Công nghệ mới trong xây dựng cầu Thuận Phước

Cầu Thuận Phước – Đà Nẵng
I. Tổng quan về công trình:

Cầu Thuận Phước là cầu treo dây võng có khẩu độ lớn, bắc qua Vịnh Thuận Phước nằm ở vị trí đầu biển, cuối sông Hàn, là một mắt xích quan trọng trong mạng lưới giao thông phục vụ du lịch, phát triển kinh tế – xã hội của Đà Nẵng và các tỉnh miền Trung (thuộc tuyến đường ven biển Bắc – Nam nối từ tỉnh Thừa Thiên Huế qua thành phố Đà Nẵng đến tỉnh Quảng Nam). Đây là dự án có quy mô lớn, sử dụng nhiều công nghệ mới, phức tạp lần đầu tiên áp dụng trong công nghệ xây dựng cầu tại Việt Nam.

1. Quy mô xây dựng công trình:

– Chiều dài cầu L= 1856.5 m, trong đó cầu dẫn phía Thuận Phước dài 12 x 50 m= 600 m, cầu dẫn phía Sơn Trà dài 12×50 m=600 m, cầu treo dây võng L=(125+405+125) m=655 m.
– Tải trọng thiết kế: đoàn xe H10, kiểm toán X60 (TCVN);
– Khổ cầu: 14 m + 2×2 m = 18 m.
– Tĩnh không thông thuyền: (100 x 27,5) m (nhịp biên phía đông).

Hình 1. Bố trí chung cầu treo Thuận phước

Kết cấu cầu:
Cầu dẫn phía Thuận Phước gồm 12 nhịp dầm hộp BTCT DƯL M500 chia làm 3 liên (liên 1 có 3 nhịp, liên 2 có 5 nhịp và liên 3 có 4 nhịp dầm 50 m liên tục), trong đó có 2 liên nằm trên đường cong nằm R= 250 m. Cầu dẫn phía Sơn Trà gồm 12 nhịp dầm hộp BTCT DƯL chia làm 3 liên (mỗi liên 4 nhịp dầm 50 m liên tục). Trụ cầu dẫn dạng thân đặc BTCT M400, móng trụ đặt trên hệ cọc khoan nhồi đường kính Φ= 1500 mm, sâu đến 74 m.

Cầu chính gồm 3 nhịp dầm hộp thép liên tục dài 655 m= 125 m + 405 m + 125 m, có tổng cộng 69 đốt dầm được nối với nhau bằng liên kết hàn. Cáp chủ gồm 02 bó cáp có đường kính Φ= 360 mm dài 763 m, mỗi bó gồm 37 tao cáp và mỗi tao lại gồm 91 sợi thép cường độ cao trùng ứng suất. Cáp treo gồm 114 bó bố trí cách nhau trung bình 9,9m, gồm loại dây treo thông thường Φ= 65 mm và dây treo đặt biệt Φ= 101 mm. Trụ tháp dạng khung hai cột bằng BTCT có chiều cao thân tháp 90m, móng trụ tháp được đặt trên hệ cọc khoan nhồi đường kính Φ= 2500 mm, sâu trung bình 60 m và ngàm sâu vào tầng đá R > 350 daN đến 5 m. Mố neo có móng dạng giếng chìm kích thước 30 x 36 m hạ đến độ sâu -37 m.

2. Các đơn vị tham gia dự án:

– Tư vấn thiết kế: công ty Tư vấn XDGT 533. Đối với thiết kế phần cầu treo dây võng, công ty 533 đã liên danh với Viện thiết kế cầu đường số 2 Trung Quốc CCSHI – là đơn vị thiết kế cầu lớn có nhiều kinh nghiệm.

– Thẩm tra thiết kế kỹ thuật: Cục Giám định & QLCL CTGT thẩm tra phần thiết kế cầu BTCT DƯL và dự toán công trình, Công ty Tư vấn Leonhardt, Andra und Partner (CHLB Đức) thẩm tra phần thiết kế cầu treo dây võng.

– Tư vấn giám sát phần cầu treo dây võng: Tổng Công ty TVTK GTVT (TEDI). Trong quá trình giám sát các hạng mục quan trọng, TEDI phối hợp với các chuyên gia nước ngoài năng lực và kinh nghiệm.

– Tư vấn giám sát phần cầu dẫn: Phân viện KHCN GTVT Miền Trung.

