Khi căng cáp dự ứng lực, người ta kiểm cùng lúc hai đại lượng độc lập: lực kéo (suy ra từ áp lực đồng hồ của kích đã kiểm định) và độ giãn dài thực đo của cáp, rồi đối chiếu độ giãn đo được với độ giãn tính toán. Hai con số khớp nhau trong phạm vi sai số cho phép thì có cơ sở tin rằng lực trong cáp đúng thiết kế; lệch nhiều thì dừng lại tìm nguyên nhân trước khi đóng nêm hay căng tiếp.
Ngoài ra còn ba việc phải để mắt: sợi thép có đứt hoặc trượt không, tụt neo khi nhả kích bao nhiêu, và mọi số liệu có được ghi đúng vào biên bản căng không. Bài này viết cho kỹ sư trẻ, cán bộ kỹ thuật và tư vấn giám sát cần hiểu vì sao làm từng bước, chứ không thay chỉ dẫn kỹ thuật của dự án hay quy trình của đơn vị chuyên căng kéo.
Vì sao không tin riêng đồng hồ áp lực
Lực trong cáp không đo trực tiếp được ngoài hiện trường. Thứ người ta đọc là áp lực dầu trên đồng hồ, rồi quy ra lực bằng đường chuẩn có được khi kiểm định bộ kích, bơm và đồng hồ. Chuỗi suy luận này có nhiều điểm có thể sai: đồng hồ hỏng kim, kích bị mòn gioăng làm ma sát trong xi lanh tăng, dùng nhầm đồng hồ của bộ khác, hoặc đường chuẩn đã quá hạn.
Độ giãn dài thì đo trực tiếp bằng thước, phản ánh lực thật đã đi vào cáp qua quan hệ đàn hồi của thép. Nhưng độ giãn cũng có điểm yếu: nó phụ thuộc mô đun đàn hồi thực của lô cáp, ma sát trong ống, và cách đo. Vì mỗi phương pháp có nguồn sai riêng, dùng cả hai để kiểm chéo cho nhau là nguyên tắc chung của mọi tiêu chuẩn thi công dự ứng lực.
Nói gọn: đồng hồ cho biết kích đang đẩy bao nhiêu, thước cho biết cáp đã thật sự giãn bao nhiêu. Khi hai nguồn đồng ý với nhau, xác suất cả hai cùng sai theo một hướng là rất thấp. Khi chúng bất đồng, đó chính là tín hiệu có chuyện xảy ra bên trong ống mà mắt không nhìn thấy.
Độ giãn dài lý thuyết được tính thế nào
Ở mức đơn giản nhất, độ giãn của một đoạn cáp bằng lực trung bình trong cáp nhân chiều dài, chia cho diện tích tiết diện cáp nhân mô đun đàn hồi. Công thức viết gọn là: độ giãn = P × L / (A × E). Chữ "trung bình" quan trọng: với cáp căng sau đi cong, lực giảm dần từ đầu kích vào trong do ma sát, nên kỹ sư thiết kế tính lực trung bình trên từng đoạn rồi cộng dồn.
Ví dụ giả định: một tao cáp đường kính 15,2 mm có diện tích danh định khoảng 140 mm², mô đun đàn hồi lấy theo chứng chỉ lô cáp là 195.000 MPa, chiều dài tính từ neo cố định đến điểm đo trên kích là 30 m, lực trung bình dọc tao sau khi trừ ma sát là 190 kN. Độ giãn = 190.000 N × 30.000 mm / (140 mm² × 195.000 MPa) ≈ 209 mm. Đây là con số để đối chiếu, không phải lực căng của dự án nào.
Chiều dài L phải tính cả đoạn cáp nằm trong kích từ mặt neo đến chỗ kẹp của kích, vì đoạn đó cũng giãn. Nhiều sai lệch "khó hiểu" ngoài hiện trường hoá ra do bảng tính quên đoạn này, hoặc dùng mô đun đàn hồi danh định thay vì giá trị thật của lô cáp đang dùng. Khi nhận lô cáp mới, kỹ sư nên yêu cầu cập nhật bảng độ giãn theo mô đun ghi trong chứng chỉ.
