Sự phát triển cầu dây văng ở Việt Nam

Cầu dây văng là một loại cầu bao gồm một hoặc nhiều trụ (thường được gọi là tháp), với dây cáp neo chịu đỡ toàn bộ hệ mặt cầu và các dầm cầu. Có 3 loại cầu dây văng chủ yếu, được phân biệt theo các nối cáp vào trụ cầu.Ý tưởng đỡ một dầm bằng một hệ dây xiên tỏa xuống từ một cột buồm hay một tháp đã xuất hiện từ thời cổ xưa khi người Ai Cập áp dụng ý tưởng này cho các thuyền buồm của họ. Việc sử dụng cáp treo trong xây dựng cầu đã trở lại vào thế kỷ 17. Vào đầu năm 1617, Faustus Verantius, một kỹ sư ở Venice (Ý), đã phác họa một cây cầu với nhiều dây xiên.
Những nét sơ khai của cầu dây văng ra đời từ đó.Trong thiết kết cầu hiện đại, cầu dây văng là loại cầu có các dây cáp nối từ tháp cầu xuống hệ mặt cầu. Một cầu dây văng điển hình có một hệ dầm liên tục liên kết với một hay nhiều tháp cầu được xây dựng phía trên trụ cầu ở giữa nhịp. Từ các tháp cầu này, các dây cáp liên kết với hệ dầm được neo trực tiếp vào tháp.Ta có thể tưởng tượng cầu dây văng như hình ảnh một người khổng lồ (trụ cầu), dùng 2 tay (dây cáp) để nâng bổng thanh xà (dầm cầu) ngang qua một đoạn sông.

Về cơ cấu truyền lực, ta có thể tưởng tượng một cách đơn giản như sau: trọng lượng của các dầm cầu sẽ được chịu bởi các dây cáp xiên. Các dây cáp này được bố trí đối xứng để sao cho tổng hợp lực căng của các dây cáp sẽ chay dọc trục tháp cầu. Tháp cầu sẽ chỉ chịu nén mà không phải chịu lực uốn. Rất nhiều yếu tố cần phải được tính toán sao cho các đặc tính thiết kế của cầu phù hợp với các điều kiện cơ học cũng như điều kiện tự nhiên của địa hình xung quanh.
Ngày nay, bên cạnh yếu tố về đảm bảo giao thông cho phương tiện đi lại trên cầu và tàu thuyền đi lại dưới cầu, yếu tố môi trường và yếu tố cảnh quan cũng được đặc biệt coi trọng. Ví dụ, các tháp cầu có ngăn cản dòng chảy hay không, màu sắc có phù hợp với cảnh quan môi trường xung quanh hay không. Cảnh quan đèn trang trí cũng cần được bố trí sao cho làm nổi bật nét thanh mảnh của dầm cầu, tính khỏe khoắn của các dây cáp xiên và của tháp cầu.

" width="300" height="207">

Thiết kế cầu Nhật Tân

Ngoài ra, một số yếu tố văn hóa khác cũng được tính đến trong thiết kế kiến trúc của cầu. Ví dụ như cầu Nhật Tân dự định được xây dựng sẽ bao gồm 5 tháp trụ tượng trưng cho tư duy của người Phương Đông: Sinh-Lão-Bệnh-Tử-Sinh. Yếu tố kết thúc là sự phát triển và kết thừa của yếu tố ban đầu, tạo nên yếu tố triết học phương Đông ẩn bên trong kiến trúc cầu.

Sự phát triển cầu dây văng ở Việt Nam

Sự khác nhau giữa các loại cầu

Cầu dây võng

Cầu dây văng, kiểu rẻ quạt

Cầu dây văng, kiểu đàn hạc

Tổng quan về cầu dây văng
1. Lịch sử phát triển của Cầu Dây Văng
Cầu dây văng là loại cầu sử dụng các dây cáp được liên kết từ một hay nhiều cột tháp để treo hệ mặt cầu. Một cầu dây văng điển hình có một hệ dầm liên tục với một hay nhiều cột tháp được đặt trên trụ cầu ở trong khoảng giữa nhịp. Từ các cột tháp này, các dây văng được tỏa xuống và đỡ hệ dầm chủ (Hình 1 và 2).

Hình 1. Cầu dây văng 3 nhịp

Hình 2. Cầu dây văng 2 nhịp

Ý tưởng đỡ một dầm bằng một hệ dây xiên tỏa xuống từ một cột buồm hay một tháp đã xuất hiện từ thời cổ xưa khi người Ai Cập áp dụng ý tưởng này cho các thuyền buồm của họ.
Việc sử dụng cáp treo trong xây dựng cầu đã trở lại vào thế kỷ 17. Vào đầu năm 1617, Faus-tus Verantius, một kỹ sư ở Venice (Ý), đã phác họa một cây cầu với nhiều dây xiên (Hình 3). Năm 1784, một thợ mộc Đức, Löscher, đã thiết kế một cây cầu gỗ có nhịp 32m bao gồm các thanh treo bằng gỗ gắn vào một cột tháp gỗ. Năm 1817, chiếc cầu dây văng bằng sắt đầu với một nhịp khoảng 33.6 m, sử dụng các dây cáp xiên neo vào một tháp cầu bằng sắt đúc sẵn.

Hình 3. Phác họa của Verantius

Vào khoảng năm 1821, Poyet, một kiến trúc sư Pháp, đề nghị neo kết cấu cầu bằng cách sử dụng dây văng bố trí theo hình rẽ quạt, tất cả các dây văng đều được neo tại đỉnh tháp cầu (Hình 4). Ông là một trong những người đầu tiên đề nghị sử dụng dây văng bố trí theo sơ đồ đồng quy. Năm 1840, Harley, một người Anh, đề nghị một dạng khác cho bố trí dây văng với các dây song song, gọi là sơ đồ dây song song.

Hình 4. Đề xuất của Poyet

Năm 1883, Roebling hoàn thành cây cầu nổi tiếng Brooklyn tại New York (Mỹ), với một sơ đồ bố trí dây treo pha trộn giữa cầu dây văng và cầu dây võng.Tuy nhiên, phải chờ đến thế kỷ 20 thì loại kết cấu này mới được phát triển vì những kiến thức tính toán và vật liệu trước đó chưa phù hợp với loại cầu này. Vào năm 1926, một kỹ sư người Tây Ban Nha là Torroja đã xây dựng một cầu máng dẫn nước bằng bê tông cốt thép, các dây văng được bọc trong bê tông để chống ăn mòn (Hình 5). Sau năm 1945, cầu dây văng đã có được sự hồi sinh tại Đức, nơi phải xây dựng lại vô số cây cầu bị phá hủy bởi chiến tranh thế giới thứ 2 với việc sử dụng hiệu quả vật liệu. Một điều kiện tiên quyết cho bước cải thiện này là sự phát triển của thép cường độ cao dùng cho dây văng.

Hình 5. Cầu dẫn nước do Torroja thiết kế

Trong những năm 1950, việc phát triển vật liệu cáp cường độ cao cộng với những lợi ích về giá cả đã làm hồi phục sự quan tâm đối với cầu dây văng. Các dây văng mới, được làm từ những tao thép cường độ cao, thép thanh hay sợi thép cường độ cao, có khả năng chịu tải lớn và dễ dàng lắp đặt. Cầu dây văng hiện đại trở lên kinh tế hơn cho các cầu có khẩu độ nhịp nằm trong khoảng 180 đến 610m.
Sự trở lại của cầu dây văng bắt đầu với F. Ông khám phá ra ảnh hưởng của dây cáp lên độ võng của cầu trong khi thiết kế một cầu treo cho đường sắt có nhịp 753m qua sông Elbe, gần Hamburg, Đức. Ông sử dụng dây cáp cường độ cao, chấp nhận ứng suất lớn để hạn chế độ võng của dây cáp (có thể xuất hiện do chùng cáp). Từ công trình nghiên cứu này và từ việc xây dựng lại các cầu bị phá hủy trong chiến tranh thế giới thứ hai, đã minh chứng rằng cầu dây văng đã trở thành một loại cầu có khẩu độ nhịp nằm giữa cầu dầm cứng và cầu treo. Năm 1955, cầu Strömsund (Thụy Điển) do ông thiết kế trở thành cây cầu dây văng hiện đại đầu tiên trên thế giới (Hình 6).

Hình 6. Cầu Strömsund, Thụy Điển, xây dựng năm 1955, do Dischinger thiết kế

Vào năm 1962, Morandi xây dựng một cây cầu bê tông dự ứng lực bắc qua hồ Maracaibo ở Venezuela. Nhiều cây cầu khác với nhiều cách phân bố dây văng cũng được xây dựng sau đó. Việc sử dụng cầu dây văng nhiều dây cũng là một sự tiến bộ quan trọng vì điều này làm việc xây dựng hệ mặt cầu theo phương pháp hẫng trở thành khả thi.
Sau khi chiếc cầu dây văng hiện đại đầu tiên thể hiện độ cứng rất lớn dưới tác dụng của tải trọng xe cộ, tính thẩm mỹ cao, tính kinh tế và đơn giản trong thi công, cầu dây văng hiện đại đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu và nhiều thành công mới. Và cầu dây văng đã nhanh chóng trở nên phổ biến trong giới kỹ sư Đức và nhiều nước khác trong khoảng mười năm sau đó. Ngày nay, cầu dây văng hiện đại đã được các nhà thiết kế áp dụng trên phạm vi toàn thế giới.
Tuy nhiên, cũng không dễ nói rằng khẩu độ cầu dây văng bao nhiêu là kinh tế do nó phụ thuộc vào các điều kiện biên. Trong vài trường hợp cụ thể, giải pháp cầu dây văng cũng được áp dụng với các cầu nhịp nhỏ và vừa, đặc biệt là đối với cầu bộ hành. Cầu dây văng phục vụ cho đường bộ và đường sắt có thể chứng tỏ tính kinh tế cho nhịp trên 100m, nhưng thông thường đối với cầu với khẩu độ nhịp trên 200m.

Một dây	Hai dây	Ba dây	Nhiều dây	Kết hợp
					Đồng quy
					Song song
					Rẻ quạt
					Hình sao

Hình 7. Các sơ đồ bố trí dây văng
Theo cách phân bố dây văng, sơ đồ bố trí dây văng thể chia ra thành 4 loại cơ bản: đồng quy, song song, rẽ quạt và hình sao (Hình 7). Sơ đồ dây đồng quy và sơ đồ dây rẽ quạt có hiệu quả nhất cho hệ kết cấu vì nó hoàn toàn được sắp xếp giống các tam giác. Ngược lại, sơ đồ dây song song chủ yếu chứa các hình tứ giác, do đó phải tăng độ cứng của dầm chủ hay cột tháp để chịu được lực không đều.
Trong sơ đồ dây đồng quy, các sợi cáp được liên kết từ hệ mặt cầu đến cùng một điểm trên đỉnh cột tháp. Kết quả là lực uốn trong tháp sẽ nhỏ, nhưng lại phải chịu đựng được lực chống gập. Điều này dẫn đến việc cột tháp sẽ phải có độ cứng lớn. Tuy nhiên, trong những cầu lớn với nhiều dây văng, việc bố trí tất cả các neo tại đỉnh tháp sẽ gặp nhiều khó khăn.
Trong sơ đồ song song, các dây văng được lắp song song với nhau làm cho cầu có tính thẩm mỹ hơn. Mặt khác, lực căng cáp sẽ được phân bố theo chiều cao cột tháp làm giảm mô men uốn trong cột tháp. Sơ đồ bố trí dây văng này có thể là giải pháp có lợi nhất cho các cầu có nhịp chính đến gần 200m, đặc biệt ở những nơi tính thẩm mỹ đóng vai trò quan trọng. Hiệu quả của sơ đồ song song còn có thể được tăng lên bằng cách thêm các trụ trung gian ở các nhịp biên.
Trong sơ đồ rẽ quạt, khoảng cách giữa các điểm neo cáp ở phần trên của cột tháp được phân bố đồng đều. Điều này làm cho việc lắp đặt các neo trở nên dễ dàng hơn so với sơ đồ đồng quy. So với sơ đồ song song, tiết diện ngang cần thiết của cột tháp sẽ nhỏ hơn.
Trong các cầu dây văng hiện đại, hệ thống dây văng có thể bao gồm nhiều loại dây văng khác nhau, mỗi dây văng bao gồm một loại cáp được chế tạo cho đủ chiều dài và tiết diện dây văng. Để đạt được sự bố trí dây văng này, điều cần thiết phải bố trí các dây văng gần nhau. Do đó, khoảng cách giữa các điểm neo dây văng trên dầm chủ thường nằm trong khoảng từ 8 đến 15m.
3. Số Mặt phẳng Dây và hệ Dầm chủ
Trong mặt cắt ngang, hệ thống dây văng thường được bố trí trong một mặt phẳng thẳng đứng tại đường tim cầu, hai mặt phẳng thẳng đứng hoặc hai mặt nghiêng (Hình 8).

Hình 8. Mặt phẳng cáp

a) Một mặt phẳng

b) Hai mặt phẳng đứng

c) Hai mặt phẳng nghiêng

Trong cầu một mặt phẳng dây, các dây văng thường được neo tại đường tim của hệ mặt cầu. Cầu chủ yếu chịu tải trọng theo phương đứng còn khả năng chịu xoắn rất kém. Do đó, hệ dầm phải chịu xoắn tốt để có thể chịu lực lệch tâm, chẳng hạn như xe chạy trên một bên cầu. Để đạt được yêu cầu độ cứng chống xoắn cao, dầm sẽ phải chế tạo theo dạng hình hộp (Hình 8a).
Trong cầu hai mặt phẳng dây (đứng hoặc xiên), các dây văng được neo dọc theo hai bên của hệ mặt cầu. Trong trường hợp này, hệ dây văng sẽ chịu cả tải trọng đứng và xoắn. Do đó, người thiết kế không cần thiết phải bố trí hệ dầm có độ cứng chống xoắn tốt. Vì thế, hệ dầm có thể là dầm I đơn, I kép liên kết trực tiếp với hệ dây văng (Hình 8b).
Trong các cầu dây văng nhịp rất lớn, nơi dễ bị ảnh hưởng bởi ổn định khí động học, một dầm hộp với hai mặt phẳng dây sẽ đem lại nhiều ưu điểm hơn và cũng làm cho hình dạng dầm có tính khí động học tốt hơn (Hình 8c). Tuy nhiên, cũng nên nhấn mạnh rằng, hình dạng như hình 8c chỉ dùng cho các cầu có nhịp rất lớn (trên 500m) hoặc cho các cầu có tỷ lệ chiều cao trên chiều dài nhịp nhỏ (dưới 1/25).
4. Tháp Cầu
Hình dáng tháp cầu thể hiện một thanh cơ bản về khái niệm tổng thể của kết cấu. Hình dáng của tháp cầu ảnh hưởng đến cả tính thẩm mỹ và tính kinh tế của dự án cũng như các đặc trưng ứng xử tĩnh và động của nó.
Ba dạng cơ bản của cột tháp là: dạng chữ A, chữ H và chữ Y ngược (Hình 9). Có nhiều cải tiến từ 3 dạng này, mỗi dạng có những ưu nhược điểm và tính mỹ thuật riêng. Hình dạng của cột tháp có liên quan mật thiết đến cách bố trí dây văng vì chức năng chính của cột tháp là để đỡ hệ dây văng.

Hình 9. Ba dạng cơ bản của tháp cầu

Trong cầu một mặt phẳng dây, tháp cầu có thể được thiết kế như là một thanh thẳng đứng hoặc dạng chữ Y ngược. Tháp thanh thẳng đứng tại giữa hệ mặt cầu có thể dùng cho cả sơ đồ dây song song và sơ đồ dây rẽ quạt, trong khi tháp chữ Y ngược lại đòi hỏi một sơ đồ rẽ quạt cải tiến. Tháp thanh thẳng đứng phải có một điểm neo cứng với cả hệ dầm chủ lẫn trụ cầu để đạt được sự ổn định với tải trọng lệch tâm.
Trong cầu hai mặt phẳng dây theo phương thẳng đứng, tháp cầu có thể bao gồm hai cột thẳng đứng hoặc có dạng cột tháp chữ H. Theo điều kiện gối đỡ ở đầu dầm và dạng bố trí dây văng, cột tháp dạng chữ H cũng gần phù hợp với cột tháp chủ Y ngược. Với cầu có hai mặt phẳng dây xiên, đa số các người thiết kế sẽ chọn tháp chữ A kết hợp với sơ đồ bố trí dây rẽ quạt. Ngoài ra, nhiều tổ hợp khác về mặt lý thuyết cũng có thể được áp dụng cho cầu dây văng.
Do cột tháp chịu tác động của lực căng của dây văng và các thành phần lực nén và uốn khác, tháp cầu nên được chế tạo từ bê tông, thép hoặc tổ hợp giữa bê tông và thép. Trong kết cấu tổ hợp, kết cấu bên trong bằng thép sẽ được bao phủ bởi lớp bên ngoài bằng bê tông với mục đích thẩm mỹ hay để mục đích cho các neo dây văng liên kết với vỏ bọc bê tông. Hầu hết các tháp cầu đều rỗng để bố trí thang lên xuống, cần trục và hệ thống cung cấp điện cần thiết cho việc duy tu bảo dưỡng. Mặt cắt ngang của cột tháp thường có dạng một hộp đơn. Do chủ yếu là chịu lực nén, độ cứng của cột tháp cần thiết phải được gia cường bằng các thanh gia cường, phương dọc cầu thường phải lớn hơn phương ngang cầu (Hình 10).

