Cầu Móng Sến - Dấu ấn thiết kế của kỹ sư Việt

LCĐT - Trở về sau cuộc họp báo cáo phương án thiết kế một cây cầu trên tuyến cao tốc Bắc - Nam, kỹ sư Nguyễn Thanh Hà, Phó Giám đốc Công ty Cổ phần Tư vấn thiết kế Cầu lớn - Hầm (BRITEC) tiếp chúng tôi trong buổi chiều muộn đúng đợt gió mùa đầu tiên của mùa đông năm nay tràn về. Cái se lạnh đầu đông Hà Nội với màn sương bảng lảng làm anh chợt nhớ đến những ngày cùng đồng nghiệp thực địa ở Sa Pa đo đạc địa hình, địa chất và lên phương án thiết kế cầu Móng Sến.

Cân não tìm giải pháp tối ưu

Bẵng một thời gian giãn cách do ảnh hưởng của dịch Covid-19, ấy thế mà đã 2 năm trôi qua, cây cầu cũng đã hoàn thành. Anh Hà bảo khi thiết kế bản thân chỉ tính toán đây là một cây cầu lớn chứ không nghĩ khi hình thành, kiến trúc của nó lại hợp với cảnh quan đến vậy. Bản thân anh từ ngày hoàn thành cây cầu cũng chưa có dịp lên thăm, nhưng xem qua báo và mạng xã hội thấy mọi người chia sẻ và yêu thích nó. Điều này đối với đội ngũ cán bộ, kỹ sư khai sinh ra cây cầu quả là vô cùng tuyệt vời.

Công ty Cổ phần Tư vấn thiết kế Cầu lớn - Hầm được biết đến với nhiều công trình mang tầm quốc gia như thiết kế cầu Vĩnh Tuy, cầu Hàm Luông, cầu Cửa Đại, cầu Pá Uôn. Hiện nay, công ty đã làm chủ được công nghệ thiết kế cầu treo dây văng, cầu vòm ống thép nhồi bê tông thông qua việc áp dụng thành công trong thiết kế cầu treo dây văng Rạch Miễu, cầu vòm ống thép nhồi bê tông - cầu Trới (Quảng Ninh), cầu Rồng (Đà Nẵng).

Tại Lào Cai, trước khi thiết kế cầu Móng Sến, công ty đã thiết kế cầu Phố Mới, cầu Làng Giàng, cầu Ngòi Đum... Với dự án cầu Móng Sến, anh Hà cho đó là cái duyên bởi ban đầu công ty không được lựa chọn để tư vấn thiết kế dự án này. Mọi chuyện chỉ là tình cờ trong chuyến công tác tại Lào Cai, anh đến thăm những người bạn trong ngành giao thông và được một lãnh đạo Sở Giao thông vận tải - Xây dựng nhờ xem qua bản thiết kế cây cầu này.

Đọc bản thiết kế cơ sở đã được phê duyệt, với kinh nghiệm nhiều năm, kỹ sư Hà và đồng nghiệp nhận ra có nhiều điểm chưa phải là phương án tối ưu. Đó là chênh cao giữa điểm đầu cầu và cuối cầu lớn, dốc dọc lên cầu quá 8%, chiều dài đoạn dốc gần 850 m (vượt quy định trong tiêu chuẩn thiết kế đường), nhịp chính đúc hẫng cân bằng nằm trong bán kính có siêu cao dẫn đến tiềm ẩn nhiều khó khăn, rủi ro do không kiểm soát được trong quá trình thiết kế thi công và khó kiểm soát chất lượng, nhất là cầu có trụ chính cao hơn 70 m. Cầu nằm trong phạm vi 3 đường cong ngược chiều sẽ tiềm ẩn nhiều rủi ro mất an toàn giao thông, phải hạn chế tốc độ hoặc nếu mở rộng mặt cầu thì lại tăng kinh phí trong khi thiết kế cơ sở đã duyệt khó thay đổi quy mô bề rộng mặt cầu.

Ngoài ra còn có những khó khăn trong quá trình thi công như cầu cao, địa hình dốc lớn, mặt bằng công trường không thuận nên đòi hỏi trình độ thi công cao, phải những đơn vị có trình độ, thâm niên đã trải qua các công trình tương tự mới có thể thi công an toàn. Chênh cao giữa hai đốt đúc cân bằng hơn 8 m, trụ cao hơn 70 m, do đó sẽ rất phức tạp khi thi công cân bằng, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn lao động, khả năng làm việc của kết cấu. Bên cạnh đó, số lượng mố trụ nhiều, chiều cao trụ lớn, chiều dài nhịp chính nhỏ, không kinh tế. Nhiều mố trụ nằm trên sườn núi có độ dốc lớn dễ bị sụt trượt nên thi công khó khăn.

Công trình để đời

Với những hạn chế trên, đơn vị tư vấn đã khảo sát hiện trường, nghiên cứu các kiến tạo địa chất và đưa ra các giải pháp khắc phục. Phần đường dẫn đầu cầu phía Lào Cai dịch chuyển khoảng 60 m về phía phải tuyến so với thiết kế cơ sở được duyệt. Bố trí đường cong bằng đầu tuyến R=120 m và đường cong bằng cuối tuyến R=400 m để giảm khối lượng đào sâu, đắp cao và tăng cường ổn định mái dốc của tuyến đường hai đầu cầu. Đồng thời, điều chỉnh tim cầu cơ bản nằm trên đường để việc thi công thuận tiện, dễ kiểm soát chất lượng và tăng độ ổn định cầu. Kỹ sư Nguyễn Thanh Hà cho biết: Do cầu Móng Sến nằm tại khu vực sụt trượt nên những điều chỉnh này đặc biệt ý nghĩa, giúp công trình tránh xa trung tâm vùng trượt.

