72 năm phát triển của ngành xây dựng cầu Việt Nam

Cầu Thuận Phước

Năm 1954, hòa bình lập lại nhưng đất nước tạm thời bị chia cắt. Nhiệm vụ lớn nhất của ngành GTVT trong thời kỳ này là khôi phục lại hệ thống giao thông để phục vụ phát triển kinh tế miền Bắc và chi viện cho chiến trường miền Nam. Cầu Hàm Rồng, Cầu Việt Trì, Cầu Phủ Lạng Thương… và hàng loạt cầu trên các tuyến đường sắt Hà Nội - Vinh, Hà Nội - Lào Cai, Hà Nội - Hải Phòng, Hà Nội - Lạng Sơn có kết cấu chủ yếu là dàn thép đã được xây dựng trong thời kỳ 1954 - 1964.

Một loạt các cầu trung và nhỏ trên các quốc lộ được xây dựng trong giai đoạn này chủ yếu bằng kết cấu nhịp dầm giản đơn bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ có khẩu độ dưới 21m. Đặc biệt, năm 1960, cây cầu bê tông dự ứng lực đầu tiên được nghiên cứu, thiết kế và xây dựng thành công, đó là cầu Phủ Lỗ vượt nhịp 18m. Từ thành công của công trình cầu Phủ Lỗ, các cây cầu bê tông dự ứng lực khác ở miền Bắc đã được xây dựng như cầu Cửa Tiền, cầu Tràng Thưa, cầu Đồi, cầu Lim… [3], [4].

Giai đoạn 1964 - 1975 là giai đoạn đảm bảo giao thông chống chiến tranh phá hoại miền Bắc và chi viện cho giải phóng miền Nam. Các nhà khoa học và đội ngũ thợ cầu Việt Nam đã có những sáng tạo có thể nói là kỳ diệu trong việc nghiên cứu thiết kế và xây dựng thành công những cây cầu mà kết cấu đặc biệt của chúng có thể nói là “vô tiền khoáng hậu” trong lịch sử.

Trước hết phải kể đến cầu dây cáp, có hai loại cầu dây cáp, một loại chỉ có 02 sợi cáp cứng được căng và neo vào 02 hố thế ở hai bờ. Loại này dành cho xe có trọng tải từ 01 đến 4 tấn, chạy bằng puli lăn trực tiếp trên 02 sợi cáp, gần giống như bánh tàu hỏa chạy trên đường ray [2]. Loại cầu dây cáp thứ hai cho xe có trọng tải trên 4 tấn gồm nhiều bó cáp mềm được căng và neo vào 02 hố thế ở hai bờ, trên có lát ván gỗ tháo lắp được. Các bó cáp đều có tăng-đơ căng kéo để giảm độ võng ban đầu và điều chỉnh độ võng trong quá trình khai thác. Bản mặt cầu được lắp đặt vào ban đêm và tháo dỡ vào ban ngày.

Những cây cầu dây cáp này được xây dựng để tránh sự phát hiện của máy bay trinh sát vì có chụp ảnh tọa độ cũng chỉ thấy hai hay nhiều vệt dây chứ không đoán được đó là những cây cầu dã chiến. Những cây cầu cáp này đã được lắp đặt ở Bắc Kạn, Đoan Hùng, Đò Lèn, Đuống, Đoan Vĩ, Cấm… và nhiều vị trí khác trên đường mòn Hồ Chí Minh [2], [3].

Những năm tháng này, với những con sông rộng thì phương tiện vượt sông chủ yếu là phà hay cầu phao. Ngoài các cầu phao làm bằng phao quân dụng, còn một thứ cầu phao khá phổ biến nữa là cầu phao luồng. Những cây luồng được kết thành phao, trên là hệ mặt cầu bằng ván gỗ có mặt ở khắp các con đường ra trận và cả quanh Hà Nội. Nào Chèm, Chương Dương, Khuyến Lương đến Ghép, Gián, Khuất, Đế, Kiểu… đã trở thành những địa danh quen thuộc với những cây cầu phao kết bằng những cây luồng, cây tre của một thời không thể nào quên. Kết cấu xi măng lưới thép vốn ban đầu được sử dụng chủ yếu để chế tạo tàu thuyền vận tải đường thủy nội địa nay cũng được sử dụng chế tạo làm phao xi măng lưới thép cho cầu vượt sông Hồng, sông Hoàng Long...