Hình 10. Mặt cắt ngang điển hình của tháp cầu

Tại các vùng neo dây văng, việc gia cường thêm các vách ngăn cứng theo phương dọc và ngang là điều cần thiết để giảm ứng suất cục bộ theo các phương khác nhau.
5. Kết cấu nhịp
Cầu dây văng làm việc tốt với một phạm vi vật liệu kết cấu. Mặt cầu có nhiệm vụ chịu tải trọng do xe cộ và người qua lại. Kết cấu nhịp có thể bằng thép, bê tông hoặc bê tông-thép liên hợp, chẳng hạn như một khung dầm bằng thép bản mặt cầu bằng bê tông, hoặc hai dầm biên bằng bê tông với bản mặt cầu bằng thép. Dầm biên có thể xiên hay thẳng đứng, tùy thuộc vào hình dạng của tháp cầu, số mặt phẳng dây và phương pháp thi công (đổ tại chỗ hay sử dụng cấu kiện đúc sẵn).
Khẩu độ nhịp lớn nhất có tính kinh tế có thể đạt được phụ thuộc vào các vật liệu được sử dụng. Hệ mặt cầu cũng ảnh hưởng đến tính kinh tế của công trình cầu. Với các cầu có nhịp khoảng 450m, mặt cầu bằng bê tông cốt thép sẽ là giải pháp kinh tế nhất. Nó truyền lực nén tốt hơn mặt cầu bằng thép. Hơn nữa, chi phí bảo dưỡng cầu bê tông sẽ nhỏ hơn so với cầu thép.
Với những nhịp lớn hơn, hệ mặt cầu bằng thép sẽ đem lại nhiều ưu điểm hơn vì lúc này yếu tố hạn chế tĩnh tải của kết cấu nhịp được đặt lên hàng đầu so với các yếu tố khác. Trong một phạm vi chuyển tiếp, hệ mặt cầu thép-bê tông liên hợp cũng có thể mang lại kinh tế, với ưu điểm là nhẹ hơn so với cầu bê tông, đơn giản trong chế tạo các cấu kiện bằng thép và bản mặt cầu bê tông, có khả năng chịu được lực ngang và thi công rất đơn giản.
Cầu dây văng hiện đại đầu tiên có ít dâyvăng với khoảng cách các điểm neo dây tương đối lớn, do vậy hệ mặt cầu có độ cứng tương đối lớn. Ngược lại, trong những cầu dây văng ngày nay với nhiều dây văng, độ cứng của hệ mặt cầu lại có thể được giảm xuống thấp nhất có thể, nhưng vẫn bảo đảm độ ổn định của công trình.
Đối với một dầm có tiết diện hở và bản mặt cầu bằng bê tông, một hệ thống kết cấu hiệu quả có thể đạt được bằng cách sử dụng các dầm bản, đặt trực tiếp tại vị trí liên kết dây văng, và liên kết các dầm bản này bằng các dầm ngang, cách nhau 3 - 5m (Hình 11). Với hệ thống này, các dầm ngang phải chịu một mô men dương suốt chiều dài dầm, do đó các dầm ngang này hoàn toàn có lợi từ việc tác dụng liên hợp với bản mặt cầu bê tông. Tương tự, tác dụng liên hợp cũng rất có lợi cho các dầm dọc, chịu tác dụng của lực nén từ thành phần nằm ngang trong lực căng của dây văng. Do do, cả hai dầm dọc và dầm ngang đều được bố trí các vấu chịu cắt ở trên bản cánh của chúng.

Hình 11. Dầm bản điển hình

6. Dây Văng

Trong cầu dây văng, dây văng đóng một vai trò hết sức quan trọng, cả về mặt kỹ thuật lẫn mặt kinh tế. Dây văng có thể chiếm tới 30% giá thành cầu.
Ưu điểm chính của việc sử dụng cáp cường độ cao trong cầu dây văng chính là nhờ khả năng chịu lực của cáp cường độ cao tốt hơn nhiều so với thép sử dụng trong kết cấu thép thông thường. Cường độ tới hạn của các sợi cáp kéo nguội đường kính 5-7mm có thể dễ dàng đạt được tới 1600 MPa, trong khi thép thông thường chỉ đạt được cường độ tới hạn
khoảng 350-500 MPa. Nói một cách khác, cáp cường độ cao có cường độ lớn hơn thép thường từ 3 đến 4 lần. Sự khác nhau này đưa đến kết quả là tiết diện (và trọng lượng) cáp cường độ cao cần thiết có thể chỉ bằng 25-33% so với thép thường khi phải chịu cùng một lực kéo thuần túy.
Các loại cáp có thể dùng cho dây văng là: thanh thép song song, sợi song song, tao song song, tao xoắn và lõi cáp. (Hình 12).

Thanh song song - Sợi song song - Tao song song -Tao xoắn - Dây cáp

Hình 12. Các loại cáp

Trong các loại trên, mô đun đàn hồi giảm từ khoảng 200,000 MPa đối với 3 loại đầu xuống 150,000 MPa đối với dây cáp. Các tao cáp thường được lựa chọn hơn các dây cáp vì các lý do sau:
Cùng kích thước, tao cáp có cường độ kéo đứt lớn hơn dây cáp.
Mô đun đàn hồi của tao cáp cao hơn dây cáp.
Tao cáp có ít khả năng uốn cong hơn dây cáp.
Cáp bằng thép cường độ cao có cường độ rất lớn, nhưng lại rất mềm dẻo. Cáp sẽ đem lại tính kinh tế cho công trình vì cho phép kết cấu thanh mảnh và nhẹ hơn, điều rất cần cho các cầu nhịp lớn. Mặc dù chỉ cần một số lượng ít dây văng là đủ để chịu toàn bộ các lực của cầu, tính mềm dẻo của dây văng lại làm cho chúng rất yếu dưới tác dụng của tải trọng gió.
Mặc dù sẽ gặp bất lợi khi gió lớn, một cầu với khối lượng nhẹ là một ưu điểm khi xảy ra động đất. Tuy nhiên, có thể xảy ra lún móng không đều trong quá trình động đất hoặc sau một thời gian sử dụng, cầu dây văng có thể bị phá hủy, do vậy phải cận thận chú ý đến vấn đề này khi thiết kế móng.
Đặc tính độc đáo của dây văng và của cả kết cấu tổng thể làm cho việc thiết kế cầu dây văng trở thành một nhiệm vụ phức tạp. Đối với những nhịp lớn, nơi mà gió và nhiệt độ phải được quan tâm, việc tính toán trở nên cực kỳ phức tạp và sẽ trở thành nhiệm vụ bất khả thi nếu không có sự giúp đỡ của máy vi tính. Việc chế tạo dây văng cũng tương đối khó khăn. Việc lắp đặt dây văng và liên kết với dầm chủ và cột tháp khá phức tạp và đòi hỏi chế tạo chính xác cao.

Một sơ đồ bố trí với nhiều dây văng, hiện đang được dùng phổ biến ngày nay, có những ưu điểm sau:

• Hệ mặt cầu có thể thanh mảnh hơn.
• Việc thi công kết cấu nhịp cầu trở nên đơn giản từ khi áp dụng phương pháp thi công hẫng mà không cần dây treo tạm thời.
• Sự truyền lực đơn giản hơn.
• Thay thế dây văng dễ dàng hơn
• Ổ định khí động học, đặc biệt với hệ mặt cầu bê tông cốt thép, nơi tĩnh tải có hiệu quả giảm chấn.
• Mô men uốn do tĩnh tải nhỏ.
• Độ võng do hoạt tải nhỏ, do đó cầu dây văng cũng phù hợp cho cầu đường sắt.

7. Đặc điểm xây dựng

Hình 13. Phương pháp xây dựng

Thành công của cầu dây văng liên quan rất lớn đến quá trình thi công hiệu quả, mà là đặc trưng của loại cầu này. Do vậy, một cầu dây văng có thể được thi công bằng phương pháp hẫng từ tháp cầu, đối xứng qua tháp cầu (Hình 13a) hoặc chỉ thi công hẫng nhịp chính (Hình 13b). Trong trường hợp sau, nhịp biên được thi công trước giống như một cầu dầm thông thường.
Trong phương pháp thi công hẫng cân bằng (đúc hẫng hoặc lắp hẫng, Hình 13a), cần lưu ý rằng ổn định tổng thể ở trạng thái tạm thời phụ thuộc vào độ cứng chống uốn và sự cố định của cột tháp. Trong nhiều trường hợp, độ cứng này sẽ chi phối quá trình thiết kế tháp cầu. Trong phương pháp chỉ thi công hẫng nhịp chính (Hình 13b), dây văng thường được lắp đặt thành từng cặp sao cho các dây văng của nhịp biên được thi công cùng lúc với các dây văng ở nhịp chính.
Trình tự thi công điển hình của một cầu dây văng bao gồm các bước sau:
1. Thi công hẫng một đoạn dầm từ một điểm neo đã có đến điểm tiếp theo. Trong hầu hết các trường hợp, đoạn dầm được nâng lên bởi một hệ cần trục đặt trên hệ mặt cầu.
2. Lắp đặt dây văng, thường thực hiện bằng cách tháo các cuộn dây cáp đặt trên hệ mặt cầu.
3. Điều chỉnh lực căng trong dây văng bằng cách kích tại các neo chủ động.
4. Chuyển hệ cần trục đến đầu dầm để thi công đoạn tiếp theo
Trong nhiều trường hợp, dây văng phải chịu lực căng lớn nhất sau khi đoạn dầm hẫng tiếp theo được thi công. Sau đó, lực căng sẽ giảm bớt khi dây văng tiếp theo được căng kéo. Một điều vô cùng quan trọng cần hiểu rõ là sự phân bố mô men do tĩnh tải tĩnh trong dầm hoàn toàn bị chi phối bởi lực căng trong dây văng trong suốt quá trình thi công. Do đó, một sự phân bố mô men do tĩnh tải tối ưu có thể đạt được bằng cách chọn lực căng trong dây văng ban đầu sao cho phù hợp. Sự phân tích cần thiết của các giai đoạn thi công có thể được thực hiện ngược lại một cách thuận lợi, bằng cách chọn trước một phân bố mô men do tĩnh tải theo mong muốn, sau đó tiến hành kiểm tra lại khả năng chịu lực của kết cấu theo trình tự thi công.
8. Kết luận
Trong những năm gần đây, cầu dây văng đã được sử dụng phổ biến nhờ vào những ưu điểm sau:
Sử dụng vật liệu hiệu quả.
Kết cấu không phức tạp, dễ chế tạo và thi công.
Thi công nhanh.
Tính mỹ thuật cao.
Vượt được nhịp lớn.
Độ võng nhỏ hơn cầu dây võng.
Có tính kinh tế cao đối với các cầu nhịp lớn.
Cầu dây văng đã giúp các người thiết kế có nhiều phương án lựa chọn hơn để đạt đến một dự án cạnh tranh và ưu việt hơn cho các cầu nhịp lớn.
(Tập san chuyên ngành số 1 2/1006 - CLB Giao lưu kỹ thuật Nhật Việt - jveef.nhatviet.net) (Nguồn: Tài liệu Hội thảo Khoa học kết cấu thép trong Xây dựng)
Về sự phát triển cầu dây văng ở Việt Nam
Từ sau chiến tranh thế giới lần thứ 2 kết cấu cầu dây văng hiện đại nhịp lớn được phát triển do ưu điểm nổi bật về tính kinh tế của nó so với cầu dây võng vì không phải xây dựng các mố neo lớn, các tường neo cấp, cũng như do tiện lợi trong quá trình thi công dầm và lắp đặt cáp từ tháp mà tiến ra giữa nhịp.
1. Sư phát triển xây dựng cầu dây văng trên thế giới.
Trong khoảng 50 năm qua kỹ thuật xây dựng cầu dây văng phát triển rất nhanh chóng. Do phát triển sau và địa hình có nhiều sông lớn cho nên châu Á trở thành nơi có nhiều cầu dây văng nhịp lớn nhất. Trên bảng 1 trình bày 10 cây cầu dây có nhịp lớn nhất thế giới.

Thứ tự Tên cầu Địa điểm Feet Hoàn tất năm 1. Akashi Kaikyo Hyogo, Japan 6,529 1998 2. Izmit Bay Marmara Sea, Turkey 5,472 UC 3. Storebaelt Denmark 5,328 1998 4. Humber Humberside, England 4,626 1981 5. Jiangyin Yangtze River, China 4,543 1999 6. Tsing Ma Hong Kong 4,518 1997 7. Verrazano-Narrows Lower New York Bay 4,260 1964 8. Golden Gate San Francisco Bay 4,200 1937 9. Hoga Kusten Stockholm, Sweden 3,969 1997 10. Mackinac Mackinac Straits, Mich. 3,800 1957

UC—Under Construction.

Source: Federal Highway Administration.