Bảng độ giãn lý thuyết thường do đơn vị thiết kế hoặc đơn vị căng kéo lập cho từng bó, ghi rõ lực ở từng cấp, độ giãn tương ứng và sai số cho phép. Người ngoài hiện trường không tự tính lại lực căng, mà dùng bảng này để đối chiếu.
Trình tự căng và đo ngoài hiện trường
Quy trình cụ thể theo chỉ dẫn kỹ thuật và hồ sơ biện pháp được duyệt; dưới đây là khung nguyên lý để hiểu vì sao mỗi bước tồn tại:
- Kiểm trước khi căng: cường độ bê tông đã đạt theo kết quả mẫu, bộ kích, bơm, đồng hồ đúng số hiệu trong giấy kiểm định còn hạn, nêm và đầu neo sạch, đúng chủng loại, tao cáp xếp đúng lỗ không chéo nhau.
- Căng sơ bộ tới một mức nhỏ (thường khoảng 10–20% lực thiết kế) để kéo thẳng các tao, khử độ chùng và độ trễ của nêm. Đánh dấu mốc đo trên tao hoặc trên piston kích tại mức này.
- Tăng lực theo từng cấp ghi trong biện pháp, mỗi cấp đọc áp lực và đo độ giãn. Độ giãn từ 0 đến mức sơ bộ không đo được trực tiếp, nên được ngoại suy từ các cấp đo sau (vì quan hệ lực – độ giãn gần tuyến tính).
- Đến lực thiết kế, giữ tải một thời gian ngắn, đọc lại đồng hồ và độ giãn, so với bảng. Nếu nằm trong sai số cho phép thì tiến hành đóng nêm.
- Nhả kích, đo tụt neo bằng cách so vị trí mốc trên tao trước và sau khi nêm ăn. Ghi toàn bộ số liệu vào biên bản ngay tại chỗ, có chữ ký các bên chứng kiến.
Với bó căng hai đầu, độ giãn tổng là tổng của hai đầu, và trình tự hai kích phải phối hợp theo biện pháp. Với kích có piston hành trình ngắn hơn độ giãn cần thiết, phải căng nhiều lần (kéo, khoá, hồi kích, kéo tiếp); mỗi lần chuyển đều cộng sai số đo, nên càng phải ghi cẩn thận.
Độ giãn đo được lệch tính toán: đọc nguyên nhân
Sai số cho phép do tiêu chuẩn thi công và chỉ dẫn kỹ thuật của dự án quy định, thường chỉ vài phần trăm (nhiều chỉ dẫn dùng mức quanh ±6–7%). Vượt ngưỡng thì dừng, báo tư vấn và thiết kế. Các nguyên nhân hay gặp:
| Hiện tượng | Nguyên nhân có thể | Việc cần làm |
|---|---|---|
| Đo dài hơn tính toán | Mô đun đàn hồi thực thấp hơn giá trị dùng để tính; ma sát trong ống nhỏ hơn giả định; đồng hồ đọc thấp hơn lực thật; neo cố định bị trượt; có sợi đứt | Kiểm chứng chỉ cáp và giấy kiểm định đồng hồ, xem đầu neo cố định, kiểm tao có sợi đứt |
| Đo ngắn hơn tính toán | Ống bị bẹp, móp, vữa hoặc bê tông rò vào ống làm kẹt; ma sát lớn hơn giả định; tao chéo nhau trong ống; kích hoặc đồng hồ sai | Không cố tăng lực để "đuổi" độ giãn; dừng, đối chiếu kích, xem xét khả năng tắc ống theo hướng dẫn của thiết kế |
| Độ giãn không tăng đều theo cấp lực | Nêm trượt, tao trượt trong kẹp kích, kích kẹt hành trình | Dừng, hạ áp an toàn, kiểm nêm và kẹp |
| Các bó giống nhau cho độ giãn chênh nhau nhiều | Đường ống thi công khác nhau, có bó bị kẹt cục bộ, đo không cùng mốc | So hồ sơ định vị ống, kiểm cách đo |
Phản xạ nguy hiểm nhất khi thấy độ giãn thiếu là tăng áp lực vượt lực thiết kế cho "đủ số". Làm vậy có thể vượt giới hạn ứng suất cho phép của cáp ở đầu kích, phá vùng neo, trong khi đoạn kẹt bên trong vẫn không nhận thêm bao nhiêu lực. Xử lý độ giãn thiếu là việc của người thiết kế, có thể là căng lại, căng từ đầu kia, hoặc bổ sung bó cáp.
