Công nghệ tiên tiến, hiện đại sửa mặt cầu Thăng Long

Mặt cầu Thăng Long đã xuống cấp nghiêm trọng sau nhiều năm sử dụng.

Đầu tháng 8 sẽ khởi công

Sau 35 năm khai thác, sử dụng, mặt cầu Thăng Long đến nay đã xuống cấp. Việc tiến hành sửa chữa mặt cầu Thăng Long thu hút sự quan tâm của dư luận bởi vị trí đặc biệt của nó. Cầu Thăng Long với vai trò kết nối giao thông cửa ngõ phía Bắc TP.Hà Nội, chia sẻ áp lực giao thông với cầu Chương Dương, Long Biên. Phần cầu chính vượt sông dài 1.680 m gồm 15 nhịp giàn thép, tạo thành 5 liên dầm liên tục, mỗi liên dầm có độ dài 112 m/nhịp x 3 nhịp. Cầu gồm hai tầng dùng chung cho đường sắt và đường bộ. Cầu đường sắt và xe thô sơ nằm phía dưới, cách tầng trên 14,10 m, rộng 17 m. Cầu ô tô nằm ở tầng trên cùng có chiều rộng 20,5 m, phần đường ô tô rộng 16,5 m cho 4 làn xe, chiều rộng hành lang bộ hành hai bên 2m. Các nhịp cầu dẫn bằng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực.

Trao đổi với Tạp chí GTVT, ThS. Vũ Hải Tùng - Phó Cục trưởng Cục Quản lý Xây dựng đường bộ (Tổng cục ĐBVN) cho biết, qua thời gian khai thác, phần mặt đường trên cầu Thăng Long đã xuất hiện các hư hỏng, tuy nhiên với các đặc điểm kết cấu phức tạp (cầu dàn thép hai tầng cho đường bộ và đường sắt, chiều dài nhịp lớn, giàn thép liên tục trên nhiều nhịp), mặt cầu phải chịu đồng thời các tải trọng xe chạy trên mặt cầu, tải trọng tầu hỏa, lực gió ngang, nhiệt độ… tạo ra các dao động, chuyển vị, biến dạng, ứng suất lớn đồng thời theo các phương khác nhau. Do vậy, từ năm 2009 đến nay, sau nhiều lần sửa chữa nhưng các hư hỏng trên mặt đường trong phạm vi giàn thép vẫn chưa được khắc phục triệt để (hiện tại nhiều cầu có kết cấu tương tự trên thế giới cũng phải sửa chữa nhiều lần). Mặt cầu xuất hiện nhiều vết nứt, trượt, “ổ gà”, xô dồn nhựa làm ảnh hưởng đến khai thác và tiềm ẩn nguy cơ mất ATGT.

Nguyên nhân chính gây hư hỏng mặt cầu là do cấu tạo của bản mặt cầu: chiều dày lớp bản thép mặt cầu (14 mm) mỏng so với yêu cầu cấu tạo (theo Tiêu chuẩn TCVN 11823-09:2017 với yêu cầu tối thiểu 15,2 mm) có độ cứng nhỏ, dẫn đến độ võng tích lũy là đáng kể; bản mặt cầu chịu kéo theo cả hai phương dọc và ngang. Chất lượng bê tông nhựa thi công trên mặt cầu thép mỏng khó kiểm soát về độ chặt lu lèn và nhiệt độ; độ dính bám của lớp phủ trên mặt bản thép kém gây ra các hiện tượng phá hoại nứt, trượt lớp phủ.

“Để giải quyết tình trạng hư hỏng mặt cầu Thăng Long, Tổng cục ĐBVN đã mời tư vấn độc lập lựa chọn đánh giá tiến hành kiểm định, đánh giá khả năng chịu lực và nghiên cứu các giải pháp sửa chữa mặt mặt cầu. Theo đó, Tổng cục đang tiến hành chấm thầu, ngày 25/7 sẽ tiến hành cấm cầu, chuẩn bị công tác tập kết thiết bị, máy móc để đầu tháng 8 sẽ tiến hành khởi công”, ông Tùng cho biết.

Lựa chọn phương pháp tối ưu

Trao đổi với Tạp chí GTVT, ông Nguyễn Văn Huyện, Tổng cục trưởng Tổng cục ĐBVN cho biết, về giải pháp sửa chữa, Tổng cục đã làm việc với chuyên gia Nga (Công ty SK MOST) và phía đơn vị này đề xuất phương án sử dụng bê tông nhựa đúc (Guss-Asphalt) tương tự cầu Millau của Pháp. Sau nhiều lần trao đổi bằng thư điện tử, tháng 6/2019, Tổng cục ĐBVN đã có thư mời đại diện Công ty SK MOST sang Việt Nam vào khoảng đầu tháng 7/2019 để trao đổi chi tiết và chuẩn bị các thủ tục cần thiết cho việc ký kết hợp đồng (chi phí do phía Việt Nam chi trả) nhưng không nhận được văn bản trả lời chính thức. Ngoài ra, Dự án sửa chữa mặt cầu Thăng Long nằm trong danh mục dự án ưu tiên Việt - Nga năm 2019, Bộ Phát triển Kinh tế Nga đã gửi yêu cầu tới Công ty SK MOST để tham gia sửa chữa mặt cầu Thăng Long, tuy nhiên Công ty SK MOST không thể hiện sự quan tâm.

