Neo dự ứng lực loại tròn là cụm chi tiết ở đầu bó cáp căng sau, gồm đầu neo có nhiều lỗ côn, các bộ nêm kẹp từng tao, tấm đệm neo truyền lực vào bê tông và cốt thép xoắn chống nứt tách phía sau. Khi nhả kích, tao cáp co lại kéo nêm lún vào lỗ côn, nêm ép chặt và cắn vào tao: lực càng lớn nêm càng bám chặt, nên gọi là cơ chế tự hãm.
Neo tròn dùng cho bó cáp nhiều tao trong ống gen tròn, là loại gặp nhiều nhất ở dầm cầu căng sau, dầm hộp đúc hẫng, trụ và xà mũ. Một bó vài chục tao có thể giữ lực hàng trăm tấn trên một mặt neo chỉ bằng chiếc mâm, nên mọi sai sót nhỏ khi lắp đặt đều bị khuếch đại. Bài này giải thích từng bộ phận, các lỗi hay gặp, cách kiểm khi nhận hàng và cách bảo vệ đầu neo sau khi căng.
Các bộ phận của một bộ neo tròn
Đầu neo (mâm neo). Khối thép tròn dày, gia công nhiều lỗ côn xếp vòng, mỗi lỗ cho một tao đi qua. Số lỗ bằng số tao của bó; nhà sản xuất có dãy cỡ theo số tao và theo đường kính tao, ký hiệu kiểu "15-7" là bảy tao 15,2 mm. Mặt lỗ côn phải nhẵn, đúng góc côn của nêm cùng hệ.
Nêm. Mỗi tao một bộ nêm hai hoặc ba mảnh, mặt trong có răng cắn vào tao, mặt ngoài côn khớp lỗ đầu neo, giữ với nhau bằng vòng hãm. Nêm được nhiệt luyện để mặt răng cứng hơn tao, lõi vẫn dẻo; đây là chi tiết quyết định neo có giữ được lực hay không.
Tấm đệm neo. Thường là khối thép đúc có mặt đỡ phẳng cho đầu neo và phần loa hướng vào trong bê tông, nhiều kiểu có gờ chia lực nhiều mặt phẳng và lỗ chờ để bơm vữa. Tấm đệm phân bố lực tập trung từ đầu neo ra diện tích bê tông đủ lớn để không vỡ ép mặt.
Loa chuyển tiếp. Đoạn côn nối tấm đệm với ống gen, cho các tao toả từ đường kính ống ra vòng lỗ của đầu neo mà không bẻ gãy góc. Một số hệ đúc liền loa với tấm đệm.
Cốt thép xoắn và lưới chống nứt. Vòng thép xoắn đặt đồng trục ngay sau tấm đệm cùng các lưới thép theo bản vẽ, ôm lấy vùng bê tông chịu nén cục bộ rất lớn và chịu lực kéo ngang có xu hướng tách bê tông theo phương dọc bó.
Cơ chế tự hãm của nêm và vì sao luôn có tụt neo
Lúc kích đang kéo, tao chạy tự do qua lỗ côn, nêm chỉ được đẩy nhẹ vào để sẵn vị trí. Khi lực kích giảm, tao muốn co về; răng nêm cắn vào tao nên bị kéo theo, lún vào lỗ côn. Lỗ côn càng hẹp dần nên nêm càng bị ép vào tao. Lực ép ngang do góc côn tạo ra lớn hơn nhiều lần lực ma sát cần để giữ tao, nên khi đã ổn định, lực giữ tăng theo lực kéo của chính tao.
Chính vì nêm phải trượt vào một đoạn mới ăn chặt, mọi hệ neo nêm đều có tụt neo: tao lùi về vài milimét trước khi dừng hẳn. Nhà sản xuất công bố giá trị tụt neo điển hình cho hệ của họ và người thiết kế đưa vào tính mất mát. Các kích có bộ đóng nêm thuỷ lực ép nêm vào trước khi nhả lực, giúp giảm và làm đều lượng tụt neo giữa các tao.
