Ống gen (ống ghen) là ống chôn sẵn trong bê tông để tạo đường đi cho cáp căng sau: nó giữ đúng đường cáp thiết kế, cho cáp trượt khi căng, rồi chứa vữa bơm vào để bảo vệ cáp và tạo bám dính. Hai loại phổ biến là ống tôn mạ kẽm gợn sóng cuốn xoắn và ống nhựa gợn sóng (HDPE hoặc PP).
Ống gen rẻ so với cáp và neo, nhưng lại quyết định ma sát khi căng, khả năng bơm vữa đầy và độ bền lâu dài của cả bó. Một chỗ ống bị bẹp, thủng hay lệch là đủ làm độ giãn thiếu, vữa không đầy hoặc nước thấm vào cáp. Bài này giải thích cách chọn loại ống, chọn cỡ, định vị và nối ống, bố trí lỗ bơm và thoát khí, và các lỗi hay gặp ngoài công trường.
Ống tôn mạ kẽm và ống nhựa: chọn loại nào
Lựa chọn do người thiết kế đưa ra theo môi trường, tầm quan trọng của kết cấu và tiêu chuẩn áp dụng; bảng dưới giúp hiểu vì sao:
| Tiêu chí | Ống tôn mạ kẽm gợn sóng | Ống nhựa gợn sóng (HDPE, PP) |
|---|---|---|
| Chống ăn mòn | Lớp kẽm mỏng, có thể rỉ theo thời gian nếu vữa không đầy | Không rỉ, là thêm một lớp chắn nước và ion clorua |
| Độ kín | Mối cuốn xoắn và mối nối dễ rò vữa, rò nước | Kín hơn, có hệ nối chuyên dụng |
| Chịu va đập khi thi công | Khá cứng nhưng dễ móp, dễ thủng bởi tia hàn | Dai, khó thủng hơn nhưng có thể bẹp nếu bị đè lâu |
| Ma sát khi căng | Theo giá trị thiết kế cho ống kim loại | Có hệ số ma sát riêng, thiết kế phải dùng đúng giá trị cho loại ống |
| Giá và độ phổ biến | Rẻ, phổ biến, nhiều nơi sản xuất tại chỗ bằng máy cuốn | Đắt hơn, thường mua theo hệ của nhà cung cấp |
| Hay dùng cho | Dầm cầu, sàn trong môi trường thông thường | Cầu gần biển, kết cấu yêu cầu bảo vệ cáp cao, dự ứng lực ngoài |
Ống nhựa gợn sóng còn được ưa chuộng vì giảm cọ xát giữa tao và thành ống kim loại dưới tải trọng lặp, một yếu tố có thể gây mỏi cục bộ ở cáp. Với dự ứng lực ngoài, cáp nằm trong ống HDPE trơn đặt ngoài bê tông, ống phải chịu được áp lực bơm vữa và tia nắng nếu lộ ra ngoài.
Đổi loại ống so với hồ sơ, ví dụ thay ống nhựa bằng ống tôn cho rẻ, làm thay đổi hệ số ma sát dùng để tính lực và độ giãn, nên phải có ý kiến của đơn vị thiết kế, không phải chuyện thay vật tư tương đương đơn thuần.
Cấu tạo ống tôn cuốn xoắn và cách chọn cỡ ống
Ống tôn mạ kẽm được cuốn từ băng thép mạ kẽm mỏng bằng máy cuốn ống, các mép băng gập mí vào nhau theo đường xoắn ốc, tạo các gân gợn sóng chạy vòng quanh ống. Gân giúp ống đủ cứng để không bẹp khi đổ bê tông, đồng thời tạo mặt ngoài nhấp nhô để bê tông bám chặt, truyền lực từ vữa qua ống sang bê tông. Nhiều công trường lớn đặt máy cuốn ngay tại bãi để làm ống đúng chiều dài, giảm số mối nối.
Cỡ ống được chọn theo số tao và đường kính tao. Nguyên tắc chung là tiết diện trong của ống lớn hơn khá nhiều so với tổng tiết diện thép, nhiều chỉ dẫn lấy khoảng gấp đôi đến gấp hai lần rưỡi, để luồn tao dễ, tao không chèn chặt, vữa có đường chảy qua khe giữa các tao. Ống quá chật làm luồn khó, ma sát lớn và vữa khó đầy; ống quá rộng làm cáp nằm lệch hẳn về một phía thành ống, độ lệch tâm thực khác với tính toán.
Nhà cung cấp hệ dự ứng lực thường công bố bảng cỡ ống đi kèm từng cỡ neo, ví dụ neo bảy tao 15,2 dùng ống đường kính trong bao nhiêu. Dùng đúng bảng của hệ giúp loa neo và ống khớp nhau, tránh mối nối loa chật hoặc hở.
Định vị ống gen: từ bản vẽ toạ độ đến giá đỡ
Đường cáp trên bản vẽ thường cho dưới dạng bảng toạ độ: tại từng mặt cắt cách nhau một khoảng, tim ống cách đáy dầm bao nhiêu. Việc định vị biến bảng số đó thành ống nằm đúng vị trí:
- Đánh dấu các mặt cắt khống chế lên cốt thép đai hoặc ván khuôn theo khoảng cách ghi trên bản vẽ.
