Kỷ lục của công nghệ

Cầu Bãi Cháy

Mỏng mảnh hơn nhưng khả năng chịu được gió bão lại lớn hơn. “Một kỹ thuật kéo cáp mới cho phép nhà thầu ép các sợi đơn cáp chặt hơn, tạo ra bó cáp có cường độ chịu lực không thay đổi trong khi diện tích mặt cắt ngang giảm 20%”, phóng viên Helena Russel trong bài nhan đề “Sự mảnh mai kỳ diệu” viết đăng trên trang chủ về cầu của Hiệp hội cầu thế giới (www.bridgeweb.com).

Nhịp dài nhất thế giới

Không chỉ công nghệ ép cáp mới, cầu Bãi Cháy còn có nhịp chính dài nhất thế giới, 435m. Lần đầu tiên trên hành tinh, các kỹ sư đúc thành công một nhịp chính dài gần nửa km cho loại cầu dây văng một mặt phẳng dây bê tông dự ứng lực.

Cho đến thời điểm khánh thành vào 2/12, kỷ lục thế giới trên sẽ chính thức được ghi nhận, vượt qua các kỷ lục trước đó thuộc về cầu Elorn (Pháp), cầu Sunshine Skyway (Mỹ), và cầu Coatzacoalcos (Mexico).

Nghiên cứu khả thi cho cầu bắt đầu từ năm 1999. Nhưng nghiên cứu đánh giá tác động môi trường lên vịnh Hạ Long với 1.600 đảo, được công nhận di sản thiên nhiên thế giới năm 1994, được thực hiện từ trước đó.

Mặc dù cầu không nằm trong khu vực bảo vệ của Di sản Thiên nhiên Thế giới, nhưng từ khu vực vịnh Hạ Long, có thể quan sát rất rõ cầu. Bởi thế các nhà thiết kế đau đầu một thời gian dài để tìm một phương án kiến trúc không làm ảnh hưởng cảnh quan thiên nhiên.

Thoạt đầu, có ý kiến cho rằng nên làm đường ngầm xuyên qua đáy Cửa Lục. Song chí phí lại không khả thi. Đành làm cầu nổi và năm phương án được đưa ra. Bốn trong số đó là phương án dây văng và người ta quyết định làm một nhịp thẳng tuột mà không cần trụ đỡ dưới nước.

Ba bộ giá đỡ màu vàng được lựa chọn cho các ống dẫn HDPE trên cầu và các sợi cáp sẽ đâm từ trung tâm của các tháp ra bên ngoài, nhằm gây ấn tượng của hình khối mảnh mai dưới ánh nắng mặt trời.

Các móng cầu được xây dựng trong các thùng chắn bê tông kích thước 18-22m, bằng diện tích của một phòng họp lớn. Các thùng chắn này được dìm xuống đáy biển đến độ sâu 26m, tương đương chiều cao một tòa nhà 9 tầng, bằng hệ thống khí nén.

Lớp đá phía dưới móng là sa thạch (loại đá do cát kết lại mà thành). Thi công lớp móng này phức tạp đến mức mất hẳn một năm trước khi tháp được xây dựng.

Cầu có chiều dài tổng cộng 903m với nhịp chính dài 435m, nhịp dẫn hai đầu cầu, mỗi nhịp dài 129,5m. Ngoài ra còn có các nhịp nối bờ 41m và 81m ở một đầu và 87m ở đầu kia của cầu.

Tháp bê tông vươn lên chiều cao 137,5m tính từ đỉnh móng, tương đương tòa nhà 46 tầng. Phía dưới giữa hai chân cầu là khoảng tĩnh không rộng 200m cao 50m, hoàn toàn đủ cho tàu lớn đi qua.

Boong cầu rộng 25,3m được đỡ bởi tổng cộng 112 dây cáp. Mặt boong là hai làn đường cho mỗi chiều và hai lối đi dành cho bộ hành. Các dây cáp to cỡ bắp chân người lớn với kích thước khác nhau, từ bó tổ hợp 37 đến 75 dây đơn kết hợp với nhau và dài từ 50 đến 230m.

Một trong những tiêu chuẩn quan trọng trong thiết kế cuối cùng của cầu Bãi Cháy là giảm thiểu hiệu ứng của tải trọng gió lên cấu trúc bằng cách làm cho boong cầu mảnh mai hơn và hơn trăm sợi cáp được nén nhỏ tối đa.