Cơ chế này cũng giải thích các lỗi kinh điển. Nêm hay lỗ côn bẩn cát, vữa, dầu mỡ làm hệ số ma sát giữa mặt côn với nêm thay đổi, nêm có thể không ăn đều hoặc trượt. Nêm mòn răng, nêm của hệ khác góc côn, hay nêm đã dùng nhiều lần làm cụm hãm kém tin cậy. Vì thế chỉ dẫn kỹ thuật thường cấm dùng lại nêm của neo vĩnh cửu và yêu cầu nêm, đầu neo cùng một hệ, cùng nhà sản xuất.
Lỗi lắp đặt neo hay gặp và hậu quả
Phần lớn sự cố ở đầu neo bắt nguồn từ khâu lắp trước khi đổ bê tông, khi mọi thứ còn sửa được dễ dàng:
| Lỗi | Hậu quả khi căng hoặc về sau | Cách phòng |
|---|---|---|
| Tấm đệm không vuông góc với đường cáp | Tao bị bẻ góc ở miệng loa, ứng suất cục bộ cao, dễ đứt sợi; đầu neo đỡ lệch | Định vị tấm đệm bằng khung cứng theo trục ống, kiểm góc trước khi đổ |
| Thiếu hoặc lệch cốt thép xoắn | Nứt tách, vỡ bê tông phía sau tấm đệm khi căng | Kiểm số vòng, đường kính, vị trí theo bản vẽ neo |
| Bê tông rỗ sau tấm đệm | Tấm đệm lún, bê tông vỡ đột ngột khi lên lực | Đầm kỹ vùng neo, dùng đầm nhỏ, kiểm sau tháo khuôn |
| Hở mối nối loa với ống gen | Vữa xi măng chảy vào ống, kẹt tao, độ giãn thiếu | Quấn băng kín mối nối, kiểm trước đổ |
| Tao bắt chéo giữa ống và đầu neo | Tao cọ nhau, lực các tao không đều | Luồn tao theo thứ tự, đánh dấu tao từ hai đầu |
| Lỗ bơm vữa, ống thoát khí bị lấp | Không bơm vữa được hoặc vữa không đầy | Bịt tạm miệng lỗ, kiểm thông trước khi bơm |
Một dấu hiệu cần dừng ngay khi căng là nghe tiếng nứt từ bê tông vùng neo hoặc thấy vết nứt chạy dọc phía sau tấm đệm. Đó không phải chuyện có thể "căng tiếp rồi trám lại", mà là việc của kỹ sư thiết kế, vì vùng neo phải giữ lực đó suốt đời công trình.
Kiểm khi nhận neo ở công trường
Neo là chi tiết chế tạo theo hệ của từng nhà sản xuất, nên hồ sơ và đồng bộ quan trọng như chính kích thước. Khi nhận hàng, thường kiểm:
- Hồ sơ thí nghiệm kiểu loại của hệ neo: thí nghiệm cụm neo với tao để xác định hiệu suất neo (tỷ số giữa lực đứt cả cụm với lực đứt danh định của các tao) và độ giãn khi phá hoại; nhiều chỉ dẫn châu Âu, Trung Quốc yêu cầu hiệu suất khoảng 95% trở lên.
- Chứng chỉ chất lượng từng lô đầu neo, nêm, tấm đệm, ghi vật liệu, độ cứng, kích thước.
- Đồng bộ: nêm, đầu neo, tấm đệm cùng hệ, cùng cỡ tao, cùng nhà sản xuất với kích sẽ dùng.
- Ngoại quan: lỗ côn không rỉ, không xước, nêm không mẻ răng, vòng hãm đủ, bao gói còn nguyên.
- Kiểm ngẫu nhiên kích thước, độ cứng nêm theo tần suất trong chỉ dẫn kỹ thuật, nếu dự án yêu cầu.
