Cầu Bãi Cháy - một số vấn đề về khoa học - công nghệ

1. Giới thiệu chung về cầu chính.

Dự án cầu Bãi Cháy bao gồm: đoạn đường phía Bãi Cháy, trên đó có 4 cầu dẫn gói thầu BC1, cầu chính dây văng và cầu dẫn số 5 gói thầu BC2 và đoạn đường phía Hòn Gai, trên đó có 3 cầu dẫn gói thầu BC3. Trong tổng số có 9 cầu thuộc dự án chỉ có 1 cầu chính là cầu dây văng và trong bài này tác giả chỉ dành cho việc giới thiệu cầu chính. Trong phần tiếp theo xin giới thiệu cầu Bãi Cháy là nói về cầu chính kiểu dây văng.

Cầu bãi Cháy được Viện Cầu và kết cấu Nhật Bản JBSI chủ trì thiết kế dưới sự lãnh đạo của tiến sĩ Komiya Masashisa và sau đó JBSI chủ trì giám sát thi công với giám đốc dự án là ông Haruo Yanagawa.

Nhà thầu Nhật Bản thi công là Liên doanh Shimizu – Sumitomo Mitsui, với phần giếng chìm hơi ép do nhà thuầ phụ Nhật Bản Shiraishi thực hiện.

Cầu bãi Cháy là chiếc cầu dây văng bê tông thứ tư được xây dựng ở nước ta, sau các cầu Mỹ Thuận, Lê Hồng Phong và Kiền; nó có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của nước ta. Đối với thế giới thì cầu Bãi Cháy hiện nay giữ kỷ lục về chiều dài nhịp giữa trong số các cầu dây văng bê tông dự ứng lực một mặt phẳng dây. Bảng 1 dưới đây là danh sách của 5 cầu dây bằng bê tông một mặt phẳng có nhịp giữa lớn nhất.

Bảng 1. Xếp hạng 5 cầu dây văng bê tông dự ứng lực một mặt phẳng dây.

Thứ tự	Tên cầu	Chiều dài nhịp giữa m	Tổng chiều dài m	Năm hoàn thành
1	Bãi Cháy Vietnam	435	903	2006
2	Elorn Pháp	400	800	1994
3	Sunshine Skyway Mỹ	366	1219	1987
4	Brotone Pháp	320	607	1977
5	Puenete Coatzcoaltos Mexico	288	698	1984

Hình 1  Sơ đồ cầu chính cầu Bãi Cháy

Cầu được thiết kế theo những điều kiện dưới đây:

Bảng 2. Các điều kiện thiết kế cầu Bãi Cháy

Chiều dài	903,00m	chiều dài dầm chủ	902,50m
Cấp đường	Đường đô thị cấp II v= 80km/giờ
Kiểu cầu	Cầu dây văng bê tông dự ứng lực 6 nhịp liên tục 1 mặt phẳng dây
Phân bố	36+86 +129,5 + 435 + 129,5 + 87 = 903m
Khổ rộng cầu	25,3m 4 làn xe cơ giới	Khả năng lưu thông	65000 đv xe/ngày
Trắc ngang	Dốc 2%	Trắc dọc	Dốc tối đa 4%
Bình diện	Cầu trên đường thẳng	Hoạt tải Đoàn xe H30XB80	Tải trọng –A theo JSHB có chỉnh lý
Vật liệu	Bê tông -     Dầm chủ 45 Mpa -          Tháp & Khối đỉnh trụ  55 – -          Thân trụ                     35 – -          Giếng chìm & các bộ phận khác 24 – Thép Dưl : SWPR 7B 12T 12,7 SBPR930/1180?32 Dây văng: SWPR 7B 37H15,7 – 75H15,7
Móng cầu	Giếng chìm hơi ép: P4, P2,P3 Cọc Shin – So: A1, P1, P5, P6
T.chuẩn T. kế	JSHB – 1996 là chính

Khối lượng thi công cầu chính gồm: 47034m³ bê tông các loại trong đó khối lượng ba giếng chìm hơi ép là 15144m³, hơn 2810tấn cốt thép thường các loại, hơn 262 tấn thép dự ứng lực các loại và hơn 1024 tấn cáp dây văng. Tổng gía trị hợp đồng xây dựng 1100tỷ đồng VN. Thời gian thi công cầu chính là 40 tháng từ tháng 7/2003 đến tháng 11/2006 và đúng thời hạn quy định nói trên ngày 2/12/2006 đã khánh thành thông xe toàn bộ dự án cầu Bãi Cháy.