Các nhà thiết kế cầu luôn cố gắng vươn tới các cầu nhịp lớn, trước kia giáo sư Leonhardt đã đưa ra một phương án thiết kế cầu vượt qua eo biển Messina với nhịp chính 1750m, nhưng chưa thi công. Hiện nay tại Hồng Kông đã thiết kế xong Cầu dây văng Stonecutte cho 6 làn xe co nhịp chính 1818m. Chiều cao tĩnh không cho tàu thuỷ 73,5m. Dự án này do 4 Công ty tư vấn thực hiện thiết kế kết cấu và thiết kế cảnh quan kiến trúc, đó là các công ty Halcrow, Flint & Nrill Partnership, Viện thiết kế công trình đô thị Thượng Hải và Công ty thiết kế kiến trúc Đan Mạch (Danish architects Dissing + Weiling). Công trình dự kiến hoàn thành vào năm 2007.
Người Trung Quốc muốn biểu dương sức mạnh trí tuệ và kinh tế trong một dự án cầu dây avưng khác, đó là cầu dây văng vượt qua cửa sông Trường Giang ở thành phố Nantong tỉnh Jiángu với nhịp chính có chiều dài lớn nhất thế giới 1088m. Công trình này sẽ không có sự tham gia của các công ty nước ngoài. Hiện nay dự án này đang được các Công ty Tư vấn là Viện Thiết kế và quy hoạch đường giao thông Trung Quốc và Viện thiết kế đường hầm Thượng Hải là các đơn vị tư vấn hàng đầu của Trung Quốc trong các lĩnh vực cầu dây văng và hầm thực hiện nghiên cứu khả thi. Việc so sánh giữa phương án hầm qua sông và phương án cầu dây văng cho thấy phương án cầu dây văng có ưu điểm nổi trội, tổng mức đầu tư khoảng 725triệu USD. Dự án dự kiến hoàn thành vào năm 2008. Công trình này là đỉnh điểm của sự phát triển cầu dây văng ở Trung Quốc trong khoảng thời gian 30 năm vừa qua. Bắt đầu từ năm 1975 hai công trình mở đường cho kết cấu cầu dây văng ở Trung Quốc được thực hiện có chiều dài nhịp 76m và 54m, sau 7 năm người Trung Quốc vượt nhịp 200m và 7 năm tiếp sau họ vượt nhịp trên 400m. Trong vòng 15 năm kể từ khi hai công trình mở đường, người Trung Quốc đã hoàn thành 20 cây cầu dây văng có nhịp lớn hơn 400m, trong số đó có 4 nhịp 600m và nhịp lớn nhất là 628m (xem bảng 1). Trong khoảng 25 năm của thế kỷ trước ở Trung Quốc đã xây dựng hơn 100 cầu dây văng.
2. Những bài học về kết cấu:
Với 50 năm tích luỹ kinh nghiệm trong quá trình nghiên cứu thiết kế và xây dựng cầu dây văng, nhiều vấn đề lý luận không ngừng được cập nhật cho việc thiết kế kết cấu.
2.1. Bố trí dạng dây văng
Dạng dây hình "Hình Đàn hạc" (các dây song song) là loại bố trí dây tạo được cảm giác mảnh, thanh thoát và đẹp cho công trình nhất là cầu nhịp nhỏ hơn 200m cho nên ở giai đoạn đầu phát triển cầu dây văng hiện đại người ta thường sử dụng hình thức này. Nhưng loại hình bố trí cáp này không tối uưu về mặt chịu lực vì gây ra mômen uốn lớn trong tháp nên ngày nay ít được dùng. Tuy nhiên đối với cầu nhịp nhỏ như cầu Kiền (Quốc lộ 10) vẫn có thể áp dụng để giải quyết về mặt thẩm mỹ cầu.
Dạng dây xoè (hình nan quạt) có nhiều ưu điểm về mặt chịu lực cho tháp (giảm mômen uốn). Tuy nhiên dạng này bắt buộc phải tập trung liên kết dây cáp ở đầu tháp, nên rất khó cấu tạo cũng như tạo ra không gian cho việc đặt kích căng dây. Giáo sư Schlaich cùng công ty của ông đã có cánh giải quyết làm dạng "lọ hoa" trên đỉnh thép ở cầu Hoogly ở Calcutta. Loại cầu này có thể giải quyết với tháp bằng kết cấu thép.
Bố trí dây văng "lai hình đàn hạc" là dạng dùng phổ biến của các cầu dây văng hiện đại. Toàn bộ đầu cáp neo vào tháp được bố trí ở phía trên thân tháp. Cách bố trí này khắc phục được các nhược điểm phân phối lực của dạng "đàn hạc" và dễ thi công căng cáp. Cả hai cầu có nhịp lớn nhất thế giới hiện nay là cầu Normandi (Pháp) và Tatara (Nhật Bản) đều bố trí dạng cáp này.
2.2. Dầm cầu.
Một trong các đặc tính ưu việt của cầu dây văng là dầm cầu có chiều cao kiến trúc thấp vượt nhịp lớn. Ở giai đoạn đầu phát triển cầu dây văng hiện đại, khi bố trí cự ly dây vào dầm lớn, người ta thường sử dụng dầm thép bản ortroptop. Ngày nay các cầu hiện đại đều bố trí cự ly neo dây ngắn thì không nhất thiết phải sử dụng loại dầm này.
Theo Giáo sư Rene Walther, trong nhiều cuộc đấu thầu gần đây cho thấy rằng với các cầu dây văng có nhịp 500m trở lại thì giá thành kết cấu phần trên của cầu với các loại dầm thép bản ortrotop, dầm bê tông liên hợp, bê tông cốt thép là như nhau. Điều đó dựa trên một thực tế là riêng giá thành dầm thép bản ortrotop đắt hơn dầm bê tông 4 lần nhưng nó được bù lại vì giảm trọng lượng cáp văng mà giá thành của nó cũng gần 4 lần đắt hơn ở dầm bê tông vì trọng lượng lớn hơn.
Việc lựa chọn loại dầm nào còn tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể nơi xây dựng cầu, nếu điều kiện đất yếu thì dùng dầm loại nhẹ để giảm khối lượng thi công kết cấu phần dưới. Khi thiết kế so sánh phương án cho cầu Sunshine cho kết quả giá thành phương án dùng dầm bê tông và dầm thép lỉên hợp là như nhau. Đối với cầu sông Fraser ở Vancouver (Canada) thì phương án dầm liên hợp rẻ hơn vì địa chất yếu móng cọc sâu 70m. Nhưng có một điểm cần lưu ý hiện nay rất khó thi công lớp phủ măt cầu có độ bền cao trên bản mặt cầu ortrotop, do đó cần cân nhắc kỹ khi sử dụng.
Ngày nay khi đã tích luỹ được nhiều số liệu về thí nghiệm khí động học và khuynh hướng bố trí dây với cự ly ngắn từ 7m đến 9m, các dầm cầu không nhất thiết phải thiết kế theo dạng hộp có dạng thoát gió. Các nhà thiết kế cố gắng dùng các loại dầm bản mỏng. Thío dụ cầu Evipros ở Euboea (Hy Lạp) được xây dựng 1992 có nhịp chính 215m giáo sư Schliech với các công sự thiết kế cầu với bản dầm chiều dày 45cm.
2.3. Tháp cầu
Tháp cầu là kết cấu gây nhiều ấn tượng nhất về vẻ đẹp của cầu và đóng vai trò quan trọng cho việc ổn định khí động học cuqả kết cấu cầu. Trước kia tháp có các dạng cơ bản hình H, chữ A, chữ Y ngược hoặc Diamon. Những tháp có được dạng đẹp là các cầu Normandi, Tatara, Tháp cầu Cần Thơ đã được lựa chọn là một phương án kiến trúc tốt. Phần lớn các cầu lớn mặt cắt ngang của cột tháp đều có dạng hình hộp. Ở Trung Quốc người ta chú ý nhiều đến việc mặt cắt cột tháp có đủ chỗ để bố trí kích căng cáp tại tháp thuận tiện cho thi công cho nên hình dạng tháp chưa thanh thoát tương xứng với kết cấu cầu.
Hiện nay có nhiều khuynh hướng tìm tòi các giải pháp kiến trúc cho tháp vừa đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ nhưng có lợi về mặt kinh tế, nhất là vùng chịu gió bão lớn, có mặt cầu rộng, đó là loại tháp một cột. Điển hình cho loại này là cầu Ting Kau ở Hồng Kông: tháp chỉ có một ống
để đảm bảo ổn định ngang của cột người ta dùng cáp neo 2 bên của phần dưới thân trụ. Hiện nay, cầu Stonecutter cũng dùng loại tháp một cột. Tính kinh tế của tháp ở chỗ thi công một cột bao giờ cũng rẻ hơn thi công hai cột.
2.4. Số lượng mặt phẳng dây
Trong lịch sử phát triển cầu dây văng, người ta đều ứng dụng kết cấu hai, ba, bốn mặt phẳng dây. Việc dùng 3 mặt phẳng dây cho các cầu nhịp nhỏ, do nhược điểm về mặt phân phối chịu lực, ngày nay không dùng nữa.
Đối với cầu 1 mặt phẳng dây có ưu điểm về mặt mỹ thuật cầu thông thoáng và kích thước móng không cần lớn. Tuy nhiên đối với loại kết cấu này người ta còn đang xem xét về giới hạn trên của chiều dài nhịp. Qua quá trình khai thác cầu Chao Phraya (Bang Kok, Thái Lan) có nhịp chính 450m, do vấn đề dao động nên thường xuyên phải sửa chữa và gia cường lớp phủ mặt Asphal mặt cầu.
Đối với cầu mặt rộng, người ta sử dụng 4 mặt phẳng dây như cầu Ting Kau. Việc thiết kế này có lợi cho ổn định khí động học.
3. Các bài học về khai thác cầu dây văng.
Ngày nay cho dù triết lý thiết kế hệ nhiều dây (cự ly neo giữa các dây ngắn) được áp dụng phổ biến, việc thay cáp không cần có các kết cấu phụ trợ nhưng giá thành vẫn rất cao. Vì vậy việc đảm bảo tuổi thọ khai thác của cáp là đặc biệt quan trọng.
3.1. Chống gỉ cho cáp
Bài học điển hình cho sự phá hoại vì gỉ cáp là cầu Kohlbrand ở Đức dùng loại cáp bện chỉ sau 2 năm xây dựng bị đứt, cầu qua hồ Maracaibo chỉ sau 17 năm sử dụng phải thay toàn bộ cáp do cáp gỉ có nguy cơ sập cầu. Bởi vì cáp thường xuyên trong môi trường gỉ do không khí ô nhiễm, do mưa, do gió thổi có bụi cát, do bức xạ tia cực tím, do cáp dao động lớn.
Hiện nay các loại cáp bện hầu như không còn được sử dụng cho cầu dây văng. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cũng như kinh nghiệm khai thác ở cả châu Âu cũng như ở châu Mỹ đều đư ẩ các khuyến cáo hệ chống gỉ cho cáp gồm nhiều lớp. Ví dụ, PTI yêu cầu:
- Hai lớp bảo vệ hoàn toàn lồng vào nhau;
- Lớp bảo vệ bên trong phải hoàn toàn bọc phần cáp chịu lực kéo trên toàn chiều dài tự do và chiều dài neo;
- Lớp bảo vệ bên ngoài hoàn toàn bọc lớp bên trong trên toàn bộ chiều dài.
Lớp bảo vệ trong thường là mạ kẽm, cũng có khi người ta dùng mỡ phủ và bên ngoài các tao cáp được bọc bằng ống chất dẻo chắc chắn. Về nguyên tắc của bảo vệ nhiều lớp là các lớp bảo vệ không bị vỡ ở bất kỳ nơi nào, trong trường hợp một lớp bị phá hoại thì lớp kia vẫn có thể bảo vệ cáp chống gỉ.
Lớp bên ngoài là ống HDPE bao bọc kín khí, kín nước trên toàn chiều dài tự do của cáp và ở vùng neo. Thông thường vùng vỏ bọc ngoài và vỏ bọc trong được lấp đầy bằng vật liệu xáp hoặc tương đương ( trước kia hay dùng vữa xi măng).
Bất kỳ một hệ bảo vệ nào cũng cần được thí nghiệm về chất lượng bằng cách đặt trong môi trường sương mù có muối trong 3000giờ, các lớp bảo vệ được thử độc lập riêng rẽ. Đối với loại ống bọc ngoài dễ bị lão hoá bởi tia cực tím cần thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM G26.
3.2. Sức chịu mỏi của cáp.
Ngày nay các nhà sản xuất cáp đã cố gắng nang cao khả năng chịu mỏi của cáp. Giới hạn chịu mỏi của cáp được xác định thử với 2x106 chu trình trong khoảng thay đổi ứng suất 100 tới 200MPa. Ảnh hưởng của chiều dài cáp và hiệu ứng bó tới sự hình thành mức độ mỏi của cáp. Cho nên giới hạn thiết kế bao giờ cũng thấp hơn mức thử của mẫu thử (khoảng 34 MPa) để xét tới chiều dài cáp lớp và tăng thêm an toàn.
Một cơ cấu mỏi đặc biệt của các dây văng loại tao là mỏi do mài mòn. Trong một tao cáp có 7 sợi, 6 sợi bao quanh 1 sợi ở giữa. Sự phá hoại do mỏi do bắt đầu từ một điểm tiếp xúc của các sợi bên ngoài với sợi giữa, do chúng chuyển vị khác nhau gây sự mài mòn. Ứng suất cắt do lực ma sát giữa các sợi chuyển vị khác nhau gây ra vết nứt ở điểm tiếp xúc sau đó vết nứt phát
triển do ứng suất theo chu trình trong cáp và gây nên phá hoại do mỏi mài mòn. Các kết quả nghiên cứu ở Mỹ cho thấy lớp vữa xi măng ở trong vỏ bovj cáp có tác dụng chống tác nhân gây mỏi do mài mòn.
Lớp bảo vệ trong của cáp bằng phủ lớp mỡ cũng có tác dụng chống mỏi do mài mòn.
4. Những ứng dụng thiết kế và thi công cầu dây văng bước đầu ở Việt Nam.
Trong phần này, chỉ đề cạp đến các cầu dây văng có tải trọng thiết kế lớn trên đường quốc gia, thi công theo phương pháp hẫng (là lợi thế của kết cấu cầu dây văng) do các kỹ sư Vạêt Nam thiết kế và thi công.
Xét về phương diện này, Việt Nam xuất phát sau Trung Quốc khoảng 25 năm và sau châu Âu khoảng 50 năm. Chúng tôi xin giới thiệu dự án cầu Dakrong và càu Rạch Miễu.
4.1. Cầu Dakrong
Cầu Đakrong trên đường Hồ Chí Minh nhánh phía tây. Cầu được xây dựng trước khi có quyết định đầu tư đường Hồ Chí Minh. Cầu được xây dựng có tận dụng lại móng trụ cầu cũ, trưdf móng trụ tháp xây dựng mới. Cầu dây văng một trụ tháp bố trí nhịp như sau: 22,5m +42m+86,9m+ 22,5m. Tải trọng thiết kế H18 và xe xích X-60.
Dầm thép bê tông liên hợp, mặt cắt ngang dùng 2 dầm I 1024mm chiều dày bản bê tông 200mm. Chiều rộng mặt cầu 9m. Cự ly éo cáp là 9m để khối lắp ghép nhẹ. Thi công theo phương pháp lắp hẫng. Cầu do TCty Xây dựng giao thông 4 thi công. Cầu đưa vào khai thác từ năm 2000, thời gian vừa qua phục vụ rất đắc lực cho việc vận chuyển vật tư xây dựng nhánhd phía Tây đường Hồ Chí Minh.
Qua dự án này cho thấy kết cấu thép bê tông liên hợp dễ tịhi công cho nhà thầu Việt Nam. Việc tạo độ vồng cho cầu thông qua chế tạo dầm thép tại xưởng, quá trình căng dây, tạo độ vồng lắp ghép ở hiện trường phù hợp với kết quả tính toán. Nhà thầu tự chế tạo thiết bị cẩu lắp vì khối lắp ghép nhẹ.
4.2. Cầu dây văng Rạch Miễu.
Càu có bố trí nhịp 117m+270m+117m. Kết cấu tháp bằng bê tông cốt thép, phần dầm bê tông dự ứng lực. Dự án này đã thiết kế xong. Thẩm tra thiết kế dio tư vấn Áo thực hiện. Kết quả thẩm tra chấp nhận thiết kế của Việt Nam.
a. Mặt cắt ngang cầu:
Cầu dây văng Rạch Miễu là cầu cho 2 làn xe cho đường cấp III đồng bằng, trong điều kiện bình thường bề rộng phủ bì của cầu chỉ là 12m. Nhưng cần chừa chỗ đặt cáp văng và dự phòng chiều rộng 0,5m mỗi bên cho việc duy tu cáp nên bề rộng phủ bì của cầu là 15m.
Để giảm nhẹ công tác bảo dưỡng dầm khi khai thác, mặt khác do khẩu độ nhịp ở cận dưới của phạm vi sử dụng kết cấu cầu dây văng cho nên việc dùng kết cấu bê tông là thích hợp khi xét đến biện pháp thi công cũng như giá thành của công trình. Hình dạng mặt cắt ngang được chọn nhằm các mục tiêu:
- Giảm diện tích chắn gió;
- Giảm độ mở rộng vết nứt của dầm chủ trong thi công;
- Có lợi cho đảm bảo ổn định chống gió trong thi công và khai thác;
- Thuận tiện cho thi công đúc hẫng.
Chính vì thế mặt cắt ngang được chọn có dạng 2 sườn chính ở 2 phía nối với bản mặt cầu, tỷ lệ kích thước của mặt cắt: h/L = 1/154; B/h = 8,6. Trong đó L là chiều dài nhịp chính, B là chiều rộng mặt cầu, ha là chiều cao của dầm cầu.
b. Tháp cầu
Tháp cầu được thiết kế dùng vật liệu bê tông cốt thép, trong quá trình thiết kế so sánh giữa hai dạng tháp hình A và H. Dạng tháp hình A có lợi thế tạo thêm vẻ đẹp kiến trúc cho cầu nên được cháp nhận. Mặt cắt chân tháp hình hộp, trong lòng hộp bố trí thang đi kiểm tra neo.
c. Bố trí cự ly neo cáp.
Kinh nghiệm thiết kế quốc tế cho rằng cự ly neo cáp cho dầm bê tông cốt thép trong khoảng từ 6m đến 12m, đối với các nước phương Tây thường bố trí cự ly khoảng 12 m để đảm bảo
cho việc thi công đúc hẫng và tiến độ thi công nhanh. Ở Trung Quốc thường bố trí cự ly neo ngắn khoảng 7 m. Đối với công trình cầu Mỹ Thuận cự ly bố trí neo cáp là 10,4m. Đối với Việt Nam, do các nhà thầu chưa có nhiều kinh nghiệm thi công nên trong thiết kế cần xem xét cự ly neo sao cho thích hợp cả 2 mục tiêu vừa dễ dàng khi thi công đúc hẫng phù hợp với điều kiện Việt Nam vừa hạ giá thành. Trong quá trình thiết kế đã so sánh giữa các phương án cự ly neo dây 6m và 9m. Nếu để cự ly neo dây 6m thì rất thuận lợi khi thi công vì việc đúc hẫng dầm hoàn toàn tương tự như đúc hẫng dầm bê tông liên tục nhịp lớn mà các nhà thầu Việt Nam đã có kinh nghiệm, điều chỉnh độ vồng dễ dàng hơn. Nhưng trong điều kiện Việt Nam hiện nay giá thành vật liệu cáp và neo còn đắt cho nên chọn phương án neo dây 9m là phương án trung gian để giảm được khối lượng cáp và neo nhưng cũng giảm khó khăn cho việc chế tạo xe đúc cũng như việc điều chỉnh độ vồng khi thi công so với cự ly neo cáp 10,4m hay 12m.
