Công nghệ lắp ghép được áp dụng để thi công một số cầu BTCTDUL lắp hẫng lần đầu ở nước ta trong những năm đầu của thập kỷ 80, điển hình là những cầu: Rào, Niệm và An Dương thuộc thành phố Hải Phòng.
Sau khi cầu Rào đổ đã nẩy sinh dư luận cho rằng: Kết cấu lắp ghép không phù hợp trong điều kiện khí hậu ở nước ta và trên thực tế loại hình công nghệ này đã không được tiếp tục áp dụng. Quan niệm này phần nào đã được giải toả khi cầu Kiền bằng kết cấu dây văng thi công theo công nghệ lắp hẫng được xây dựng và đã khai thác bình thường từ nhiều năm nay. Bên cạnh đó nhiều nước trong khu vực cũng đã và đang triển khi nhiều dự án cầu cạn BTCTDUL bằng kết cấu lắp ghép với quy mô chiều dài hàng chục km. Trong bài báo tác giả trình bày một số loại hình công nghệ lắp ghép hiện đại mà hiện nay các nước trên thế giới đã áp dụng có hiệu quả.
I. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CẦU BTCTDƯL LĂP GHÉP ở CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIƠÍ VÀ TRONG NƯỚC
1.1 Các giải pháp công nghệ lắp ghép truyền thống
1.1.1 Công nghệ lắp ghép trên hệ đà giáo cố định: Công nghệ lắp ghép phân đoạn trên hệ đà giáo cố định lần đầu tiên được áp dụng để thi công cầu Luzancy. Sau đó nhiều công trình cầu BTCTDƯL đã áp dụng thành công công nghệ này. Một trong những loại công trình như vậy là các cầu trên tuyến Pennys Bay và deep Bay - Hong Kong
Cơ chế vận hành của giải pháp công nghệ được thể hiện ở Hình 1.1b, theo đó: Hệ đà giáo chống đỡ chịu lực phục vụ công tác lắp ghép. Sau khi thi công xong trong 1 nhịp đà giáo sẽ được di chuyển đến nhịp tiếp theo để chống đỡ phần trọng lượng phân đốt lắp ghép như đã làm đối với các nhịp trước
Công nghệ lắp ghép trên hệ đà giáo cố định có những đặc điểm mang tính lợi thế sau:
- Cơ chế vận hành công nghệ đơn giản.
- Đà giáo được sử dụng lặp lại nhiều lần, vì vậy nâng cao hiệu quả kinh tế.
- Có thể triển khai trên nhiều mũi thi công để đẩy nhanh tiến độ thi công. Tuy nhiên những hạn chế sau đây cần được chú ý:
- Công nghệ cổ điển, phải sử dụng một khối lượng lớn đà giáo bằng thép.
- Đối với các công trình trụ cao > 10m và nền đất yếu sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế và an toàn công trình.
- Chỉ thích hợp với cầu cạn. Không thể vận dụng để thi công cầu vượt sông.
1.1.2. Công nghệ lắp hẫng truyền thống:
Công nghệ lắp hẫng cân bằng đối xứng từ lâu đã trở thành công nghệ truyền thống ở các nước trên thế giới khi xây dựng những công trình cầu BTCTdƯL khẩu độ lớn từ ~ 70 - 150m. Ở Việt Nam trong những năm đầu thập kỷ 1980 công nghệ lắp hẫng truyền thống được bắt đầu ứng dụng để xây dựng các cầu ở Hải Phòng như: Rào, Niệm và An dương.Tuy nhiên sau sự cố cầu Rào đổ 1986 loại hình công nghệ này không được tiếp tục áp dụng do lo ngại về chất lượng.Vấn đề được làm rõ ở mục 1.2.3. 1.1.3. Tình hình áp dụng công nghệ lắp ghép trong xây dựng cầu BTCT ở Việt Nam và nguyên nhân gây nên các sự cố Ở Việt Nam trong những năm đầu của thập niên 1980 công nghệ lắp hẫng lần đầu được áp dụng để thi công 3 cầu BTCTdƯL ở Hải Phòng: Cầu Rào, cầu Niệm và An dương (hình 1.2). Kết cấu của 3 cầu này theo dạng khung T nhịp đeo (định hình của Liên Xô cũ) với khẩu độ nhịp lớn nhất 63m, mối nối theo kỹ thuật đúc “in oản” với chất chèn khe keo Epoxi.