2. Một số vấn đề về khoa học và công nghệ trong cầu Bãi Cháy đáng được quan tâm.

Về quy mô thì cầu Bãi Cháy không lớn hơn một vài cầu hiện đại khác đang được thực hiện hoặc đã thi công xong ở nước ta nhưng do vị trí đặt cầu là một vùng đệm của khu di sản thiên nhiên thế giới nên các tác giả thiết kế đã nhấn mạnh vào việc tạo ra một kết cấu đẹp thanh mảnh và hiện đại. Điều này là nguyên nhân tạo cho cầu có cơ hội áp dụng những vấn đề khoa học và công nghệ đáng chú ý.

2.1 Tại sao cầu Bãi Cháy được thiết kế một mặt phẳng dây.

Trong kết cấu một mặt phẳng dây, toàn bộ dây văng được bố trí trên cùng một mặt phẳng đứng. Bố trí dây văng một mặt phẳng thường được sử dụng với cầu có đường hai chiều riêng rẽ, cáp dây văng đi qua giải phân cách giữa và được neo dưới bản mặt cầu. Cách bố trí này không chỉ hiệu quả về kinh tế mà còn có tính thẩm mỹ cao.

Vì hệ thống dây văng nằm trên mặt phẳng ở giải phân cách giữa, những người đi trên cầu có thể nhìn về hai phía mép cầu, xem phong cảnh tự nhiên mà không bị cản trở tầm mắt như trong cầu có hai mặt phẳng dây. Khi đi từ Bãi Cháy sang Hòn Gai khách có thể xem cảnh Vịnh Hạ Long một cách hoàn hảo, đi ngược lại khác có thể quan sát cảnh Vịnh Cửa Lục và cảng Cái Lân.

Thông thường cần dành rất ít chiều rộng mặt cầu để lắp cáp dây văng. Tuy nhiên, đối với những giải phân cách có chiều rộng hẹp, lại cần thêm chiều rộng mặt cầu để đủ diện tích cho tháp cầu.

Trong trường hợp cầu dây văng một mặt phẳng dây mà lại sử dụng kiểu tháp một cột thì các tháp này được đặt trong giải phân cách giữa như ở cầu Bãi Cháy.

Một điểm bất lợi có thể có của hệ thống dây văng một mặt phẳng dây là lực cáp tập trung khá lớn được truyền xuống dầm chủ tại những điểm neo ở giữa mặt cầu, do đó đòi hỏi phải thiết kế rất cẩn thận và vững chắc vùng liên kết neo để lực dây văng được chuyển êm thuận vào kết cấu dầm hộp.

Thông thường phải thiết kế cốt thép và các cấu kiện gia tăng độ cứng cho bản mặt cầu, các bản sườn và bản đáy phân bổ tải trọng tập trung một cách đồng đều qua mặt cắt ngang của dầm. Ở cầu Bãi Cháy tại mặt cắt neo dây văng, người ta bố trí 2 thanh giằng chéo bằng ống thép theo phương ngang cầu để chuyền lực nói trên.   

Trong cầu dây văng một mặt phẳng dây, các cáp chỉ chịu tải trọng đứng mà không chịu được mômen hướng ngang cầu gây ra do tải trọng làn xe không đối xứng và/hoặc tải trọng gió, do đó dầm phải thiết kế dạng hộp có độ cứng chống xoắn lớn, đủ để truyền các mômen xoắn này vào trụ cầu.

Các yêu cầu về độ cứng bổ sung cho kết cấu phần trên có thể làm tăng chi phí nhưng những chi phí này có thể được cấn đối bởi những lợi thế của việc sản xuất, lắp dựng đơn giản và tính thẩm mỹ cao hơn. Trong kết quả nghiên cứu đối với cầu Bãi Cháy phương án một mặt phẳng dây cũng là một phương án kinh phí thấp nhất so với những phương án hai mặt phẳng dây được so sánh.

