Thân trụ cầu được đổ thành nhiều đợt theo chiều cao bằng ván khuôn thép lắp ghép, với trụ cao thì dùng ván khuôn leo nâng dần lên theo từng đốt; xà mũ trên đỉnh trụ được đổ trên hệ đà giáo hoặc giá đỡ gắn vào thân trụ; còn bệ và các khối dày thì phải kiểm soát nhiệt độ bên trong để bê tông không nứt khi nguội. Ba chuyện ấy, ván khuôn, mạch ngừng và nhiệt, là nội dung chính của khâu này.
Trụ cầu nhìn bên ngoài chỉ là một khối bê tông đứng, nhưng bên trong có lớp cốt thép dày, các chi tiết chờ cho gối cầu, đường thoát nước, hệ chống sét, và đôi khi là cả hệ cáp dự ứng lực ngang ở xà mũ. Bài này đi theo thứ tự thi công từ trên mặt bệ lên tới đá kê gối, nhấn vào những chỗ dễ để lại khuyết tật vĩnh viễn.
Thân trụ và xà mũ làm nhiệm vụ gì
Thân trụ đưa tải từ kết cấu nhịp xuống bệ. Ở cầu nhỏ, thân trụ có thể là một bức tường bê tông, hai ba cột tròn hoặc một cột đặc. Ở cầu vượt đô thị, người ta hay dùng một cột duy nhất cho thanh thoát, phía trên mở rộng thành xà mũ hình chữ T để đỡ nhiều dầm. Ở cầu qua sông có tàu thuyền, thân trụ thường đặc và có mũi vát để dòng chảy và vật trôi lướt qua, giảm xói và giảm lực va.
Xà mũ là phần ngang trên đỉnh trụ, nơi đặt các gối cầu. Nó chịu lực tập trung lớn từ từng dầm, nhiều khi có phần hẫng vươn ra hai bên, nên cốt thép rất dày và ở xà mũ lớn có thể có cáp dự ứng lực. Trên xà mũ là các đá kê gối, những khối bê tông nhỏ có cao độ được làm chính xác tới từng milimet, vì sai cao độ ở đây là sai cao độ cả mặt cầu.
Hiểu nhiệm vụ của từng bộ phận giúp người thi công biết chỗ nào phải làm cẩn thận nhất: chân trụ tiếp giáp bệ, nơi có mạch ngừng và cốt thép nối; vùng đặt gối dưới xà mũ, nơi lực tập trung; và mặt ngoài vùng nước lên xuống, nơi lớp bê tông bảo vệ phải đủ dày và đặc để chống ăn mòn cốt thép trong nhiều chục năm.
Ván khuôn trụ: lắp ghép, ván khuôn leo và ván khuôn trượt
Ván khuôn quyết định hình dạng, độ phẳng và màu bề mặt của trụ, thứ người qua đường nhìn thấy suốt đời công trình. Ba kiểu thường gặp:
- Ván khuôn thép lắp ghép theo đốt: chế tạo sẵn theo hình dạng trụ, lắp bằng bu lông, mỗi đợt đổ cao vài mét. Dùng cho trụ thấp và trung bình, phổ biến nhất ở cầu thông thường. Mặt ván phải sạch, quét chất chống dính đều, mối nối kín để vữa không chảy ra làm rỗ mặt.
- Ván khuôn leo: cho trụ cao, ván khuôn được treo vào đốt bê tông vừa đổ, sau khi đốt này đủ cường độ thì nâng lên đốt tiếp theo nhờ hệ kích hoặc cẩu, kéo theo sàn công tác. Người làm việc luôn có sàn và lan can ở mọi độ cao.
- Ván khuôn trượt: ván được kéo lên liên tục bằng kích trong khi bê tông được đổ liên tục ngày đêm. Cách này nhanh cho trụ, tháp rất cao có tiết diện ít thay đổi, nhưng đòi hỏi tổ chức chặt chẽ, nguồn bê tông không được ngắt và đội ngũ quen việc.