Một loại kết cấu đặc biệt khác nữa là cầu tre sống phục vụ giao thông nông thôn trong điều kiện thời chiến, khi mà kinh phí khó khăn, sắt thép xi măng là những vật liệu khan hiếm. Đầu những năm 70 của thế kỷ XX, huyện Nghĩa Hưng, tỉnh Nam Định là nơi có phong trào làm cầu tre sống và đã được các cán bộ của Trường Đại học GTVT Hà Nội hỗ trợ kỹ thuật. Hai bụi tre lớn được trồng ở hai bờ sông rạch, nơi đáng ra phải là mố cầu. Khi tre đã bám chắc vào lòng đất và các cây tre đã vút cao, xanh tốt. Hai bụi tre này được vít xuống, nẹp chặt vào nhau thành một vòm chịu lực. Rọ tre được cài và buộc vào vòm tre rồi đổ đất vào, đầm chặt, thế là đã có một cây cầu có thể cho xe có trọng tải một vài tấn đi qua.

Sự tàn phá của chiến tranh trong một giai đoạn dài đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống giao thông cả hai miền Nam, Bắc. Sau khi thống nhất đất nước năm 1975, có thể nói không còn một tuyến đường bộ nào ở miền Bắc đạt cấp kỹ thuật đồng bộ. Đường sắt Thống Nhất bị tàn phá nặng nề. Đã có hơn 02 vạn mét cầu, hàng ngàn cống được xây dựng, hơn 660km đường ray được lắp đặt mới… để khôi phục kết cấu hạ tầng giao thông sau chiến tranh.

Do yêu cầu về tiến độ và tận dụng vật tư trong các kho sau chiến tranh cũng như nguồn vốn hạn chế, đất nước bị bao vây cấm vận, vật tư, thiết bị, công nghệ chủ yếu được trợ giúp từ Liên Xô, CHDC Đức, Hung-ga-ri, Bun-ga-ri… nên trong giai đoạn 1975 - 1986, các loại hình cầu dàn thép, dầm thép liên hợp bê tông cốt thép chiếm tỷ trọng đáng kể.

Cầu dàn thép vượt khẩu độ 50m đến 100m, lớn nhất 120m được sử dụng cho cầu đường ô tô, đường sắt và cả đường sắt đi chung với đường ô tô. Liên kết các nút dàn được sử dụng bằng đinh tán hoặc bu-lông cường độ cao. Các cây cầu như Hàm Rồng, Cấm, Đuống, Uông Bí, Thăng Long, Chương Dương, Trà Khúc… đều có kết cấu nhịp là dàn thép hợp kim thấp liên kết băng bu-lông cường độ cao. Các nhà khoa học và các kỹ sư cầu Việt Nam đã nghiên cứu và xác định được hệ số ma sát và thời gian được phép tính từ khi phun cát đến khi lắp xà xiết bu-lông cũng như chế độ bôi trơn ren bu-lông… phù hợp với điều kiện tự nhiên và trình độ thi công phổ biến ở công trường để lắp ráp cầu dàn thép liên kết băng bu-lông cường độ cao đảm bảo chất lượng.

Liên kết bằng bu lông tinh chế được sử dụng cho cầu bán vĩnh cửu với các loại dàn thép như VN64, T66, VN71. Liên kết bằng bu-lông thô được sử dụng cho cầu tạm làm bằng hệ thanh lắp ghép đa năng UIKM của Liên Xô, các dàn tạm Eiffel, Belley.