2.2. Tháp một cột hay tháp hình chữ Y ngược.

Để tạo ra các bệ neo đầu trên của các dây văng, tháp cầu một mặt phẳng dây có thể áp dụng một trong hai kiểu: Kiểu một cột, theo đó cột tháp chiếm vị trí giải ngăn cách và kiểu chữa Y ngược. Cầu Bãi Cháy đã áp dụng kiểu 1 cột vì lý do có kết quả so sánh sau đây:

- Tháp chữ Y ngược có hai ưu điểm là: Có thể làm giải ngân cách giữa hẹp nhất và có tính ổn định hướng ngang cầu tốt hơn kiểu tháp một cột.

- Tháp một cột có những ưu điểm:Dễ thi công. Dễ bố trí các  đầu neo dây văng, các dây chống sét, đèn báo hiệu hàng không và thang máy duy tu. Rẻ hơn tháp chữa Y ngược 250 triệu Yên tương đương 33tỷ đồng.

2.3. Tháp một cột chịu lực gió theo phương ngang cầu như thế nào?

Kích thước thép theo phương ngang cầu là 3m, trong khi chiều cao tháp là 90m vì thế tháp là kết cấu khá thanh mảnh theo phương ngang, khi chịu lực thẳng đứng bao gồm trọng lượng bản thân và các thành phần thẳng đứng của các nội lực dây văng, lực ngang tác dụng lên tháp là lực gió với tốc độ thiết kế là 50m/giây 180km/giờ, quy ra áp lực gió tại cao độ mặt cầu theo công thức:

W = 0.5. ρ. U_d².Cd.G Kg/m²    1

Trong đó: 

ρ là khối lượng 1m³ không khí.

U_d là tốc độ thiết kế cơ bản của gió theo mặt đứng, tại cao độ mặt cầu là 50m/sec.

Cd là hệ số kéo trượt, đối với tháp là 1,8.

G là hệ số đáp ứng của gió giật, ở Bãi Cháy lấy bằng 1,65; khi đó áp lực gió bằng khoảng 443Kg/m² ở cao độ mặt cầu.

Dưới tác dụng của các lực đứng và ngang này, cột tháp bị uốn cong và đỉnh tháp, ở độ cao90m trên mặt cầu có chuyển vị ngang khoảng trên 2m. Mặt cắt chân tháp chịu mômen uốn 38034 Tm với lực dọc trục 20640 T, mặt cắt chân trụ chịu mômen 87880 Tm với lực dọc trục 24181T, lực ngang 4840T.      

Với cấu tạo mặt cắt đáy tháp, qua kết quả tính toán, nhưng nội lực nói trên đều thoả mãn điều kiện chịu lực an toàn của kết cấu và nền móng chịu ứng suất lớn nhất là 144T/m² < [ 195,7] T/m² cường độ thử tải trực tiếp.      

Như trên đã nói, tháp là một kết cấu có biến dạng lớn nên sự ổn định đã được phân tích bằng mô hình ba chiều phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu.         

Khi xét đến tính phi tuyến hình học, trạng thái cân bằng được tính toán dựa theo toạ độ sau khi kết cấu biến dạng.

Không xét phi tuyến hình học:M tuyến tính   = H*L

Có xét phi tuyến hình học:M phi tuyến    = H* L - ∆y + P* ∆x    

Khi xét tới phi tuyến vật liệu đã sử dụng các mô hình để xem xét, kết quả cho thấy các số liệu như đã nói ở trên với các mô hình, sơ đồ minh hoạ cầu sau khi biến dạng, biểu đồ chuyển vị đỉnh tháp và biểu đồ mômen uốn thân tháp và thân trụ.       

Phân tích phi tuyến nói trên đã được thực hiện bằng phần mềm ABAQUS sau đó tính soát lại bằng hương trình phân tích theo mô hình thử vật liệu, kết quả tính toán sai nhau không đáng kể.         