- Ván khuôn xà mũ: đặt trên hệ đà giáo chống từ mặt bệ lên hoặc trên giá đỡ thép gắn vào thân trụ bằng các lỗ chờ. Phần hẫng của xà mũ nặng nên giá đỡ phải tính toán, kiểm tra độ võng trước khi đổ.
Với mọi loại ván khuôn, thanh giằng xuyên qua trụ và các bu lông neo đều để lại lỗ trên mặt bê tông. Những lỗ này phải được trám kín bằng vữa phù hợp sau khi tháo ván, nếu không chúng là đường cho nước và muối đi vào tới cốt thép.
Mạch ngừng giữa các đợt đổ: chỗ nối dễ hỏng nhất
Trụ không thể đổ trong một lần nên luôn có các mạch ngừng, tức là mặt tiếp giáp giữa bê tông đợt trước đã đông cứng và bê tông đợt sau. Nếu xử lý không tốt, mạch ngừng trở thành một đường yếu: nước thấm qua, nứt dọc theo nó, cốt thép gần đó bị gỉ. Vị trí mạch ngừng được quy định trong biện pháp, thường đặt ở chỗ nội lực nhỏ, không tự ý dời theo tiện thi công.
Xử lý mạch ngừng gồm mấy việc: đục bỏ lớp vữa xi măng mỏng nổi trên mặt bê tông đợt trước để lộ cốt liệu, rửa sạch bụi, bùn, dầu mỡ, giữ ẩm bề mặt trước khi đổ đợt sau, có dự án dùng thêm chất kết dính hoặc vữa lót theo chỉ dẫn. Cốt thép chờ nhô lên từ đợt trước phải được làm sạch gỉ bám, vữa bám, nắn đúng vị trí.
Một chi tiết người mới hay bỏ qua: đợt đổ dưới cùng tiếp giáp với bệ, nơi thường có vết nứt do bệ đã co ngót trước mà thân trụ mới đổ thì bị bệ kìm lại. Biện pháp có thể quy định chiều cao đợt đổ đầu thấp, thời gian giữa hai đợt không quá dài, và bảo dưỡng ẩm kỹ để giảm nứt. Khi thấy vết nứt ở chân trụ sau khi tháo ván, phải ghi lại, đo bề rộng và báo kỹ sư, không trát che đi.
Bê tông khối lớn: vì sao bê tông tự nóng lên và tự nứt
Xi măng khi tác dụng với nước toả nhiệt. Ở một bức tường mỏng, nhiệt này thoát ra ngoài nhanh. Ở một khối dày như bệ trụ, xà mũ lớn hay thân trụ đặc tiết diện lớn, nhiệt bị giữ lại bên trong, lõi khối có thể nóng lên rất nhiều so với lúc đổ, trong khi mặt ngoài tiếp xúc không khí nguội nhanh hơn. Lõi nở ra, vỏ co lại, ứng suất kéo ở mặt ngoài tăng dần tới khi bê tông nứt. Những vết nứt này xuất hiện trong vài ngày đầu, nhiều khi chạy sâu.
Có hai thông số được theo dõi: nhiệt độ cao nhất ở lõi và chênh lệch nhiệt độ giữa lõi với bề mặt. Nhiều chỉ dẫn kỹ thuật và tiêu chuẩn về bê tông khối lớn đặt giới hạn chênh lệch ở mức khoảng hai mươi độ C, còn giá trị áp dụng cho từng công trình theo chỉ dẫn được duyệt. Để biết, người ta gắn các cảm biến nhiệt độ ở lõi, ở giữa và gần bề mặt trước khi đổ, rồi đọc số liệu nhiều lần mỗi ngày.
Không phải khối nào cũng là khối lớn; ngưỡng phụ thuộc kích thước nhỏ nhất của khối và loại xi măng. Kỹ sư biện pháp sẽ xác định khối nào cần kiểm soát nhiệt dựa trên tính toán hoặc mô phỏng, và chuẩn bị giải pháp tương ứng. Bỏ qua chuyện này ở một bệ lớn là cách nhanh nhất để có những vết nứt phải xử lý bằng bơm keo, tốn kém và để lại nghi ngại về độ bền.