Một dạng kết cấu cầu khá phổ biến ở giai đoạn này là cầu liên hợp thép - bê tông cốt thép vượt khẩu độ từ 12m đến 30m. Dầm thép được sử dụng là dầm I450, I550 của Liên Xô và I600, I900 của Mỹ. Để tăng khả năng chịu lực, cánh dưới dầm I còn được tăng cường bằng cách hàn táp thêm thép bản hoặc hàn chồng hai dầm I. Neo liên hợp có thể dùng neo cứng (thép hình L) hoặc neo mềm (thép tròn) hàn vào bản cánh trên. Bản bê tông được đổ tại chỗ hoặc lắp ghép. Rất nhiều cầu nhỏ, cầu trung trên các quốc lộ từ Nam chí Bắc sử dụng loại kết cấu này hiện nay vẫn còn khai thác. Còn một loại kết cấu liên hợp thép - BTCT khác là bản Robinson dùng để làm bản mặt cầu, có trọng lượng xấp xỉ ván gỗ chịu lực tương đương .

Cầu treo dây võng khá thích hợp đối với việc khôi phục giao thông nhanh sau chiến tranh, nhất là lúc bấy giờ, thép hình I 550 và cáp mềm khá sẵn trong các kho vật tư. Do không có điều kiện thử khí động nên các cây cầu treo dây võng được thiết kế và xây dựng trong thời kỳ khôi phục sau chiến tranh có khẩu độ chỉ từ 100m đến 200m và khai thác hạn chế với tốc độ chạy xe thấp.

Cũng trong giai đoạn này, cây cầu dây văng đầu tiên ở Việt Nam, cầu Đakrong trên đường Trường Sơn do Trường Đại học Xây dựng thiết kế và Đoàn 559 thi công được đưa vào khai thác năm 1972.

Trong giai đoạn từ năm 1986 đến năm 1995, do đất nước vẫn đang bị bao vây, cấm vận, ngân sách nhà nước hết sức khó khăn nên ngành GTVT tập trung chủ yếu nguồn lực cho công tác duy tu bảo dưỡng để đảm bảo ATGT và triển khai xây dựng một số công trình thực sự cấp bách. Có tầm vóc lớn, góp phần phát triển kinh tế xã hội như: Cầu Rào, Niệm, An Dương (Hải Phòng) cầu Bo (Thái Bình) là cầu bê tông dự ứng lực thi công bằng công nghệ lắp hẫng; cầu Yên Bái, Đò Quan, Bến Thủy, Việt Trì, Phong Châu… bằng dàn thép.

Giai đoạn từ năm 1995 đến nay được bắt đầu bởi nhu cầu xây dựng cầu Gianh trên QL1. Các phương án đề xuất của Viện Thiết kế GTVT hồi đó (nay là Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT - CTCP) như phương án khung T nhịp đeo theo kiểu cầu Rào, phương án “banh” dàn thép theo kiểu Chương Dương, Bến Thủy… đã không được các cơ quan có thẩm quyền thông qua do thiếu tính khả thi. Trong khi đó, nguồn thép viện trợ ngày càng khan hiếm và đến đầu những năm 90 thì không còn nữa. Yêu cầu xây dựng những cây cầu vượt nhịp lớn ngày càng cấp thiết và những người thợ cầu Việt Nam đã không chịu bó tay. Từ lãnh đạo Bộ GTVT cho đến các nhà khoa học ở các trường đại học, viện nghiên cứu, các kỹ sư, cán bộ công nhân ngành cầu ở các đơn vị thi công đã cùng hợp sức tìm cách giải quyết. Cuối cùng, hướng đi để đổi mới công nghệ xây dựng cầu của Việt Nam đã được thống nhất. Đó là chủ động nghiên cứu lựa chọn các công nghệ xây dựng cầu tiên tiến của các nước phát triển nhưng phải phù hợp với các điều kiện thực tiễn của Việt Nam để tiến hành nhập thiết bị vật tư đặc chủng, chuyển giao công nghệ để tiến tới tiếp nhận, nắm bắt và làm chủ các công nghệ đó. Phương châm thực hiện là tăng cường hợp tác trao đổi, liên kết, liên danh với các công ty xây dựng cầu quốc tế có kinh nghiệm đối với những công nghệ đã được lựa chọn.

