Huy động 28.000 m3 bê tông bọc ngoài, Trung Quốc xây siêu cầu phá vỡ kỷ lục thế giới, tiết kiệm hơn 2.251 tỷ đồng

Một cây cầu tại Khu tự trị dân tộc Choang Quảng Tây, miền Nam Trung Quốc đã phá kỷ lục thế giới về cầu vòm bê tông khi nâng chiều dài nhịp chính từ 445 m lên 600 m, vượt qua thành tựu của các quốc gia có thế mạnh về xây dựng cầu như Nhật Bản và Croatia, cổng thông tin Trung Quốc stdaily.com đưa tin hôm 27/8.

Cầu Thiên Nga - Long Than (Tian'e Longtan) bắc qua sông Hồng Thủy, nằm tại huyện Thiên Nga, thành phố Hà Trì, tỉnh Quảng Tây, Trung Quốc, với nhịp chính dài 600 m, là cây cầu hai chiều, 4 làn xe, có tổng chiều dài 2.488,55 m. Theo Tân Hoa Xã, đây là cầu vòm bê tông cốt thép có nhịp dài nhất thế giới. Công trình hoành tráng này được đưa vào khai thác năm 2024.

Ngày 24/8, tại Đại hội Trao giải Khoa học và Công nghệ Quảng Tây năm 2026, công trình “Công nghệ then chốt trong xây dựng cầu vòm bê tông nhịp cấp 600m” do ông Trịnh Giai Liên - Viện sĩ Viện Hàn lâm Kỹ thuật Trung Quốc, Giáo sư Đại học Quảng Tây - chủ trì thực hiện đã xuất sắc đoạt Giải Đặc biệt về Tiến bộ Khoa học Kỹ thuật Quảng Tây. Trước đó, cầu Thiên Nga - Long Than cũng đã giành giải thưởng cao nhất dành cho các cây cầu đường bộ và đường sắt lớn từ Hiệp hội Quốc tế về Cầu và Kỹ thuật Kết cấu (IABSE).

Cầu vòm là một loại hình cấu trúc quan trọng của cầu đường hiện đại. Giới chuyên môn từng cho rằng nhịp của cầu vòm bê tông thông thường khó vượt quá 400 m, trong khi cầu vòm bê tông nhồi ống thép cũng rất khó vượt qua mốc 500 m. “Các cường quốc về cầu đường như Nhật Bản, Croatia từ những năm 1990 đã công bố các báo cáo nghiên cứu về việc xây dựng cầu vòm bê tông cấp 600 m, nhưng cho đến nay họ vẫn chỉ dừng lại ở mức dưới 390m”, ông Trịnh Giai Liên chia sẻ.

“Cầu Thiên Nga - Long Than không chỉ đáp ứng nhu cầu thực tế của dự án mà còn là cơ hội quan trọng để nước ta cạnh tranh sòng phẳng và tạo nên bước tiến vượt bậc so với các cường quốc cầu đường trên thế giới”, vị chuyên gia người Trung Quốc kết luận.

Cầu Thiên Nga - Long Than đã vượt qua ngưỡng kỹ thuật 600 m vốn được xem là giới hạn của ngành này.

Các kỹ sư cũng đưa ra nhiều cải tiến trong quá trình đổ bê tông, nhằm hạn chế và loại bỏ nguy cơ hình thành các vết nứt.

Bước đột phá bắt đầu ngay từ tiêu chuẩn thiết kế. Ông Thương Tùng Tấn - Trưởng nhóm thiết kế cầu Thiên Nga Long Than, Phó Tổng kỹ sư Công ty TNHH Tập đoàn Thiết kế Giao thông Quảng Tây - cho biết tại thời điểm đó, cả trong và ngoài nước đều chưa có quy chuẩn thiết kế cho kết cấu vòm quy mô này.

Theo trang stdaily.com, bằng việc nghiên cứu sâu rộng, đội ngũ đã sáng tạo đề xuất tiêu chuẩn kiểm soát kép “Phương pháp ứng suất cho phép và phân tích phần tử hữu hạn phi tuyến tính đôi”. Phương pháp đầu tiên dùng để kiểm tra cường độ mặt cắt sườn vòm, phương pháp sau mô phỏng tinh vi toàn bộ quá trình thi công để kiểm tra khả năng chịu tải giới hạn tổng thể.

“Kết quả ứng dụng thực tế trên cây cầu cho thấy các chỉ số biến dạng và ứng suất đo đạc được trong quá trình theo dõi thi công khớp ở mức độ rất cao với giá trị lý thuyết, hệ số an toàn tổng thể hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn quy định”, ông Thương Tùng Tấn cho biết.