d. Vật liệu
Vật liệu neo và cáp theo tiêu chuẩn quốc tế quy định trong chỉ dẫn thiết kế thí nghiệm và lắp đặt cáp dây văng của Viện dự ứng lực Hoa Kỳ (Recommendations for stay cable design, testing and instalation). Vật liệu bê tông sẽ dùng loại có chất lượng cao, ví dụ bê tông dùng cho dầm và tháp có cường độ 50MPa, cọc khoan nhồi dùng bê tông có cường độ 40MPa. Muốn sản xuất được loại vật liệu này các nhà thầu phải tuân thủ quy trình sản xuất một cách chặt chẽ, với việc sử dụng phụ gia siêu dẻo thế hệ mới việc sản xuất các loại bê tông này không có gì khó khăn.5. Một số vấn đề về lý thuyết tính toán thiết kế
5.1. Tải trọng thiết kế và việc xác định tốc độ gió cơ bản thiết kế.
Hiện nay các vấn đề quy định tải trọng thiết kế trong cầu còn nhiều vấn đề cần bàn để đi đến thống nhất. Các vấn đề co ngót và từ biến của bê tông có thể tạm thời chấp nhận theo tiêu chuẩn của FIB mà nhiều nước chấp nhận khi chưa có các kết quả nghiên cứu cho địa phương mình. Tuy nhiên các vấn đề sai cần cân nhắc khi xây dựng các số liệu cơ bản đầu vào cho thiết kế.
a.Tải trọng người bộ hành.
Hiện nay trong tiêu chuẩn thiết kế cầu Việt nam 272:01 quy định nếu bề rộng bộ hành lớn hơn 60cm thì tải trọng bộ hành lấy bằng 3x10-3 MPa tính cùng với tải trọng thiết kế xe cộ. Đây là quy định cho các cầu thông thường, đối với cầu dây văng nhịp lớn thì cần xdét đến hệ số triết giảm theo chiều dài nhịp nhất là các cầu có nhịp lớn hơn 300m(khi tính tháp và nền móng của tháp)
b. Tốc độ gió cơ bản thiết kế
Trong thiết kế cầu dây văng người ta lấy tốc độ gío cơ bản là tốc độ gió trung bình trong thời gian 10 phút ở độ cao 10m trên mặt đất tại nơi xây dựng cầu. Với tốc độ này người ta xác định áp lực gió tác dụng vào các phần kết cấu thay đổi theo độ cao khác nhau tuỳ thuộc vào sự phản ứng của kết cấu với gió thể hiện thông qua trị số hệ số động lực nâng CL , hệ số kéo ngang CD, hệ số mômen quay CM (các trị số này nhận được từ kết quả thí nghiẹm hầm gió). Cũng với tốc độ này người ta xác định mức so sánh với tốc độ giới hạn gây ra dao động mất ổn định khí động học của kết cấu. Đối với các cầu dây văng nhịp lớn, thường tổ hợp tải trọng gió khống chế thiết kế nền móng và tháp ở khu vực có hệ số gia tốc động đất nhỏ.
Thông thường ở nước ngoài dựa vào các liệt thống kê của các trạm đo gió để xác định tốc độ gió theo các tần suất xuất hiện khác nhau. Nhưng ở Việt Nam các số liệu đo gió ở các trạm cho thấy tốc độ gió hoặc là thấp so với các tiêu chuẩn châu Âu hoặc còn thiếu tin cậy, ví dụ ở một trạm đo gió máy đo gió chỉ có thể đo được tốc độ gió lớn nhất 40m/s. Cho nên vừa qua có các xu hướng lấy tốc độ gió cơ bản theo tiêu chuẩn châu Âu (cầu Bính, Mỹ Thuận, Rạch Miễu), hoặc thiên về lấy các giá trị gần của Nhật Bản (Cần Thơ, Bãi Cháy).
Tên cầu: Tốc độ gió cơ bản V10.10 (m/s)
Mỹ Thuận: 33
Cần Thơ:40
Rạch Miễu:30
Bính:30
Bãi Cháy:40
Vấn đề này cần được giải quyết thoả đáng trong tương lai.
5.2. Về ổn định khí động họch của kết cấu.
Khi thiết kế cầu Rạch Miễu, để xác định tốc độ gió tới hạn mất ổn định tiến hành tính giải tích
a. Kiểm toán dao động chòng chành.
Mục đích của việc tính toán là xác định tốc độ gió giới hạn dao động chòng chành và tần số dao động chòng chành. Tốc độ này được xác định bằng cách thiết lập mô hình 2 bậc tự do( bao gồm thức uốn và xoắn) và đạo hàm dao động của mặt cầu. Theo phương pháp giải của SIMU và SCANLAN biến đổi phương trình chuyển động của dầm cầu về một hệ phương trình với vế phải là các đa thức bậc 3 và 4:
a4X4+ a3X3+a2X2+ a0 = 0
b3X3+b2X2+b1X+b0 = 0
Trong đó các hệ số ai và bi là hàm số của mật độ không khí, hệ số khí động học, đạo hàm dao động chòng chành, tỷ lệ tần số xoắn và tần số uốn; chiều rộng mặt cầu. Các trị số hệ số khí động học, đạo hàm dao động lấy theo các trị số của các mặt cắt cầu có hình dạng tương tự.
X= n/nv (n là tần số dao động bản thân và nv là tần số dao động xoắn). Dùng phương pháp đồ thị để giải được nghiệm X và tìm được tốc độ gió triết giảm trung bình. Từ đó tìm được tốc độ gió giới hạn chòng chành và tần số dao động chòng chành qua các biểu thức:
UF = UrBnl:
nl: = Xnv
Trong đó UF là tốc độ gió giới hạn, Ur tốc độ triết giảm trung bình;
Kết quả giải tích cho tốc độ gió giới hạn ổn định 89m/s. Kết quả thí nghiệm hầm gió tại trường đại học Đồng Tế cho thấy tốc độ gió giới hạn trong khoảng từ 88m/s đến 116m/s với tốc độ gió tác dụng -3o và từ 0 đến +30. Điều đó cho thấy kết quả giải tích là khá trùng hợp.
b.Về giải tích tần số dao động tự nhiên kết cấu.
Tần số dao động tự nhiên của kết cấu là trị số rất quan trọng để tính toán ổn định khí động học của kết cấu cũng như để xác định các kích thước mô hình thí nghiệm hầm gió. Muốn xác định tần số dao động tự nhiên của kết cấu chính xác thì việc mô tả toán học độ cứng chống xoắn của dầm cho sát với thực tế sẽ rất quan trọng. Các đề xuất trong các tài liệu và khảo sát đo đạc tần số dao động tự nhiên trên công trình cầu đã đi đến kết quả như sau: Khi mô tả kết cấu tính toán phần dầm chủ chỉ nên mô tả một dải dầm hoặc 3 dầm thì cho kết quả đúng đối với cầu dây văng hai mặt phẳng dây. (Thông thường giải tích tính nội lực kết cấu 2 mặt phẳng dây miêu tả 2 dải dầm). Ví dụ kết quả tính cầu Rạch Miễu. Khi mô tả hai dầm thông thường như khi tính nội lực, kết quả tần số dao động tự nhiên sai khác trên 10%.
6. Triển vọng của kết cấu cầu dây văng ở Việt Nam
Đến khoảng năm 2007 chúng ta sẽ có 6 cây cầu dây văng đi vào khai thác. Sau giai đoạn này, đội ngũ kỹ sư thi công và thiết kế sẽ tích luỹ được nhiều kinh nghiệm và việc xây dựng cầu dây văng ở Việt Nam sẽ phát triển nhanh hơn, nhất là ở vùng đồng bằng sông Cửu Long nơi có nhiều sông rộng, nước sâu, yêu cầu thông thuyền cao. Đối với vùng đồng bằng Nam Bộ nên mạnh dạn áp dụng kết cấu dầm bê tông thép liên hợp để giảm nhẹ khối lượng thi công móng trong vùng đất yếu đồng thời thích hợp hơn với trình độ các nhà thầu Việt Nam. Với các Vàm Cống (An Giang), Cổ Chiên (Trà Vinh) nên xây dựng với nhịp chính từ 600m trở lên, cầu Cao Lãnh (Đồng Tháp) nên xây dựng với nhịp chính từ 400 trở lên để giảm khả năng va của tàu thuyền vào tháp và dễ dàng cho thi công móng tháp. Nếu ngành cơ khí chế tạo đầu tư sản xuất thiết bị hệ thống neo cáp văng thì giá thành càu dây văng ở Việt Nam còn giảm được và khả năng phát triển sẽ tốt hơn.
7. Một số khía cạnh kỹ thuật
Từ kết quả giải tích và thí nghiệm hầm gió của nhịp dây văng 270m cũng như kinh nghiệm ở một số nước cho thấy cầu dây văng có nhịp nhỏ hơn 270m, có dạng mặt cắt tương tự đã từng được thí nghiệm hầm gió, có thể không cần thí nghiệm hầm gió mà chỉ kiểm toán bằng giải tích. Về vấn đề này các nhà thiết kế ở Phần Lan đã từng giải quyết cho việc thiết kế cầu Bính.
Cần có các nghiên cứu chi tiết hơn về việc phân vùng gió và độ tin cậy các trị số khảo sát tốc độ gió ở Việt Nam để có quy định tốc độ gió thiết kế phù hợp với thực tế hơn để tiết kiệm chi phí xây dựng.
Nguyễn Danh Thắng (Khoa Xây dựng - Trường Đại Học Quốc Gia Yokohama)
http://gia24.vn/chungtayxaydung/forums/p/141/210.aspx
Tự làm cầu dây văng - Khát vọng của tư vấn Việt Nam:Không chỉ dừng ở ước mơ. Người Việt Nam tự lực làm cầu dây văng là khát vọng và là định hướng chiến lược của Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT (TEDI) từ đầu những năm 1990.
Nỗ lực không mệt mỏi qua nhiều năm tháng, những thế hệ lãnh đạo và kỹ sư tư vấn TEDI đã vượt qua mọi khó khăn, tận dụng mọi cơ hội, chuẩn bị những điều kiện cần thiết về trình độ đội ngũ, tài chính và thiết bị, thuyết phục những người muốn ủng hộ cái mới - tất cả những gì cần phải làm đã được làm một cách tích cực nhất để cho ra đời cây cầu dây văng Rạch Miễu nối liền đôi bờ Tiền Giang và Bến Tre.
Tâm huyết
Ngắm nhìn cây cầu dây văng Rạch Miễu với trụ tháp cao kiêu hãnh vươn lên trên Tiền Giang hiền hoà những ngày cuối năm 2008 này, những người kỹ sư tư vấn ở Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT không khỏi nhớ lại những ngày đầu gần 10 năm trước.
Tiền Giang là một trong 2 nhánh lớn của sông Cửu Long, nằm trong hệ thống vận tải quốc tế có nhịp thông thuyền lớn. Theo Hiệp định sông Mê Kông, tĩnh không thông thuyền tại phía bờ Mỹ Tho này yêu cầu đáp ứng cho 2 luồng tàu lớn qua lại. Một luồng cho tàu 1000 DWT, thông thuyền H x B=37,5 x 110m. Một luồng cho tàu 5.000 DWT, thông thuyền H x B = 30m x 220m.
Song, về đường bộ, sông Tiền cũng đồng thời là dòng nước ngăn cách, tạo cho Bến Tre thế ốc đảo, hạn chế việc giao lưu, phát triển kinh tế - xã hội của Bến Tre với các khu vực khác của Đồng bằng sông Cửu Long. Giao thông trên QL60 từ Kiên Giang đi các tỉnh Sóc Trăng, Cà Mau có chiều dài giảm được 80 km so với đi theo QL1A, nhưng phải qua phà Rạch Miễu, nên việc đi lại mất thêm khá nhiều thời gian chờ đợi phà.
Mảnh đất Bến Tre là nơi khởi nguồn của nhiều chiến công Cách mạng, là quê hương Đồng Khởi đầy tự hào đang cần được cả nước quan tâm. Nhận nhiệm vụ phá thế ốc đảo của Bến Tre, giúp Bến Tre và khu vực vươn lên phát triển kinh tế-xã hội, Bộ GTVT đã giao cho Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT lập dự án kinh tế kỹ thuật xây dựng cầu Rạch Miễu.
Khó khăn vì tiền ít, sông rộng, cầu dài, nhịp thông thuyền lớn, yêu cầu kỹ thuật cao, khiến Bộ GTVT, Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT lúc đó rất trăn trở. Song trước niềm vui lớn được lãnh đạo và nhân dân tỉnh Tiền Giang, Bến Tre, mà đặc biệt là được Đảng ủy, chính quyền và nhân dân tỉnh Bến Tre vô cùng tâm huyết và ủng hộ hết mình, Bộ GTVT đã quyết tâm chỉ đạo và giao nhiệm vụ cho TEDI xây dựng cầu lớn vượt sông tại đây.
Có một hình ảnh rất khó quên đối với những cán bộ tư vấn TEDI lúc đó khi đón đoàn Bộ GTVT do nguyên Thứ trưởng Phạm Quang Tuyến và Thứ trưởng Nguyễn Tấn Mẫn dẫn đầu tại phà Rạch Miễu, để họp tại UBND tỉnh Bến Tre về việc phê duyệt dự án nghiên cứu kỹ thuật cầu Rạch Miễu. Nguyên Thứ trưởng Phạm Quang Tuyến sau khi nhận bó hoa từ tay nguyên Chủ tịch UBND tỉnh Bến Tre Huỳnh Văn Be đã rất vui mừng trao lại cho đồng chí Tổng giám đốc TEDI cùng đồng chí Chủ nhiệm dự án cầu Rạch Miễu và nói: Sứ mệnh, sự nghiệp hoàn thành cầu Rạch Miễu là của các em, các em phải làm bằng được!
Mang niềm tin được gửi gắm, nỗi mong chờ của nhân dân, đảng bộ và chính quyền Bến Tre, Tiền Giang yêu quý, thời gian dù dài, khó khăn không ít, song những cán bộ, kỹ sư và công nhân TEDI luôn mang trong mình những tình cảm quý mến ấy để quyết tâm hoàn thành nhiệm vụ.
Nỗ lực từ đầu
Khát vọng làm cầu dây văng ở Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT đã hình thành từ lâu, nhưng ngày càng rõ nét từ cuối những năm 1990, khi việc ứng dụng công nghệ đúc hẫng bê tông dự ứng lực (BTDƯL) vào xây dựng các công trình cầu lớn được Tổng công ty đưa gần đến mức hoàn hảo sau các dự án cầu Hoàng Long, cầu Gianh, Tạ Khoa...
Ý tưởng đầu tư phát triển công nghệ cầu dây văng thông qua hợp tác với Tư vấn Smec và Maunsell của Australia làm cầu Mỹ Thuận, như đã từng tiến hành việc học công nghệ đúc hẫng của Tư vấn VSL Thụy Sỹ ở cầu Phú Lương, đã được đưa ra ở TEDI lúc đó. Song việc này không thực hiện được ngay ở cầu Mỹ Thuận. Nguyên do Chính phủ Australia viện trợ đến 60% kinh phí xây dựng cầu Mỹ Thuận, toàn bộ thiết kế phần cầu chính dây văng được Tư vấn Australia thực hiện từ trong nước, xong rồi mới chuyển sang Việt Nam để giữ bí quyết riêng. Duy nhất chỉ có một kỹ sư của TEDI được tham gia vào đoàn cán bộ Việt Nam sang học tập, tham gia vào thiết kế cầu Mỹ Thuận tại Australia. Thiết kế cầu lớn, đặc biệt là thiết kế cầu dây văng có nhiều lĩnh vực chuyên môn rất sâu, cần phải có cả một ê kíp mới có thể đảm đương được. Do đó, ý tưởng tự lực làm cầu dây văng nhịp lớn của các kỹ sư tư vấn Việt Nam bị chậm mất một nhịp.
Song những kỹ sư tâm huyết với cầu dây văng ở TEDI thì không chịu dừng lại. Tận dụng tất cả những cơ hội có được, lãnh đạo Tổng công ty quyết tâm đào tạo cho được một ê kíp hoàn hảo cho công tác thiết kế cầu dây văng. Nhiều dự án liên danh, liên kết hợp tác với tư vấn nước ngoài được ký kết: dự án xây dựng cầu Bính (Hải Phòng), cầu Kiền (QL10), cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh), cầu Cần Thơ (tỉnh Cần Thơ)... Những kỹ sư cầu có trình độ cao ở TEDI được cử đi tham gia vào những dự án này với vai trò Đồng chủ nhiệm dự án, Tư vấn thiết kế, Tư vấn giám sát… đã tích lũy những kinh nghiệm thực tế bên cạnh việc nghiên cứu công nghệ cầu dây văng qua tài liệu, sách vở. Sau khi có ký kết về chuyển giao công nghệ cầu Mỹ Thuận, Tổng công ty đã cử những kỹ sư có năng lực nhất vào đoàn cán bộ học tập chuyển giao công nghệ. Cũng những kỹ sư cầu này được cử sang Trung Quốc đào tạo, học tập công tác thiết kế ở công trình thi công cầu Ngũ Hà Khẩu thời gian hàng tháng tại công trường…
Đến thời điểm cuối năm 1999, đầu 2000, lúc đó, cầu Đắk Rông cũ ở tỉnh Quảng Trị bị sự cố, TEDI tha thiết đề nghị Bộ GTVT giao cho thiết kế cầu Đắk Rông mới theo dạng cầu dây văng. Được sự ủng hộ của UBND tỉnh Quảng Trị, Bộ GTVT quyết định làm cầu dây văng Đắk Rông và TEDI được tin tưởng giao vai trò tư vấn thiết kế, giám sát thi công xây dựng..
Như vậy, các kỹ sư Việt Nam đã bắt đầu con đường chinh phục công nghệ cầu dây văng, như thế giới đã từng làm trước đó mấy chục năm, với khẩu độ nhịp ban đầu còn khiêm tốn ở Đắk Rông là gần 100m.
Tư vấn – Người thuyết phục