Các cuộc tiếp xúc, các đợt đi nghiên cứu ở nước ngoài, các cuộc trao đổi với: Công ty Nisho Iwai của Nhật Bản, VSL của Thụy Sĩ, LM của Singapore, Vorspanntecnik VT của Áo, Viện Nghiên cứu Giao thông của Liên Xô, hãng Freyssinet của Pháp, các công ty của CHLB Đức… đã được tiến hành.

Cũng ở thời điểm này, một cuộc hội thảo khoa học đặc biệt về xây dựng cầu bê tông dự ứng lực vượt khẩu độ lớn do Bộ GTVT, Hội Kết cấu xây dựng Việt Nam, Hội Cầu đường Việt Nam cùng phối hợp với sự tài trợ chủ yếu của Tổng công ty Xây dựng cầu Thăng Long đã được tổ chức. Tham gia hội thảo ngoài các nhà quản lý, các nhà khoa học, các doanh nghiệp xây dựng cầu đường của Việt Nam còn có các chuyên gia đầu ngành về xây dựng cầu của thế giới và các hãng VSL, Freyssinet... Các kiến thức, kinh nghiệm về công nghệ hiện đại trong xây dựng cầu vượt khẩu độ lớn đã được trao đổi, thảo luận, phổ biến và đã được áp dụng sau đó.

Đầu tiên là dự án cầu Phú Lương, với sự trợ giúp, chỉ dẫn tỉ mỉ, chuyển giao công nghệ tận tình của các chuyên gia của hãng VSL Thụy Sỹ, cây cầu bê tông dự ứng lực vượt khẩu độ 102m thi công bằng công nghệ đúc hẫng đầu tiên đã được xây dựng thành công ở Việt Nam và đưa vào khai thác vào năm 1994. Hai năm sau, cầu sông Gianh vượt khẩu độ 120m do Tổng công ty Xây dựng cầu Thăng Long với sự trợ giúp kỹ thuật của Pháp được cắt băng khánh thành. Công nghệ thi công đúc hẫng cầu bê tông dự ứng lực vượt khẩu độ lớn đã được ngành cầu Việt Nam tiếp nhận, nắm bắt và làm chủ hoàn toàn, điều mà trước đó vài ba năm chưa ai dám nghĩ tới. Tiếp đó, hàng chục cây cầu tương tự đã được đội ngũ thợ cầu Việt Nam tự thiết kế, chế tạo thiết bị, tự thi công xây dựng đã được thông xe. Đó là cầu Tiên Cựu ở Hải Phòng, Hòa Bình ở Hòa Bình, Lạc Quần ở Nam Định, Hoàng Long ở Thanh Hóa, Tân Đệ ở Thái Bình, Quán Hàu, Xuân Sơn ở Quảng Bình, Bình Triệu ở TP. Hồ Chí Minh, Tuyên Sơn ở Đà Nẵng, Thanh Trì và Khuyến Lương ở Hà Nội, Văn Phú ở Yên Bái, Tạ Khoa, Pá Uôn ở Sơn La, Tô Châu ở Hà Tiên, Yên Lệnh ở Hưng Yên, Hàm Luông ở Bến Tre, Cổ Chiên ở Trà Vinh… và còn nhiều cây cầu khác. Suốt từ Bắc vào Nam, từ miền núi Tây Bắc đến những vùng sâu của đồng bằng sông Cửu Long, từ biên giới đến hải đảo, những công trường xây dựng những cây cầu bê tông vượt nhịp từ buổi ban đầu 102m nay lên đến 150m với những bộ xe đúc hẫng do các đơn vị thi công trong nước tự chế tạo hiển hiện như một điều bình thường. Nhưng điều đó đối với những người thợ cầu trong cuộc đã trải qua những năm tháng loay hoay, bế tắc với các giải pháp cho những cây cầu vượt khẩu độ lớn thì lại là cả một kỳ tích.