– Thi công hạng mục cầu dẫn: liên danh công ty Công trình giao thông Đà Nẵng và công ty Cơ khí & Xây dựng Thăng Long.

– Thi công hạng mục cầu treo dây võng: công ty Cơ khí xây dựng công trình 623. Trong quá trình thi công, nhà thầu công ty 623 kết hợp với các nhà thầu phụ nước ngoài và chuyên gia hướng dẫn thực hiện một số hạng mục phức tạp.

II. Một số công nghệ mới và quá trình thực hiện:

Trong công trình có nhiều công nghệ mới lần đầu tiên ứng dụng ở Việt Nam. Từ các khó khăn trong quá trình thi công, nhiều bài học đã được rút ra cho các đơn vị của Việt Nam ở tất cả các khâu thiết kế, thi công và quản lý dự án. Các đơn vị tham gia dự án đã có những sáng tạo trong quá trình thi công và đã có bước trưởng thành vượt bậc. Sau đây là một số nét nổi bật:

1. Thi công nhịp cầu dầm thép:

Thi công nhịp cầu dầm thép hàn với nhịp liên tục chiều dài nhịp 655 m là một thành tựu mới của ngành cầu đường Việt Nam (các cầu thép trước đây ở Việt Nam có chiều dài chỉ từ 40 – 100 m sử dụng kết cấu dàn thép như cầu Nguyễn Văn Trỗi, cầu Bến Thuỷ, cầu Chương Dương…). Tất cả các công đoạn thi công (sản xuất và lắp đặt cáp, dầm, lắp đặt hệ thống yên chủ, yên loe…) đều được tính toán, bàn bạc và có giải pháp thi công đặc thù.

– Lắp đặt Yên chủ:

Hình 2. Cẩu lắp yên chủ bằng giá cẩu Bailey

Yên chủ có trọng lượng 20,5 tấn trong đó phần thân yên nặng 12T, tấm đáy nặng 8,5 tấn, được lắp đặt lên đỉnh trụ tháp. Để lắp đặt thân yên có trọng lượng vượt quá mức cẩu cho phép của cẩu tháp, phải dùng giá cẩu Bailey đặt trên đỉnh trụ tháp để cẩu lên và định vị.
Yêu cầu lắp đặt thân yên phải có khoảng dự lệch theo tính toán của thiết kế là 340 mm. Giám sát trên không sẽ căn cứ vào tình hình cụ thể biến vị, khoảng cách thực tế của trụ tháp tại công trường mà cho mệnh lệnh điều chỉnh trong quá trình thi công lao lắp dầm sau này. Thông qua điều chỉnh kích đẩy yên chủ mà điều chỉnh chuyển vị của trụ tháp đảm bảo an toàn. Sau khi hoàn thành công tác lắp đặt yên chủ cần kiểm tra lại các cấu kiện chờ của giá kích đẩy và khóa chốt tạm thời.
– Lắp đặt Yên loe:

Hình 3. Cẩu lắp yên loe

– Lắp đặt sàn công tác phục vụ thi công cáp chủ: gồm các công việc cáp chịu tải, cáp tay vịn, mặt sàn thi công, cáp chống gió, cầu lộ thiên, hệ thông neo và kết cấu điều chỉnh. Lắp đặt cáp chịu tải theo trình tự nhịp giữa trước nhịp biên sau, đối xứng thượng, hạ lưu để tránh làm tổn hại đến trụ tháp. Tiến hành điều chỉnh cáp chịu tải về độ chênh cao để lực căng của các sợi cáp chịu tải cơ bản bằng nhau rồi lắp đặt mặt sàn công tác bằng lưới thép, cáp lan can cầu lộ thiên và các kết cấu điều chỉnh khác.

– Lắp đặt hệ thống kéo dẫn cáp chủ và kéo lắp cáp chủ:

Hệ thống kéo dẫn cáp theo hình thức đơn tuyến bao gồm 2 máy tời 5 T đặt trên hai mố neo, kèm theo một số thiết bị như đường trượt kéo dẫn, ròng rọc dẫn hướng, pa lăng xích, thiết bị kéo căng, các loại cáp phục vụ thi công.

