Nhat Tan Bridge Part 1 - Cầu Nhật Tân được xây dựng như thế nào?

Sông Hồng, dòng sông lớn nhất chạy qua thủ đô của Việt Nam, thành phố Hà Nội Một cây cầu lớn nhất trên sông Hồng nối liền bờ Bắc Nam của dòng sông được mọc lên Một trong những cây cầu có sơ đồ cầu hiện đại đứng tầm thế giới và đoạt giải thưởng kiến trúc quốc tế Với những công nghệ thi công tiên tiến lần đầu tiên được áp dụng tại Việt Nam Cây cầu đã trở thành những biểu tượng của thủ đô Hà Nội trong thời đại mới, kỷ nguyên của công nghệ Đó chính là cây cầu Nhật Tân Cầu Nhật Tân là một cây cầu nằm trong tổng số 7 cầu hiện có bắc qua sông Hồng ở khu vực Hà Nội Nối quận Tây Hồ với huyện Đông Anh, bắt đầu tại phường Phú Thượng, quận Tây Hồ, đến điểm cuối Rào với quốc lộ 3, xã Vĩnh Ngọc, huyện Đông Anh Cầu được khởi công ngày 7 tháng 3 năm 2009 Cầu nằm trên trục đô thị quan trọng của Hà Nội Kết nối trục vảnh đai là hai trục Đông Tây với trục đô thị chính Bắc Nam phía bắc sông Hồng Từ Nhật Tân lên sân bay quốc tế Nội Bản Cầu được thiết kế theo sự đổi kết cấu nhiều nhịp dây văng liên tục Liên hợp dầm thép và bê tông cốt thép Với 5 chủ tháp bằng bê tông dự ứng lực, hình thoi và 6 nhịp dây văng bằng dầm thép Bàn mặt cầu bê tông đúc sẵn, thi công bằng phương pháp lấp hỡng, cân bằng Cầu Nhật Tân được khánh thành vào ngày 4 tháng 1 năm 2015 Cùng lúc với đường núi Nhật Tân, Nội Bài và sân bay quốc tế Nội Bài đã hoàn thành trước đó Vào dịp kỷ niệm 1.000 năm Thăng Long, Hà Nội Đã tạo nên một tuyến cao tốc nội đô hiện đại Giúp ngắn thời gian di chuyển từ cảng hàng không quốc tế Nội Bài tới trung tâm Hà Nội Cầu được xem là biểu tượng mới ở cửa ngõ phía bắc của thủ đô Trong quy hạch tổng thể phát triển thủ đô Hà Nội về phía bắc sông Hồng Trục đường vành đáy 2 là trục xuyên suốt đồng tây của thủ đô Hà Nội Kết nối với kỳ cầu Nhật Tân và trục chính Bắc Nam Nhật Tân Nội Bài có vai trò cực kỳ quan trọng Kết hợp với trục đường cũ lộ số 5 kéo dài Đường cao tốc cũ lộ số 3 Hà Nội Thái Nguyên Đường cao tốc nội bài Lào Cai Và các trục chính đô thị bắc sông Hồng Đã và đang được xây dựng tạo nên một mạng lưới giao thông hoàn chỉnh Là cơ sở để phát triển đô thị phía bắc sông Hồng Vào những năm 2007-2008 Giao thông hàng không phát triển mạnh vào Việt Nam Đặc biệt với những thành phố lớn Nơi tập trung lưu lượng rất lớn giao thông hàng không trong và ngoài nước Tại Hà Nội để kết nối thủ đô với sân bay quốc tế nội bài Khi đó đã hoàn thành việc xây dựng đường vành đáy 3 Đoạn từ đường Phạm Văn Đồng qua cầu Tháng Long tới sân bay nội bài Đồng thời khi nhà ga T2 hoàn thành Thì lưu lượng giao thông sẽ tăng lên rất lớn Tuyến đường này dường như trở nên quá tài Và nhu cầu cấp thiết cần phải có một tuyến đường khác Để giải quyết anh tắc này Cầu Nhật Tân chính là một trong những điểm nút quan trọng Trong toàn dự án giao thông Nhật Tân nội bài Tuyến đường được xem là giải pháp tối ưu nhất Với tuyến giao thông mới Nhật Tân nội bài Quãng đường chỉ rút ngắn chững hơn 2km thôi Nhưng điều quan trọng hơn đó là chất lượng đường tốt hơn Và như vậy thời gian đi từ trung tâm Hà Nội tới sân bay nội bài Được rút ngắn từ 60 phút xuống còn chỉ dưới 40 phút Với độ an toàn cao hơn nhiều Trong vòng 20 năm vừa qua Trên cơ sở các quy hoạch xây dựng của thủ đô Hà Nội Thì Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt 2 quy hoạch Rất quan trọng về phát triển hạ tầng giao thông của Hà Nội Trong cả 2 quy hoạch này đều có cầu Nhật Tân Đóng vai trò rất quan trọng Đấy là điểm cuối