Đầu neo và nêm phải được cất trong kho khô, giữ nguyên bao gói đến lúc lắp. Nêm vương vãi ngoài bãi, dính bùn đất, rỉ nhẹ trong lỗ côn là chuyện thường thấy ở công trường làm vội, và chính là nguyên nhân của nhiều ca trượt tao khó giải thích.
Neo công tác, neo cố định và neo nối
Neo công tác là đầu neo nằm ở phía đặt kích, nơi cáp được kéo và khoá lại. Đầu neo tròn vừa mô tả chủ yếu dùng ở vị trí này, và cũng có thể dùng ở đầu kia khi bó được căng từ hai đầu.
Neo cố định nằm ở đầu không kéo. Nếu đầu đó lộ ra ngoài và tiếp cận được, có thể dùng neo tròn có nêm được ép sẵn. Nếu đầu đó chôn trong bê tông, người ta dùng các kiểu neo chôn như neo ép đầu tao hoặc neo tẽ sợi thành bầu để bám vào bê tông; các kiểu này phổ biến với bó cáp dẹt và được nói kỹ hơn trong bài về neo dẹt.
Neo nối cho phép nối tiếp một bó mới vào bó đã căng, dùng khi cầu thi công theo từng nhịp hoặc từng đốt. Đầu neo nối có thêm các vị trí giữ tao của bó tiếp theo, được bao trong một vỏ bọc để sau đó bơm vữa liền mạch.
Khi đọc bản vẽ cáp, ký hiệu ở hai đầu mỗi bó cho biết đầu nào là công tác, đầu nào cố định, có nối hay không. Bố trí kích, sàn thao tác và hướng an toàn trong biện pháp thi công đều dựa vào chỗ này.
Bảo vệ đầu neo sau khi căng: bước hay bị làm ẩu
Đầu neo là điểm duy nhất trên bó cáp tiếp xúc gần với môi trường ngoài. Sau khi căng và được chấp thuận kết quả, trình tự bảo vệ nguyên lý như sau:
- Cắt đuôi tao bằng máy cắt đá, để lại chiều dài đuôi theo chỉ dẫn kỹ thuật; không cắt bằng lửa vì nhiệt truyền vào nêm và tao ngay tại vùng chịu lực.
- Bịt kín khe giữa các tao và nêm trên mặt đầu neo, hoặc lắp nắp chụp, để vữa bơm từ trong ra không phụt ngược và để kín khí khi bơm.
- Bơm vữa lấp lòng ống qua lỗ trên tấm đệm theo quy trình, đến khi vữa ra ở lỗ thoát phía đầu kia đặc như vữa vào.
- Đặt cốt thép và đổ bê tông bịt đầu neo (khối bịt) theo bản vẽ, đảm bảo chiều dày lớp bảo vệ đủ.
- Với đầu neo nằm dưới khe co giãn hoặc nơi nước mưa chảy qua, kiểm thêm chống thấm bề mặt khối bịt, vì nước bẩn chảy qua khe là kẻ thù chính của đầu neo cầu cũ.
Khi kiểm tra cầu đang khai thác, vết rỉ chảy từ khối bịt đầu neo, khối bịt bị nứt hoặc bong là dấu hiệu cần đưa vào báo cáo kiểm định, vì bên trong có thể là nêm và tao đã bị nước tấn công nhiều năm.
Vùng neo: vì sao bê tông ngay sau tấm đệm dễ nứt nhất
Lực của cả bó cáp đi vào bê tông qua một diện tích chỉ bằng tấm đệm, rồi phải toả dần ra toàn bộ tiết diện dầm sau một đoạn chiều dài nhất định. Trong đoạn toả lực đó, bê tông chịu ba kiểu ứng suất. Ngay dưới tấm đệm là ứng suất ép mặt rất lớn. Sâu hơn một chút, khi các đường lực tách ra để toả rộng, chúng đẩy bê tông theo phương ngang, sinh ra ứng suất kéo tách dọc theo trục bó. Ở mặt đầu dầm, phía ngoài vùng tấm đệm, còn có ứng suất kéo bề mặt có xu hướng làm bong mảng bê tông ở mép.