Năm 1998, dự án cầu Rạch Miễu đã bắt đầu được TEDI nghiên cứu, song gặp bế tắc do kinh phí đầu tư của địa phương hạn chế. Tính toán sơ bộ cho thấy, để xây dựng hoàn chỉnh cây cầu Rạch Miễu (nằm ở hạ lưu sông Tiền, ước chừng dài gấp đôi cầu Mỹ Thuận đang được xây dựng lúc đó) cần kinh phí khoảng 500 tỷ đồng, tương đương trên 50% GDP của toàn tỉnh Bến Tre. Còn khá nhiều người không tin rằng có thể xây dựng được cầu Rạch Miễu ngay cả đến khi Tư vấn báo cáo dự án lần đầu tiên tại Bến Tre, có sự tham gia của rất nhiều các Ban, Ngành. Ý kiến tích cực nhất cũng dừng ở đề xuất chỉ xây dựng cầu vượt nhánh phụ luồng sông Tiền phía Bến Tre kết hợp phà để phù hợp với tình hình ngân sách đầu tư lúc đó. Có ý kiến đề nghị là nên chuyển vị trí cầu ra xa thành phố Mỹ Tho để tránh ảnh hưởng đến quy hoạch của tỉnh. Điều này vừa làm tăng kinh phí dự án lên lớn hơn nữa, cũng có nghĩa là tính khả thi của dự án rất thấp.
Tuy nhiên, với sự chỉ đạo quyết tâm của Bộ GTVT lúc đó, Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT vẫn vững vàng, tin tưởng, tìm mọi cách để tháo gỡ khó khăn. Nhóm thiết kế dự án được chỉ đạo tiếp tục khảo sát, thu thập số liệu, nghiên cứu dự án một cách tổng thể, phân tích rõ các vấn đề liên quan để chứng minh tính hiệu quả của dự án trên toàn diện các mặt kinh tế, xã hội, bảo vệ quan điểm nên xây dựng hoàn chỉnh công trình, đồng thời thuyết phục thành công để được chấp nhận vị trí cầu như tư vấn đã đề xuất.
Trong các văn bản quan trọng của dự án đã ghi: Tại vị trí này cầu Rạch Miễu nối liền Tiền Giang với Bến Tre tại vị trí xung yếu nhất của Quốc lộ 60 - tuyến đường huyết mạch của vùng duyên hải phía đông ĐBSCL, bắt đầu từ Quốc lộ 1A tại Trung Lương, qua Mỹ Tho, Bến Tre đi Trà Vinh, Sóc Trăng. Việc xây dựng cầu Rạch Miễu tại đây sẽ phá đi thế ốc đảo của Bến Tre và cùng với Quốc lộ 60 hình thành hành lang giao thông phía đông ĐBSCL.
Đầu năm 2000, việc xây dựng cầu Rạch Miễu bắt đầu được đặt vấn đề trở lại, bức thiết hơn trước, với xu thế đầu tư càng mạnh mẽ bằng nguồn vốn BOT. Bộ GTVT nhận thấy tính bức thiết của công trình đã báo cáo với Chính phủ, đề nghị cho phép đầu tư xây dựng công trình cầu Rạch Miễu bằng 3 nguồn vốn: ngân sách Trung ương + ngân sách địa phương + vốn của nhà đầu tư BOT với phần cầu chính có kết cấu nhịp dây văng và giao cho TEDI là Tư vấn thiết kế, giám sát thi công xây dựng dự án.
Được Chính phủ chấp thuận, ngày 30/4/2002, dự án đầu tư xây dựng cầu Rạch Miễu chính thức khởi công.
Công nghệ cầu dây văng là một công nghệ khó, lần đầu tiên được Tư vấn Việt Nam hoàn toàn đảm nhiệm khảo sát thiết kế ở một dự án vượt sông lớn có luồng vận tải quốc tế đi qua, do đó từ ngày khởi công cho đến suốt trong quá trình xây dựng công trình, không khỏi có nhiều lo lắng từ những cá nhân, những cơ quan có trách nhiệm và cả từ Chính phủ, về vấn đề đảm bảo kỹ thuật và chất lượng công trình. Song, bằng thực tế chất lượng công việc, TEDI, với tiêu chí “phải làm mới biết”, vừa củng cố thêm kinh nghiệm, vừa làm, vừa báo cáo những biện pháp kỹ thuật, chứng minh tính bền vững của chất lượng công trình, đã được lãnh đạo Bộ GTVT tin tưởng, thuyết phục các cơ quan chức năng và Nhà nước ủng hộ.
Hoàn toàn tin tưởng
Ngày 15/6/2004, Thủ tướng Chính phủ có Công văn số 818/CP-CN yêu cầu Bộ GTVT báo cáo về các biện pháp đảm bảo tính khả thi về kỹ thuật và chất lượng công trình cầu Rạch Miễu.
Hoàn toàn tin tưởng ở trình độ công nghệ và các giải pháp kỹ thuật của TEDI, Thứ trưởng Bộ GTVT Ngô Thịnh Đức báo cáo Thủ tướng như sau (Công văn số 3804/BGTVT- CGĐ, ngày 27/7/2004):
Về quy mô, dự án cầu Rạch Miễu - QL60 bao gồm các hạng mục chính sau:
Cầu số 1: Dài 1878,4m, bao gồm cầu chính dài 504m dạng cầu dây văng (nhịp lớn nhất dài 270m) và cầu dẫn hai bên dài 1374,4m dạng dầm giản đơn super T.
Cầu số 2: Dài 990,2m, bao gồm cầu chính dài 381,8m dạng cầu BTCTDƯL đúc hẫng cân bằng (nhịp lớn nhất dài 90m) và cầu dẫn hai bên dài 608,4m dạng dầm giản đơn super T.
Đường dẫn dài 5642m có tiêu chuẩn cấp 60. Trên phạm vi đường dẫn có hai cầu nhịp giản đơn.
Trong các hạng mục trên chỉ có phần nhịp dây văng của cầu số 1 là áp dụng công nghệ mới so với trình độ thiết kế, thi công trong nước. Các hạng mục còn lại (cầu đúc hẫng, cầu nhịp super T...) đều đã được các đơn vị thiết kế, thi công thực hiện phổ biến ở trong nước. Để đảm bảo chất lượng công trình, Bộ GTVT đã yêu cầu thực hiện các biện pháp sau:
Công tác thiết kế: Giao cho Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT (TEDI) là đơn vị đã có kinh nghiệm thiết kế cầu dây văng qua các dự án cầu Mỹ Thuận (được đào tạo, chuyển giao), cầu Kiền - QL10, cầu Bãi Cháy (tham gia Liên danh thiết kế), cầu Đắk Rông (tự thiết kế), cầu Cần Thơ, cầu Bãi Cháy (thẩm tra thiết kế kỹ thuật). Ngoài ra, để kiểm tra độ ổn định khí động học của cầu, công tác thí nghiệm ổn định khí động học đã được tiến hành tại phòng thí nghiệm của trường Đại học Đồng Tế - Trung Quốc.
Công tác thẩm tra hồ sơ thiết kế: Bộ GTVT đã yêu cầu Ban quản lý dự án giao thông 9 ký hợp đồng thẩm tra với Công ty TDV (Áo). Đây là công ty có nhiều kinh nghiệm trong công tác thiết kế, thẩm tra, giám sát, sản xuất phần mềm tính toán.
Công tác thi công: Nhà thầu thi công phần cầu dây văng là Tổng công ty XDCTGT 1 là đơn vị đã có kinh nghiệm qua việc xây dựng các cầu dây văng Mỹ Thuận, cầu Bính, Bãi Cháy. Bên cạnh đó, việc thi công đúc hẫng dầm cầu dây văng là phương pháp các nhà thầu Việt Nam đã khá thành thạo.
Hỗ trợ trong công tác quản lý, thiết kế, giám sát thi công, khai thác: Trong đề cương chuyển giao công nghệ, Bộ GTVT đã yêu cầu thuê chuyên gia nước ngoài chuyển giao công nghệ, trợ giúp trong tất cả các khâu thực hiện dự án từ quản lý đến thiết kế, thi công, khai thác, ngoài ra còn cho phép mua một số thiết bị phục vụ đo đạc, kiểm tra trong quá trình lắp đặt dây văng và khai thác cầu.
“Với lý do nêu trên, việc xây dựng cầu Rạch Miễu là hoàn toàn khả thi và chất lượng của công trình là kiểm soát được…”.
Tập trung sức mạnh
Như vậy, từ cuối năm 2000, sau khi Bộ GTVT báo cáo Chính phủ và có ý kiến cho phép đầu tư xây dựng cầu Rạch Miễu, đến ngày hoàn thành dự án cuối năm 2008 này, dự án cầu Rạch Miễu là ưu tiên số 1 của Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT.
Qua gần 10 năm, dự án được các đồng chí lãnh đạo qua các thời kỳ của Tổng công ty và Công ty CP Tư vấn thiết kế Cầu lớn - Hầm - Đơn vị Anh hùng Lao động thời kỳ đổi mới (đơn vị thành viên của Tổng Công ty), là những chuyên gia cầu đầu ngành trực tiếp chỉ đạo, điều hành như Nguyễn Ngọc Long, Nguyễn Xuân Giảng, Phạm Hữu Sơn, Lê Văn Ký. Các chủ nhiệm tổng thể và chủ nhiệm đồ án là các chuyên gia: Chu Ngọc Sủng, Đinh Quốc Kim, Bùi Hữu Hưởng, Nguyễn Thanh Hà... đã cùng tập thể cán bộ, kỹ sư, công nhân các phòng sản xuất của Tổng công ty và Công ty Cầu lớn - Hầm tập trung thời gian, công sức, trí tuệ cho dự án.
Do các yêu cầu cao trong công tác tư vấn giám sát dự án, Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT đã thành lập Văn phòng Tư vấn giám sát tại công trường. Các anh Ngô Xuân Thình (Trưởng Tư vấn giám sát), Bùi Trần Long (Phó trưởng Tư vấn giám sát) cùng với nhiều anh em kỹ sư liên tục có mặt tại công trường, theo sát các diễn biến thi công, chỉ đạo kỹ thuật, hỗ trợ các đơn vị thi công trong công tác kiểm soát chất lượng, đặc biệt là công nghệ thi công phần cầu dây văng, tham mưu cho chủ đầu tư và nhà thầu trong công tác triển khai hiện trường, kịp thời tháo gỡ các khó khăn trong suốt quá trình triển khai, giám sát quyền tác giả, giám sát chất lượng và tiến độ thi công.
Đối với công tác quản lý chất lượng nội bộ, Tổng Công ty luôn coi trọng nhằm đảm bảo không để xảy ra các sai sót dù là nhỏ nhất trong quá trình thiết kế và xử lý hiện trường. Nhiều nội dung phức tạp như công tác tính toán, kiểm soát lực căng trong dây, độ võng thi công... Tổng Công ty đã giao cho các đơn vị mạnh về kết cấu như: Trung tâm Tin học, Văn phòng Dự án tính toán độc lập, KCS phản biện các số liệu đầu vào và kết quả ứng suất, biến dạng trong từng sơ đồ tải trọng, đồng thời luôn so sánh số liệu hiện trường và kết quả đo được để chuẩn xác các kết quả tính toán.
Xác định rõ mục tiêu chất lượng làm nên thành công của dự án, các hạng mục từ đơn giản đến phức tạp đều được các kỹ sư tư vấn tại văn phòng và ngoài hiện trường ý thức cao và thực hiện rất chặt chẽ. Các tài liệu đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, mọi tính toán đều được kiểm tra, tất cả các tình huống đã được dự trù, thực hiện chặt chẽ các yêu cầu kỹ thuật với tính sáng tạo cao, cầu Rạch Miễu đã được hoàn thành với yêu cầu kỹ thuật hoàn hảo, chất lượng đảm bảo và tính thẩm mỹ cao.
Tri ân
Khát vọng kiến thiết quê hương chính là động lực mạnh mẽ để nhiều người Việt Nam dấn thân cùng những cây cầu lớn. Tổng Công ty Tư vấn thiết kế GTVT và những cán bộ, kỹ sư, chuyên gia, công nhân của mình tự hào vì luôn có mặt trong số đó.
Rồi đây, khắp mọi nẻo đường Tổ quốc thân yêu, trên những dòng sông lớn vùng Đồng bằng sông Cửu Long, Đồng bằng sông Hồng sẽ có thêm những cây cầu lớn hoàn toàn do người Việt Nam xây dựng ngày càng to lớn hơn, hoàn hảo hơn, đó hoàn toàn không phải là ước vọng viển vông, bởi chúng ta luôn có khát vọng và nỗ lực.
Thay mặt nhóm tác giả, Tổng Công ty Tư vấn thiết kế GTVT (TEDI) xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến Bộ GTVT đã tạo cơ hội và giúp đỡ chúng tôi được tiếp nhận và áp dụng thành công công nghệ mới.
Nhân dịp này, chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự hợp tác đầy hiệu quả trong suốt quá trình triển khai nghiên cứu và áp dụng công nghệ mới trong Dự án xây dựng cầu Rạch Miễu của các đồng nghiệp trong Tổng Công ty cũng như các Công ty Tư vấn (Viện Thiết kế cầu lớn Vũ Hán - Trung Quốc), Trường Đại học Đồng Tế - Trung Quốc, Công ty Tư vấn Halcrow - Anh), các đồng nghiệp đang công tác tại các dự án nước ngoài, các ý kiến đóng góp của chuyên gia nước ngoài trong suốt quá trình thực hiện dự án./.
http://www.giaothongvantai.com.vn/Desktop.aspx/News/Cau-Rach-Mieu-Khat-vong-va-hien-thuc/Tu_lam_cau_day_vang-Khat_vong_cua_tu_van_Viet_Nam/
Cầu Mỹ Thuận là một cây cầu bắc qua sông Tiền Giang ở đồng bằng sông Cửu Long, được chính thức khởi công ngày 6 tháng 7, 1997 và hoàn thành vào 21 tháng 5 năm 2000.
Cầu do các công ty Baulderstone Hornibrook của Úc và Cienco 6 của Bộ Giao thông Vận tải thiết kế và thi công, với chi phí 90,86 triệu đôla Úc, trong đó chương trình AusAid của chính phủ Úc góp 66% và chính phủ Việt Nam là 34%.
Cầu giúp người dân trong vùng đi lại thuận tiện hơn thay vì dùng bắc Mỹ Thuận, đồng thời thúc đẩy phát triển kinh tế-xã hội về lâu dài cho khu vực 16 triệu dân. Cầu là một kết nối quan trọng của quốc lộ 1A, nối đồng bằng sông Cửu Long với thành phố Hồ Chí Minh.Thông số kỹ thuật:
Cầu dài 1.535m, phần cầu chính là cầu treo dây văng dài 350m, nhịp giữa thông thuyền 350m.
Chiều cao thông thuyền 37,5m;
Phần cầu phụ mỗi bên gồm 11 nhịp, dài 437,6m;
Chiều rộng mặt cầu 23,6m, gồm 4 làn xe cơ giới và 2 lề cho người đi bộ.
Cầu Phú Mỹ(Sàigòn): dài hơn 2km, rộng 27,5m, bắt qua sông Sài Gòn nối quận 2 và quận 7, xây dựng bằng công nghệ dây văng tiên tiến như cầu Mỹ Thuận, tổng vốn đầu tư dự án là 2.077 tỷ đồng. Công trình do nhà thầu Bilfinger Berger (Đức) làm tổng thầu, cùng với các nhà thầu khác là Baulderstone Hornibrook (Australia), Freyssinet International et Companie và Arcadis (Pháp) thi công.Cây cầu này là điểm nối quan trọng để thông tuyến đường hàng lang phía Đông của thành phố, kết nối khu đô thị mới Thủ Thiêm (quận 2) và khu Nam Sài Gòn (quận 7).Ngoài ra, khi tuyến đường này thông, các dòng xe từ phía Bắc đi về miền Tây không phải băng qua trung tâm thành phố nữa mà có thể vào Xa lộ Hà Nội, qua cầu Phú Mỹ, theo đường Nguyễn Văn Linh ra quốc lộ 1A tại khu vực Bình Chánh rồi về miền Tây. Đoạn đường được rút ngắn rất nhiều, lại góp phần giảm tải cho khu trung tâm TPHCM.
Dự kiến, ngày 2/9/2009, cầu Phú Mỹ sẽ chính thức thông xe.
Cầu Rạch Miễu (Bến Tre):là một cây cầu dây văng nối liền 2 tỉnh Tiền Giang (Mỹ Tho) và Bến Tre với nhau. Bờ Bắc của cầu này là thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang, bờ Nam là huyện Châu Thành của tỉnh Bến Tre, cách tỉnh lỵ Bến Tre 14km. Đây là công trình do Việt Nam tự đầu tư, với thiết kế và tổng thầu là các công ty Việt Nam. Cây cầu này khi hoàn thành sẽ giúp tỉnh Bến Tre thoát khỏi thế cô lập về giao thông bộ. Ngoài cầu chính, công trình này còn bao gồm đường dẫn hai đầu. Theo tiến độ ban đầu, cây cầu này sẽ hoàn thành và thông xe kỹ thuật cuối năm 2007 để đưa vào sử dụng vào dịp Tết Nguyên đán nhưng tiến độ đã không đạt được. Trong quá trình xây dựng đã xảy ra một số tiêu cực như rút bớt thép trụ cầu và đã bị phát hiện và xử lý.Chiều dài: 8331 m kể cả đường nối hai đầu cầu. Riêng phần cầu chính gồm 2 cầu số 1 và số 2 có tổng chiều dài 2.868 m, trong đó có một phần là kết cấu dây văng bố trí nhịp 117m+270m+117m, chiều cao tĩnh không thông thuyền 37,5m. Ở giữa cầu là cùa lao Thới Sơn. Cầu số 2 dài 990m gồm các nhịp có chiều dài tới 90m để thông thuyền với chiều cao 7m là dầm bêtông cốt thép dự ứng lực thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng. Các nhịp cầu dẫn là nhịp dầm bêtông cốt thép dự ứng lực chiều dài mỗi nhịp 40m. Hai đoạn đường nối hai đầu có tổng chiều dài 5.463mvà 2 cầu chính có tổng chiều dài 2.868m bắc qua 2 nhánh sông Tiền Giang và cồn Thới Sơn.
7giờ 30 sáng 20/8, Bộ GTVT cùng hai tỉnh Bến Tre và Tiền Giang đã tổ chức lễ hợp long nối 2 nhịp dây văng chính của cầu Rạch Miễu. nối tỉnh Bến Tre với Tiền Giang.
Chiều dài nhịp chính: chiều dài 270 m và chiều cao thông thuyền là 37,5 m cho phép tàu 10.000 tấn có thể đi qua. Chiều rộng cầu: rộng 12-15 m cho 2 làm xe ô tô và có phần đường cho người đi bộ hai bên
Tổng thầu thi công: liên danh CIENCO1 - CIENCO5 - CIENCO6
Tải trọng cầu: 30 tấn
Tổng mức đầu tư:1.400 tỷ đồng
Mặc dù mới được hoàn thành nhưng cầu Rạch Miễu đã xảy ra tình trạng kẹt xe, nhất là vào những ngày lễ. Tết Nguyên đán Kỷ Sửu năm 2009, cầu đã bị kẹt cứng vào giờ cao điểm từ 29 đến mùng 6 tết, một trong những nguyên nhân xảy ra kẹt xe là do phần dành cho xe cộ lưu thông trên cầu quá hẹp, đồng thời bị một số người bán hàng rong lấn chiếm làm nơi buôn bán, thêm vào đó là những những người dân tham quan, chụp ảnh trên cầu
Cầu Cần Thơ là cây cầu bắc qua sông Hậu, nối thành phố Cần Thơ và tỉnh Vĩnh Long, khi hoàn thành cây cầu này sẽ là cầu dây văng có nhịp chính dài nhất tại khu vực Đông Nam Á.