Tuy nhiên không lâu sau đó cầu Rào bị đổ (sau khoảng 7 - 8 năm khai thác), dẫn đến các cầu Niệm và An dương được xem xét đánh giá lại và đã được sửa chữa tăng cường bằng kết cấu DƯL ngoài (sau khi đã cắt bỏ các bó cáp cũ). Các cầu này đến nay vẫn trong trạng thái khai thác bình thường.
Sự cố cầu Rào đổ đã tạo nên dư luận lo lắng bất an vào thời điểm bấy giờ về chủ trương áp dụng loại hình kết cấu khung T nhịp đeo này mà tâm điểm là mối nối lắp ghép. Người ta cho rằng: kết cấu cầu BTCTDƯL lắp ghép không phù hợp trong điều kiện khí hậu mưa nhiều, độ ẩm cao như ở Việt Nam mà trước hết nguyên nhân bắt đầu từ mối nối, là bộ phận kết cấu dễ bị xâm thực môi trường xấu từ bên ngoài để dẫn đến làm rỉ bó cáp DƯL.
Quả thật nguyên nhân làm sụp đổ cầu Rào không phải do mối nối (chất lượng mối nối của các cầu Niệm, An Dương đến nay vẫn tốt) mà do từ một số nguyên nhân chủ yếu sau:
- Chúng ta không tiến hànhnghiên cứu cải tiến sơ đồ bố trí bó cáp dƯL phù hợp điều kiện mưa nhiều và độ ẩm cao như ở nước ta. Đây là những yếu tố dễ tạo nguyên nhân gây rỉ bó cáp. Ở các cầu này bó cáp dƯL không được đưa vào lòng tiết diện bê tông để được bảo vệ chống rỉ mà vẫn để nguyên như cách bố trí theo định hình của Liên Xô cũ (phù hợp điều kiện khí hậu khô), theo đó toàn bộ bó cáp dƯL được bố trí nằm phía trên bản mặt hộp và sử dụng lớp Bê tông có độ dày ~ 10cm phủ lên trên để chống rỉ. do thiếu kinh nghiệm thi công lớp phủ nên chất lượng lớp phủ không đạt yêu cầu kỹ thuật: Cường độ Bê tông thấp dẫn đến làm giảm khả năng chống thẩm thấu xâm nhập nước mưa. Bề mặt lớp phủ gồ ghề làm tích tụ nước đọng gây nguyên nhân nước mưa thẩm thấu đến tầng lớp bó cáp dƯL phía dưới để nhanh chóng làm rỉ một số bó cáp dƯL và dẫn đến đứt cáp và gây sụp đổ cầu.
- Một nguyên nhân khác không thể không kể đến là do thiếu kiến thức KHCN về loại kết cấu tiên tiến BTCTdƯL ở giai đoạn đầu nên trong thi công một số công đoạn như: Đánh rỉ sợi cáp (f5cm) trước khi tạo bó (bó 24 sợi) bằng phương pháp thủ công, bảo vệ chống rỉ bó cáp bằng loại mỡ đặc chủng theo quy trình chống rỉ của Liên Xô và công tác căng kéo bó cáp dƯL... nhà thầu trong nước do thiếu năng lực nên đã thực hiện không đầy đủ. Điều đó cũng góp phần tạo nguyên nhân gây rỉ bó cáp.
- Cơ chế quản lý chất lượng công trình cầu BTCTdƯL về vai trò và trách nhiệm của từng đơn vị tham gia triển khai dự án như: Tư vấn thiết kế, chủ công trình, tư vấn giám sát trên thực tế chúng ta chưa có kinh nghiệm vào giai đoạn đầu của chuyển giao công nghệ nên trong thiết kế đã không tiến hành nghiên cứu cải tiến những thông số thiết kế nhạy cảm với điều kiện khí hậu Việt Nam đặc biệt là yêu cầu bảo vệ chống rỉ bó cáp dƯL và thiếu kinh nghiệm trong việc phân định trách nhiệm cụ thể cho từng bộ phận. Vì vậy hậu quả là khi cầu Rào sụp đổ rất khó để xác định mức độ trách nhiệm của cá nhân và tập thể.
II. ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CHỦ YẾU CỦA MỘT Số GIẢi PHÁP CÔNG NGHỆ LẮP GHÉP HIỆN ĐẠi
2.1. Công nghệ lắp ghép hoàn thiện dần từng nhịp hiện đại (Span By Span) 2.1.1. Công nghệ Span By Span - SBS truyền thống Năm 1995 Levintov đề xuất áp dụng giải pháp công nghệ SBS. Công nghệ SBS truyền thống lần đầu tiên được áp dụng để thi công ở cầu Long Keys - Mỹ (1982). Đây là cây cầu BTCTdƯL lắp ghép lớn nhất thế giới vào thời điểm đó.
Giải pháp công nghệ này khá phù hợp với kết cấu dạng hộp có chiều cao không đổi. Khi thi công xong một nhịp (đã hoàn thành công tác lắp đạt và căng kéo bó cáp DƯL), đà giáo được đưa đến nhịp tiếp theo bằng cần cẩu và tiếp tục thi công nhịp tiếp theo bằng cách lắp ghép như các công đoạn đã làm ở các nhịp trước đó. Quá trình công nghệ cứ tiếp tục như vậy cho đến khi hoàn thành tất cả các nhịp cầu. Trong trường hợp cầu xây dựng trên cạn và có mặt bằng thi công rộng rãi, người ta có thể tiến hành lắp ghép hoàn chỉnh một nhịp ngay trên nền đất, sau đó dùng cẩu đưa lên trụ.
2.1.2. Các giải pháp công nghệ SBS hiện đại Kinh nghiệm của nhiều nước trên thế giới khi xây dựng cầu BTCTDƯL trong thành phố thường áp dụng giải pháp công nghệ SBS do những đăc điểm mang tính lợi thế của công nghệ này như: Tốc độ thi công nhanh (có thể chỉ cần 3 - 4 ngày là lắp ghép xong 1 nhịp) nên đáp ứng yêu cầu giải phóng nhanh mặt bằng cho giao thông trên đường và khá thích hợp khi cầu có dạng cong bằng. Tuy nhiên điểm khác biệt thể hiện ở chỗ: Thay vì sử dụng cần cẩu để di chuyển đà giáo như ở công nghệ truyền thống thì ở công nghệ hiện đại sử dụng đà giáo di động (hình 2.2). Đối với các cầu cạn có khẩu độ nhịp trung bình từ 35m - 50m, thì việc áp dụng giải pháp công nghệ SBS hiện đại bằng đà giáo di động là giải pháp tối ưu. Trên hình 2.2 là hình ảnh mô tả các cầu được xây dựng bằng công nghệ SBS hiện đại.
Trên thực tế các nước áp dụng 2 giải pháp công nghệ SBS: Giải pháp đà giáo chạy trên và giải pháp đà giáo chạy dưới. Giải pháp đà giáo chạy trên do bảo đảm được khoảng không lớn dưới dầm cầu nên thích hợp trong điều kiện công trình đi qua khu vực có mật độ phương tiện giao thông nhiều, trong khi giải pháp đà giáo chạy dưới có đặc điểm ngược lại. Nhưng trên thực tế giải pháp đà giáo chạy dưới có độ ổn định và an toàn trong thi công cao hơn vì vậy giải pháp này thường được áp dụng khi triển khai xây dựng các tuyến đường mới trên cao (viaduct). Trong quá trình lắp ghép, để giữ ổn định liên kết cần phải tăng cường bằng các thanh Bar ứng suất trước
Công nghệ SBS rất phù hợp cho cầu cạn thi công trong thành phố. do tốc độ thi công nhanh nên không gây ách tắc giao thông lâu trên mặt đường.