Hiện tượng nứt và võng ở sàn bê tông cốt thép (BTCT) có thể do các nguyên nhân liên quan đến công tác thi công, như: cốp pha sàn không được tạo độ vồng trước - độ võng ban đầu của cấu kiện có nhịp tương đối lớn cũng có thể nhận thấy bằng trực quan; cây chống sàn bị lún hay xê dịch; chế độ bảo dưỡng bê tông không phù hợp; thép gối của cấu kiện, trong quá trình đổ bê tông bị tụt xuống về phía trục trung hòa của tiết diện; tải trọng thi công tác động lên sàn vượt quá tải trọng thiết kế, và bất lợi hơn là khi vật liệu bê tông sàn chưa đạt cường độ cần thiết gây ra hiện tượng nứt sớm và làm tăng độ võng dài hạn của cấu kiện.

Tải trọng thi công

Trình tự chung khi thi công sàn BTCT nhà cao tầng là: lắp dựng hệ cây chống trên sàn mới đổ xong (sàn i-1), lắp dựng hệ cốt pha cốt thép để đổ bê tông sàn phía trên (sàn i), phía dưới sàn mới đổ xong thường phải có hệ thống cây chống hoặc cây chống lại (tháo cây chống để tháo dỡ cốt pha sàn và sau đó chống lại cây chống) ở một số tầng. Lựa chọn số lượng sàn tầng cần chống hoặc chống lại do đơn vị thi công quyết định căn cứ vào kết quả tính toán kiểm tra.

Hình 1b: Thi công đổ bê tông sàn với 2 tầng chống và 1 tầng chống lại.

Tải trọng thi công, như tên gọi, là tải trọng tác động lên các sàn trong quá trình thi công bao gồm tĩnh tải - tác động do trọng lượng của các sàn và của hệ thống cốp pha - cây chống, và hoạt tải - chỉ tác động lên các sàn trong quá trình đổ bê tông. Tải trọng thi công thường được thể hiện qua tỷ số giữa giá trị tải trọng thi công và trọng lượng bản thân sàn - gọi là hệ số tải trọng thi công.

Xác định tải trọng thi công lên sàn

Xác định tải trọng thi công lên sàn có thể thực hiện với việc mô hình hóa trên máy tính, hoặc thực hiện theo phương pháp tính đơn giản trong ACI 347.2R-05. Tuy là phương pháp đơn giản, nhưng kiểm chứng của các tác giả khác nhau cho thấy kết quả tính toán bằng phương pháp này là chấp nhận được. Phương pháp này do các tác giả Grundy and Kabaila đề xuất năm 1963, với các giả thuyết đơn giản hóa như sau: biến dạng của sàn là biến dạng đàn hồi (bỏ qua các hiện tượng từ biến và co ngót của bê tông); hệ các cây chống là tuyệt đối cứng so với hệ sàn; mật độ cây chống là đủ dày để có thể xem tải trọng tác động từ cây chống lên sàn là phân bố đều; ở tầng thấp nhất, hệ thống cây chống được chống lên móng hay nền có độ cứng vô cùng; tải trọng được phân bố giữa các sàn theo tỷ lệ độ cứng chống uốn giữa các sàn.

Tĩnh tải thi công

Ví dụ dưới đây thể hiện qui trình tính toán xác định tải trọng tĩnh tải thi công lên sàn các tầng cho công trình có: chiều dày các sàn như nhau; số tầng cây chống: 3 tầng chống; tốc độ thi công (thời gian đổ bê tông giữa hai sàn) T = 7 ngày; thời gian tháo dỡ cây chống tầng dưới cùng kể từ khi đổ bê tông sàn trên cùng m = 5 ngày

Trong ví dụ này để dễ cho việc theo dõi tính toán, độ cứng của các sàn được xem là như nhau cho dù ngày tuổi bê tông sàn là khác nhau, tuy nhiên điều này không ảnh hưởng nhiều đến kết quả tính toán.