Hình 4. Kéo lắp cáp chủ

Tao cáp đơn nguyên vận chuyển đến địa điểm đặt cáp, sau đó cho vào mâm xoay chuyên dụng, dùng máy tời 1 tấn để triển khai 25 m của tao cáp đơn nguyên đến vị trí hệ thống kéo dẫn máy tời tuần hoàn, đi vào phạm vi công tác hệ thống kéo dẫn, để tiến hành kéo dẫn từ mố neo Tây sang mố neo Đông. Trong quá trình kéo dẫn phải kiểm tra để tránh hiện tượng tao cáp đơn nguyên bị xoắn, rớt ra ngoài. Trong quá trình lắp đặt, cần phải lắp đối xứng tao cáp đơn nguyên, số tao cáp lắp đặt không đối xứng không được vượt quá 2 bó. Sau khi kéo dẫn tao cáp đơn nguyên đến vị trí di chuyển ngang đến vị trí thiết kế, liên kết với cần căng kéo hệ thống neo cáp chủ, lức này chỉ là liên kết tạm để sau này còn tiến hành điều chỉnh.

Hình 5. Bó chặt cáp chủ

Trong quá trình lao lắp cáp chủ, vấn đề quan trọng là tính toán và khống chế thi công lắp đặt tuyến cáp tiêu chuẩn trên cơ sở kiểm tra chuyển vị đỉnh tháp và sự thay đổi nhiệt độ. Việc lắp đặt các tao cáp thông thường được thực hiện sau khi tuyến cáp tiêu chuẩn đã được thi công và quan trắc thỏa mản yêu cầu.

Công tác bó chặt cáp chủ là căn cứ vào thiết kế yêu cầu tao cáp đơn nguyên trong trạng thái rời được xếp thẳng sau khi đã được công nhân chỉnh tròn sơ bộ, dùng máy nén cáp chuyên dụng tiến hành bó chặt. sau khi bó chặt cáp chủ, đường kính ngoài kẹp cáp là Φ344 mm.

– Lắp đặt kẹp cáp và cáp treo:

Vị trí lắp đặt kẹp cáp cần phải do giám sát trên không căn cứ vào tình hình thực tế để điều chỉnh giá trị thiết kế. Dùng cẩu tháp và cáp chịu tải kéo dẫn hướng cáp chủ trên sàn công tác để vận chuyển treo, lắp đặt kẹp cáp. Lắp đặt đúng số hiệu và vị trí thiết kế của kẹp cáp, lắp đối xứng. Sau khi định vị kẹp cáp dùng tay siết chặt ê-cu tiếp tục dùng cờ lê siết chặt bu lông cường độ cao, sau đó dùng máy kích thủy lực tiến hành siết chặt bu lông cường độ cao, lực siết chặt phù hợp với yêu cầu của thiết kế. Lực xiết chặt kẹp cáp của cầu Thuận Phước căn cứ vào số hiệu không giống nhau mà phân thành 2 loại 320 kN và 880 kN.

Hình 6. Lắp kẹp cáp
Siết chặt kẹp cáp thường phân thành 3 lần là khi lắp đặt kẹp cáp, sau khi lắp đặt dầm hộp thép, tiến hành siết chặt lần cuối là sau khi hoàn thành toàn bộ tải trọng mặt cầu thiết kế.

Sau khi siết chặt kẹp cáp lần đầu thì vào giai đoạn lắp đặt cáp treo, cáp treo dùng xà lan vận chuyển, dùng phương pháp máy tời cẩu thẳng để tiến hành lắp đặt, vừa tiện lợi vừa nhanh chóng rút ngắn được tiến độ, trong quá trình lắp đặt cần chú ý bảo vệ lớp bảo vệ PE của cáp treo.
– Sản xuất, lao lắp dầm:

Các đốt dầm hộp thép (nặng 60 – 90T) được sản xuất tại công xưởng, tập kết tại bãi chứa dầm. Ở giai đoạn lao lắp, dầm được cẩu đưa lên xà lan vận chuyển đến vị trí xe treo dầm, xe treo dầm cẩu dầm lên và treo vào cáp treo (dùng 4 xe treo dầm 120T chạy trên tuyến cáp chủ). xác định chính xác trình tự lắp dầm dựa trên số liệu đo đạt chuyển vị đỉnh trụ tháp đã đảm bảo tiến độ và chất lượng thi công…

Hình 7. Lao lắp dầm hộp thép

Để lắp các đốt dầm không có dây treo tại vị trí 2 mố neo, phải xây dựng hệ sàn lao dầm bằng khung Bailey và thép hình. Đối với hệ sàn lao dầm mố neo phía đông, phải đảm bảo ổn định khi hệ đặt trên thân trụ tạm bằng khung Bailey cao ~40 m nằm trong khu vực luồng tàu. Các sàn lao lắp dầm đều được kiểm tra thử tải đảm bảo an toàn mới được sử dụng. Để lắp các đốt dầm không có dây treo tại vị trí trụ tháp, phải dùng cáp treo tạm thời để giữ dầm. Cáp treo tạm thời được tháo dỡ sau khi đã hàn liên kết các đốt dầm. Đây là các hạng mục được bổ sung do công ty tư vấn XDCT 533 đã không lường hết khi lập thiết kế.