Cầu Cần Thơ – công trình lớn nhất trên Quốc lộ 1, được khởi công xây dựng ngày 25/09/2004 và dự kiến hoàn thành vào ngày 14/12/2008,tuy nhiên sau sự kiện 26/09/07,công trình được gia hạn đến 31/03/2010.

Vị trí của dự án

Toàn tuyến dự án dài 15,85 km với điểm khởi đầu tại Km 2061 trên Quốc lộ 1 thuộc huyện Bình Minh tỉnh Vĩnh Long, đi tránh Quốc lộ 1 và thành phố Cần Thơ, vượt qua sông Hậu ở cách bến phà hiện hữu về phía hạ lưu 3,2 km, nối trở lại Quốc lộ 1 tại Km 2077 thuộc quận Cái Răng, Cần Thơ.

Quy mô của dự án

Tổng mức đầu tư 4.832 tỷ (thời điểm 2001, tức là khoảng 342,6 triệu USD) bằng nguồn Viện trợ phát triển chính thức (ODA) của chính phủ Nhật và vốn đối ứng của chính phủ Việt Nam (khoảng 15%).

Dự án được chia thành 3 gói thầu:

• Gói thầu 1 là đoạn đường dẫn phía Vĩnh Long dài 5,41 km trong đó có 4 cầu qua kênh Trà Và lớn, Trà Và nhỏ, sông Trà On và vượt Quốc lộ 54. Gói thầu này do Liên doanh Tổng Công ty Thăng Long, Tổng Công ty 6, Tổng Công ty 8 thi công trong 42 tháng.
• Gói thầu 2 là cầu chính.
  • Nó gồm có:
    • Cầu dẫn bờ Bắc bằng dầm Super T dài 0,52 km
    • Cầu chính kết cấu dây văng dài 1.010 km bố trí nhịp:

      2×40 + 150 + 550 + 150 + 2×40, mặt cầu hỗn hợp dầm thép và bêtông cốt thép dự ứng lực.

    • Cầu dẫn bờ Nam bằng dầm Super T dài 0,88km
    • Cầu dầm liên tục đúc hẫng vượt nhánh sông Hậu dài 0,34km
  • Tổng chiều dài cầu chính là 2,75 km.
  • Gói thầu này do Liên doanh 3 nhà thầu Nhật Bản là các tập đoàn Taisei, Kajima và Nippon Steel thi công trong 50 tháng.
• Gói thầu 3 là đoạn đường dẫn phía Cần Thơ dài 7,69 km trong đó có 6 cầu qua kênh Cái Tắc, kênh Cái Da, kênh Ap Mỹ, kênh Cái Nai, sông Cái Răng và vượt Quốc lộ 91B. Gói thầu này do nhà thầu Tổng công ty xây dựng Trung Quốc thi công trong 45 tháng.

Khổ cầu rộng 23,1m trong đó có bốn làn xe, mỗi làn 3,5m và hai lề bộ hành, mỗi lề 2,75m. Tốc độ thiết kế 80 km/giờ, qua các khu dân cư 60km/g. Tiêu chuẩn thiết kế cầu theo quy trình AASHTO LRFD.

Nói chung cầu Cần Thơ cũng có những đặc trưng phổ biến của loại cầu dây văng, ở đây chúng tôi chỉ nêu môt số đặc điểm riêng của cầu:

• Về móng trụ tháp: là loại cọc khoan nhồi có đường kính 2,50 m nhưng có chiều dài vào loại dài nhất được thi công ở nước ta: 94 m và mỗi cọc có 45 tấn thép với cốt thép chủ đường kính 38 mm và gần 500 m³ bê tông mác 30 Mpa. Trụ bờ Bắc có 30 cọc và trụ bờ Nam có 36 cọc. Máy khoan cọc nhồi làm việc theo nguyên tắc tuần hoàn ngược liên tục dùng dung dịch bentonite có pha polymer khoảng 5%. Ở trụ bờ Bắc thi công trên bờ nên dùng ống thép đường kính 2,60 m dầy 22 mm và dài 12 m làm ống vách tạm thời (khoan nhồi xong rút lên). Ở trụ bờ Nam thi công dưới nước có độ sâu 20 m nên phải dùng ống vách chiều dài 42 m cố định (khoan nhồi xong để lại không rút lên). Chân cọc sau khi đổ bê tông được bơm vữa xi măng bằng bơm áp lực cao để tăng cường sức chịu tải của cọc.

• Bệ trụ tháp bờ Bắc thi công trên cạn nên làm hố móng và lắp khuôn đúc đổ bê tông thông thường. Riêng bệ trụ tháp bờ Nam thi công dưới nước nên mặt đáy và vòng vây xung quanh được đúc sẵn trên bờ và lắp ghép trên đâu cọc thành ván khuôn liền với bệ trụ. Vòng vây xung quanh có chiều sâu ngập trong nước dưới cao trình mặt đáy bệ để che chắn bảo vệ đầu cọc. Đây là phương pháp rất hay vừa tiết kiệm chi phí khuôn đúc, vừa đẩy nhanh tiến độ thi công. Nhưng phải đảm bảo việc định vị các cọc hết sức chính xác trong quá trình thi công khoan nhồi (đặc biệt là thi công dưới nước dòng chảy mạnh và mực nước lên xuống do ảnh hưởng của thủy triều), nếu không chính xác các tấm đáy không lắp ghép được và khó mà bịt kín đáy để thi công cốt thép trong môi trường khô ráo. Cốt thép thi công bệ trụ có đường kính lớn nhất tới 52 mm và nối dối đầu bằng đầu nối có ren, thí nghiệm kiểm chứng cho thấy khi kéo phá hoại cốt thép đứt ở thân chứ không đứt ở mối nối.

• Về trụ tháp có chiều cao tính từ mặt nước là 164,80 m và tính từ mặt cầu là 134,70 m. Trụ có hình chữ Y ngược và hai chân khép vào để thu hẹp diện tích bệ trụ, hình dạng này rất đẹp và thanh thoát, không như hình chữ H xoạc cẳng, trụ có biểu tượng như hai bàn tay chắp lại vái lên trời với tâm linh của người Á Đông.

• Kết cấu phần trên: Nhịp dây văng có chiều dài 550 m giữa hai trụ tháp, có tĩnh không thông thuyền cao 39 m (với chiều rộng tương ứng 200 m) đảm bảo cho tầu 10.000 DWT qua lại thường xuyên.

• Kết cấu mặt cầu là dầm hộp bê tông cốt thép đúc tại chỗ mác 50 Mpa, mặt cắt ngang là hình thang ngược gồm 4 khoang, đáy ở trên có chiều rộng 26,0 m và chiều cao là 2,70 m. Vì chiều dài nhịp 550 m là khá dài đối với cầu dây văng, nên để giảm bớt tải trọng của nhịp chính, đoạn giữa của cầu 210 m được kết cấu bằng dầm hộp thép chế tạo sẵn và lắp ghép với dầm bê tông cốt thép đã được đúc tại chỗ. Chính ở chỗ mối nối giữa dầm bê tông cốt thép và dầm thép phải thiết kế đặc biệt theo mô hình phần tử hữu hạn (FEM) để chuyển tiếp ứng suất giữa hai loại vật liệu có độ cứng và đàn hồi khác nhau

• Hệ dây văng khác với phương pháp truyền thống là các sợi thép bện thành tao rồi kéo và neo tùng tao trước khi cố định cả bó cáp dây văng. Ở đây toàn bộ bó cáp dây văng được chế tạo sẵn trong nhà máy rồi căng kéo và neo trên công trường chứ không phải kéo từng tao. Tất nhiên thiết bị và công nghệ căng kéo là mới và được áp dụng lần đầu tiên ở Việt Nam.

Vốn và chủ xây dựng

Cầu xây dựng dựa vào nguồn vốn vay ODA Nhật Bản, tổng mức đầu tư khoảng 4.832 tỷ VNĐ tỷ giá năm 2004 (khoảng 37 tỷ yen Nhật). NIPPON KOEI – CHODAI và nhà thầu chính là liên danh TAISEI – KAJIMA – NIPPON STEEL. Chủ đầu tư là Bộ Giao thông vận tải (Bộ trưởng đương nhiệm là Hồ Nghĩa Dũng), đại diện chủ đầu tư quản lý dự án là Ban quản lý dự án Mỹ Thuận (Tổng Giám đốc đương nhiệm là Dương Tấn Minh), Tư vấn giám sát quốc tế Liên danh Nippon Koei - ChoDai, Nhà thầu chính Liên danh Taisei - Kajima - Nippon Steel (nhà thầu TKN), Nhà thầu phụ VSL (Thụy Sỹ).

• Ngày 26/10/2007 sau 3 năm lẻ 1 tháng xây dựng, trụ tháp cầu đã cao gần 160 m. Hiện tại công việc thi công tạm đình chỉ do vụ sập nhịp dẫn vào tháng 9 vừa rồi dự kiến khoảng 2 tháng sau tức tháng 12 công việc sẽ được tiếp tục hoàn thành 4,8 m còn lại của trụ tháp.
• Tháng 3/2008 công việc thi công được phép tiến hành trở lại.
• Ngày 19/04/2008 trụ tháp phía bờ Vĩnh Long đã được hoàn chỉnh ở độ cao 164,80 m.
• Ngày 24/04/2008 trụ tháp phía bờ Nam Cần Thơ cũng đã hoàn tất phần đỉnh tháp. Như vậy là hai trụ tháp của cầu đã được hoàn tất.
• Cuối tháng 06/2008 Bộ GTVT sẽ đưa ra kết luận chính thức về vụ 26/09/2007,và sẽ cho phép thi công lại nhịp p14,p15 và phần dây văng,Sớm đưa công trình hoàn thành và đưa vào sử dụng.
• Ngày 25/08/2008 Nhà thầu TKN đã chính thức khởi động lại công trình sau 9 tháng trì hõa bằng việc thi công lại trụ tạm các nhịp p 14, p 15
• Ngày 01/09/2008 Việc thi công lại hai trụ P 14, và P 15 được khời công lại.
• Tháng 01/2009 Khỏang cách còn lại của 2 nhịp cầu là 350m
• Tháng 04/2009 Hợp long nhịp biên bờ Nam
• Tháng 06/2009 Đốt dầm thép đầu tiên được lắp lên tại tháp Nam.

