I.PHẦN TRỤ THÁP CHÍNH

Tháp cầu

Tháp nhịp chính (Main Span Tower – MST) là kết cấu chịu lực chính của phần cầu dây văng (CSB) và là yếu tố kiến trúc tạo nên diện mạo đặc trưng của Cầu Champlain Mới. Tháp bao gồm hai trụ đứng được xây dựng bằng tổ hợp các đoạn bê tông đúc sẵn và bê tông đổ tại chỗ (CIP), đặt trên móng đổ tại chỗ có sử dụng cọc.

Việc lựa chọn sử dụng các đoạn đúc sẵn cho phần chân tháp dưới được cân nhắc dựa trên thời điểm thi công – nhằm tránh điều kiện thời tiết khắc nghiệt – đồng thời cho phép thi công chân tháp diễn ra ngoài đường găng tiến độ. Nhờ phương pháp thi công lắp ghép bằng các đoạn đúc sẵn có hiệu suất cao, nhóm thi công đã lắp dựng toàn bộ 44 đoạn chân tháp phía dưới dầm ngang dưới chỉ trong vòng 36 ngày – lập kỷ lục với 4 đoạn được lắp trong một ngày.

Các trụ tháp được thiết kế rỗng bên trong để tạo không gian lắp đặt thang máy, thang leo và hệ thống kỹ thuật. Hai trụ được liên kết bằng dầm ngang dưới và dầm ngang trên có hình dáng giống “nút thắt nơ” (bow tie). Dầm ngang dưới liên kết trực tiếp với phần kết cấu phía trên (superstructure), còn "nút thắt nơ" nằm phía trên vùng thông thoáng của hành lang tàu điện. Phần trụ tháp phía trên được thi công bằng bê tông đổ tại chỗ, sử dụng hệ ván khuôn leo (jump forms).

Tóm lượt qua thông số trụ tháp:

TrụChiều cao và cấu tạo chung

Trụ tháp cao 170 m từ nền móng, vượt qua cả tháp của Sân vận động Olympic Montréal researchgate.net+14pontsamueldechamplain.ca+14samueldechamplainbridge.ca+14.

Kết cấu tháp gồm hai chân bê tông cốt thép rỗng (có lắp đặt cầu thang, thang máy và hệ thống kỹ thuật), với 44 đoạn đúc sẵn (lower legs) và phần trên đúc tại chỗ bằng cofferdam cùng hệ thống climbing forms roadsbridges.com.

2. Giao diện “cái âm thoa” (bow tie)

Hai chân tháp liên kết bởi hai cross‑beam:

Lower cross‑beam (được gia cố bằng thép đúc sẵn tại Tây Ban Nha): dài 48 m, cao 4 m, dày 8.7 m, nặng ~665 tấn thép + 2.500 tấn bê tông flickr.com+4samueldechamplainbridge.ca+4samueldechamplainbridge.ca+4.

Upper cross‑beam (“bow‑tie”): đúc tại công trường, cao 10 m, đáy rộng 9.4 m, đỉnh rộng 7 m, dày 5.9 m, nặng khoảng 350 tấn roadsbridges.com+3samueldechamplainbridge.ca+3samueldechamplainbridge.ca+3

3. Móng trụ tháp và hệ truyền lực

Dưới móng tháp là 42 cọc khoan nhồi đường kính 1.2 m, chịu lực tải trọng lớn samueldechamplainbridge.ca+1samueldechamplainbridge.ca+1.

Sau khi móng và tám chân được thi công hoàn tất, các đoạn tháp được lắp ghép nhanh chóng bằng phương pháp đúc sẵn: 44 đoạn dưới completed trong 36 ngày, kỷ lục dựng 4 đoạn/ngày roadsbridges.com

Thi công trụ chính (MÔ HÌNH)

ụ neo cáp tại trụ tháp

Mặt cắt ngang 1 đốt dầm tổ hợp 3 dầm dọc chủ

 tháp chính đang thi công

Dầm ngang dưới

Dầm ngang trên lắp ghép hình nơ lắp đặt các thanh cáp dự ứng lực sẽ cho phép cố định phần “nơ” vào kết cấu trụ chung.

Dầm ngang trên

Đốt dầm thép tại trụ tháp.

II.KẾT CẤU PHẦN TRÊN CẦU DÂY VĂNG (Superstructure)

Phần kết cấu phía trên của cầu bao gồm ba dầm dọc chính, có nhiệm vụ nâng đỡ các làn xe lưu thông theo hướng Bắc và Nam, cùng với một hành lang trung tâm dành cho tuyến giao thông đường sắt nhẹ.

Toàn bộ kết cấu phần trên của dự án được thiết kế với chiều cao không đổi, kéo dài từ mố cầu đầu tiên đến mố cầu cuối cùng. Hình học của các dầm hộp được xác định dựa trên các giới hạn vận chuyển đường bộ và đường sắt. Các dầm hộp là loại dầm thép đa khoang kết hợp với bản mặt cầu đúc sẵn bằng bê tông. Việc lựa chọn hệ thống dầm hộp thép liên hợp làm kết cấu phần trên chính được đưa ra dựa trên yêu cầu tiến độ. Ví dụ, mặc dù sử dụng các đoạn bê tông đúc sẵn có thể khả thi về mặt kỹ thuật (đặc biệt ở nhịp lùi của cầu dây văng – CSB), nhưng phương án này sẽ mất nhiều thời gian thi công hơn, đặc biệt trong mùa đông.