Đứt sợi và trượt sợi: khi nào xảy ra, xử lý ra sao
Một tao cáp phổ biến gồm bảy sợi thép: một sợi giữa và sáu sợi xoắn quanh. Khi căng, một sợi có thể đứt, thường nghe tiếng "tách" sắc kèm áp lực đồng hồ khựng lại. Nguyên nhân hay gặp là tao bị tổn thương từ trước (dập, xước sâu, rỉ lõm, dính tia hàn hoặc bị dùng làm dây tiếp đất khi hàn), răng nêm hoặc kẹp kích mòn cắn lệch, hoặc tao bị gập gấp khi luồn.
Trượt sợi là khi tao tuột dần trong nêm hoặc kẹp, thường do nêm bẩn dầu mỡ, cát, vữa, hoặc nêm không cùng bộ với đầu neo. Dấu hiệu là độ giãn tăng mà lực không tăng tương ứng, hoặc sau khi đóng nêm thấy vạch đánh dấu trên tao lùi xa bất thường.
Mức đứt sợi được chấp nhận rất nhỏ và do chỉ dẫn kỹ thuật quy định; nhiều chỉ dẫn giới hạn kiểu không quá một sợi trong một tao và chỉ một tỷ lệ phần trăm nhỏ trên tổng số sợi của cấu kiện. Vượt mức thì phải thay tao hoặc bó và có ý kiến thiết kế. Tuyệt đối không giấu sợi đứt bằng cách cắt cụt rồi bịt đầu neo: lực thiếu ở một bó có thể không lộ ra cho tới khi cầu đã khai thác nhiều năm.
Cách phòng ngừa nằm ở khâu trước khi căng: bảo quản cáp đúng cách, cấm hàn và cắt bằng lửa gần tao, vệ sinh và thay nêm theo số lần dùng, kiểm kẹp kích định kỳ, luồn tao không để gập.
Tụt neo: vài milimét có thể làm mất bao nhiêu lực
Nêm chỉ bám chặt sau khi đã trượt vào lỗ côn một đoạn; đoạn trượt đó gọi là tụt neo. Thiết kế giả định một giá trị tụt neo, thường cỡ vài milimét (nhiều hồ sơ dùng khoảng 6 mm), tuỳ hệ neo và có dùng kích đóng nêm thuỷ lực hay không.
Với bó cáp dài vài chục mét, độ giãn tổng lên tới hàng trăm milimét, nên vài milimét tụt neo chỉ chiếm phần nhỏ, và ma sát trong ống còn "chặn" ảnh hưởng của nó lại gần đầu neo. Nhưng với bó ngắn, ví dụ cáp ngang dầm hay cáp đứng trong trụ, độ giãn tổng chỉ vài chục milimét, cùng một lượng tụt neo có thể làm mất một phần lớn lực. Vì vậy hồ sơ thiết kế các bó ngắn hay quy định dùng kích có bộ đóng nêm chủ động, và giám sát cần đo tụt neo kỹ ở đúng những bó này.
Cách đo đơn giản: trước khi nhả kích, đánh dấu một vạch trên tao sát mặt đầu neo, hoặc đo khoảng cách từ mặt neo tới một mốc cố định trên tao; sau khi nêm ăn và kích nhả hết, đo lại. Kết quả lớn hơn giá trị thiết kế cho phép thì báo ngay, vì có thể nêm không đúng loại, lỗ côn bẩn, hoặc thao tác đóng nêm sai.
Biên bản căng cần những gì, và dấu hiệu biên bản "đẹp quá"
Biên bản căng là bằng chứng duy nhất còn lại sau khi đầu neo đã bịt và ống đã bơm vữa. Một biên bản đủ dùng thường có:
- Tên cấu kiện, số hiệu bó theo bản vẽ, ngày giờ căng, tuổi và cường độ bê tông lúc căng.
- Số hiệu kích, bơm, đồng hồ và số giấy kiểm định tương ứng; số lô cáp và mô đun đàn hồi dùng tính toán.
