Vì sao cốt thép bị cắt trong cột là một dạng vấn đề hoàn toàn khác

Các lỗ xuyên cột cho ống cấp thoát nước và dây cáp được cắt ra thường xuyên hơn nhiều so với mức nên có. Ở bản sàn, một thanh thép bị cắt chỉ là khuyết tật cục bộ. Ở cột, đó là mối đe dọa đối với đường truyền tải trọng đứng của toàn bộ công trình.

Cắt vào cột và ba khả năng chịu lực riêng biệt bị tổn hại cùng lúc:

• Cốt thép dọc bị cắt đứt → mất trực tiếp khả năng chịu nén dọc trục và chịu uốn. Sức chịu nén và chịu uốn của cột có được từ sự làm việc đồng thời của các thanh thép đó với bê tông. Khi thép bị cắt đứt, tải trọng mà tiết diện ấy đang mang không còn đường đi nào khác ngoài việc dồn vào phần bê tông còn lại và các thanh thép lân cận.

• Cốt đai bị cắt đứt → mất khả năng chịu cắt, mất giam giữ và mất độ dẻo. Chính cốt đai giữ lõi bê tông lại với nhau, chịu lực cắt và ngăn cột phá hoại giòn. Một cây cột có cốt đai bị cắt là cây cột đã mất đi tấm lưới an toàn của mình.

• Bản thân tiết diện cũng bị thu hẹp. Một lỗ mở lấy đi phần bê tông và làm gián đoạn dòng ứng suất, khiến ứng suất tập trung tại mép lỗ — đúng là nơi vết nứt khởi phát và cũng là nơi hiện không còn cốt thép nào.

Hơn nữa, mức độ rủi ro còn cao hơn hẳn so với bản sàn. Sàn bị hư có thể phân phối lại tải trọng; cột bị hư có thể khơi mào sụp đổ dây chuyền. Tại vùng động đất tình hình còn xấu hơn: cột là bộ phận chủ lực chịu lực ngang, và việc cắt cốt đai trong vùng giam giữ ở đầu cột loại bỏ đúng cơ chế giữ cho cột dẻo dưới tải trọng động đất.

Đó là lý do các tiêu chuẩn kết cấu xử lý lỗ mở trên cột chặt chẽ hơn nhiều so với lỗ mở trên sàn — và lý do lỗ mở trên cột không phải việc để dành sửa sau. Đó là việc phải sửa ngay.

Trám lỗ bằng vữa rồi xoa phẳng bề mặt không sửa được điều nào trong số đó. Nó chỉ giấu đi vấn đề trên đúng bộ phận mà ta ít được phép giấu vấn đề nhất.

Trình tự sửa chữa đúng

Sửa chữa một lỗ mở có cốt thép bị cắt trên cột nghĩa là khôi phục cốt thép, khôi phục bê tông, rồi mới cộng thêm dự trữ an toàn. Trình tự quan trọng không kém bản thân các bước.

Bước 1 — Bóc lộ và đánh giá cốt thép bị cắt

Đục bê tông quanh lỗ mở cho đến khi lộ hoàn toàn toàn bộ tiết diện của từng thanh thép bị cắt ở cả hai phía — cả cốt thép dọc lẫn cốt đai — với đủ bê tông sạch, đặc chắc ở phía sau để phát triển mối nối chồng. Ghi lại đường kính, khoảng cách và mác thép: thanh thay thế phải đúng bằng thanh gốc, không phải xấp xỉ.

Trước khi cắt thêm bất cứ chỗ nào, hãy xác nhận vị trí của lỗ mở so với các vùng trọng yếu của cột. Lỗ ở gần đầu cột, nằm trong vùng giam giữ hay vùng khớp dẻo, hoặc cắt qua một tỷ lệ lớn tiết diện là câu hỏi thiết kế chứ không phải câu hỏi sửa chữa — cần có đánh giá kỹ thuật trước khi khởi công.

Bước 2 — Khôi phục cốt thép bằng mối nối có diện tích tương đương

Hai đoạn thép ngắn có tổng diện tích tiết diện bằng thanh gốc được nối chồng lên hai đầu bị cắt, mỗi bên một đoạn, nhờ đó khôi phục tính liên tục xuyên qua lỗ mở. Áp dụng cho cả cốt thép dọc và cốt đai bị cắt đứt; một cây cột đã phục hồi cốt chủ nhưng cốt đai còn hở vẫn là cột bị suy yếu.

• Với cốt thép thường: mối nối chồng hàn, thi công theo quy trình hàn đã được thẩm định bởi thợ hàn có chứng chỉ. Chất lượng mối hàn ở đây không phải chi tiết nhỏ; một mối hàn kém biến mối nối thành điểm khởi phát vết nứt.