Mặc dù trong nhiều tài liệu thiết kế cầu Bãi Cháy người ta đã gọi hiện tượng trên là ổn định khí động hướng ngang của tháp cầu, nhưng bản chất cơ học của nó là sự phản ứng tĩnh lực học của kết cấu tháp trước gió bão, khác với sự phản ứng động lực học của cả cầu dưới tác dụng của gió như trình bày ở trong mục sau.

2.4. Về sự phản ứng động học của cả cầu trước tác động của gió bão.

Là một cây cầu dây văng nhịp lớn kết cấu thanh mảnh thế nào và có nguy hiểm không? Dưới đây xin tóm tắt một số nét chính của lý luận về gió và dao động khí đàn hồi của kết cấu dưới tác động của gió, trước khi nói về khả năng chịu đựng gió của cầu Bãi Cháy. 

Gió bão có 6 đặc trưng sau đây:

1. Tốc độ trung bình: Lấy trong 10’U = 50m/sec cho cầu Bãi Cháy

2. Tốc độ gió cực đại Umax

3. Thừa số gió giật G = Umax/U

G = 1 gió êm thuận

G = 1,2 ~ 1,5 gió tự nhiên

G = > 2 bão = 1,65 cho cầu Bãi Cháy

4. Cường độ gió quẩn: Ix = 100SQRT U² / U 5 12%, u là thành phần dao động của tốc độ gió

5. Quy mô gió quẩn : Lx  = 50 ~ 200m

6. Cấu trúc gió tự nhiên: lx/lz, Lx/Lz = Gió mùa: 1,5: l:4:1

Bão:  1,6:1  ; 5 :1

Hằng số mũ α  trong Uz/Uo = Z/Zo^α bãi cỏ bờ biển  1/10~1/7, vùng nông thôn 1/6~1/4; đô thị, rừng 1/4~ 1/2.

       

Khi gió thổi gặp kết cấu xây dựng, nó gây cho kết cấu hiện tượng rung động gọi là dao động khí đàn hồi. Có bốn loại dao động khí đàn hồi của kết cấu:

1. Dao động do gió xoáy kích động

Xảy ra với kết cấu có mặt cắt ngang hình dáng không thoát khí, đặc trưng là các dạng hình tròn, vuông khi tần số xoáy Karman trùng với tần số riêng của kết cấu minh hoạ các xoáy Karman trong luồng gió, sinh ra ở phía sau vật cản gió. Tốc độ gió lâm giới khi kết cấu mất ổn định :

 U_cr  = ƒ_o. d/S_t         ƒ_o là tần số riêng của kết cấu;   S_t là số Strouhal.

2. Dao động tự kích

Phương trình dao động có dạng:

m.y’’c – F_osin β/w.y_o y’ + k - F_ocos β/w.y_o y  = 0.

Trong đó:

m : khối lượng

c : Hằng số giảm chấn, k: Hằng số đàn hồi,

F_o, w : Biên độ và tần số thay đổi của lực khí đàn hồi,

β: Pha trễ của lực khí đàn hồi so với chuyển vị.

Dao động tự kích có thể xảy ra theo ba dạng, tuỳ theo hình dáng mặt cắt ngang của kết cấu:

- Lalloping: Là dao động tịnh tiến ở kết cấu có mặt cắt hình vuông hoặc chữ D.

- Flutter chòng chành: Là dao động xoắn ở kết cấu mặt cắt chữ nhật hoặc chữ H hẹp.

- Flutter cổ điển: Là dao động tịnh tiến + xoắn ở kết cấu bản phẳng

3. Rung lắc: Là dao động ngẫu nhiên của kết cấu gây bởi các lực ngẫu nhiên sinh ra bởi luồng gío quẩn.

4. Dao động giao thoa khí động: Là hiện tượng kết cấu đứng phía trước ảnh hưởng đến phản ứng khí đàn hồi của kết cấu đứng phía sau gần nó, trên cùng luồng gió. Như đã nói ở trên về đặc điểm của 4 loại dao động khí đàn hồi của kết cấu, đối với cầu Bãi Cháy, loại thứ hai là có khả năng xẩy ra và cần xem xét để đánh giá sự an toàn của cầu. Một số cuộc thí nghiệm hầm gió đã được tiến hành nhằm đánh giá sự an toàn của cầu, trong đó thí nghiệm với mô hình cả cầu là quan trọng nhất. Những thành phần chủ yếu cho cuộc thí nghiệm này như sau:

a. Mô hình thí nghiệm:

Mô hình được chế tạo với tỷ lệ kích thước mô hình/kích thước cầu Lm/Lc = 1/n = 1/150 và tỷ lệ các yếu tố khác phải tuân theo luật tương tự bao gồm 5 tham số sau đây:

- Tham số độ nhớt, số Reynold là tỷ số lực quán tính với lực nhớt chất lỏng k. khí

- Tham số lực hấp dẫn, số Froud bằng căn bậc hai cuả lực quán tính chất lỏng k.khí với lực hấp dẫn.

- Tỷ lệ tốc độ gió là tỷ lệ tốc độ gió trên mô hình với tốc độ gió trên cầu bằng căn bậc hai của tỷ lệ kích thước.

- Tham số đàn hồi là tỷ lệ giữa môdun đàn hồi vật liệu với tích số mật độ không khí với bình phương tốc độ gió và suy ra thì bằng tỷ lệ kích thước.

- Tham số giảm chấn là tỷ lệ biên độ của dao động tắt dần.

b. Hầm gió:

Mô hình nói trên đặt trong một hầm gió lớp bao của khoa Kỹ thuật dân dụng trường Đại học Tokyo, mặt cắt hầm có chiều rộng là 1,6m, chiều dài 5,8m, chiều cao 1,9m. Bốn quạt của hầm gió có đường kính 3m, công suất mỗi quạt 55 KW có thể tạo ra tốc độ gió lớn nhất là 17m/s.

c. Luồng khí thí nghiệm:

Mô hình được thí nghiệm với hai loại luồng khí là:

Luồng khí đồng nhất êm thuận dùng kiểm tra tính ổn định khí động của cầu và luồng khí lớp bao quẩn dùng kiểm tra các phản ứng của cầu trên công trường thi công. Tốc độ gió đối vơis cả hai loại luồng khí là từ 0,5~6,0m/s tương ứng với thực tế là 6,1~75m/s. Góc tác động của gió 0^o và +3^o.

d. Nội dung đo dạc và thiết bị đo.

Có 5 điểm trên mô hình được đo đạc chuyển vị như sau:

- 2 điểm đỉnh tháp: đo chuyển vị nằm ngang theo phương dọc và phương vuông góc với trục cầu bằng thiết bị cảm ứng quang học.

- 1 điểm ở tâm nhịp giữa + 1 điểm ở ¼ nhịp giữa đo chuyển vị theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang vuông góc với trục cầu bằng thiết bị Laze.

- 1 điểm giữa nhịp bên: đo chuyển vị thẳng đứng bằng thiết bị Laze.

Phân tích các kết quả thí nghiệm thu được người ta đã rút ra những kết luận sau đây về sự an toàn của cầu dưới tác động của gió bão:

a. Đối với tháp:

·         Lực gió tổng đã sử dụng trong phân tích phi tuyến là phù hợp với kết quả thí nghiệm hầm gió do đó các kết quả phân tích phi tuyến là chấp nhận được

·         Hệ số khí động và thừa số phản ứng gió giật sử dụng trong phân tích phi tuyến là phù hợp với kết quả thí nghiệm hầm gió Chấp nhận các kết quả tính.

b. Có thể nói là không có vấn đề nguy hiểm nào về dao động thẳng đứng và dao động xoắn gây ra bởi gió xoáy. Tuy nhiên cần bổ sung cốt thép ở bản cánh hẫng tại vùng giữa nhịp để chịu ứng suất kéo.

c. Không có khả năng xẩy ra hiện tượng Flutter và Galloping trong phạm vi tốc độ gió thiết kế. Tới tốc độ gió 81m/giây mới có thể xảy ra hiện tượng Flutter xoắn.      