Đối với phần kết cấu phía trên của cầu dây văng (CSB), sự không cân bằng giữa các nhịp và hệ thống dây văng đòi hỏi phải sử dụng đối trọng bằng bê tông ở nhịp ngắn phía sau để đảm bảo cân bằng tổng thể tại tháp chính (MST). Một dầm ngang được bố trí tại mỗi cặp dây văng để liên kết ba dầm chính, tạo thành một lưới hai chiều bằng dầm hộp thép. Các dầm ngang này truyền tải trọng từ các dầm chính sang dây văng, giúp phân bổ lực đều và giảm hiện tượng xoắn tại phần thân tháp phía trên.

Cấu trúc tiếp cận phía Đông (gồm hai khung) và cấu trúc tiếp cận phía Tây (gồm bốn khung) sử dụng kết cấu liên hợp (composite) với chiều dài nhịp điển hình là 80 mét – tối ưu hơn so với nhịp dài 60 mét (lý tưởng cho dầm bê tông dự ứng lực), từ đó giúp giảm tổng số lượng trụ cầu cần thiết.

Kết cấu phần trên của các đoạn tiếp cận cũng sử dụng cấu kiện dạng "liên hợp kép" (double-composite) tại bàn trụ, gồm bản mặt cầu bằng bê tông và phần bê tông đổ bù ở đáy dầm. Thiết kế này yêu cầu tính toán kỹ lưỡng về sự tương thích biến dạng và kiểm soát nứt. Ngoài ra, một nhịp trong cấu trúc tiếp cận phía Đông cần vượt qua tuyến đường cao tốc hiện hữu Rte. 132 với chiều dài 109 mét. Tại khung này, hệ thống kéo căng sau (post-tensioning) được áp dụng trong phần thép để kiểm soát độ võng mà vẫn duy trì chiều cao nhịp theo yêu cầu.

phạm vi cầu DV là 529m, có nghìa là 2 bên đầu có 2 trụ neo để chống nhổ (3 dầm dọc chủ sẽ có hệ dầm ngang liên kết với nhau (EJ- khe co giãn)

Trắc dọc cầu dây văng bất đối xứng 1 bên 11 đốt dầm (12,5m); bên kia 15 đốt

Đối với kết cấu phần trên của cầu dây văng, do nhịp bất đối xứng nên sử dụng đối trọng ở nhịp ngắn để đảm bảo cân bằng tổng thể tại tháp chính của nhịp cầu

Kỹ thuật thi công cầu dây văng (CSB)

Thách thức lớn nhất trong việc thi công cầu dây văng là vượt qua tuyến hàng hải St. Lawrence – tuyến đường thủy quan trọng bậc nhất ở miền Đông Canada, kết nối tới khu vực Ngũ Đại Hồ. Không được phép xây dựng bất kỳ công trình tạm nào trong luồng hàng hải, và khoảng không phía trên luồng phải được đảm bảo để hạn chế ảnh hưởng đến giao thông thủy.

Nhóm thiết kế-thi công đã lên kế hoạch tỉ mỉ để thi công nhịp chính trong suốt năm 2018, sau khi nhận được sự cho phép từ Tập đoàn Quản lý Tuyến hàng hải St. Lawrence. Mỗi đoạn kết cấu sẽ được nâng lên xe con (trolley), vận chuyển đến vị trí lắp dựng phía trên luồng hàng hải. Tại đây, một hệ dàn giáo (gantry) khác sẽ nâng đoạn này vào vị trí để nối với các dầm đã được lắp trước đó. Quá trình vận chuyển qua luồng hàng hải sẽ kéo dài trong vài giờ. Sau khi được nâng lên đúng vị trí, đoạn kết cấu sẽ không còn cản trở khoảng không cần thiết. Trong chu kỳ lắp dựng các đoạn, các hạn chế đối với hoạt động vận tải thủy sẽ chỉ giới hạn trong vài mét khoảng không thẳng đứng và kéo dài trong vài giờ mỗi tháng.

Ngoài ra, việc áp dụng trình tự thi công cải tiến đã giúp giảm tối đa thời gian xây dựng tại hiện trường. Theo phương pháp truyền thống, cầu dây văng được thi công theo kiểu đúc hẫng cân bằng: trước tiên lắp dựng dầm hộp thép, sau đó thi công dây văng, và cuối cùng lắp đặt bản mặt cầu bê tông.

Để tăng tốc độ thi công, nhóm đã điều chỉnh quy trình này bằng cách thực hiện một lần nâng tổ hợp lớn. Mỗi đoạn thép được lắp đặt đã bao gồm hầu hết các tấm bản mặt cầu bê tông, thiết bị căn chỉnh và cả đối trọng – từ đó giảm đáng kể thời gian thi công cho mỗi đoạn. Dây văng sau đó được lắp và kéo căng theo nhiều giai đoạn để hoàn thiện lắp dựng nhịp chính, và phần bê tông cuối cùng của bản mặt cầu được đổ để hoàn thiện kết cấu phần trên.