Công trình cầu
A. Khái quát tình hình phát triển ngành cầu trong và ngoài nước
I. Hiện trạng phát triển Ngành Xây dựng cầu Trung Quốc
1. Khái quát tình hình phát triển công trình
Hơn 20 năm nay, ngành xây dựng cầu Trung Quốc đã trải qua một thời kỳ phát triển rực rỡ, đã hoàn thành một số lượng lớn cầu khẩu độ lớn kết cấu mới mẻ, kỹ thuật phức tạp, thiết kế và thi công độ khó lớn, mức độ hiện đại hoá và hàm lượng khoa học kỹ thuật cao, đã tích luỹ nhiều kinh nghiệm thiết  kế và thi công cầu phong phú, nói tổng quát, trình độ xây dựng cầu của Trung Quốc đã bước lên hàng tiên tiến của thế giới.
Cầu dây văng là một hệ thống cáp chịu tải có khả năng vượt lớn hơn so với cầu dầm, và có tính năng lực học và chỉ tiêu kinh tế tốt, đã trở thành kiểu cầu chủ yếu nhất của cầu khẩu độ lớn, chiếm ưu thế trong phạm vi khẩu độ từ 200-800m, trong  khẩu độ đặc biệt lớn từ 800-1100m, cũng đóng vai trò quan trọng.

Trung Quốc đã xây dựng hơn 100 cầu dây văng, trong đó có 50 cầu khẩu độ lớn hơn 200m, đã trở thành nước có cầu dây văng nhiều nhất. Nhiều năm nay, trong các mặt thiết kế, kỹ thuật thi công, điều khiển thi công cầu dây văng, phòng gió, mưa, rung dây văng, Trung Quốc đã tích luỹ nhiều kinh nghiệm phong phú. Cầu Nam Phố, Thượng Hải hoàn thành năm 1991 là cầu dây văng kết hợp có nhịp chính 423m đã khởi nguồn cho việc xây dựng cầu dây văng có nhịp 400m trở lên ở Trung Quốc, cầu dây văng nhịp lớn phát triển như nấm mọc sau mưa. Theo thống kê đến tháng 9/2003, Trung Quốc đã xây dựng 27 cầu có nhịp lớn hơn 400m, trong đó đã thông xe 17 cầu, đang xây dựng 9 cầu. Hiện nay trong 10 cầu dây văng lớn đã xây xong trên thế giới, Trung Quốc có 6 cầu; trên thế giới chỉ có 6 cầu dây văng có nhịp trên 600m, Trung Quốc đã có 4 chiếc. Ngoài ra, cầu Trường Giang, Di Lăng nhịp đôi 348m là cầu dầm cáp treo bê tông 3 tháp khẩu độ lớn nhất thế giới. Nói tóm lại, trình độ thiết kế thi công cầu dây văng đã đứng vào hàng tiên tiến của thế giới, thành quả của một số bộ phận đạt trình độ dẫn đầu thế giới. Hiện nay, cầu Ngang Thuyên Châu ở Hồng Kông, cầu Tô Thông ở Giang Tô, Trung Quốc đang xây dựng trong đó nhịp chính trên 1000m, kỹ thuật xây dựng cầu dây văng từ đó sẽ phải có đột phá mới. 