Bê tông chịu kéo kém, nên các ứng suất kéo tách và kéo bề mặt phải do cốt thép đảm nhận: vòng xoắn ôm lõi ngay sau tấm đệm, các lưới và thanh đai bố trí theo chiều dài vùng toả lực, cốt thép mặt đầu dầm. Thiếu một phần thép này, hoặc thép đặt lệch khỏi vị trí, vết nứt sẽ xuất hiện dọc theo đường bó khi căng, đôi khi ngay ở cấp lực đầu.
Đó là lý do bản vẽ chi tiết vùng neo thường dày đặc thép và khó đổ bê tông, và cũng là lý do cường độ bê tông lúc căng được quy định riêng. Với người giám sát, vùng neo là chỗ đáng dành nhiều thời gian kiểm nhất trước khi đổ bê tông, hơn bất cứ đoạn nào giữa nhịp.
Câu hỏi thường gặp
Neo tròn và neo dẹt khác nhau thế nào?
Neo tròn dùng cho bó nhiều tao trong ống tròn, đặt được ở cấu kiện đủ dày như dầm, trụ. Neo dẹt xếp vài tao thành một hàng ngang trong ống dẹt, dùng cho bản mỏng như sàn, bản mặt cầu. Nguyên lý nêm và lỗ côn giống nhau, khác ở hình dạng và lực mỗi bó.
Nêm neo có dùng lại được không?
Với neo vĩnh cửu trong kết cấu, chỉ dẫn kỹ thuật thường không cho dùng lại nêm vì răng đã biến dạng sau lần cắn đầu. Nêm trong kẹp kích là loại khác, được thiết kế để dùng nhiều lần nhưng vẫn phải kiểm tra và thay theo số lần sử dụng do nhà sản xuất khuyến cáo.
Vì sao đầu neo phải cùng hãng với kích?
Kích có mũi đóng nêm, mâm hồi và kẹp được chế tạo khớp với kích thước đầu neo, nêm và góc côn của hệ. Dùng lẫn hệ có thể làm nêm ăn lệch, tụt neo lớn hoặc trượt tao. Hồ sơ thí nghiệm hiệu suất neo cũng chỉ có giá trị cho đúng tổ hợp đã thử.
Đầu neo có cần thí nghiệm ở công trường không?
Neo thường được chấp nhận dựa trên hồ sơ thí nghiệm kiểu loại của hệ và chứng chỉ lô, cộng với kiểm ngoại quan, kích thước, độ cứng theo tần suất trong chỉ dẫn. Thí nghiệm cả cụm neo với tao đòi hỏi thiết bị lớn nên chỉ làm khi dự án yêu cầu hoặc khi có nghi ngờ về lô hàng.
Thấy vết nứt nhỏ ở bê tông quanh đầu neo cầu cũ có đáng lo không?
Cần được kỹ sư kiểm định xem xét, không nên tự kết luận. Vết nứt quanh khối bịt có thể chỉ do co ngót lớp bê tông bịt, nhưng cũng có thể là dấu hiệu nước thấm vào, cốt thép hoặc nêm bị rỉ nở thể tích. Vết rỉ nâu chảy ra từ vết nứt là dấu hiệu đáng lo hơn.
Có thể tháo đầu neo để thay cáp không?
Với bó cáp trong đã bơm vữa, gần như không thể thay cáp vì vữa đã bám chặt suốt chiều dài. Chỉ những hệ được thiết kế để thay được từ đầu, như dự ứng lực ngoài hoặc dây văng, mới có đầu neo cho phép nhả lực và rút cáp theo quy trình riêng của nhà sản xuất.