- Hàn hoặc buộc thanh giá đỡ ngang vào cốt thép đai đúng cao độ tại từng mặt cắt; khoảng cách giá đỡ theo chỉ dẫn kỹ thuật, thường dưới một mét, dày hơn ở đoạn cong.
- Đặt ống lên giá, buộc chặt bằng dây thép để ống không dịch ngang và không bị đẩy nổi. Ống rỗng trong bê tông lỏng chịu lực đẩy nổi đáng kể, nhất là ống cỡ lớn.
- Kiểm đường ống bằng mắt dọc theo dầm: đường phải trơn, không gãy khúc, không lượn sóng giữa các giá đỡ. Lượn sóng ngoài ý muốn làm ma sát tăng, thiết kế gọi là sai lệch góc ngẫu nhiên.
- Đo kiểm cao độ tại các điểm khống chế, ghi biên bản trước khi đóng ván khuôn thành.
Lưu ý về hàn: khi hàn giá đỡ hay cốt thép gần ống tôn, tia lửa và que hàn chạm vào có thể làm thủng ống. Thủng nhỏ cũng đủ để vữa xi măng chảy vào khi đổ bê tông, đông cứng quanh tao và làm kẹt. Nên hàn giá đỡ trước khi đặt ống, hoặc che chắn ống khi phải hàn gần.
Nối ống, lỗ bơm và lỗ thoát khí
Mối nối ống. Hai đoạn ống tôn được nối bằng một đoạn ống cỡ lớn hơn lồng ra ngoài, đủ dài để mỗi bên chồng vào một đoạn, rồi quấn băng dính chống thấm kín hai đầu. Ống nhựa dùng khớp nối chuyên dụng có gioăng hoặc kẹp. Mối nối là nơi rò vữa phổ biến nhất, nên số mối nối càng ít càng tốt.
Nối ống vào loa neo. Đầu ống lồng vào loa đúng chiều sâu, quấn băng kín. Đây là chỗ hay bị hở khi ống bị kéo lùi lúc luồn tao hoặc lúc đầm.
Lỗ bơm vữa. Thường ở đầu neo (qua tấm đệm) hoặc ở điểm thấp của bó dài. Vòi bơm phải có van khoá để giữ áp sau khi bơm.
Lỗ thoát khí ở điểm cao. Khi vữa chảy vào từ điểm thấp, không khí dồn lên các đỉnh cong của đường cáp. Mỗi đỉnh cần một ống thoát khí nối ra mặt bê tông; thiếu nó thì khí bị nhốt lại, tạo túi rỗng ngay tại chỗ cáp nằm sát thành ống phía trên.
Lỗ xả ở điểm thấp. Với bó dài có điểm thấp ở giữa, nước mưa hoặc nước rửa có thể đọng lại trước khi bơm vữa; lỗ xả giúp tháo nước. Ống chờ cần được bịt tạm và đánh dấu để không bị lấp mất khi hoàn thiện mặt bê tông.
Lỗi hay gặp làm kẹt cáp hoặc hỏng ống
Phần lớn sự cố độ giãn thiếu hoặc vữa không đầy có gốc từ ống gen. Các lỗi điển hình:
- Ống bị thủng do tia hàn hoặc đầm dùi chọc vào: vữa xi măng lọt vào, đông cứng thành nút. Đầm dùi phải đầm cẩn thận quanh ống, không tì đầu đầm vào ống.
- Ống bị bẹp khi người đi lại hoặc đặt vật liệu: tiết diện hẹp lại, tao chèn chặt; với ống tôn, chỗ bẹp còn làm hở mí cuốn.
- Ống bị đẩy nổi hoặc xô lệch khi đổ bê tông: buộc không đủ chắc, giá đỡ thưa; đường cáp thực lệch khỏi thiết kế, sai độ lệch tâm.
- Mối nối hở: do quấn băng sơ sài hoặc ống bị kéo tụt khi luồn tao.
- Ống chờ thoát khí bị lấp, bị gãy: khi xoa mặt bê tông hoặc khi tháo ván khuôn; đến lúc bơm vữa mới phát hiện thì đã muộn.
- Nước và rác lọt vào ống trước khi luồn tao: đầu ống không bịt, mưa xuống, đất cát theo vào.
Biện pháp đơn giản mà hiệu quả là thông ống ngay sau khi đổ bê tông, khi vữa lọt vào còn chưa đông cứng hẳn: với bó luồn tao sau, kéo một quả thông hoặc thổi khí nén qua ống; với bó đã luồn tao trước, kéo qua lại vài tao. Một chỗ kẹt phát hiện sớm vài giờ sau khi đổ còn xử lý được, phát hiện khi căng thì gần như phải đục bê tông.
Ống gen trong kiểm tra cầu cũ
Với cầu đã khai thác lâu năm, ống gen là thứ không nhìn thấy nhưng nhiều khi nói lên tình trạng cáp. Vết nứt chạy dọc đúng theo đường ống trên mặt dầm, vết rỉ nâu thấm ra theo đường đó, hoặc bê tông bong lộ ra ống tôn đã rỉ là các dấu hiệu nghi ngờ vữa không đầy và nước đã vào ống.