Các cách giảm nứt nhiệt cho bệ và trụ khối lớn
Giải pháp thường được phối hợp nhiều cách cùng lúc. Bảng dưới nêu nguyên lý và điều cần chú ý của từng cách:
| Giải pháp | Nguyên lý | Điều cần chú ý |
|---|---|---|
| Chọn xi măng ít toả nhiệt, dùng tro bay hoặc xỉ lò cao | Giảm tổng nhiệt sinh ra và làm nhiệt toả chậm hơn | Cường độ ban đầu phát triển chậm, phải tính thời gian tháo ván, chất tải |
| Làm lạnh vật liệu đầu vào | Hạ nhiệt độ ban đầu của bê tông bằng nước lạnh, nước đá, che nắng cốt liệu | Cần tổ chức trạm trộn từ trước; đổ ban đêm giúp ích ở mùa nóng |
| Ống làm lạnh trong khối | Cho nước chảy qua ống thép đặt sẵn để rút nhiệt từ lõi | Phải bơm vữa lấp ống sau khi xong; điều chỉnh lưu lượng để không làm lõi nguội quá nhanh |
| Bọc giữ nhiệt bề mặt | Giữ cho mặt ngoài ấm, giảm chênh lệch với lõi | Không tháo bọc và ván khuôn sớm trong những ngày lạnh, gió |
| Chia khối, chia lớp đổ | Mỗi lớp mỏng hơn, nhiệt thoát dễ hơn | Tạo thêm mạch ngừng, phải xử lý mạch kỹ, kéo dài tiến độ |
Điều phản trực giác là tưới nước lạnh liên tục lên bề mặt một khối đang rất nóng bên trong có thể làm tình hình xấu đi, vì mặt ngoài nguội nhanh hơn trong khi lõi vẫn nóng. Bảo dưỡng ẩm là cần, nhưng cách làm phải theo kế hoạch kiểm soát nhiệt chứ không theo thói quen tưới mát.
Đá kê gối, chi tiết chờ và kiểm tra trước khi đặt dầm
Phần cuối cùng của trụ là phần nhỏ nhất nhưng đòi hỏi chính xác nhất. Trước khi chuyển sang lao dầm, cần làm xong và kiểm tra:
- Cao độ và vị trí đá kê gối: đo bằng máy thuỷ bình, máy toàn đạc; sai số cho phép rất nhỏ theo chỉ dẫn kỹ thuật. Đá kê sai cao độ làm dầm kê lệch, gối chịu lực không đều.
- Bu lông neo, lỗ chờ gối: đặt đúng vị trí theo loại gối được chọn; lỗ chờ được bịt kín để không bị bê tông, rác lấp.
- Chốt chống động đất, ụ chặn ngang: nhiều cầu có các ụ bê tông trên xà mũ để giữ dầm không trượt ngang. Phải đổ đúng vị trí, chừa khe đúng thiết kế.
- Thoát nước và chống sét: ống thoát nước từ mặt cầu xuống, dây nối đất đi trong thân trụ được đặt từ khi đổ, làm sau thì phải đục phá.
- Mặt xà mũ: tạo dốc để nước không đọng quanh gối; nước đọng là nguyên nhân hàng đầu làm gối và đầu dầm hỏng sớm.
- Lập hồ sơ hoàn công: ghi cao độ, toạ độ thực tế của từng đá kê để đối chiếu khi lắp gối, đặt dầm.
Làm việc trên xà mũ là làm việc trên cao, có khi ở độ cao hàng chục mét trên mặt nước. Sàn công tác có lan can, dây an toàn neo vào điểm chắc, dụng cụ được buộc để không rơi xuống người bên dưới hoặc xuống luồng tàu.