 Hình 8. Lao lắp dầm tại mố neo

2. Thi công cọc khoan nhồi đường kính Φ2,5 m:

Ở thời điểm thi công công trình, các nhà thầu ở Việt Nam chưa từng thi công khoan cọc nhồi đường kính Φ= 2,5 m. Tiêu chuẩn thiết kế, thi công cọc khoan nhồi và hệ thống đơn giá định mức của Việt Nam đến nay cũng chỉ có cọc đường kính 0,6 m – 2 m. Đã có rất nhiều khó khăn phát sinh từ việc xác định công nghệ thi công cho đến việc triển khai thi công tại hiện trường:

– Bước TKKT chưa đánh giá được hết những khó khăn trong thi công (khoan cọc nhồi qua tầng cát chảy, khoan ngàm vào tầng đá gốc có cường độ lớn hơn gấp nhiều lần dự kiến);

– Việc lựa chọn thiết bị khoan và công nghệ khoan cũng là một vấn đề nan giải. Đã có nhiều cuộc họp giữa các chuyên gia đầu ngành thống nhất công nghệ thi công. Tuy nhiên các thiết bị thi công khoan cọc theo công nghệ được duyệt như khoan GPS25, QJ2500, Liebherrld22 đã không thể khoan được hoàn chỉnh một cọc nào trong suốt thời gian dài. do vậy suốt gần 1 năm, nhà thầu gần như không thi công được 1 cọc nào.

UBND thành phố đã mời các chuyên gia đầu ngành trợ giúp về mặt kỹ thuật (tiến sỹ Nguyễn Ngọc Long, chuyên gia cọc khoan nhồi Vũ Bá Cường, chuyên gia Chu Ngọc Sủng…), hỗ trợ nhà thầu mua thiết bị khoan tiên tiến của Hàn Quốc (khoan ANY) và mời các chuyên gia Hàn Quốc hướng dẫn thi công và chuyển giao công nghệ, đồng thời cho phép điều chỉnh chiều dài ống vách cho đến hết tầng cát chảy… Nhờ vậy mà các khó khăn của nhà thầu đã được tháo gỡ, nhà thầu đã thi công hoàn thành hệ cọc khoan nhồi vào tháng 9/2005. Việc đưa ống vách thép xuyên qua tầng cát phủ dày 30 – 40 m để chống sạt lở thành vách lỗ khoan cũng rất khó khăn do ma sát lớn, một số trường hợp đã được khắc phục bằng giải pháp ống vách lồng nhằm hạn chế ma sát thành bên trong quá trình hạ ống vách.

Hình 9. Giàn khoan Any Hàn Quốc

3. Thi công giếng chìm mố neo:

Mố neo được đặt trên móng giếng chìm gồm hai phần: Mố neo có phần trên là hình hộp rỗng bằng BTCT, kích thước (34,5 x 31 x 31,7) m và giếng chìm hình hộp rỗng bằng vỏ thép và BTCT, kích thước (36 x 30 x 30) m.

Móng giếng chìm đã từng được thi công ở cầu Thăng Long… nhưng kích thước nhỏ hơn nhiều so móng giếng chìm cầu Thuận Phước (30 m x 36 m, hạ sâu vào lòng đất 37 m). Thi công xói hạ giếng chìm kích thước lớn qua các tầng địa chất khác nhau là công đoạn khó khăn phức tạp; việc lún hạ phải được theo dõi quan trắc, điều chỉnh thường xuyên để đảm bảo giếng chìm không bị lệch cục bộ, không bị xoay lệch toạ độ so với thiết kế. Việc thi công thực sự gặp khó khăn khi hạ giếng qua tầng phiến sét dày và cứng ở độ sâu trung bình từ -30 m đến -35 m. Nhiều giải pháp đã được thực hiện nhưng không thành công, cuối cùng các đơn vị tham gia dự án đã thống nhất phương án sử dụng thợ lặn dùng vòi xói áp lực cao để đục phá tầng sét, đặt biệt là phá được lớp sét dưới chân của ô giếng. Đội ngũ thợ lặn hơn 30 người làm việc ngày đêm để chuyển từng mảng sét lên bờ, tốc độ hạ giếng đạt 1-2 cm/ngày. Từ lúc chọn được phương án đến lúc hạ xong giếng ở tầng sét cứng kéo dài gần 1 năm trời (công tác hạ giếng chìm kéo dài gần 2 năm, hoàn thành ngày 30/6/2007).