Cột đứng bên trái hình trên thể hiện thứ tự các tầng – 0 (nền, móng),1,2,3,4…. Ở mỗi hình 2a,b,c.. các thanh ngang thể hiện ký hiệu tầng, số phía trên các thanh ngang thể hiện ngày tuổi của bê tông, các thanh chéo thể hiện hệ cây chống, các số bên trái gần các thanh ngang thể hiện hệ số tải trọng thi công của sàn, các số bên trái giữa các tầng thể hiện hệ số tải trọng thi công của hệ cây chống.

- Hình 2a: ban đầu lắp dựng cây chống trên nền (tầng 0) và đổ bê tông sàn tầng 1, 7 ngày sau đổ sàn tầng 2, 14 ngày sau đổ sàn tầng 3, như vậy sau khi kết thúc đổ sàn tầng 3 thì ngày tuổi bê tông các sàn 3, 2, và 1 lần lượt là 0, 7 và 14; với giả thiết là nền tuyệt đối cứng và hệ cây chống có độ cứng vô cùng so với của hệ sàn, toàn bộ tải trọng của các sàn đều truyền trực tiếp qua hệ cây chống xuống nền và các sàn hoàn toàn không chịu tải trọng; hệ số tải trọng thi công của các sàn 1,2,3 đều bằng 0; hệ số tải trọng thi công của hệ cây chống đỡ các sàn 3, 2 và 1 lần lượt là 1, 2 và 3.

- Hình 2b: 5 ngày sau khi đổ bê tông sàn thứ 3, tức là vào ngày thứ 19 kể từ khi bắt đầu đổ bê tông sàn, tháo dỡ cây chống dưới sàn 1, các sàn đều võng xuống và với giả thiết gần đúng độ cứng các sàn là như nhau thì mỗi sàn tự chịu tải trọng bản thân; hệ cây chống các tầng hoàn toàn không chịu tải trọng; hệ số tải trọng thi công của các sàn 3, 2, 1 đều bằng 1; hệ số tải trọng thi công của hệ cây chống đỡ các sàn 3, 2 và 1 đều bằng 0.

- Hình 2c: 7 ngày sau khi đổ bê tông sàn thứ 3, tức là vào ngày thứ 21 kể từ khi đổ bê tông sàn, đổ bê tông sàn tầng 4; trọng lượng của sàn tầng 4 thông qua hệ cây chống được phân bố xuống 3 sàn phía dưới; hệ số tải trọng thi công của mỗi sàn 3, 2, 1 tăng thêm 1/3 và đều bằng 1 + 1/3 = 1.33; hệ cây chống đỡ sàn tầng 4 nhận toàn bộ tải trọng từ sàn tầng 4 và có hệ số tải trọng thi công bằng 1; hệ cây chống đỡ sàn tầng 3 chịu tải trọng từ cây chống đỡ sàn tầng 4 nhưng bớt đi một phần giá trị 1/3 đã được đỡ bởi sàn tầng 3 và vì vậy có hệ số tải trọng thi công bằng 1 - 1/3= 0.66; hệ cây chống đỡ sàn tầng 2 chịu tải trọng từ cây chống đỡ sàn tầng 3 nhưng bớt đi một phần giá trị 1/3 đã được đỡ bởi sàn tầng 2 và vì vậy có hệ số tải trọng thi công bằng 0.66 - 1/3= 0.33.

- Hình 2d: 5 ngày sau khi đổ bê tông sàn thứ 4, tức là vào ngày thứ 26 ngày kể từ khi đổ bê tông sàn, tháo dỡ cây chống dưới sàn 2, tải trọng hệ cây chống sàn thứ hai đang phải chịu được phân bố lên 3 sàn phía trên; hệ số tải trọng thi công của các sàn 4, 3, 2 lần lượt là 0 + 0.33/3 = 0.11, 1.34 + 0.33/3 = 1.45, 1.33 + 0.33/3 = 1.44; hệ số tải trọng thi công của hệ cây chống đỡ các sàn 4 và 3 lần lượt là: 1 – 0.11 = 0.89, 0.89 – 0.45 = 0.54.