Xét tới sự quan trọng của cầu Bãi Cháy, người ta đã lắp đặt thiết bị giảm chấn trên tháp nhằm đảm bảo thêm an toàn cho cầu. Thiết bị giảm chấn kiểu thuỷ lực, là những hộp chứa chất lỏng, được đặt trong lòng đỉnh tháp, có tác dụng làm tắt nhanh dao động của tháp.

2.5 Sự an toàn của cầu Bãi Cháy khi có động đất.

Cầu Bãi Cháy cũng đã được đánh giá là an toàn khi chịu động đất theo các tiêu chuẩn của Nhật Bản JSHB – 96- phần V, có đối chiếu với tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN -221-85. Đây là một tiêu chuẩn đã được Nhật Bản hoàn thiện nhờ cập nhật những kiến thức và kinh nghiệm thu được từ trận động đất lớn ở HANSHIN – AWAJI động đất ở Kobe năm 1995.     

Theo quy trình Nhật, việc kiểm tra được thực hiện với cả động đất trung bình và động đất mạnh với quy định như sau:

- Cầu được coi là an toàn khi động đất trung bình kết cấu vẫn còn làm việc trong phạm vi đàn hồi, còn khi động đất mạnh mọi bộ phận kết cấu cũng không bị phá huỷ.

- Chọn tuổi thọ cầu là 100năm, dựa trên những số liệu động đất ghi được trong một phạm vi rộng bao quanh tỉnh Quảng Ninh người ta xác định được gia tốc đỉnh trong đất là: 82m/sec² với chu kỳ lặp là 950năm khi động đất trung bình và 132m/sec² với chu kỳ lặp là 2500năm khi động đất mạnh.

Từ trị số gia tốc này sẽ xác định được lực động đất và trạng thái ứng suất biến dạng trên các bộ phận kết cấu bằng cách áp dụng các phương pháp phan tích thích hợp. Hai phương pháp phân tích dùng cho cầu Bãi Cháy là:

- Phương pháp phân tích phổ đáp ứng và

- Phương pháp phân tích đáp ứng lịch sử thời gian.        

Bằng các phần mềm tính kết cấu có sẵn hai phương pháp nói trên, người ta tính ra trạng thái ứng suất biến dạng của cầu. Cường độ của kết cấu các bộ phận cầu được kiểm tra chịu được các nội lực, thoả mãn điều kiện an toàn kết cấu nói trên.

Đáy móng trụ chính của cầu chịu ứng suất lớn nhất là 125,4T/m² < [195,7]

2.6 Về các móng cầu Bãi Cháy.

Có thể nói cầu Bãi Cháy có điều kiện địa chất tương đối thuận lợi, tại hầu hết các trụ đất nền đều có cường độ cao, riêng hai trụ quan trọng nhất là các trụ tháp, tầng đá gốc là sa thạch có cường độ tính toán theo thử tải trực tiếp là từ 195 đến 272 T/m² và mặt tầng đá chịu lực ở không quá sâu.

Cầu chính nối liền với cầu dẫn số 5 nên cầu chính chỉ có 1 mố và 6 trụ đặt tên là A1, P1, P2, P3, P4, P5 và P6 . Trong đó, P3, P4 là những trụ chính trên có tháp cầu. Trong thiết kế đã chọn kiểu móng giếng chìm hơi ép cho ba trụ P2,P3 và p4. các trụ còn lại và mố dùng móng cọc đường kính lớn Ф 2,5m  và  Ф 3,0m, thi công theo một phương pháp đào thủ dông của Nhật Bản gọi là cọc Shin – So. Trụ P4, với móng giếng chìm hơi ép lớn nhất của cầu. Móng là khối trụ có kích thước ngang cầu 19m, dọc cầu 17m, cao 26m, đáy móng hạ xuống sâu 27m66 từ mặt đất thi công và xuống dưới mực nước biển lúc triều lên là 26m96. 

Thi công móng giếng chìm hơi ép đã được thực hiện ở Việt Nam từ khi xây dựng Long Biên, trên 100 năm nay, sau đó năm 1957 cũng đã thực hiện ở cầu Làng Giàng, Lào cai. Về nguyên lý lần thi công ở cầu Bãi Cháy không có gì khác với trước và cũng bao gồm hai điểm chủ yếu:

- Đúc giếng trên mặt đất hoặc mặt đảo, lấy trọng lượng của giếng làm động lực khắc phục các lực ma sát và lực đẩy nổi Archimede để hạ dần giếng xuống đến độ sâu cần thiết, trong khi đào bỏ đất ở đáy giếng.