Cầu dây treo là một trong những hình thức chủ yếu của cầu khẩu độ đặc biệt lớn, khi khẩu độ lớn hơn 800m phương án cầu dây treo hầu như có địa vị lũng đoạn. Trong thời kỳ gần đây, Trung Quốc đã hoàn thành 11 cầu dây treo khẩu độ lớn: cầu vịnh Sán Dầu (nhịp chính 452m), cầu Trường Giang Tây Lăng (nhịp chính 900m), cầu Hổ Môn (nhịp chính 888m), cầu Trường Giang Nghi Xương (nhịp chính 960m) và cầu Trường Giang Giang Âm, đứng thứ tư thế giới (nhịp chính 1385m), cầu Thanh Mã, Hồng Kông đứng thứ năm thế giới (đứng thứ nhất thế giới về cầu lưỡng dụng) (nhịp chính 1377m). Nhiều năm nay, Trung Quốc đã tích luỹ nhiều kinh nghiệm phong phú thiết kế và thi công cầu dây treo, đang tràn đầy niềm tin để xây dựng cầu Trường Giang Nhuận Dương (nhịp chính 1490m). Trình độ thiết kế và thi công cầu dây treo của Trung Quốc đã đứng vào hàng tiên tiến của thế giới. Hiện nay, Trung Quốc đang quy hoạch xây dựng các cầu dây treo khẩu độ lớn: cầu Châu Sơn (nhịp chính 1650m) và cầu Thanh Long Hồng Kông (nhịp chính 1418m).
Cầu hỗn hợp dây văng và dây treo có các đặc điểm: tính năng kinh tế tốt, độ cứng kết cấu khá cao, nên những năm gần đây cũng trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong nước. Trong thực tiễn công trình, năm 1997, Trung Quốc đã hoàn thành cầu Điểu Giang có nhịp 288m và ở giai đoạn thiết  kế nhiều công trình những năm gần đây đã đề xuất phương án hệ thống hỗn hợp như cầu Linh Đinh, cầu Nhuận Dương, cầu Lư Phố…

Cầu vòm là một loại cầu có lịch sử lâu đời của Trung Quốc những năm gần đây cũng phát triển khá mạnh. Cầu Đan Hà, Phổ Thành, Sơn Tây xây xong năm 2001 (khẩu độ 146m) là cầu vòm đá khẩu độ lớn nhất thế giới. Về mặt thi công cầu vòm bê tông, căn cứ điều kiện công trình khác nhau mà sử dụng phương pháp lắp bằng cáp treo, phương pháp giá vòm, phương pháp giá đỡ, phương pháp lao xoay, phương pháp khung sườn tăng cứng… Hiện nay, cầu Kế Sa, Quảng Châu (cầu vòm bê tông cốt thép nhịp chính 312m), cầu Trường Giang huyện Vạn, Trùng Khánh (cầu vòm bê tông nhịp chính 420m), cầu sông Giang Giới Quý Châu (cầu vòm dàn bê tông nhịp chính 330m), cầu Lư Phố, Thượng Hải (cầu vòm hộp thép, nhịp chính 550m) đều giữ kỷ lục thế giới của các loại cầu vòm. Theo thống kê, trên thế giới có 5 cầu vòm bê tông khẩu độ lớn hơn 300m, Trung Quốc chiếm 3 cầu; từ những năm 90 thế kỷ 20 đến nay, đã xây 13 cầu vòm bê tông ống thép khẩu độ lớn hơn 200m. Hiện nay cầu Trường Giang Vu Sơn (nhịp chính 460m) đang xây dựng lại sẽ là một cầu vòm bê tông ống thép có kỷ lục thế giới về khẩu độ đặc  biệt lớn.

Cầu khung  cứng liên tục PC so với cầu dầm liên tục PC và cầu khung cứng kiểu “T” PC có năng lực vượt lớn hơn. Cầu Lạc Khê Quảng Đông xây xong năm 1988 (nhịp chính 180m) đã mở ra tiền lệ cầu  khung cứng liên tục PC khẩu độ lớn xây dựng ở Trung Quốc. Hơn mười năm nay, trong phạm vi toàn quốc, cầu dầm PC đã làm hơn 70 chiếc khẩu độ lớn hơn 120m. Hiện nay thế giới đã xây dựng 17 cầu dầm PC khẩu độ trên 240m, Trung Quốc chiếm 7 chiếc. Những năm gần đây, liên tiếp nhau xây xong cầu đường biển thuộc cầu lớn Hổ Môn (nhịp chính 270m) cầu Trường Giang Tô Châu (nhịp chính 252m), cầu Hoàng Hoa Viên, Trùng Khánh (nhịp chính 250m) cầu Trường Giang Hoàng Thạch (nhịp chính 245m), cầu Cao Gia Hoa Viên, Trùng Khánh (nhịp chính 240m), cầu Lục Quảng Hà, Quý Châu (nhịp chính 240m), gần đây lại sắp xây xong một loạt cầu khung cứng liên tục PC khẩu độ lớn. Kỹ thuật xây dựng cầu kiểu cầu khung cứng liên tục PC và kiểu cầu dầm PC khẩu độ lớn của Trung Quốc đã ở trình độ dẫn đầu thế giới.