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm thiết kế đã xem xét 3 phương án dầm hộp liên tục bê tông cốt thép dự ứng lực đúc hẫng cân bằng và lựa chọn phương án sơ đồ nhịp 45m+(84+3x132+84,9m), chiều dài cầu là 612,22 m. Phương án này có sơ đồ nhịp dầm tỷ lệ hài hòa, có tính kinh tế - kỹ thuật cao nhất, số lượng mố trụ ít nhất. Các trụ khung có chiều cao không chênh nhau lớn nên phân bố nội lực giữa các trụ tương đối hài hòa. Việc kiểm soát an toàn chịu lực, biến dạng và ổn định khi thi công và khai thác dễ dàng hơn các phương án khác. Đồng thời, hạn chế tối thiểu được bất lợi về chịu lực và biến dạng của cầu khi nằm trên đường cong. Số lượng trụ thi công trên sườn dốc ít nên việc thi công an toàn và thuận tiện hơn. Thi công không phụ thuộc vào thi công đường đầu cầu… 

Với sơ đồ nhịp dẫn 45m+(84+3x132+84,9m) và nhịp đúc hẫng cân bằng có chiều cao trụ lớn (79,5 m) đã đặt ra vấn đề cần giải quyết như ảnh hưởng của từ biến, co ngót, sự thay đổi nhiệt độ đến kết cấu dầm liên tục và các trụ cầu, yêu cầu thuận tiện cho quá trình khai thác duy tu, bảo dưỡng, đảm bảo tuổi thọ của các kết cấu cấu thành công trình. Trên cơ sở đó, nhóm thiết kế đã đưa ra các mô hình kết cấu, giải pháp kỹ thuật và vật liệu sử dụng, tính toán, so sánh, lựa chọn phương án phù hợp nhất, tối ưu nhất để áp dụng vào thực tế cầu Móng Sến.

Kết cấu thân trụ cũng là một điểm nhấn. Trên cơ sở nghiên cứu các dạng trụ có thể áp dụng cho cầu Móng Sến như trụ hai thân, trụ thân đặc, trụ thân rỗng, nhóm thiết kế đã chọn dạng trụ hai thân cho các trụ có chiều cao thân trụ lớn và trụ thân rỗng cho các trụ cho chiều cao thân trụ thấp để phù hợp với kết cấu dầm hộp khung. Với khổ cầu 14,5 m, nhằm tiết kiệm vật liệu, đơn giản hóa trong quá trình thi công, nhóm thiết kế đã đề xuất sử dụng mặt cắt ngang hộp hai vách kết hợp cáp dự ứng lực ngang mặt cầu. Kết hợp các giải pháp trên thì giải pháp sử dụng cáp dự ứng lực ngoài cho công trình cầu Móng Sến là cần thiết và hiệu quả nhằm giảm trọng lượng bản thân của kết cấu, cải thiện cường độ, dễ thay thế trong quá trình sử dụng.

Các phương án được trình bày dựa trên khảo sát thực địa và tính toán kỹ lưỡng tính kinh tế - kỹ thuật nên được UBND tỉnh đánh giá cao, thuyết phục được những chuyên gia khó tính nhất. Cây cầu Móng Sến cứ như thế vươn mình sừng sững như kỳ quan bên cạnh ruộng bậc thang kỳ vỹ Sa Pa.

Kỹ sư Hà chia sẻ: Bây giờ nói lại thì nhanh thôi nhưng khi ấy để chốt được một phương án, cán bộ, kỹ sư đã phải cân não tính toán. Thời điểm phương án thiết kế được phê duyệt, nhiều người lo lắng về một công trình khó khăn, phức tạp trong thi công như vậy liệu có kịp hoàn thành khi đường nối cao tốc đi Sa Pa thông xe? Bản thân anh đã đánh cược với đồng nghiệp rằng chắc chắn cầu sẽ hoàn thành trước khi thông đường và kết quả chính là minh chứng cho những gì anh nói.

Công trình cầu Móng Sến đã lập nên một kỷ lục mới ở Việt Nam về khẩu độ nhịp dầm hộp đúc hẫng sử dụng cáp dự ứng lực ngoài kết hợp trụ cao, từ đó khẳng định một lần nữa năng lực làm chủ về mặt thiết kế và công nghệ của đơn vị tư vấn trong nước. Công nghệ cáp dự ứng lực ngoài cho các kết cấu nhịp lớn và chiều cao trụ lớn của cầu Móng Sến được nhóm tư vấn đề nghị áp dụng cho các công trình sau này.

Chia tay chúng tôi, kỹ sư Nguyễn Thanh Hà bảo điều ưng ý nhất khi thiết kế cây cầu này không phải là làm một công trình hoành tráng mà là đã đưa ra giải pháp hợp lý cho sơ đồ cầu, góp phần hạ chi phí và giảm thời gian xây dựng, đảm bảo kiểm soát chất lượng công trình, đó cũng là cái tâm của những người làm công tác tư vấn.