Cầu Đakrong trên đường Hồ Chí Minh nhánh phía tây. Cầu được xây dựng trước khi có quyết định đầu tư đường Hồ Chí Minh. Cầu được xây dựng có tận dụng lại móng trụ cầu cũ, trưdf móng trụ tháp xây dựng mới. Cầu dây văng một trụ tháp bố trí nhịp như sau: 22,5m +42m+86,9m+ 22,5m. Tải trọng thiết kế H18 và xe xích X-60.
Cầu Nhật Tân(Hà Nội): Sáng 7/3, cầu Nhật Tân - cây cầu dây văng liên tục nhiều nhịp nhất, hiện đại nhất và dài nhất Việt Nam đã được khởi công xây dựng. Tổng chiều dài dự án là gần 9km.
Theo thiết kế, dự án cầu Nhật Tân thuộc đường vành đai II của TP Hà Nội, bắt từ khu vực Phú Thượng (quận Tây Hồ, TP Hà Nội) sau đó chạy song song và cách đường Lạc Long Quân thong 420m.
Sau khi vượt sông Hồng bằng cầu Nhật Tân (cách cầu Thăng Long khoảng 3,6km về phí hạ lưu), dự án cắt QL5 kéo dài tại nút giao Vĩnh Ngọc rồi kết thúc ở điểm giao với đường Nam Hồng tại Km 8+933,81. Tổng chiều dài dự án là gần 9km.
Cầu chính là cầu dây văng 5 trụ tháp (ảnh minh họa)
Bộ trưởng Bộ GTVT Hồ Nghĩa Dũng cho biết, cầu Nhật Tân dài 3,7 km, mặt cắt ngang là 33,2m. Cầu chính là cầu dây văng liên tục 5 trụ tháp với tổng chiều dài 1,5km. Thiết kế này chưa được áp dụng nhiều trên thế giới. Cầu Nhật Tân là cung đường ngắn nhất từ trung tâm thủ đô Hà Nội đến sân bay quốc tế Nội Bài.
Dự án xây dựng cầu Nhật Tân do Bộ GTVT làm chủ đầu tư, tổng mức đầu tư của dự án là 13,6 nghìn tỷ đồng. Cây cầu này sẽ góp phần giảm tải lưu lượng giao thông trên các cầu Thăng Long và cầu Chương Dương, là điểm nhấn kiến trúc cảnh quan du lịch của Hà Nội.
Cầu Bãi Cháy (thực hiện bằng nguồn vốn vay ODA đặc biệt của chính phủ Nhật Bản). Gói thầu gồm 1 cầu chính dài 903 m và cầu dẫn số 5 dài 99 m với tổng giá trị xây lắp trên 950 tỷ đồng. Cầu dây văng bê tông cốt thép dự ứng lực này có tĩnh không thông thuyền là 50 m nên tàu trọng tải 40.000 tấn có thể ra vào cảng Cái Lân dễ dàng. Theo thiết kế của Liên danh tư vấn (Viện cầu & kết cấu Nhật Bản, Công ty tư vấn quốc tế Thái Bình Dương, Tổng công ty tư vấn thiết kế GTVT và Công ty tư vấn Hyder), cầu Bãi Cháy sẽ có hệ thống thang máy tại 2 tháp chính, đèn trang trí ở cáp văng, trụ tháp, dầm và điểm nghỉ chân ở các mố cầu.
Việc xây dựng cầu Bãi Cháy có ý nghĩa đặc biệt quan trọng về giao thông bởi eo Cửa Lục nằm ở trung tâm quốc lộ 18 (nối thủ đô Hà Nội với vùng Đông Bắc) nên giao thông luôn bị gián đoạn, chủ phương tiện phải chuyển sang dùng phà. Khi đưa vào sử dụng, cầu Bãi Cháy sẽ góp phần phát triển kinh tế du lịch của tam giác kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh. Sau khi lọt qua vòng sơ tuyển, 4 nhà thầu Nhật Bản gồm Kajima, Taisei, Liên danh Shimizu + Sumitomo Construction và Liên danh Obayshi + P.S Mitsubishi Construction sẽ tham gia đấu thầu ngày 4/3. Dự kiến thời gian xét thầu là 2 tháng, đến ngày 19/5 sẽ khởi công và cầu hoàn thiện sau 42 tháng.
10 cầu đứng đầu trong loại cầu dây văng bê tông cốt thép dự ứng lực một mặt phẳng dây:1.Bãi Cháy (Việt Nam), 2.Elorn (Pháp), 3.Sunshine Skyway (Mỹ), 4.Brotonne (Pháp), 5.Puenete Coatzacoalcos (Mexico),6.Tokachi Great (Nhật Bản), 7.Vịnh Aomori (Nhật Bản),8.Sơn Đông (Trung Quốc), 9.Sông James (Mỹ),10.
Benn Ahin (Bỉ)
Cầu Thuận Phước (Đà Nẵng):công trình trọng điểm của thành phố Đà Nẵng, đã được xây dựng bắc qua sông Hàn, nối liền quận Hải Châu với bán đảo Sơn Trà. Sau khi cây cầu hoàn thành, người Đà Nẵng hoàn toàn có thể tự hào về cầu treo dây võng dài nhất Việt Nam (dài 1.850m, hơn cầu Mỹ Thuận 300m), được thiết kế với quy mô khẩu độ lớn, hiện đại, mang tính thẩm mỹ cao. Cầu có 2 trụ tháp cao 92m, cách nhau 405m, tĩnh thông thuyền 27,5 m, kết cấu với dầm hộp thép suốt toàn bộ nhịp treo dài 650m, chế tạo bằng công nghệ dầm tăng cứng theo tiêu chuẩn quốc tế. Nhưng hơn cả, người dân Đà Nẵng đặt nhiều kỳ vọng vào cây cầu Thuận Phước bởi biết rõ muốn đánh thức được “giấc ngủ của nàng tiên Sơn Trà” phải dùng đến 'chiếc chìa khóa vàng' là chiếc cầu này. Sáng 19.7, TP.Đà Nẵng tổ chức lễ khánh thành cầu Thuận Phước và khởi công xây dựng cầu mới qua sông Hàn - cầu Rồng.
Cầu Thuận Phước dài hơn 2.100 mét, rộng 18 mét, hai tháp chính cao 80 mét, khoảng cách giữa hai trụ tháp là 400 mét, độ tĩnh không thông thuyền 27 mét. Cầu có vốn đầu tư gần 1.00 tỉ đồng, do TP.Đà Nẵng làm chủ đầu tư từ nguồn ngân sách. Cty cổ phần tư vấn xây dựng 533 liên danh với Viện Thiết kế cầu đường số 2 Trung Quốc thiết kế. Cty cơ khí xây dựng công trình 623, Tổng Cty Xây dựng công trình giao thông 6 là nhà thầu chính, cầu được khởi công 1.2003. Đây là cây cầu dây võng bắc qua cửa biển ở đoạn cuối sông Hàn. Phát biểu tại lễ khánh thành, Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Tấn Dũng biểu dương nỗ lực của Đà Nẵng trong việc huy động các nguồn lực để đầu tư xây dựng cây cầu dây võng hiện đại, dài nhất Việt Nam. Thủ tướng cũng biểu dương các nhà thầu, đơn vị tư vấn đã tập trung nhân lực thi công cầu đảm bảo an toàn, chất lượng.
Mô hình cầu Rồng.Cũng trong sáng 19.7, Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng dự lễ khởi công xây dựng cầu mới thứ sáu trên sông Hàn - cầu Rồng (Xem mô hình ở bên). Cầu Rồng dài 670 mét, rộng 37 mét, vốn đầu tư gần 1.500 tỉ đồng - do Liên danh nhà thầu Cty 508-Cienco5 và Cty cầu 75-Cienco8 thi công. Đây là cây cầu hiện đại, xây dựng theo công nghệ tiên tiến trong nước và quốc tế, được thiết kế phù hợp với quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội, quy hoạch xây dựng, quy hoạch ngành giao thông vận tải của Đà Nẵng; khi hoàn thành sẽ tạo thành trục chính theo hướng đông - tây, xây dựng tuyến gắn nhất nối sân bay Đà Nẵng với các trục giao thông quan trọng của thành phố, góp phần phát triển kinh tế - xã hội khu vực bờ đông sông Hàn.
Cầu Rồng (Đà Nẵng):Ngày 18/10, UBND TP. Đà Nẵng đã tổ chức cuộc họp với các ban, ngành hữu quan để xem xét phương án xây dựng cầu qua sông Hàn (ở khu vực Bảo tàng Chàm), nối từ đường Nguyễn Văn Linh đến đường Sơn Trà - Điện Ngọc.
Theo đó, ở phía bờ tây, đường Nguyễn Văn Linh sẽ được nối dài (rộng 36m, có thể nghiên cứu mở rộng lên 48m) đến tiếp giáp đường Bạch Đằng, tiếp tục vươn ra sông một đoạn rồi mới bắt đầu phần cầu - được thiết kế như một con rồng đang “bay” qua sông Hàn đầy sống động. Tiếp đó là phần đường ở phía bờ đông, từ chân cầu Rồng đến tiếp giáp đường ven biển Sơn Trà - Điện Ngọc, rộng 48m.
Cầu Rồng được thiết kế theo quy mô vĩnh cửu, chịu được chấn động cấp 6, rộng 31,5m (gồm 6 làn xe, 2 lề bộ hành và dải phân cách, chưa tính phần trang trí), tĩnh không thông thuyền 7m, độ dốc tối đa trên cầu 3,5%... Lãnh đạo Đà Nẵng cũng yêu cầu đơn vị tư vấn thiết kế điều chỉnh tỷ lệ kích thước giữa chiều dài và thân rồng cho phù hợp, có hình thức cấu tạo đầu rồng sống động hơn, đồng thời có giải pháp kiến trúc đảm bảo mỹ quan khi du khách đi tàu nhìn cầu từ dưới sông lên…Đặc biệt, lãnh đạo TP. Đà Nẵng yêu cầu nghiên cứu kỹ phương án chiếu sáng ban đêm để cầu Rồng trở thành điểm nhấn kiến trúc du lịch đặc biệt trên sông Hàn. Có thể vào tối thứ bảy hàng tuần, từ các vi, vảy rồng sẽ bắn pháo hoa, phun khói sáng… tạo thành một điểm tham quan hấp dẫn đối với du khách!
Sự phát triển cầu treo dây văng ở Trung Quốc

Hiện nay nhiều cầu treo đã và đang được xây dựng tại Trung Quốc. Măc dù việc áp dụng cầu treo tại Trung Quốc tương đối muộn, nhưng hiện nay Trung Quốc được xếp vào những quốc gia phát triển nhất về cầu treo dây văng. Theo thống kê, ở Trung Quốc có hơn 100 cầu treo, trong đó 11 cầu treo dây văng có nhịp chính vượt hơn 400m. Cầu treo dây văng đầu tiên được xây dựng vào năm 1975 là cầu Yunyang nhịp 76m ở Tứ Xuyên. Từ thập niên 80, Trung Quốc đã chứng kiến sự phát triển nhanh chóng việc xây dựng cầu dây văng thế hệ thứ 2 với việc hoàn thành cầu Maogang ở Thượng Hải và cầu Jinan Yellow River ở Sơn Đông vào năm 1982. Thập niên 90 Trung Quốc phát triển cầu treo dây văng thế hệ thứ 3 với các cầu treo cỡ nhẹ. Hàng loạt cây cầu vượt sông lớn, kênh rộng được hoàn thành với tốc độ xây dựng nhanh hơn.

Với chiều dài nhịp 200-500m, cầu treo dây văng ứng suất trước được xây dựng bằng phương pháp đúc hẫng tại chổ. cầu treo dây văng ứng suất trước lớn nhất là cầu Chongqing No.2 Yangtze River (hình 1) ở Tây nam Trung Quốc với nhịp giữa 444m xếp thứ 2 thế giới sau cầu Skarnsundet ở Na uy.

Hình 1. Cầu Chongqing No.2 Yangtze River

Cầu Jingzhou Yangtze River đang được xây dựng ở tỉnh Hồ Bắc thuộc loại cầu treo dây văng dầm ứng suất trước sử dụng kiểu dầm bản có gân tăng cường rộng 26.5m, chiều dày bản 32cm và chiều dài nhịp chính 500m với gân tăng cường cao 2.4m , rộng 1.7m.

Cầu Jinma ở Quảng Đông có sơ đồ nhịp 60+283+283+60m trở thành cầu treo dây văng 1 trụ tháp với dầm ứng suất trước không chỉ lớn nhất ở Trung Quốc mà còn đạt kỷ lục thế giới.

Do điều kiện địa hình khống chế nên cầu Hanjiang River ở Yunyang (hình 2) có nhịp chính 414m và 2 nhịp bên 43m được thiết kế với 42m dài neo trong đất cho mỗi nhịp bên. Cầu treo dạng này có thể khắc phục hiệu quả ảnh hưởng của momen uốn dầm chính do thay đổi nhiệt độ. Với loại cầu đặc trưng này, 1 mối nối đặc biệt được thiết kế với 1 hộp thép được đặt thêm vào bên trong dầm hộp bê tông UST tại giữa nhịp chính nhằm giải phóng lực dọc trục, đảm bảo khống chế chuyển vị của dầm, chống lại lực cắt và momen uốn.

Hình 2. Cầu Yunyang Hanjiang River

Cầu Boyang Lake ở Thành phố Jiujiang tỉnh Giang Tây (hình 3) là cầu treo dây văng dầm ứng suất trước có gân tăng cường, 2 trụ tháp với 2 mặt phẳng dây, bố trí nhịp không đối xứng 65+123+318+130m. Chênh lệch chiều cao 2 trụ tháp 23.5m nhằm tránh tầng đá Castơ dưới sông.

Hình 3. Cầu Boyang Lake

Trong cầu treo dây văng có chiều dài nhịp 350-600m, dầm liên hợp thường được sử dụng nhằm làm giảm trọng lượng bản thân, tăng chiều dài đoạn đúc hẫng khi thi công và tăng tốc độ xây dựng. Lúc này, mặt cắt ngang dầm dạng hở có thể chấp nhận do có thể giảm vật liệu và giảm giá thành của dự án. Nổi tiếng nhất là cầu Yangpu ở Thượng Hải có nhịp chính 602m là cầu treo dây văng dầm liên hợp lớn nhất hiện nay trên thế giới. Khoang dầm cao 3m rộng 30.35m bố trí cáp cách nhau 9m. Cầu Minjiang đang triển khai ở Thanh Châu, thành phố Phúc Châu có nhịp chính 605m. Cầu Hongshan Liuyang River (hình 4) đang được xây dựng ở thành phố Trường Sa thuộc loại cầu treo dây văng dầm liên hợp với chiều dài nhịp chính 206m được đỡ bởi 1 trụ tháp nghiêng về phía sau 58⁰ . Các bó cáp bố trí song song cách nhau 12m. Dầm cầu dạng dầm hộp thép hình chữ nhật cao 4.4m và rộng 7m chia ra từng đoạn dài 4m, 2 cánh hẫng mỗi bên 13.1m, toàn bộ bản mặt cầu bê tông UST dày 21cm.

Hình 4. Cầu Hongshan Liuyang

Cầu Xupu ở Thượng Hải, nhịp chính được thiết kế với dầm liên hợp dài 590m. Dầm hộp thép cao 2.7m, rộng 2.7m, thép dày 25cm liên hợp với bản bê tông cốt thép rộng 36m ở phía trên, được xếp thứ nhất trong số các cầu treo dạng này trên thế giới.

Cầu treo dây văng dầm thép được xây dựng sớm nhất (năm 1987) ở Trung Quốc là cầu Dongying Yellow River ở Sơn Đông với nhịp giữa dài 288m gồm 2 hộp thép đơn .Cầu lớn nhất loại này từng được xây dựng ở Trung Quốc là cầu South Channel (hình 5) với nhịp chính 628m thuộc dự án đang triển khai Nanjing No.2 Yangtze River. Dầm hộp thép của cầu cao 3.5m, rộng 37.2m, cáp treo được neo vào trụ tháp bê tông cao 195.4m phía trên được thiết kế kiểu khung cứng. Ngoài ra, cầu Junsahn Yangtze cũng đang được xây dựng ở Vũ Hán có nhịp chính 460m.

Hình 5. Cầu South Channel thuộc dự án Nanjing No.2 Yangtze River

Tại thành phố Vũ Hán, cầu Baishazhou Yangtze River (hình 6) với cáp treo được bố trí phía trong có nhịp chính 618m và nhịp biên được kéo dài 143m ra 2 nhịp biên, được làm từ dầm hộp thép cao 3m, rộng 30.2m. Hai nhịp biên dài 230m cũng được kéo dài thêm 87m làm bằng dầm thép kết hợp với dầm hộp bê tông ứng suất trước nhằm cân bằng với trọng lượng dầm thép chính, giảm chi phí xây dựng và tăng ổn định gió trong quá trình xây dựng.

Hình 6. Cầu Baishazhou Yangtze River

Từ thập niên 80, kết cấu ống thép nhồi bê tông đã được sử dụng rộng rãi trong cầu giàn, cầu vòm và cầu treo vì trọng lượng lắp ráp nhỏ, ván khuôn linh hoạt, độ cứng cao sau khi đổ bê tông và tăng khả năng chịu tải trọng giới hạn. Cầu Nanhai Zidong ở Quảng Đông (hình 7) có sơ đồ 69+140+69m với 1 mặt phẳng dây thiết kế dùng các ống thép nhồi bê tông cách nhau 3m theo chiều cao làm thanh dàn. Dàn trên làm từ thép tấm, dàn dưới và thanh giằng được làm từ ống thép có đườn kính 300mm và 140mm. Trụ tháp cũng được làm từ ống thép nhồi bê tông có đường kính 1830mm. Khi toàn bộ dàn được lắp vào đúng vị trí, bê tông cấp C-40 được bơm vào các ống thép. Nhờ tải trọng nhẹ và chi phí thấp nên kết cấu dạng này có triển vọng rất lớn.

Hình 7. Cầu Baishazhou Yangtze River

Thập kỷ qua đã chứng kiến sự phát triển ấn tượng của cầu treo dây văng ở Trung Quốc với hàng chục cầu lớn có nhịp trên 400m, thậm chí 600m đã được xây dựng. Bên cạnh đó, Trung Quốc ưu tiên phát triển cầu treo dây văng dầm ứng suất trước và dầm liên hợp. Cầu dây văng ống thép nhồi bê tông hoàn thành đã chứng minh triển vọng phát triển của loại kết cấu này trong tương lai.TS. Phùng Mạnh Tiến

