Cầu Nhật Tân nhiều công nghệ lần tiên được áp dụng tại Việt Nam

Cầu Nhật Tân dài 3.775 m, nhịp chính giữa có 5 trụ tháp, 6 nhịp vượt sông Hồng dài 1,5 km, mặt cầu rộng 33,2 m, với 8 làn xe.

Với phương án thi công cầu 5 trụ tháp ngoài việc giải quyết được vấn đề kỹ thuật, còn đảm bảo phù hợp an toàn về chiều cao theo chiều lên xuống của máy bay khi lên, xuống sân bay Nội Bài. Về mặt ý tưởng, cầu 5 trụ tháp được biểu trưng cho 5 cửa ô của Thủ đô để rộng mở đón chào bạn bè năm châu.

Công nghệ cọc vây ống thép

Cầu Nhât Tân với thiết kế phần móng cầu được sử dụng cọc ống thép mang lại ưu điểm vượt trội so với cọc bê tông và cọc khoan nhồi, nhờ vào độ bền và cường độ cao của vật liệu cũng như khả năng chịu lực dọc và lực ngang tốt. Phương pháp này giúp thi công nhanh chóng, loại bỏ được một số khâu như đóng cọc ván thép trong phương án cọc khoan nhồi trước đây.

Việc triển khai thi công móng cọc được xây dựng theo công nghệ vòng vây cọc ống thép do Nhật Bản nghiên cứu và phát triển. Đây là lần đầu tiên công nghệ này được áp dụng dự án cầu tại Việt Nam.

Các đơn vị thi công đã đóng cọc vòng vây ngăn nước và chịu lực với đường kính 1,2 m, dài khoảng 38 m cho cọc ống thép, hoàn toàn nhập khẩu từ Nhật Bản. Để thi công, nhà thầu sử dụng búa rung kết hợp với một số thiết bị chuyên dụng như hệ thống phun nước áp lực cao để xói đầu cọc nhằm giảm ma sát và sử dụng thiết bị búa diesel để đóng cọc trong khu vực nền địa chất tốt, giúp đưa mũi cọc tới độ sâu thiết kế. Những thiết bị này lần đầu tiên được đưa vào sử dụng tại Việt Nam.

Sau khi hoàn tất việc đóng cọc vòng vây, nhà thầu tiến hành nạo vét bùn tại đáy sông trong khu vực vòng vây cọc ống thép và đổ bê tông để bịt đáy. Tiếp theo, cốt thép được đưa vào bệ trụ và hàn đinh neo vào ống thép để tăng cường liên kết giữa bệ tháp và cọc ống thép, sau đó đổ bê tông cho bệ tháp. Toàn bộ bệ tháp cầu được thiết kế chìm trong đất, tạo mỹ quan cho cầu Nhật Tân trong mùa nước cạn.

Công nghệ dây văng PWS

Hệ thống cáp văng, thường được áp dụng cho cầu dây văng trên thế giới, gồm hai loại: Sợi song song (PWS) phát triển chủ yếu ở Nhật Bản và Trung Quốc, tao song song (PPS) phát triển ở châu Âu và Mỹ. Đối với cầu Nhật Tân áp dụng công nghệ dây văng PWS, trước đây đã được sử dụng ở cầu Cần Thơ và cầu Bính. Các bó dây cáp được chế tạo sẵn và nhập khẩu toàn bộ theo tiêu chuẩn của Nhật Bản.

Nhờ vào hệ thống sợi song song, các bó cáp được sản xuất đồng bộ sẽ giúp kiểm soát lực căng trong dây văng đồng đều hơn so với hệ thống tao song song, nơi cáp được căng từng dây một như ở nhiều cầu dây văng khác tại Việt Nam. Điều này giúp kiểm soát lực căng cáp tốt hơn.

Với đặc điểm của cầu được thiết kế với hình thức cầu dây văng 5 nhịp, do đó việc căng cáp và quản lý lực căng trong dây văng gặp nhiều thách thức hơn so với cầu dây văng một hoặc hai nhịp. Nếu không kiểm soát tốt, bề mặt cầu có thể bị gợn sóng, tạo ra hiện tượng gồ ghề không mong muốn. Trước khi căng cáp, các kỹ sư Nhật Bản và Việt Nam đã cẩn trọng tính toán các thông số tác động đến lực căng trong dây văng, bao gồm nhiệt độ, thiết bị thi công và độ nghiêng của tháp.

Để kiểm soát bề mặt cầu có thể bị gợn sóng, đội ngũ kỹ sư tập trung cao độ vào việc kiểm soát kỹ lưỡng thông số trong từng giai đoạn chế tạo và thi công, nhà thầu Công ty IHI Group (Nhật Bản) đã quản lý tốt lực căng dây văng trong từng giai đoạn kéo căng, do đó không cần điều chỉnh lực căng dây văng trong giai đoạn hoàn thiện cầu.

Dầm liên hợp thép và bê tông

Đội ngũ kỹ sư đã thiết kế dầm cầu chính của cầu Nhật Tân được thiết kế bằng thép, với bản mặt cầu bê tông (dầm liên hợp thép và bê tông). Phương án này nhằm giảm khối lượng dầm, phù hợp với loại hình cầu dây văng có nhịp lớn, vượt sông dài tới 300 m, đồng thời kết hợp tốt khả năng chịu kéo của thép và khả năng chịu nén của bê tông.

Việc sử dụng dầm cầu bằng bê tông cốt thép, đường kính cáp văng và số lượng dây cáp cần phải tăng lên do khối lượng dầm lớn, làm khó đi việc áp dụng cho cầu có khẩu độ vượt nhịp lớn. Hơn nữa, việc kiểm soát nứt trong dầm bê tông cũng gặp nhiều khó khăn do ứng suất kéo và nén của dầm thay đổi theo từng giai đoạn thi công và khai thác.

Tại cầu Nhật Tân các khối dầm thép dài 12 m được sản xuất tại Nhật Bản và Việt Nam được chuyển giao đến công trường và lắp ghép với nhau bằng bu lông cường độ cao. Quá trình chế tạo dầm thép, việc kiểm soát chất lượng thép, nhiệt độ gia công và công tác hàn được ưu tiên hàng đầu nhằm đảm bảo biến dạng, độ vồng của dầm thép sau khi chế tạo phù hợp với các thông số thiết kế đã đề ra. Dầm thép hình chữ I và mặt cầu bê tông cốt thép liên hợp không chỉ giúp giảm trọng lượng, tăng khả năng chịu tải mà còn kéo dài tuổi thọ của công trình.

Có thể nói việc thi công cầu Nhật Tân không chỉ là xây dựng xong một cây cầu mà đây thực sự là nơi để các kỹ sư và thợ cầu Việt Nam tiếp nhận và làm chủ các công nghệ thi công cầu hiện đại của thế giới với hệ thống dây văng PWS được căng đồng bộ với độ chính xác cao, các cọc ống thép lớn được thi công ngay tại chỗ bằng thiết bị hiện đại và kỹ thuật đúc hẫng cân bằng giúp kiểm soát chất lượng từng chi tiết, hệ thống quan trắc tự động giám sát toàn bộ quá trình thi công và vận hành.

Với vị trí đắc địa của cầu Nhật Tân, kết nối khu vực trung tâm thành phố với sân bay quốc tế Nội Bài, tuyến đường 5 kéo dài… công trình thiết kế đẹp, bề thế, giao thông thuận tiện, nhanh chóng, hành trình từ trung tâm Hà Nội đến Nội Bài và các tỉnh được rút ngắn so với trước đây.