Thoạt đầu, cầu được thiết kế để chịu được sức gió 45m/giây hay 162km/giờ, tương đương gió cấp 13 của bão Xangsane mới đổ bộ vào miền Trung nước ta. Nhưng sau đó, theo đề nghị của ủy ban cố vấn, độ bền của cầu được nâng lên để chịu được sức gió 50m/h hay 180km/giờ, tương đương cấp 14 của cuồng phong Cimaron hay Chebi vừa rồi.

Thử thách đầu tiên là việc cầu vẫn vững vàng sau trận mưa lốc lớn nhất từ trước đến nay với gió giật cấp 12 hôm 20/11 mới đây.

Để đáp ứng yêu cầu đó, một hệ thống dây chằng thẳng đứng mới được bổ sung khi thiết kế tháp và hệ thống cáp được gia cố thêm để vừa tăng độ chịu lực vừa đảm bảo đủ nhỏ để giảm tải trọng gió. Nhằm đáp ứng hai đòi hỏi có vẻ đối lập ấy, lại phải thay đổi công nghệ.

Cuộc chiến công nghệ

Để đảm bảo an toàn ở mức cao nhất, các sợi cáp được sản xuất bởi một nhà cung cấp Nhật Bản theo bằng sáng chế được Freyssinet, tổ chức hàng đầu thế giới về công trình dân dụng, cấp. Việc lắp đặt được đích thân Freyssinet thực hiện.

Tuy nhiên, giám đốc phụ trách xây dựng Craig Robertson cho biết, trực tiếp tác chiến trên công trường dưới sự chỉ đạo của chuyên gia Freyssinet là công nhân Việt Nam từng làm cầu Mỹ Thuận hồi năm 2000.

Để triệt rung, cầu được lắp đặt ba bộ giảm xóc bên trong dọc theo chiều dài các bộ giá đỡ. Trên mỗi tháp, 20 bộ giảm xóc được lắp đặt trên đầu dây cáp dài nhất, 20 bộ giảm xóc thủy lực được lắp trên các thanh nối trung gian và 16 bộ giảm xóc đàn hồi được lắp ở đầu các đoạn cáp ngắn nhất.

Boong cầu dầm hộp bê tông nguyên khối được đúc ngay tại chỗ theo phương pháp hiện đại. Quá trình đúc này liên quan rất chặt đến việc kéo căng dây cáp sao cho cáp không quá trùng và cũng không quá căng. Và để bó dây cáp được nén mảnh lại, theo KS Robertson, việc kéo căng từng sợi dây đơn cũng được thực hiện hơi khác với phương pháp thông thường.

Theo Giám đốc Freyssinet Việt Nam, Roger Raymond, quyết định làm cáp mảnh mai chỉ được đưa ra sau khi hợp đồng được ký kết. Và cũng lúc ấy, các nhà thiết kế mới đề xuất một kiểu ống dẫn cáp nén và họ cũng yêu cầu Freyssinet sản xuất luôn các ống dẫn đó với ba tán che màu vàng nhằm tạo ấn tượng thẩm mỹ giữa không trung.

Lúc đầu, phòng kỹ thuật của nhà xây dựng nước ngoài không tin sẽ hoàn thành nhiệm vụ đúng thời hạn. Một trong những bước đầu tiên là phải nạo nửa milimetre bề mặt lớp phủ trên từng sợi cáp đơn sao cho độ dày bề mặt đó chỉ còn 18,5mm thay vì 19mm như ban đầu.

Việc bào mỏng như thế phải đảm bảo không làm giảm chức năng chống ăn mòn nhưng lại góp phần làm giảm đáng kể diện tích mặt cắt ngang của bó dây cáp nếu biết một bó dây cáp được tạo thành từ 75 sợi cáp đơn.

Khi đó, một thiết bị kéo cáp con thoi đặc chủng được thiết kế và chế tạo riêng sao cho chiếm ít chỗ trong quá trình di chuyển trong ống dẫn hơn so với thiết bị con thoi tiêu chuẩn.

Sự di chuyển của thiết bị cũng phải đảm bảo sao cho không làm trầy xước, bào mòn lớp phủ bề mặt của các sợi cáp đơn. Nên biết, độ dày của lớp phủ đó được yêu cầu chính xác tới phần mười milimetre.

Cuộc chiến đấu công nghệ ấy âm thầm diễn ra gần một năm trời, bắt đầu từ tháng 9/2005, kết thúc hồi tháng 5/2006.