• Với cốt sợi carbon: cốt carbon không thể hàn. Nó được liên kết bằng mối nối chồng dán keo hoặc bằng neo cơ học được thiết kế riêng cho mục đích này — điểm đáng nói rõ, vì đưa cốt carbon vào một chi tiết hàn là sai lầm phổ biến và nghiêm trọng.

Ở vị trí chật hẹp hoặc ẩm ướt không thể hàn, nối cơ học bằng ống ren là phương án thay thế được chấp nhận — yêu cầu đặt ra là một liên kết đạt cường độ đầy đủ và kiểm chứng được, không phải một kỹ thuật cụ thể nào.

Bước 3 — Tạo lỗ mở với phễu đổ vữa

Dựng lại cốp pha ở hai bên và phía dưới lỗ mở, rồi chừa một phễu đổ hình loa kèn ở phía trên. Phễu không phải để tiện tay: nó tạo áp lực cột chất lỏng và mặt thoáng để vữa chảy vào mọi góc của hốc rỗng, luồn quanh các thanh nối mới và trào ra phía trên — không để túi khí hay hốc rỗng hình thành dưới khối sửa chữa.

Bước 4 — Đổ vữa không co ngót

Lấp đầy hốc đã ghép cốp pha bằng vữa không co ngót, có độ chảy cao (theo ASTM C1107 hoặc tương đương), đổ liên tục từ một phía để vật liệu dâng lên xuyên qua lỗ mở thay vì nhốt khí lại. Co ngót là kẻ thù của công trình sửa chữa này: vữa bị co sẽ tách khỏi bê tông cũ và các thanh nối, và bề mặt tiếp giáp đáng lẽ truyền tải trọng trở thành một khe hở. Vữa không co ngót được bảo dưỡng đúng cách khôi phục ứng xử nguyên khối — tiết diện sau sửa chữa làm việc như một khối duy nhất.

Bước 5 — Bảo dưỡng, tháo cốp pha và hoàn thiện

Bảo dưỡng theo đúng hướng dẫn của nhà sản xuất vữa, sau đó tháo cốp pha và cắt bỏ phần vật liệu dư từ phễu cho bằng phẳng với mặt bê tông. Phần còn lại phải không thể phân biệt được với cột gốc khi nhìn vào tiết diện.

Bước 6 — Bổ sung giam giữ vòng bằng CFRP

Các bước trên khôi phục cốt thép và tiết diện. Bước cuối được khuyến nghị khôi phục thêm dự trữ an toàn: quấn vùng lỗ mở bằng vải CFRP theo chu vi — một dải composite khép kín ôm quanh khu vực đã sửa chữa.

Trên cột, bước này có ý nghĩa lớn hơn ở bất cứ đâu, vì giam giữ theo chu vi chính là cơ chế mà cốt đai bị cắt từng đảm nhiệm:

• Nó thay thế sự giam giữ ngang bị mất cùng cốt đai bị cắt, giam chặt lõi bê tông và khôi phục khả năng chịu nén của cột mà không phá hoại giòn;

• Nó bù đắp phần cốt thép đã bị lấy đi — sợi carbon làm việc chịu kéo quanh chu vi lỗ mở, tăng khả năng chịu lực đúng tại nơi tiết diện yếu nhất;

• Nó giam giữ vùng tập trung ứng suất tại mép lỗ, kìm hãm sự phát triển vết nứt và cải thiện độ dẻo cho khu vực đã sửa chữa;

• Nó làm kín khối sửa chữa, bịt kín bề mặt tiếp giáp trước sự xâm nhập của ẩm.

Với cột, lợi ích của giam giữ không hề nhỏ: đó là ranh giới giữa một ca sửa chữa chỉ khôi phục cường độ và một ca sửa chữa còn khôi phục cả ứng xử dẻo mà cốt đai vốn bảo đảm.

Sau khi sửa chữa

Một ca sửa chữa đúng quy trình để lại cây cột như thể lỗ mở chưa từng làm nó suy yếu:

• Tính liên tục của cốt thép được khôi phục — cả cốt dọc lẫn cốt đai — bằng các mối nối đạt cường độ đầy đủ, diện tích tương đương;

• Hốc rỗng được lấp nguyên khối bằng vữa không co ngót, đã bảo dưỡng và hoàn thiện bằng phẳng;

• Vùng lỗ mở được giam giữ và làm kín bằng CFRP vòng, với giam giữ ngang, khả năng chịu cắt và độ dẻo được khôi phục dọc theo chu vi;

• Đầu cốt thép không còn bị hở — con đường ăn mòn do một lỗ hở tạo ra đã bị chặn kín.