Lịch sử phát triển và ứng dụng của bê tông tự đầm ở Nhật Bản
Masahiro Ouchi
Trường đại học công nghệ Kochi, Tosa-yamada, Kochi, Nhật Bản
Sự phát triển của bê tông tự đầm
Mục đích sự phát triển của bê tông tự đầm
Trong nhiều năm kể từ năm 1983, độ bền của các cấu trúc bê tông là một chủ đề lớn gây nhiều sự quan tâm chú ý tại Nhật Bản. Để có được cấu trúc bê tông có độ bền theo yêu cầu thì cần phải có nhiều công nhân lành nghề. Tuy nhiên, do số lượng công nhân có tay nghề trong ngành công nghiệp xây dựng ở Nhật Bản đang giảm dần dẫn đến làm giảm chất lượng của các công trình xây dựng. Một trong những giải pháp để đạt được các kết cấu bê tông có độ bền mà không phụ thuộc vào chất lượng thi công công trình là bê tông tự đầm. Bê tông tự đầm là bê tông có thể gắn kết ở tất cả các góc của ván khuôn chỉ bằng trọng lượng của chính nó mà không cần đến các thiết bị đầm nén. Okamura là người đầu tiên đề xuất về sự cần thiết của bê tông tự đầm vào năm 1986. Ozawa và Waekawa đã tiến hành việc nghiên cứu bê tông tự đầm cả về cơ sở và khả năng làm việc thực tế của nó.
Mẫu bê tông tự đầm đầu tiên được chế tạo vào năm 1988 bằng cách sử dụng các loại vật liệu sẵn có trên thị trường. Mẫu này với các tính chất về độ khô, độ co cứng, sự toả nhiệt của phản ứng thuỷ hoá, độ đầm chặt sau khi cứng và một số đực tính khác đã làm hài lòng các nhà khoa học. Loại bê tông này được gọi là “Bê tông chất lương cao” và nó được xác định bởi ba đặc tính của bê tông:
(1) Tươi: Khả năng tự đầm
(2) Có tuổi sớm: nhằm tránh những ảnh hưởng ban đầu
(3) Cứng: chống lại sự tác động của các yếu tố bên ngoài
Ngoài ra bê tông chất lượng cao còn có độ bền cao do tỉ lệ nước và xi măng thấp. Do đó bê tông chất lượng cao được sử dụng như một loại bê tông có độ bền cao trên thế giới. Bởi vậy nó đã được đổi tên thành “Bê tông tự đầm chất lượng cao” cho phù hợp với mục đích sử dụng.
Các phương pháp để đạt được độ tự đầm
Phương pháp để đạt được độ tự đầm không chỉ có được độ biến dạng cao của vữa chất bột dẻo mà còn chống lại sự phân tầng giữa cốt liệu thô và vữa khi các dòng bê tông đi qua các khu vực cốt thép. Okamura và Ozawa đưa ra một vài phương pháp để đạt được độ tự đàm như sau:
(1) lượng cốt liệu giới hạn và lượng vật liệu bột cao
(2) sự tồn tại đồng thời của độ biến dạng và độ nhớt cao
Sự va chạm và tiếp xúc giữa các phân tử cốt liệu có thể tăng lên trong khi khoảng cách tương đối giữa các phân tử lại giảm xuống và do đó ứng suất trong có thể tăng lên khi bê tông bị biến dạng, và thường xảy ra ở những nơi có tác nhân gây trở ngại. Điều này được thể hiện bằng năng lượng tiêu thụ của các dòng bê tông khi ứng suất trong tăng, dẫn tới sự ứ đọng của các phần tử cốt liệu. Lượng cốt liệu thô giới hạn, mà năng lượng tiêu thụ rất nhiều, phi ở mức độ thấp hơn tỉ lệ thông thưởng để tránh kiểu ứ đọng trên một cách có hiệu quả.
Độ nhớt của chất bột dẻo phi theo đúng yêu cầu để tránh việc ứ đọng cột liệu thô khi các dòng bê tông di chuyển qua các chướng ngại vật. Khi bê tông biến dạng, chất bột dẻo với độ nhớt cao cũng ngăn chặn sự tăng cục bộ của ứng suất trong do sự tiếp cận của các phần tử cốt liệu thô. Sự tồn tại đồng thời của độ biến dạng cao và độ nhớt cao chỉ có thể có được bằng cách sử dụng chất siêu dẻo, mà nó làm cho tỉ lệ nước và bột trong chất dẻo thấp.
Sự mở rộng của bê tông tự đầm
Bê tông tự đàm lần đầu tiên được Ozâ giới thiệu tại hội nghị lần thứ 2 của khu vực Đông á Thài Bình Dưng về kết cấu kỹ thuật và xây dựng vào tháng 1 năm 1989. Việc giới thiệu bê tông tự đầm của Ozâ tại hội nghị quốc tế CANMET & ACI, Istanbul ', tháng 5 năm 1992 đã • làm cho bê tông tự đầm được biết đến nhiều hơn trên thế giới. Sau cuộc hội thảo ACI vào tháng 11-1994, bê tông tự đầm trở nên phổ biến đối với các nhà nghiên cứu và kỹ sư trên thế giới, những người rất quan tâm tới độ bền của bê tông và các hoạt động nghiên cứu trên thế giới cũng được bắt đầu. Hiện nay các cuộc nghiên cứu vẫn được Aictin tiến hành ở Candâ. Tháng 1-1997 một uỷ ban về bê tông tự đầm của RILEM được thành lập. Tháng 8-1998, cuộc hội thảo đầu tiên về bê tông tự đầm được tổ chức ở Kochi, Nhật Bản.
Ứng dụng bê tông tự đầm trong các công ty xây dựng lớn
Kể từ khi mẫu bê tông tự đầm đầu tiên được chế tạo, hoạt động nghiên cứu đã được bắt đầu ở nhiều nơi, đặc biệt là ở các viện nghiên cứu của các công ty xây dựng và kết quả là bê tông tự đầm được sử dụng ở rất trong các cấu trúc thực tế ứng dụng đầu tiên của bê tông tự đầm là ở tháp của cầu dây văng bê tông dự ứng lực năm 1991. Độ nhẹ của bê tông tự đầm được sử dụng trong dầm chính của cầu dây văng năm 1992, mặc dù nó đã được lên kế hoạch từ năm 1990. Từ đó thì bê tông tự đầm được sử dụng nhiều hơn trong các công trình. Hiện nay các lý do chính để sử dụng bê tông tự đầm có thể tóm tắt như sau:
(1) Để rút ngắn thời gian xây dựng
(2) Để đảm bảo độ đầm chặt của kết cấu nhất là những vùng tiếp giáp nơi rất khó đầm.
(3) Để làm giảm tiếng động và sự rung động do quá trình đầm, đặc biệt là ở những nhà máy sản xuất bê tông.
Công Trình quy mô lớn
Hiện nay, người ta sử dụng bê tông tự đầm trong các kết cấu cần thiết để có thể rút ngắn thời gian thi công những công trình quy mô lớn.
Một kết quả điển hình của cộng nghê sử dụng bê tông tự đầm là những mấu neo của chiếc cầu treo có nhịp dài nhất thế giới ( 1,991 m) : cầu Akashi – Kaikyo xây dựng vào tháng Tư năm 1998 (hình 4). Cầu có hai mấu neo được xây dựng sử dụng bê tông tự đầm. Việc xây dựng hai mấu neo này đã giới thiệu cho chúng ta một phương thức xây dựng mới, đó là phương thức xây dựng những công trình hoàn toàn sử dụng bê tông tự đầm.Theo đó, bê tông được nhào trộn ở nhà máy nằm bên cạnh khu vực xây dựng, sau đó được bơm ra khỏi nhà máy, truyền dọc theo 200 m đường ống đến khu vực đổ khuôn. Tại khu vực đổ khuôn, các đường ống này được sắp xếp lại thành từng hàng cách nhau 3 đến 5 m. Bê tông được tích đọng lại giữa các cửa van nằm cách nhau 5 m một dọc theo các đường ống. Các van này tự động điều khiển sao cho các đoạn bê tông tự đầm được nối liên tục không gian đoán tại các mặt lớp. Kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu thô được sử dụng trong công trình này là 40 mm. Mặc dầu khối bê tông bị lún xuống khoảng 3 m và kích thước các hạt cốt liệu thô là lớn nhưng vẫn không xảy ra hiện tượng phân tách trong bê tông. Theo kết quả phân tích sau cùng, việc sử dụng bê tông tự đầm đã giảm bớt thời gian thi công mấu neo đi 20%, từ 2,5 năm xuống còn 2 năm.
Bê tông tự đầm cường độ cao còn được sử dụng trong xây dựng tường chắn cửa bể chứa LNG ( khí gas thiên nhiên hoá lỏng ) của công ty Gas Osaka ( Osaka gas company) (Hình 5). Việc lựa chọn sử dụng bê tông tự đầm trong công trình này đã đem lại những kết quả sau :
- Số lượng khung giàn (lot) giảm từ 14 xuống 10 do chiều cao của mỗi khung giàn tăng lên.
- Số lượng nhân công tham gia đổ bê tông giảm từ 150 xuống còn 50 người.
- Thời gian thi công giảm từ 22 tháng xuống còn 18 tháng.
Cũng tại công trình này, người ta đã xây dựng được một phương pháp hiệu quả để kiểm định khả năng tự đầm của bê tông tại công trường. Công việc đổ khuôn hoàn thành vào tháng 6 nắm 1998.
Phương thức thi công mới Bằng việc sử dụng bê tông tự đầm, chúng ta có thể tiết kiệm chí phí đầm lèn mà vẫn đảm bảo được sự đầm chắc của bê tông trong các kết cấu. Tuy vậy, trừ trường hợp các công trình lớn, không phải lúc nào sử dụng bê tông tự đầm cũng làm cho tổng chi phí xây dựng công trình cũng giảm. Nguyên nhân là do phương thức thi công truyền thống đã quá phụ thuộc vào việc đầm lèn bê tông.
Bê tông tự đầm có thể tạo ra một cuộc cách mạng trong việc cải tiến phương thức thi công truyền thống, vốn được xây dựng dựa trên việc sử dụng bê tông thường, cần có các quá trình đầm lèn. Kiểu đầm lèn truyền thống này ngoài việc rất dễ tạo ra các sự phân tách trong bê tông còn gây cản trở cho việc hợp lý hoá quy trình xây dựng. Nếu như vượt qua được cản trở này, quá trình thi công bê tông sẽ được tối ưu hoá và kéo theo nó là sự phát triển của một hệ thống thi công mới, trong đó cả ván khuôn, hệ thống gia cố, hệ thống chống đỡ và hình dạng kết cấu đều sẽ được cải tiến. Một trong những dạng kết cấu mới xuất hiện là kết cấu dạng bánh sandwich, trong đó bê tông được điền đầy vào vỏ cốt thép . Dạng kết cấu này đã được ứng dụng ở Kobe và chúng ta sẽ không thể tạo ra được nó nếu như không sử dụng bê tông tự đầm.
Phụ gia hạn chế sự không đồng nhất trong bê tông
Chắc chắn là chúng ta hoàn toàn có thể chế tạo được bê tông tự đầm ổn định về chất lượng, đặc biệt là về khả năng tự đầm. Tuy vây, sự khác biệt về tính chất của các cốt liệu cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng tự đầm. Nhân tố ảnh hưởng lớn nhất chính là sự khác biệt về hàm lượng nước trong bê tông, gây ra do sự khác nhau về độ ẩm của các hạt cốt liệu nhỏ dùng trong chế tạo bê tông. Một số các công trình xây dựng lớn đã sử dụng phụ gia hạn chế sự không đồng nhất trong bê tông để giải quyết vấn đề này. Dạng phụ gia này hiệu quả trong việc làm giảm ảnh hưởng của sự khác biệt về hàm lượng nước đến tính năng tự đầm của bê tông. Có rất nhiều loại phụ gia khác nhau đã chế tạo và sử dụng tại Nhật Bản.
Những nghiên cứu hiện nay về tính năng của bê tông tự đầm tiến tới sử dụng bê tông tự đâm như một loại bê tông tiêu chuẩn.
Ở Nhật Bản hiện tại, bê tông tự đầm vẫn được xem như một loại bê tông đặc biệt và chỉ được sử dụng trong các công trình lớn. Nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ bản thân các tính chất của bê tông tự đầm và được tổng kết ở dưới đây :
(1) Khả năng tự đầm là một khái niệm hoàn toàn mới và chúng ta chưa thiết lập được một phương pháp chuẩn để đánh giá nó một cách hợp lý.
(2) Khả năng tự đầm chịu ảnh hưởng lớn bởi các tính chất của cốt liệu và tỉ lệ nhào trộn trong khi chúng ta chưa thiết kế được thành phần cốt liệu và phương thức nhào trộn hợp lý nhất
(3) Sự khác biệt về tính chất của các cốt liệu: đặc biệt là sự khác biệt về độ ẩm trong cốt liệu nhỏ, có thể làm ảnh hưởng đến khả năng tự đầm của bê tông; do đó, tạo nên sự không ổn định về khả năng tự đầm trong quá trình chế tạo.
(4) Phải tốn nhiều công sức hơn để kiểm tra tính tự đầm của bê tông trước khi đổ khuôn, cụ thể :
Phải kiểm tra khả năng tự đầm của tất cả bê tông. Bởi vì, sau khi đã đổ khuôn, chúng ta sẽ không thể làm tăng thêm độ đầm chặt cho bê tông bằng các phương pháp cơ học.
(5) Số chi phí tiết kiệm được do không phải đầm nén không phải lúc nào cũng đủ bù đắp cho sự tăng giá vật liệu nên tổng chi phí cho xây dựng công trình không phải lúc nào cũng giảm, trừ trường hợp chúng ta xây dựng những công trình quy mô lớn.
Để có thể sử dụng bê tông tự đầm như một loại bê tông tiêu chuẩn thay vì như một loại bê tông đặc biệt, chúng ta cần phải xác lập được phương thức mới trong chế tạo, sản xuất và thi công nó. Một phương thức mà trong đó, bê tông tự đầm được ngành công nghiệp bê tông trộn sẵn sản xuất như bê tông thường, sẽ là hiệu quả nhất bởi vì ở Nhật Bản hiện nay, có đến khoảng 70% bê tông được tạo ra bởi ngành công nghiệp bê tông trộn sẵn này. Băng việc tổng kết các số liệu do các nhà máy bên tông trộn sẵn cung cấp, trường đại học Tokyo đã đưa ra đưa ra nhung kết quả nghiên cứu chính của mình trong :
(1) Phương pháp kiểm tra khả năng tự đầm của bê tông
(2) Biện pháp lựa chọn thành phần của bê tông tự đầm
(3) Biện pháp kiểm định chất lượng tại hiện trường.
Năm 1997, hội công nghiệp sản xuất bê tông trộn sẵn quốc gia đã thành lập uỷ bản chuyên nghiên cứu để thành lập phương pháp thủ công sản xuất và thi công bê tông tự đầm, đứng đầu là ông Ozawa. Kết quả nghiên cứu của uỷ ban bao gồm 3 vấn đề đề cập ở trên đã được sử dụng trong sản xuất và thi công thủ công từ mùa xuân năm 1998.
Ngoài ra, uỷ ban còn đưa ra kết quả nghiên cứu về những phương thức thiết kế và thi công mới hoàn toàn sử dụng bê tông tự đầm ( Hình 6). Kết cấu dạng bánh sandwich là một ví dụ, dạng kết cấu này sẽ không thế được xây dựng nếu không sử dụng bê tông tự đầm. ( hình 7)
Kết luận
Biện pháp lựa chọn thành phần hạt và biện pháp kiểm định chất lượng tại hiện trường cho bê tông từ đầm đã được xây dựng gần như hoàn chỉnh, như vậy, trở ngại chính đã được khắc phục. Chắc chắn bê tông tự đầm sẽ được sử dụng rộng rãi trong tương lai. Và khi đó, bê tông tự đầm sẽ được xem xét như một loại bê tông tiêu chuẩn chứ không còn là một loại bê tông đặc biệt nữa. Chúng ta sẽ có điều kiện để thiết kế những công trình bê tông bền và ổn định hơn trong khi chỉ phải bỏ ra chi phí bảo dưỡng rất nhỏ.
Dịch : Ngô Văn Minh - Nguyễn Xuân Tùng - Cầu đường Anh 42 - ĐHGTVT

Danh sách các cầu dây văng lớn nhất

• Vidyasagar Setu (2nd Hooghly Bridge) ở Kolkata, Tây Bengal, Ấn Độ là cây dây văng dài nhất ở bán lục địa Ấn Độ, với nhịp cầu chính dài 457,2 m (1.500 foot) và tổng chiều dài 823 m (2.700 foot).
• Cầu Penang ở Malaysia là cầu dài nhất Đông Nam Á, với nhịp dài nhất là 225m. Hiện đang được nâng cấp.
• Cầu Vasco da Gama ở Lisbon, Bồ Đào Nha là cầu dài nhất châu Âu, với tổng chiều dài 17,2 km (10,7 dặm), bao gồm 0,829 km (0,5 dặm) của cầu chính, 11,5 km (7,1 dặm) cầu cạn, và 4,8 km (3,0 dặm) đường nối dài.
• Cầu Rio-Antirio: với tổng chiều dài 2880 m và 4 tháp, là cầu có sàn được treo bằng cáp dài thứ hai (dài 2258 m) thế giới, bắc qua Vịnh Corinth gần Patra, Hy Lạp.
• Cầu Tatara: là cầu dây văng có nhịp lớn nhất 890 m (2.920 foot), một phần của một loạt cầu nối Honshū và Shikoku ở Nhật Bản.
• Cầu cạn Millau là cầu có trụ cao nhất thế giới, cao 341m (1.118 foot) và phần đường cao 270m (886 foot), bắc qua sông Tarn ở Pháp. Với tổng chiều dài 2460 m và 7 tháp cầu, nó cũng là cầu có sàn được treo bằng cáp dài nhất thế giới.
• Cầu Kap Shui Mun: cầu mang cả đường bộ và đường ray, với nhịp chính dài 430m và tổng chiều dài 1323m, nối Ma Wan và đảo Lantau ở Hồng Kông trong một phần của Lantau Link phục vụ Sân bay quốc tế Hồng Kông.
• Skybridge: the world's longest transit-only bridge, spanning the Fraser River between New Westminster and Surrey, BC, Canada.
• Cầu Zakim Bunker Hill: cầu dây văng rộng nhất thế giới; gồm 10 làn xe của xa lộ liên bang 93 bắc quasông Charles ,Boston, Massachusetts.
• Cầu Surgut: là cầu dây văng một trụ tháp dài nhất thế giới, vượt sông Ob ở Siberia.
• Arthur Ravenel, Jr. Bridge: cầu dây văng dài nhất ở Tây Bán cầu, bắc qua sông Cooper ở Charleston, South Carolina.
• Cầu Sundial: an award-winning single spar pedestrian bridge spanning the Sacramento River in Redding, California.
• Cầu Ting Kau: Cầu dây văng lớn có 4 nhịp đầu tiên trên thế giới (3 trụ tháp), tạo thành một phần của hệ thống đường bộ nối Sân bay quốc tế Hồng Kông với các khu vực khác của Hồng Kông, Trung Quốc.
• Cầu Oresund, Một cầu kết hợp đường bộ và đường ray với một nhịp chính dài 490m và tổng chiều dài 7,85 km, vượt qua eo biển Oresund giữa Malmö, Thụy Điển và Vùng thủ đô Đan Mạch.
• Cầu Centennial: một cầu cho xe cộ 6 làn xe bắc qua Kênh đào Panama với chiều dài tổng cộng 1,05km (3.451 ft).
• Cầu Sunshine Skyway: Cầu dài nhất thế giới với một nhịp chính dây văng. Cầu Oresund trông giống cầu này hơn ngắn hơn nhưng có nhịp chính dài hơn.
• Nový Most: Cây cầu dây văng loại đơn trụ dài nhất thế giới với một mặt phẳng dây cáp (các dây cáp nằm trên một mặt phẳng cắt qua chính giữa cầu). Nó bắc qua sông Danube ở thủ đô Bratislava, Slovakia. Nhịp cầu chính dài 303mét, và tổng chiều dài là 430.8mét. Chủ yếu chỉ có thành viên của liên đoàn Great Towers thế giớiWorld Federation of Great Towers mới được sử dụng cây cầu. Trên đỉnh cột trụ có một quán ăn hình chiếc đĩa ở độ cao 85 mét
• Cầu đường sắt mới: cây cầu dây văng đầu tiên sử dụng hệ thống dầm của ngành công nghiệp đường sắt, nối liền hai bờ sông Sava ở Belgrade.
• Bandra Worli Sea-Link: The new 8-lane twin carriageway cable-stayed bridge of the sea-link project and the West Island Freeway system, under construction, connects Greater Mumbai, India to the western suburbs.

(http://www.cauduongbkdn.com)/