầm chứ không phải bản thân khe.
Độ mở khe bất thường. Khe gần như khép kín vào ngày mát hoặc mở quá rộng vào ngày nóng gợi ý kết cấu đã dịch chuyển dài hạn hoặc gối kẹt. Ghi lại độ mở kèm nhiệt độ ngày đo là thông tin có giá trị cho kiểm định.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao răng của khe co giãn đặt song song với hướng xe chạy?
Để bánh xe luôn được đỡ trên các răng trong suốt quá trình khe mở và đóng, và để răng trượt vào nhau đúng theo phương dầm co giãn. Nếu răng đặt vuông góc, khi khe mở bánh xe sẽ rơi vào khoảng trống. Nhược điểm là xe hai bánh có bánh hẹp cần khoảng cách răng đủ nhỏ.
Khe răng lược có cần máng hứng nước không?
Bắt buộc. Kẽ hở giữa các răng để nước, bùn, cát đi qua tự do. Không có máng, hoặc máng tắc, nước bẩn sẽ chảy thẳng xuống gối, xà mũ và đầu dầm, gây rỉ gối, rỉ cốt thép và nứt bê tông. Máng cần được thông định kỳ, nhất là trước và sau mùa mưa.
Khe co giãn hỏng có phải thay cả bộ không?
Không phải lúc nào. Nếu chỉ vỡ bê tông đệm hoặc lỏng một số bu lông, có thể sửa cục bộ. Khi neo đã gãy nhiều, bản răng biến dạng hay khe không còn đủ hành trình do kết cấu dịch chuyển, thường phải thay. Đánh giá do đơn vị chuyên môn thực hiện sau khi tháo lớp phủ xem hệ neo.
Làm sao biết khe co giãn đang kẹt?
Một số dấu hiệu: khe gần như khép kín hoặc răng chạm đáy vào ngày nóng, có đất đá nén chặt giữa răng, bê tông hai bên khe vỡ theo kiểu bị ép, gối ở đầu nhịp nghiêng nhiều về một phía. Đo độ mở khe vào vài thời điểm có nhiệt độ khác nhau giúp xác nhận.
Có thể rải đè lớp nhựa mới lên khe co giãn khi thảm lại mặt cầu không?
Không được. Khe phải để lộ và làm việc tự do. Rải đè làm lớp nhựa nứt ngay theo đường khe và bịt kín khoảng hở, khiến kết cấu bị bó. Khi thảm lại mặt cầu, nhà thầu phải cào bóc và hoàn thiện sát mép khe, điều chỉnh cao độ khe nếu lớp phủ mới dày hơn lớp cũ.