Theo thống kê, ứng suất tải trọng cố định của cầu vòm bê tông khung cứng nhịp lớn chiếm từ 92 - 96% tổng ứng suất, trong đó lớp bê tông bọc ngoài chiếm khoảng 55% toàn bộ tải trọng cố định. Vì vậy, giảm trọng lượng chính là chìa khóa để bứt phá chiều dài nhịp. Để giải quyết bài toán này, đội ngũ đã thiết kế vòm chính thành dạng vòm sườn đôi tách biệt, loại bỏ tấm đỉnh và tấm đáy ở khoang giữa vốn có mức ứng suất thấp. Nhờ đó, tổng chiều rộng tấm đỉnh và đáy giảm từ 23 m xuống còn 13 m, cắt giảm lượng bê tông bọc ngoài từ 40.000 m³ xuống còn 28.000 m³.

Điều này giúp lượng bê tông sườn vòm trên mỗi mét chiều dài của cây cầu vòm 600 m này giảm 22% so với các cây cầu cùng loại cấp 400 m, trong khi ứng suất tải trọng cố định về cơ bản giữ nguyên, đồng thời tăng cường hệ liên kết ngang vĩnh cửu và bổ sung thanh giằng ngang tạm thời để bảo đảm độ ổn định ngang.

Trong khâu đổ bê tông bọc ngoài, đội ngũ đã sáng tạo áp dụng quy trình thi công “3 vòng, 6 đoạn, 8 mặt thi công, sử dụng 8 máy bơm áp lực để đổ đồng thời trên 4 mặt công tác mỗi lần”. Toàn bộ 28.000 m³ bê tông bọc ngoài của cây cầu được hoàn thành qua 36 lần đổ. Trong suốt quá trình, công trình không cần nhờ đến dây cáp văng để điều chỉnh tải trọng, giúp ứng suất kéo luôn được kiểm soát an toàn dưới 1 MPa. Đối với giai đoạn hẫng tối đa - thời điểm nhạy cảm nhất với gió - đội ngũ đã tối ưu hóa sơ đồ bố trí cáp chống gió dựa trên phân tích CFD và thí nghiệm trong hầm gió. Kết quả là dù số lượng cáp giảm 20%, độ dịch chuyển do tải trọng gió ngang lại giảm 30%, đáp ứng toàn diện yêu cầu kháng gió ở mọi giai đoạn.

“Tìm đúng nguồn rủi ro của công trình và giải quyết chúng bằng các biện pháp kỹ thuật khoa học, hợp lý”, ông Trịnh Giai Liên đúc kết cốt lõi của quá trình chinh phục thử thách. Ông cho biết, dưới sự hỗ trợ từ nguồn kinh phí nghiên cứu chuyên đề lớn của Sở Khoa học và Công nghệ Khu tự trị dân tộc Choang Quảng Tây, đội ngũ đã tự chủ giải quyết một loạt bài toán khó khăn trong thi công cầu vòm bê tông cấp 600m.

So với phương án xây dựng cầu dây văng, cầu Thiên Nga - Long Than giúp tiết kiệm khoảng 110 triệu nhân dân tệ (khoảng 16,37 triệu USD, tức gần 427 tỷ đồng) chi phí xây dựng. Trong suốt 100 năm tuổi thọ thiết kế, chi phí bảo trì dự kiến cũng thấp hơn khoảng 470 triệu nhân dân tệ (hơn 69,94 triệu USD, tương đương hơn 1.824 tỷ đồng). Tổng cộng, siêu công trình này có thể giúp Trung Quốc tiết kiệm khoảng 580 triệu nhân dân tệ (khoảng 86,31 triệu USD, tức hơn 2.251 tỷ đồng) chi phí xây dựng và bảo trì.

Theo báo cáo, tháng 3 năm 2023, khi cây cầu dây văng Thiên Nga - Long Than vẫn đang được xây dựng, Hiệp hội Quốc tế về Kỹ thuật Cầu và Kết cấu (IABSE) cùng Viện Hàn lâm Kỹ thuật Trung Quốc đã tổ chức một hội nghị quốc tế tại thành phố Nam Ninh, thủ phủ Quảng Tây. Tại đây, các chuyên gia đánh giá công nghệ xây dựng cây cầu là “đẳng cấp thế giới”.

“Thế giới nhìn cầu vòm Trung Quốc, Trung Quốc nhìn cầu vòm Quảng Tây”. Với những công nghệ then chốt dẫn đầu thế giới, ông Trịnh Giai Liên cùng các nhóm nghiên cứu của Đại học Quảng Tây không ngừng chinh phục những đỉnh cao mới trong công nghệ cầu đường, liên tục tạo ra những bước tiến vượt trội trong kỹ thuật xây dựng cầu vòm đẳng cấp thế giới.

Theo Global Times/Stdaily

\