Trên cơ sở kết quả phân tích so sánh các phương án (có xem xét đến các phương án đã nghiên cứu trước đây của Tư vấn KEI của Nhật Bản đã nghiên cứu năm 2014) và tổng hợp, nghiên cứu kinh nghiệm sửa chữa mặt cầu thép trên thế giới, giải pháp sử dụng bê tông siêu tính năng liên hợp với mặt bản thép sau đó thảm lớp phủ gốc nhựa tạo nhám và êm thuận là phù hợp nhất. Giải pháp này đã được ứng dụng thành công ở các nước như Pháp, Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc... Trên cơ sở đề xuất của tư vấn thiết kế, ý kiến tham gia của các cơ quan và các chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực công trình giao thông và một số chuyên gia nước ngoài, Tổng cục ĐBVN đã phê duyệt phương án sửa chữa mặt cầu Thăng Long bằng giải pháp sửa chữa bản thép trực hướng bằng kết cấu mặt cầu liên hợp siêu nhẹ.

Về nguyên lý, đây là giải pháp thiết kế kinh điển, kết cấu bê tông liên hợp với bản thép thông qua hệ thống đinh neo như nhiều kết cấu cầu thép, chỉ khác ở chỗ sử dụng bê tông siêu tính năng UHPC có cường độ rất cao (gấp 3 - 4 lần bê tông thông thường) để giảm chiều dày bản bê tông từ 20 - 22 cm xuống 5 - 6 cm.

Sử dụng công nghệ mới

Trao đổi với Tạp chí GTVT, lãnh đạo Viện Khoa học và Công nghệ GTVT cho biết, đây là công nghệ mới lần đầu tiên thi công tại Việt Nam, do vậy chúng ta phải lường trước các yếu tố bất lợi như cầu cũ, thời tiết, điều kiện vừa khai thác vừa thi công, nhân lực vật lực của nhà thầu… Do đó, khi triển khai thi công phải hết sức thận trọng, có thể vừa làm vừa chỉnh sửa, bổ sung, đặc biệt là phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật, các tiêu chuẩn, quy trình thi công.

Đại diện liên danh thiết kế Công ty TNHH GTVT và Công ty CP Tư vấn thiết kế Cầu lớn - Hầm cho biết, việc sửa chữa mặt cầu Thăng Long áp dụng một số giải pháp công nghệ và vật liệu mới lần đầu tiên áp dụng ở Việt Nam.

Phần mặt đường xe chạy được cào bóc lớp bê tông nhựa hiện hữu, cào bóc toàn bộ lớp phủ đến mặt tấm bản thép, tẩy các lớp dính bám mặt cầu; sau đó làm sạch bản mặt thép đến độ sạch Sa1,0, riêng trong phạm vi 0,5 m tiếp giáp với lề bộ hành và tiếp giáp với khe co giãn làm sạch đến độ sạch Sa2,5, sau đó sơn bảo vệ bề mặt thép bằng sơn Epoxy.

Gia cường mặt cầu thép trực hướng hiện tại thành mặt cầu liên hợp nhẹ (LWSD): lớp bê tông siêu tính năng (UHPC) có cường độ chịu nén tối thiểu bằng 120 MPa, chịu kéo ≥ 7,0 Mpa, chiều dày h ≥ 60 mm. Lưới cốt thép gia cường cho bê tông sử dụng lưới thép đường kính D10 (thép có gờ loại CB400-V) bước 50x50 mm. Phần vòng của bản thép mặt UHPC sẽ được chuẩn XCS lại sau khi cào bóc toàn bộ lớp phủ cũ, đo đạc lại cao độ mặt bản thép đảm bảo chiều dày tối thiểu h ≥ 60 mm, bề mặt thoát nước và hạn chế tăng tĩnh tải mặt cầu. Liên kết giữa bản mặt thép hiện tại và bê tông siêu tính năng bằng đinh neo đường kính 13 mm, dài 50 mm theo tiêu chuẩn chịu cắt ISO 13918-2018).

Bước đinh neo là 10x10 cm tại các vị trí: mép ngoài mặt cắt của đường xe chạy và vị trí khe co giãn; bước đinh neo tại vị trí trên đỉnh các trụ trung gian là 15x10 cm; bước đinh neo là 15x15 cm các vị trí còn lại. Việc thi công đổ lớp bê tông UHPC mặt cầu được tuân thủ đúng theo sơ đồ thiết kế nhằm đảm bảo an toàn cho kết cấu. Phần lề bộ hành cũng được cào bóc một phần bê tông nhựa hiện hữu, giữ lại tối đa 2 cm bê tông nhựa cũ và lớp bám dính với mặt thép hiện hữu, tưới dính bám bằng nhũ tương CRS-1 0,5 kg/m2, sau đó thảm bê tông nhựa chặt BTBC 9,5 dày 3 cm.

Các khe co giãn được thay thế toàn bộ bằng khe con giãn ray dạng mô-đun bao gồm các dầm ray tựa và trượt trên các dầm ngang được đặt ngang qua khoảng trống của khe co giãn, hai đầu tựa chặt trên các gối (trên và dưới) đặt trong các dầm ngang của kết cấu nhịp.

Để công tác sửa chữa được thực hiện theo quy định cũng như đảm bảo giao thông sẽ phải cấm tuyệt đối các loại ô tô lưu thông qua cầu Thăng Long trong toàn bộ thời gian sửa chữa, đồng thời giảm tốc độ đoàn tàu qua phạm vi giàn thép xuống mức tối thiểu. Nếu mức dao động còn lớn sẽ dừng chạy tàu trong thời gian đổ bê tông và chờ bê tông UHPC đủ cứng. Đồng thời, lực lượng chức năng sẽ phân luồng từ xa đối với các phương tiện qua cầu Thăng Long về khu vực phía Bắc và phía Nam cầu Thăng Long.

Theo tính toán, tuổi thọ của phương án sửa chữa này là trên 30 năm với lớp bê tông siêu tính năng và 10 năm đối với lớp phủ gốc nhựa tạo nhám và tạo êm thuận.