- Bảng từng cấp lực: áp lực đọc trên đồng hồ, lực quy đổi, độ giãn đo ở mỗi đầu.
- Độ giãn lý thuyết, độ giãn thực đo (kể cả phần ngoại suy), phần trăm chênh lệch và giới hạn cho phép.
- Tụt neo đo được, số sợi đứt hoặc trượt nếu có, sự cố và cách xử lý.
- Chữ ký của người căng, kỹ thuật nhà thầu và tư vấn giám sát có mặt.
Khi xem lại hồ sơ, hãy cảnh giác với biên bản mà mọi bó đều chênh lệch đúng 0% hoặc các con số tròn trịa giống hệt nhau qua nhiều ngày: ngoài thực tế, ma sát và mô đun luôn tạo ra chênh lệch nhỏ khác nhau giữa các bó. Số liệu quá đều thường là số chép lại, không phải số đo. Biên bản điền sau, điền hộ, hoặc thiếu số hiệu đồng hồ đều làm mất giá trị kiểm chéo mà cả quy trình được dựng lên để có.
An toàn khi chứng kiến căng: không ai đứng phía sau kích hoặc trên đường thẳng của bó cáp, có tấm chắn ở đầu căng, khu vực căng được rào và có người cảnh giới. Người ghi số đứng chếch sang bên, đọc đồng hồ qua người vận hành bơm.
Câu hỏi thường gặp
Có được căng tiếp nếu độ giãn vượt sai số một chút không?
Không nên tự quyết. Sai số cho phép là ngưỡng do chỉ dẫn kỹ thuật đặt ra, vượt ngưỡng nghĩa là phải dừng, kiểm các nguyên nhân có thể và báo tư vấn, thiết kế. Nhiều khi nguyên nhân rất đơn giản như dùng sai mô đun đàn hồi trong bảng tính, sửa bảng xong là đối chiếu lại được.
Vì sao phải căng sơ bộ trước rồi mới đánh dấu đo?
Ở lực rất nhỏ, tao cáp còn chùng, nêm và kẹp chưa ăn hết, nên độ giãn lúc đầu không phản ánh đàn hồi của thép. Căng tới khoảng một phần mười đến một phần năm lực thiết kế rồi mới đặt mốc giúp số đo ổn định; phần độ giãn từ không tới mốc được ngoại suy theo quan hệ tuyến tính.
Mô đun đàn hồi của cáp lấy ở đâu?
Từ chứng chỉ xuất xưởng hoặc kết quả thí nghiệm kéo của đúng lô cáp đang dùng. Giá trị danh định trong sách chỉ dùng để tính sơ bộ. Mô đun thực của từng lô có thể lệch vài phần trăm, đủ làm độ giãn đo được nằm sát hoặc vượt ngưỡng sai số nếu bảng tính không cập nhật.
Căng một đầu hay hai đầu thì khác gì?
Bó dài và cong nhiều mất lực do ma sát lớn, nên thiết kế thường cho căng hai đầu để lực phân bố đều hơn dọc bó. Bó ngắn hoặc ít cong có thể căng một đầu, đầu kia là neo cố định. Căng hai đầu đòi hỏi hai tổ kích phối hợp và độ giãn ghi riêng từng đầu.
Đo tụt neo có cần thiết với mọi bó không?
Nên đo với mọi bó để có số liệu, nhưng đặc biệt quan trọng với bó ngắn như cáp ngang, cáp đứng trong trụ hoặc cáp tạm, vì vài milimét tụt neo chiếm tỷ lệ lớn trong độ giãn tổng. Ở các bó này, hồ sơ thường yêu cầu kích có bộ đóng nêm thuỷ lực để giảm tụt neo.
Sau khi căng bao lâu thì phải bơm vữa?
Càng sớm càng tốt sau khi đã kiểm xong độ giãn và được chấp thuận, vì cáp nằm trong ống chưa bơm vữa rất dễ rỉ, nhất là mùa mưa ẩm hoặc gần biển. Chỉ dẫn kỹ thuật của dự án quy định thời hạn tối đa và biện pháp bảo vệ tạm như bịt kín đầu ống nếu buộc phải chờ.