Hình 10. Kích thước chung hai mố neo

Khối lượng bê tông bịt đáy cho 1 giếng là 3630 m3, được thiết kế đổ bê tông một lần cũng là một bài toán nan giải trong việc huy động khối lượng vật tư lớn, huy động toàn bộ các trạm sản xuất bê tông và xe vận chuyển bê tông, xe bơm bê tông ở Đà Nẵng, chuẩn bị mặt bằng thi công v.v… Khó khăn này được giải quyết bằng sáng kiến chia khối bê tông bịt đáy từ khối lớn 3630 m3 thành 8 khối nhỏ. Đơn vị thi công đã sử dụng đội ngũ thợ lặn hoạt động ở độ sâu -37 m để lắp đặt vách ngăn và phía chủ đầu tư cũng đã thuê một thợ lặn khác kiểm tra kết quả.

Kết cấu bê tông khối neo thuộc kết cấu bêtông khối lớn do đó phải có biện pháp giảm thiểu tỏa nhiệt do quá trình thủy hóa ximăng như: sử dụng ximăng có nhiệt lượng thấp, bố trí ống làm lạnh tại mỗi lớp đổ bê tông để khống chế nhiệt độ của bê tông (sử dụng nitơ lỏng để làm lạnh).

III. Những thành công của dự án:

– Từ những năm 2002 – 2003, việc xây dựng một công trình có quy mô lớn và công nghệ mới, phức tạp như cầu Thuận Phước dường như là một công việc quá sức đối với một địa phương, là một công việc quá khó khăn đối với các nhà thầu, nhà tư vấn. Để có thể hoàn thành công trình, ngoài sự quyết tâm của các cấp lãnh đạo, của các đơn vị tham gia dự án, quá trình quản lý điều hành dự án đã được lãnh đạo HĐND, UBND thành phố và Sở GTVT thường xuyên chỉ đạo sát sao, giải quyết kịp thời các vướng mắc thông qua các cuộc họp giao ban hàng tuần trên công trường; các vướng mắc về kỹ thuật và kinh tế đã được sự hỗ trợ của Bộ GTVT, Bộ Xây dựng và các chuyên gia đầu ngành giải quyết phù hợp.

– Với sự mạnh dạn ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ mới trong lĩnh vực xây dựng cầu đường, sự tranh thủ tối đa sự hỗ trợ của các Bộ ngành, các chuyên gia hàng đầu trong suốt quá trình triển khai xây dựng công trình cầu Thuận Phước, thành phố đã có thêm một cây cầu hiện đại, độc đáo. Dự án hoàn thành đã góp phần nâng cao năng lực của nhà thầu, tư vấn thiết kế, tư vấn giám sát và đơn vị điều hành dự án. Sau cầu Thuận Phước, Sở GTVT Đà Nẵng và các Ban QLDA của thành phố Đà Nẵng đã đảm nhiệm tốt công tác quản lý, điều hành các dự án lớn tại thời điểm hiện nay như cầu Trần Thị Lý, cầu Rồng…

– Công trình Cầu Thuận Phước đã sử dụng, khai thác hiệu quả các điều kiện trong nước, đã góp phần tiết kiệm kinh phí đầu tư xây dựng của dự án. Tổng kinh phí xây lắp cầu sau khi điều chỉnh là 815 tỷ đồng (suất đầu tư phần cầu khoảng 23 triệu đồng/m2), thấp hơn nhiều so với một số công trình cầu trong nước có quy mô gần tương tự (suất đầu tư cho cầu Bãi Cháy và cầu Cần Thơ khoảng hơn 45 triệu đồng/m2, cầu Phú Mỹ hơn 34 triệu đồng/m2).

Nguồn: SGTVT-Đà Nẵng