- Hình 2e: 7 ngày sau khi đổ bê tông sàn thứ 4, tức là vào ngày thứ 28 kể từ khi đổ bê tông sàn, đổ bê tông sàn tầng 5; trọng lượng của sàn tầng 5 thông qua hệ cây chống được phân bố xuống 3 sàn phía dưới; hệ số tải trọng thi công của mỗi sàn 4, 3, 2 tăng thêm 1/3 và lần lượt là: 0.11 + 1/3 = 0.45, 1.45 + 1/3 = 1.78, 1.44 + 1/3 = 1.78; hệ số tải trọng thi công của hệ cây chống đỡ các sàn 5, 4 và 3 lần lượt là : 1, 1.55, 0.77.

- Các 2f,g,h…: theo qui trình như vậy ta xác định được hệ số tải trọng thi công của các sàn và hệ cây chống khi tiếp tục thi công đổ bê tông sàn các tầng phía trên.

Kết quả tính toán cho thấy: tầng có hệ số tải trọng lớn nhất luôn là tầng cuối cùng được đỡ bởi nền và ở ví dụ này là tầng 3 với hệ số tải trọng k = 2.36; các tầng phía trên có hệ số tải trọng hội tụ dần về trị số k = 2.

Hình 4: Biểu đồ giá trị hệ số tải trọng thi công lên các sàn trong quá trình đổ bê tông với 2 tầng chống và 1 tầng chống lại.

Tính toán cho qui trình thi công ván khuôn hai tầng chống và một tầng chống lại (hai tầng rưỡi) ta có các giá trị hệ số tải trọng lên các sàn thể hiện ở hình 4.

Kết quả tính toán cho thấy: tăng số lượng tầng cây chống có xu hướng làm tăng giá trị tải trọng thi công lên sàn, tuy nhiên ngày tuổi của bê tông khi chịu tải trọng lớn nhất cũng tăng lên; và ngược lại việc tăng số lượng tầng cây chống lại có xu hướng làm giảm giá trị tải trọng thi công lên sàn, tuy nhiên sàn chịu tải trọng thi công lớn nhất cũng ở tuổi sớm hơn; tốc độ thi công không ảnh hưởng đến giá trị lớn nhất hệ số tải trọng thi công của sàn, tuy nhiên do các chỉ tiêu về cường độ và biến dạng của bê tông sàn phụ thuộc vào ngày tuổi của bê tông nên tốc độ thi công có thể ảnh hưởng đến sự làm việc của sàn.

Hoạt tải thi công

Hoạt tải thi công bao gồm tải trọng người và thiết bị tác động lên các sàn trong quá trình đổ bê tông sàn trên cùng, tải trọng này sẽ mất đi ngay sau khi quá trình đổ bê tông kết thúc. Giá trị hoạt tải thi công khác biệt nhiều tùy thuộc vào biện pháp thi công đổ bê tông. TCVN chưa đề cập đến vấn đề kiểm tra tải trọng thi công lên các sàn và vì vậy chưa có qui định về trị số hoạt tải thi công. ACI 347.2R-05 kiến nghị sử dụng trị số hoạt tải tối thiểu 240daN/m2 khi tính toán hoạt tải thi công lên các sàn. Phân phối hoạt tải thi công lên các sàn thông qua hệ cây chống có thể tính toán dựa vào tương quan độ cứng của các sàn.

Ảnh hưởng của tải trọng thi công tới hiện tượng nứt và võng của sàn

Hình 5 ở trên thể hiện diễn biến tải trọng tác động lên một sàn trong quá trình thi công và sử dụng. Trước thời điểm t1 là giai đoạn thi công đổ bê tông bản thân sàn và các sàn liên quan khác, trong giai đoạn này tải trọng thi công tác động lên sàn tăng dần từ không tới giá trị lớn nhất, vào thời điểm t1 - tháo dỡ cây chống trên sàn và sàn chỉ còn chịu tải trọng bản thân, giai đoạn từ t2 đến t3 là quá trình thi công công tác hoàn thiện và sau thời điểm t3 là giai đoạn đưa sàn vào sử dụng với tải trọng tác động bao gồm tĩnh và hoạt tải sử dụng như theo thiết kế.