Về mặt xây dựng cầu khẩu độ trung bình và nhỏ cũng đã đạt được thành tích rõ rệt. Cùng với việc xây dựng quy mô lớn đường bộ cao cấp, đường bộ phổ thông và đường sắt, cầu khẩu độ trung bình và nhỏ, cầu cạn hình thức rất đa dạng, chất lượng công trình không ngừng nâng cao, phục vụ cho giao thông vận tải an toàn và thoải mái. Trong cầu khẩu độ trung bình và nhỏ đã sử dụng rộng rãi các kiểu cầu: cầu dầm  bản, cầu dầm chữ T, cầu dầm hình hộp liên tục, cầu khung hình chữ T, cầu khung cứng liên tục… Cầu bản là loại cầu thường dùng với số lượng lớn, diện dùng rộng trong cầu đường bộ, nó có cấu tạo đơn giản, chịu lực rõ ràng, có thể dùng kết cấu bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực; có thể làm thành đặc và rỗng, đỗ tại chỗ để thích ứng các loại hình trạng. Đặc biệt thích ứng với điều kiện chiều cao kiến trúc bị hạn chế và cầu khẩu độ trung bình, nhỏ trên đường cao tốc vùng đồng bằng có thể hạ thấp cao độ đất đắp đường, chiếm ít đất canh tác và tiết kiệm lượng công việc đào đắp. Khẩu độ dầm bản bê tông cốt thép phổ thông thường dưới 13m, khẩu độ kinh tế của dầm bản bê tông dự ứng lực có thể đạt tới trên dưới 25m. Dầm chữ T bê tông dự ứng lực có các ưu điểm: kết cấu đơn giản, chịu lực rõ ràng, tiết kiệm vật liệu, lắp đặt thuận tiện, năng lực vượt khá lớn, khẩu độ lớn của nó không vượt quá 50m là thích hợp, tăng thêm khẩu độ thì từ chịu lực, cấu tạo và kinh tế đều không hợp lý. Dầm mặt cắt hình hộp có thể thích ứng các loại điều kiện sử dụng, đặc biệt thích hợp với cầu liên tục bê tông dự ứng lực, cầu bề rộng biến đổi. Vì bản hẫng gắn chặt trên dầm hộp, độ dài của nó có thể biến đổi với biên độ khá lớn, đồng thời khoảng cách bản bụng cũng có thể mở rộng, mà dầm hộp có độ cứng kháng xoắn khá lớn cho nên dầm hộp có thể xây cầu uốn xiên trên trụ chống độc lập, còn cầu dầm liên tục có ưu điểm: mối nối mặt cầu ít, chiều cao dầm nhỏ, độ cứng lớn, tính chỉnh thế mạnh, ngoại hình đẹp, dưỡng hộ tiện… Khung cứng liên tục có thể nhiều nhịp nối tiếp nhau, cũng có thể thả lỏng nhịp biên, sử dụng chân đế, hình thành khung cứng  hệ thống dầm tiên tục. Mặt cầu liên tục kkông có mối nối đã cải thiện điều kiện đi xe; dầm cột cố kết đã tiết kiệm chân đế; độ cứng của dầm và cột lựa chọn hợp lý có thể giảm bớt mô men uốn trong nhịp dầm từ đó có thể giảm bớt chiều cao kiến trúc của dầm. Vì vậy, khung liên tục đã giữ ưu điểm của khung cứng chữ T và dầm liên tục. Phạm vi thích dụng khẩu độ của cầu dầm liên tục và cầu khung cứng liên tục khá rộng, từ 20m đến 300m đều có thể dùng. Trừ các cầu khẩu độ khá lớn đã nói đến ở trên, Trung Quốc còn xây dựng rất nhiều cầu khung cứng liên tục 100m và dưới 100m.

Kim Đài
(Trích dịch từ Nghiên cứu phát triển khoa học và kỹ thuật công trình xây dựng Trung Quốc năm 2020. Hội công trình xây dựng Trung Quốc)