Các phương pháp kiểm tra không phá huỷ như siêu âm, radar xuyên bê tông, đo phản xạ âm có thể giúp phát hiện túi rỗng trong ống ở mức độ nhất định; khoan thăm dò nhỏ tại điểm cao của đường cáp rồi soi bằng camera nội soi là cách trực tiếp hơn nhưng phải do đơn vị chuyên môn làm để không cắt vào tao. Những việc này thuộc phạm vi kiểm định cầu, cần hồ sơ thiết kế và biện pháp an toàn.
Bài học ngược lại cho công trình mới rất rõ: chọn đúng loại ống, định vị và nối kín, bố trí đủ lỗ thoát khí, và bơm vữa đúng quy trình. Tiền tiết kiệm được ở mấy mét băng dính hay vài ống thoát khí không đáng gì so với chi phí xử lý một bó cáp bị rỉ trong dầm.
Ống gen ở dầm đúc hẫng và dầm đúc từng đốt
Ở cầu đúc hẫng cân bằng, mỗi đốt dầm dài vài mét được đúc nối tiếp nhau, và các bó cáp dọc chạy xuyên qua nhiều đốt. Ống gen vì thế phải nối qua mặt tiếp giáp giữa hai đốt: đốt trước để chờ một đoạn ống thò ra hoặc ống lùi vào mặt đốt, đốt sau nối tiếp đúng trục. Chỉ cần lệch vài milimét ở mặt nối là tạo bậc trong lòng ống, tao luồn qua bị vướng và ma sát tăng cục bộ.
Một cách làm phổ biến là luồn sẵn một ống nhựa cứng hoặc thanh lõi vào trong ống gen của đoạn đang đổ, giữ cho ống thẳng, tròn và không bị vữa lọt vào; đổ xong mới rút lõi ra và chuyển sang đốt tiếp theo. Vị trí ống ở mặt đốt cũng được kiểm theo toạ độ trước khi đổ đốt mới, vì cả chuỗi ống chạy qua hàng chục đốt.
Với các bó neo giữa chừng ở các đốt (bó ngắn dần về phía giữa nhịp), số đầu neo và hốc neo trên mỗi đốt khá nhiều. Bảng theo dõi bó nào đã luồn, đã căng, đã bơm vữa theo từng đốt là công cụ đơn giản giúp không bỏ sót bó nào trong một công trình kéo dài nhiều tháng.
Câu hỏi thường gặp
Ống gen và ống ghen có phải là một?
Là một. Đây là cách gọi phiên âm từ tiếng Pháp (gaine nghĩa là vỏ bọc), người trong nghề viết cả hai kiểu. Tài liệu tiếng Anh gọi là duct hoặc sheathing. Không nên nhầm với ống luồn dây điện, loại ống nhựa mỏng dùng trong điện nước, không dùng được cho cáp dự ứng lực.
Có thể dùng ống nhựa luồn dây điện làm ống gen không?
Không. Ống luồn dây điện mỏng, không có gân bám bê tông, không chịu được áp lực bơm vữa, ma sát không xác định và không được thiết kế cho cáp chịu lực. Ống gen nhựa dùng cho dự ứng lực là sản phẩm riêng, có thành dày và gân theo tiêu chuẩn của hệ.
Ống tôn bị rỉ bề mặt trước khi lắp có dùng được không?
Rỉ nhẹ bề mặt thường không ảnh hưởng nhiều vì ống chủ yếu là khuôn tạo đường đi và chứa vữa. Nhưng ống rỉ thủng, mục mép cuốn, móp méo thì không dùng. Ống nên được kê cao, che mưa trong kho như các vật tư dự ứng lực khác.
Có cần thử kín ống gen không?
Với ống nhựa ở các công trình yêu cầu bảo vệ cáp mức cao, chỉ dẫn kỹ thuật có thể yêu cầu thử áp lực khí để kiểm độ kín của ống và mối nối trước khi đổ bê tông. Với ống tôn thông thường, việc kiểm chủ yếu là ngoại quan, mối nối và thông ống sau khi đổ.
Luồn tao trước hay sau khi đổ bê tông thì tốt hơn?
Luồn trước giúp ống ít bị bẹp và phát hiện tắc sớm vì tao nằm sẵn bên trong, nhưng cáp nằm trong ống lâu hơn trước khi căng và bơm vữa nên dễ rỉ. Luồn sau giữ cáp mới hơn nhưng nếu ống bị tắc thì khó xử lý. Biện pháp được chọn theo điều kiện từng công trình.
Ống gen có làm giảm tiết diện chịu lực của dầm không?
Có, tiết diện chỗ có ống rỗng trước khi bơm vữa bị giảm và người thiết kế phải kiểm tra trạng thái này, nhất là lúc căng cáp khi bê tông còn non. Sau khi bơm vữa đầy, tiết diện gần như được phục hồi, đó cũng là một lý do nữa để không bỏ dở việc bơm vữa.