- Tạo một không gian ở đáy giếng gọi là khoang thi công để bố trí máy móc và người làm việc đào bỏ đất ở đáy giếng. Khoang thi công này này xuống sâu dần dưới nước và được giữ khô ráo bằng cách bơm hơi ép vào, đẩy nước ra. Giếng càng xuống sau áp lực hơi càng phải lớn.     

Vì công nhân phải làm việc trong điều kiện áp lực cao của không khí nén nên dễ mắc chứng bệnh nghề nghiệp gọi là bệnh giếng chìm hay bệnh khí áp cao. Khi xây dựng cầu Long Biên rất nhiều công nhân chết vì bệnh này vì thế phương pháp ít được sử dụng ở nước ta.      

Trong thi công giếng chìm cầu Bãi Cháy đã không hề có trường hợp tai nạn nào xảy ra nhờ hai điểm sau đây:

a. Thiết bị thi công hoàn hảo và có độ tin cậy cao, công nghệ thi ciông hợp lý được điều khiển bới những kỹ sư và thợ có trình độ chuyên nghiệp rất cao;

b. Quy trình lao động đảm bảo an toàn cao cho công nhân, dựa trên cơ sở những hiểu biết sâu sắc về bệnh của con người làm việc trong môi trường áp lực cao đồng thời có tính đến điều kiện của người Việt Nam.

Công việc trong khoang thi công từ trên mặt đất được chỉ rõ trên sơ đồ hệ thống thiết bị phục vụ việc thi công giếng chìm cầu Bãi Cháy. Hệ thống thiết bị này đảm bảo cấp hơi với áp lực rất chính xác cho giếng theo đúng quy định của người chỉ huy, chất lượng khí ép đảm bảo cho sức khoẻ.      

Ngoài ra, còng nhiều thiết bị khác theo dõi từ trên mặt đất các hoạt động trong khoang thi công, đảm bảo độ tăng bằng hạ giếng với độ chính xác cao. Trong trường hợp cần thiết có thể đào giếng tự động bằng robot, điều khiển từ trên mặt đất. Khi hạ giếng chìm trụ P4 do lúc cuối khó xuống đã phải áp dụng các biện pháp thổi khí, bơm bentonite và bơm nước dằn nhằm một mặt giảm lực cản do masát, mặt khác tăng thêm lực đẩy giếng xuống.       

Về tốc độ thi công thì giếng chìm hơi ép trụ P4 lớn nhất và khó khăn nhất được thi công trong thời gian 1 năm, độ sâu hạ giếng 27,7m, tốc độ hạ giếng nhanh nhất là 56m/ngày, chậm nhất là 3m/ngày, trung bình 15cm/ngày.       

Về mặt an toàn lao động, tại cầu Bãi Cháy đã rất chú trọng áp dụng các biện pháp phòng ngừa bệnh khí nén cho công nhân.        

Trong khi chịu áp lực của khí áp cao xung quanh, bệnh khí nén xẩy ra trong con người là một loại khuyết tật xuất hiện tại những khoang trống trong cơ thể. Không khí đã vào khoang trống này sẽ tự điều chỉnh dần dần để cân bằng với áp lực khí chung quanh. Tuy nhiên, trong những hoàn cảnh sau đây một vài bộ phận cơ thể có thể bị tổn thương, xuất huyết và đau đớn do bị nén ép.

- Khoang trống trong cơ thể là ở phần cứng như cột sống;

- Đường thông từ khoang trống trong cơ thểt ra môi trường không khí xung quanh bị tăcs do viêm như là viêm tai, mũi và răng đau.        

Khi người công nhân ra khỏi vùng áp lực cao quá nhanh, không khí ở phổi đang có áp lực cao hơn áp lực không khí xung quanh, phổi có thể bị trương lên thậm chí bị xé rách.        