Song song với thành công trong việc tiếp nhận và làm chủ công nghệ đúc hẫng nói trên, các công nghệ hiện đại và thích hợp với điều kiện xây dựng cầu ở Việt Nam cũng được triển khai có hiệu quả. Đó là công nghệ thiết kế và thi công móng sâu chịu tải trọng lớn bằng cọc khoan nhồi, đó còn là bước đột phá về công nghệ chế tạo bê tông. Thành công trong việc nghiên cứu và áp dụng các loại phụ gia siêu dẻo, phụ gia tăng cường độ, phụ gia đông cứng nhanh… để chế tạo bê tông không những đã trực tiếp góp phần quyết định cho việc áp dụng thành công công nghệ đúc hẫng, công nghệ cọc khoan nhồi mà còn làm thay đổi cơ bản việc chế tạo, thi công các loại dầm bê tông khác, nhất là việc chế tạo dầm bê tông dự ứng lực tại công trường bằng phương pháp căng sau. Đó còn là công nghệ đúc đẩy được Tổng công ty Xây dựng Công trình giao thông 4 với sự trợ giúp kỹ thuật của Viện Nghiên cứu Xây dựng giao thông Liên bang Nga và Viện Khoa học Công nghệ GTVT đã áp dụng thành công trong việc xây dựng cầu Hiền Lương. Tiếp nhận và làm chủ công nghệ này, Tổng công ty Xây dựng Công trình giao thông 4 đã tiếp tục xây dựng thành công cầu dẫn cầu Quán Hàu, cầu Sảo Phong, cầu Dinh và trong tương lai gần, công nghệ này sẽ rất phù hợp khi xây dựng những tuyến đường sắt trên cao trong các thành phố lớn.

Làm chủ các công nghệ nói trên không những đã tháo gỡ được ách tắc về kỹ thuật mà còn mang lại hiệu quả kinh tế - xã hội rất to lớn. Sau khi phải trả “học phí” ở dự án cầu Phú Lương, Sông Gianh, giá thành cho một mét vuông xây lắp của các cầu bê tông đúc hẫng giảm xuống chỉ còn 60, 70%. Nếu lấy suất đầu tư xây lắp của cầu Hát Lót trên QL6 bằng dầm thép liên hợp bê tông cốt thép được xây dựng vào đầu những năm 90 rồi đem so sánh với suất đầu tư xây lắp của hàng trăm cây cầu bê tông đã được xây dựng bằng những công nghệ mới sau đó thì hiệu quả kinh tế có được sẽ là một con số khổng lồ lên đến hàng chục ngàn tỷ đồng. Còn hiệu quả về kỹ thuật thì khó đo đếm được, nhưng thử hình dung trong những năm đổi mới vừa qua, nếu không làm chủ được các công nghệ xây dựng cầu nêu trên đây thì chắc chắn việc khôi phục và phát triển kết cấu hạ tầng GTVT không thể đi trước được một bước để phục vụ phát triển kinh tế - xã hội như chiến lược phát triển GTVT đã đề ra. Chiến lược phát triển kinh tế bằng khoa học công nghệ và đi lên bằng khoa học công nghệ đã được thể hiện rất rõ trong ngành xây dựng cầu. Có thể nói rằng, ngành cầu Việt Nam khi bước vào thế kỷ 21 đã nắm bắt và làm chủ được những công nghệ của thế giới đối với việc xây dựng cầu bê tông [5].