Bảo dưỡng và hoàn thiện mặt trụ: phần quyết định tuổi thọ
Bê tông thân trụ cần được giữ ẩm trong những ngày đầu để xi măng tiếp tục thuỷ hoá và mặt ngoài không nứt chân chim. Với thân trụ đứng, tưới nước dễ chảy đi nhanh, nên người ta thường giữ nguyên ván khuôn thêm một thời gian, quấn bao tải ẩm, bọc màng nilon hoặc phun hợp chất bảo dưỡng tạo màng. Ở vùng gió mạnh và nắng gắt ven biển miền Trung, mặt bê tông mất nước rất nhanh, bảo dưỡng phải bắt đầu ngay khi tháo ván.
Sau khi tháo ván, mặt trụ được kiểm tra: rỗ mặt, lộ cốt thép, vết nứt, sai lệch kích thước. Rỗ nhỏ được xử lý bằng vữa sửa chữa theo quy trình được duyệt; rỗ sâu tới cốt thép hoặc mảng lớn phải báo kỹ sư, vì đó có thể là dấu hiệu bê tông bên trong không đặc. Việc trát vữa xi măng thường lên che các khuyết tật chỉ làm đẹp tạm, sau vài mùa mưa lớp vữa bong ra và lộ lại.
Ở vùng nước lợ, nước mặn, mặt trụ trong vùng nước lên xuống có thể được phủ thêm lớp bảo vệ theo thiết kế. Mọi xử lý bề mặt đều được ghi vào hồ sơ, kèm vị trí và ảnh chụp, để đơn vị quản lý sau này biết chỗ nào đã từng sửa và cần chú ý khi kiểm tra định kỳ.
Câu hỏi thường gặp
Vết nứt nhỏ trên thân trụ mới đổ có nguy hiểm không?
Không phải vết nứt nào cũng nguy hiểm, nhưng phải được ghi lại, đo bề rộng, chiều dài và theo dõi. Nứt do co ngót mặt ngoài thường mảnh và nông; nứt do nhiệt hay do kìm chân có thể sâu hơn. Kỹ sư thiết kế sẽ đánh giá và quyết định có cần xử lý hay không.
Bao lâu thì được tháo ván khuôn thân trụ?
Phụ thuộc cường độ bê tông, nhiệt độ môi trường, loại xi măng và loại ván khuôn. Ván khuôn thành đứng không chịu lực có thể tháo sớm hơn ván đỡ đáy xà mũ. Với khối lớn, tháo ván sớm có thể làm mặt ngoài nguội nhanh và nứt, nên phải theo kế hoạch nhiệt.
Vì sao trụ cầu qua sông thường có hình mũi thuyền?
Mũi vát hoặc tròn giúp dòng nước tách êm ra hai bên, giảm xoáy và xói quanh chân trụ, đồng thời làm vật trôi và tàu va lướt qua thay vì đập thẳng. Hình dạng cụ thể được chọn theo hướng dòng chảy, vận tốc và yêu cầu kiến trúc.
Ván khuôn leo khác ván khuôn trượt ở điểm nào?
Ván khuôn leo nâng lên theo từng đốt sau khi đốt dưới đủ cường độ, giữa các đốt có mạch ngừng. Ván khuôn trượt di chuyển liên tục trong lúc đổ, gần như không có mạch ngừng, nhanh hơn nhưng đòi hỏi đổ bê tông không gián đoạn suốt ngày đêm.
Có thể dùng bê tông tự lèn cho thân trụ không?
Có, bê tông tự lèn được dùng ở những chỗ cốt thép rất dày khó đầm hoặc yêu cầu mặt hoàn thiện đẹp. Nó đòi hỏi ván khuôn kín hơn và chịu được áp lực ngang lớn hơn, cấp phối được thiết kế và thử nghiệm trước khi dùng.
Có cần theo dõi nhiệt độ cho mọi xà mũ không?
Không. Chỉ những khối có kích thước và lượng xi măng đủ lớn mới cần. Kỹ sư biện pháp xác định khối nào là khối lớn dựa trên tiêu chuẩn và tính toán, rồi lập kế hoạch đặt cảm biến, bảo dưỡng. Xà mũ nhỏ của cầu thông thường thường chỉ cần bảo dưỡng ẩm đúng cách.