Bệnh cũng còn có thể xuất hiện theo một cách khác. Trong sự hô hấp, không khí vào cơ thể người ta cùng với những thành phần của nó, trong đó khí Nitrogen có tỷ lệ thể tích là 78,11%. Khí Nitrogen này có áp lực cao và chảy cùng với máu. Nếu áp lực của không khí xung quanh cơ thể thấp hơn áp lực của khí Nitrogen trong máu, khó N₂ có thể biến thành những bọt khí nhỏ và khi tới chỗ mạch máu thắt hẹp chúng sẽ cản trở sự lưu thông của máu làm cho một phần nào đó của cơ thể không được cung cấp máu, gây tê, đau và có thể bị hoại thư nếu không được điều trị kịp thời. Trong thi công cầu Bãi Cháy, để ý tới những vấn đề đã nói tới trên, cơ quan Tư vấn và nhà thầu đã tuân theo toàn bộ những chỉ dẫn quy định trong mục 3-02- Quy định kỹ thuật về giếng chìm hơi ép – Tập 4-1 trong Hồ sơ thầu. Thêm vào đó để tăng an toàn cho công nhân còn thực hiện những quy tắc bổ sung. Một cách có hiệu quả để tránh bệnh nói trên là “theo dõi chặt chẽ giờ làm việc” và “theo dói chặ chẽ thời gian giảm áp”.      

Thời gian giảm áp được đảm bảo theo tiêu chuẩn Nhật Bản và có tăng lên 1,6~2,3 lần hoặc hơn nữa cho công trường cầu Bãi Cháy để phù hợp với thể lực của công nhân Việt Nam.

Nhờ áp dụng nghiêm chỉnh quy trình lao động nói trênở Bãi Cháy đã không xảy ra một trường hợp nào mắc bệnh. Tuy nhiên tại công trường vẫn bố trí sẵn điều kiện để điều trị các bệnh giếng chìm. Trong thời gian thi công có một khoang có đặt gần giếng chìm để điều trị cho những người lao động có triệu chứng của bệnh giếng chìm bằng cách cho người bệnh vào khoang và tăng áp lực không khí bằng hoặc cao hơn áp lực lúc người bệnh làm việc, sau đó hạ áp lực rất chậm, nhờ cách đó khí nitơ trong máu người bệnh sẽ không còn ở dạng bọt và thoát ra ngoài cơ thể trong quá trình hạ áp lực.       

Móng Shin – So là một công nghệ mới áp dụng ở cầu Bãi Cháy lần đầu tiên. Ở cầu Bãi Cháy móng cọc Shin - So của trụ P5 đường kính 3m. Trên đại thể móng cọc Shin – So làm việc như một móng cọc khoan nhồi chỉ có điều khác là cách tạo lỗ cọc không bằng cách khoan mà bằng cách đào thủ công hoặc bán cơ giới. Cọc Shin – So tiếng Nhật có nghĩa là móng sâu, có thể dài 16m Cầu Bãi Cháyhoặc hơn, nên để đào thủ dông phải có vách chống sụt đất đảm bảo an toàn lao động. Vách bằng thép, được thiết kế thành các tấm cong và lắp đặt dần từ trên xuống theo nhịp điệu đào lỗ cọc. Vách đồng thời là khuôn đúc bê tông cọc sau khi đặt cốt thép. Việc đổ bê tông tiến hành trực tiếp như đổ bê tông trên khô. Một điểm khác biệt với cọc khoan nhồi là sau khi đổ bê tông cần phải bơm vữa tiếp xúc để lấp kín khe hở giữa vách và đất nền để cọc tiếp xúc tốt với nền phát huy sức làm việc của của nền khi cọc chịu lực.          

Theo cách thi công như vậy có thể thấy rằng phương pháp này rất thích hợp với các công trình trên sườn núi, nơi khó vận chuyển và bố trí các máy khoan tạo lỗ, đồng thời nước ngầm không có nhiều, vì thế chọn áp dụng cho cầu Bãi Cháy là rất thích hợp.

                                                                       PGS. TS. Phan Vy Thuỷ

                                                       

Nguồn: Tạp chí Cầu đường, số 1-2/2007