Tuy vậy, cầu bê tông dự ứng lực thi công đúc hẫng cũng chỉ có thể mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi vượt nhịp đến khoảng trên dưới 150m. Với yêu cầu vượt các khẩu độ lớn hơn thì phải tính đến cầu hệ dây, dây văng hoặc dây võng. Mặc dầu vấn đề nghiên cứu cầu dây văng, dây võng đã được đặt ra trong công tác nghiên cứu, giảng dạy, làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp đại học từ những năm 60 của thế kỷ trước, khi đất nước vẫn còn chiến tranh, nhưng ngành cầu Việt Nam vẫn chưa thực sự làm chủ được việc thiết kế và đặc biệt là công nghệ thi công những cây cầu dây văng hiện đại vượt nhịp lớn vài ba trăm mét trở lên. Sau khi xây dựng cầu Mỹ Thuận với sự trợ giúp tài chính và kỹ thuật của Úc cùng với các chuyên gia nước ngoài, qua chương trình đào tạo và chuyển giao công nghệ, đội ngũ ngành cầu Việt Nam tuy đã học hỏi được một số kinh nghiệm nhưng cũng chưa đủ để tự mình xây dựng những cây cầu tương tự. Tiếp theo là cầu Kiền, Bãi Cháy, Bính được khánh thành và đưa vào khai thác nhưng bí quyết công nghệ của các chuyên gia nước ngoài chưa phải đã được chuyển giao hoàn toàn cho thợ cầu Việt Nam. Hơn nữa, có những bí quyết như công nghệ căng kéo dây văng thì trên thế giới chỉ có một vài hãng độc quyền nắm giữ. Việc làm chủ hoàn toàn công nghệ này không hề đơn giản. Mặc dầu vậy, đội ngũ ngành cầu Việt Nam với hướng đi tiếp nhận công nghệ đã có được những bài học kinh nghiệm tích lũy trước đó, với lòng đam mê và tâm huyết của mình đã tập hợp được trí tuệ, ý chí quyết tâm để đặt ra mục tiêu và lộ trình từng bước tiếp nhận và tự mình làm chủ được công nghệ này. Bắt đầu là việc xây dựng thành công cầu Đắkrong trên đường Hồ Chí Minh vượt nhịp 90m. Thành công này đã tạo niềm tin không những đối với chính bản thân đội ngũ ngành cầu mà cả đối với các nhà quản lý, nhà lãnh đạo. Thời cơ đã đến, chủ trương xây dựng cầu Rạch Miễu bằng kết cấu cầu dây văng hiện đại của Chính phủ và Bộ GTVT bằng nguồn vốn và nội lực của Việt Nam đã trở thành thời cơ quý giá để ngành xây dựng cầu nước ta vươn lên.

Nếu như cầu Quán Hàu được xây dựng trên QL1 là nơi hội tụ những công nghệ mới trong xây dựng cầu ở Việt Nam bằng nội lực của chính mình vào cuối thế kỷ hai mươi thì cầu Rạch Miễu xây dựng thành công và đưa vào sử dụng năm 2008 chính là nơi hội tụ những công nghệ đã được kế thừa và những công nghệ mới nhất trong xây dựng cầu ở Việt Nam đầu thế kỷ XXI. Những cây cầu dây văng sau Rạch Miễu được xây dựng bằng nguồn vốn và sự trợ giúp kỹ thuật của nước ngoài như Cần Thơ, Trần Thị Lý, Nhật Tân hay đang được thi công như Vàm Cống, Cao Lãnh, Bình Khánh, Phước Khánh, Bạch Đằng… đều có sự đóng góp quan trọng của các nhà khoa học, kỹ sư và đội ngũ thợ cầu Việt Nam.

72 năm phát triển của ngành xây dựng cầu Việt Nam được đánh dấu từ những ngày đầu đi phá dỡ cầu đường tiêu thổ kháng chiến để giành độc lập, thống nhất đất nước, xây dựng lại đàng hoàng hơn, to đẹp hơn với những cây cầu đạt trình độ khoa học và công nghệ sánh ngang trình độ các nước phát triển. Đội ngũ thợ cầu Việt Nam tự hào đã đi lên từ những cây cầu tre sống bắc qua sông rạch vượt nhịp 5, 10 mét đến những cây cầu bê tông vượt nhịp hàng trăm mét, từ nhưng cây cầu cáp cho xe làm xiếc trên dây đến những cây cầu dây văng hiện đại vượt nhịp hơn nửa cây số. Phía trước vẫn còn những kỹ thuật, công nghệ hiện đại trong xây dựng cầu đang chờ đợi đội ngũ thợ cầu Việt Nam