Theo nhiều tác giả và như thể hiện ở hình 5, tải trọng thi công tác động lên sàn trong thời gian ngắn nhiều khi có giá trị vượt quá tải trọng thiết kế. Và bất lợi hơn là vật liệu bê tông sàn chưa đạt cường độ cần thiết khi sàn chịu tải trọng thi công. Tải trọng thi công có thể ảnh hưởng đến sự làm việc của sàn ở khía cạnh độ bền hay điều kiện làm việc bình thường.

- Về độ bền: rất ít khi xảy ra sự cố liên quan đến việc sàn không đủ khả năng chịu lực khi chịu tải trọng thi công, nhưng thiệt hại do sự cố là nghiêm trọng, các công trình xảy ra sự cố (như Skyline Plaza ở Virginia, Commonwealth Avenue building ở Massachusetts, SkylineHarbor Cay Condominium ở Florida) đều sử dụng sàn không dầm và qua điều tra cho thấy sự cố đều xuất phát từ việc sàn bị chọc thủng quanh cột do bê tông sàn chưa đạt cường độ cần thiết khi tháo cây chống.

- Về điều kiện sử dụng bình thường: Với việc sử dụng vật liệu cường độ cao, xu hướng thiết kế giảm tỷ lệ chiều cao tiết diện/chiều dài (như dầm nông) làm giảm độ cứng chống uốn của cấu kiện và cấu kiện dễ bị ảnh hưởng bất lợi khi chịu tải trọng thi công. Như đã nêu, giá trị tải trọng thi công lớn nhất nhiều khi vượt quá tải trọng thiết kế, sàn có thể bị quá tải và bị nứt thay vì không nứt như theo thiết kế, độ cứng chống uốn của sàn giảm có thể chỉ còn 1/3 so với độ cứng tính toán với tải trọng thiết kế. Bất lợi hơn, khi sàn chịu tải trọng lúc bê tông sàn ở vào tuổi sớm, các chỉ tiêu về cường độ và biến dạng bê tông sàn chưa đạt giá trị thiết kế, tải trọng thi công gây ra độ võng ngắn hạn tương đối lớn và làm tăng độ võng dài hạn do hiện tượng từ biến. Hệ số từ biến của bê tông chịu tải trọng tác động ở tuổi sớm tăng hơn so với hệ số từ biến của bê tông chịu tải ở tuồi 28 ngày là CRLA = 2.3tLA-0.25 lần (trong đó tLA là ngày tuổi của bê tông khi đặt tải trọng), nếu ngày tuổi của bê tông khi sàn chịu tải trọng là 7 ngày thì CRLA=1.41.

Một số nghiên cứu đã chỉ ra: ngay sau khi tháo dỡ cốt pha dầm và bản sàn, bê tông bề mặt cấu kiện bắt đầu khô đi khi tiếp xúc với không khí, cường độ chịu kéo của bê tông và khả năng chống nứt của cấu kiện giảm nhanh trong thời gian ngắn, sau đó tăng trở lại về giá trị ban đầu, như ở hình 6 dưới.

Trong thời gian khả năng chống nứt của sàn bị giảm, tải trọng thi công tác dụng lên sàn tăng do tiếp tục đổ bê tông các sàn trên, và có thể gây ra hiện tượng nứt ở đáy dầm và bản sàn.

Kiến nghị

Hiện tượng nứt và võng sàn BTCT thường do nhiều nguyên nhân gây ra, trong đó có thể do tải trọng thi công. Tải trọng thi công tác động lên sàn nhà cao tầng có thể vượt quá tải trọng thiết kế, và bất lợi hơn là khi bê tông sàn chưa đạt cường độ cần thiết - cần đặc biệt lưu ý khi thiết kế vì lý do nào đó yêu cầu không sử dụng phụ gia tăng nhanh cường độ. Thiết kế biện pháp thi công về số lượng tầng chống nên có sự kết hợp giữa đơn vị thi công và đơn vị thiết kế. Tiêu chuẩn Việt Nam cần qui định hoạt tải thi công để sử dụng tính tải trọng thi công tác dụng lên sàn

Nguồn: https://baoxaydung.com.vn/tai-trong-thi-cong-tac-dong-len-san-be-tong-cot-thep-nha-cao-tang-269677.html