của tuyến vành đai số 2 Và chính là trục xuyên đông tây của thành phố Hà Nội Và đi qua cầu Nhật Tân sẽ được nối với trục chính đô thị phía bắc Cũng được phê duyệt trong các quy hoạch này Thì ở quy hoạch 90 năm 2008 Thì nó được gọi tên là trục chính đô thị Nhật Tân Vĩnh Ngọc nội bài Và ở quy hoạch 519 phê duyệt năm 2016 Thì đó chính là tuyến Nhật Tân nội bài Thế thì cho nên là chúng ta có thể thấy rằng là Cái quy hoạch được xuyên suốt trong vòng 20 năm qua Thì vị trí của cầu Nhật Tân Liên quan đến ở trong nội đô là trục chính đô thị xuyên đông tây Đường vành đai 2 Và ở phía bắc sông Hồng là liên quan đến trục chính đô thị phía bắc Nối lên nội bài Thì đấy là quy hoạch đấy là được khẳng định Mặt cầu Nhật Tân rộng 33,2m Với 8 làn cho cả 2 chiều Mỗi chiều bao gồm 2 làn xe ô tô 1 làn đường cho xe buýt 1 làn xe hai bánh Và phần đường dành cho người người đô Cầu Nhật Tân có tổng chiều dài là 3.755m Bao gồm cầu chính dài là 1.500m Cầu dẫn phía bắc dài 1.240m Và cầu vượt đê phía bắc dài 340m Phần cầu chính dài 1.5km bắc qua sông Hồng Là cây cầu dây văng liên tục bao gồm 5 trụ tháp 6 nhịp gồm 4 nhịp chính Có chiều dài mỗi nhịp là 300m Và 2 nhịp biên chiều dài mỗi nhịp là 150m Cầu dẫn bờ nam dài 675m Dự án cầu Nhật Tân là dự án sử dụng vốn ODA của Nhật Bản Và vốn đối ứng từ ngân sách nhà nước Trước khi được phê duyệt, cầu Nhật Tân đã được tẩm công ty tư vấn thiết kế giao thông vận tài Gọi tắt là TEDI Làm dự án nghiên cứu khả thi Và cùng với công ty tư vấn Nhật Bản Chodai Nghiên cứu nhiều phương án Trong đó tập trung ở 3 phương án chính Đó là cầu bê tông dự ứng lực đúc hẳng cân bằng truyền thống Cầu treo dây võng Và cầu dây văng Với phương án thứ nhất Cầu bê tông đúc hẳng truyền thống qua sông Hồng ở khu vực Hà Nội Chúng ta đã có cầu Thanh Trì Cầu Vĩnh Tuy Tuy là phương án kinh tế nhất Nhưng sẽ không tạo được nét kiến trúc Và biểu trưng độc đáo tại cửa ngõ của thủ đô Đón khách trong và ngoài nước Đi từ sân bay quốc tế về trung tâm Hà Nội Với phương án cầu treo dây võng Chiều dài nhịp thông dụng khoảng là 500 đến 700 mét Nếu chọn phương án có chiều dài nhịp cầu lớn như vậy Thì để đảm bảo hai hoa về kích thước tổng thể Chiều cao thông thủy của lòng sông dưới đáy rầm cầu Được nâng cao hơn nhiều Về kích thước độ dày của rầm rất lớn Do vậy, chiều dài cầu Và độ dốc dọc hai đầu cầu sẽ phải nâng thêm Làm tăng chi phí xây dựng cầu Và ảnh hưởng đến khai thác Mặt khác, chủ tháp của cầu treo dây võng Sẽ phải tăng cao lên trên dưới 200 mét Ở khu vực gần sân bay Sẽ vi phạm vùng vỡ bay ảnh hưởng tới độ an toàn cho giao thông hàng không Do vậy, với phương án này Cũng đã không được lựa chọn Thông thường khi thiết kế Việc đầu tiên tiến hành là lựa chọn loại kết cấu cầu Nhật Tân đã được đưa ra nhiều phương án để lựa chọn Về công nghệ thiết kế Cầu dây võng thiết kế phức tạp hơn cầu dây võng Do việc tính toán phải kết nối giữa các kết cấu Trước đây, khi chưa có sự hỗ trợ và phát triển của công nghệ Thì thiết kế cầu dây võng Dễ dàng hơn cầu dây võng rất nhiều Tuy nhiên, tại thời điểm thiết kế cầu Nhật Tân Với sự phát triển của công nghệ máy tính Việc thiết kế các cầu dây võng nhịp lớn Thậm chí hơn 1.000 mét Vẫn có thể hoàn toàn thực hiện được Do vậy, với cây cầu Nhật Tân Phương án cầu dây văng đã được lựa chọn Phương án 3 Cầu dây văng liên tục nhiều nhịp đã được lựa chọn Vấn đề ở đây Sẽ là phải lựa chọn sơ độ kết cấu nhịp thế nào Cho phù hợp nhất Cầu độ nhịp có thể nói là trên thế giới Người ta có thể vượt cây dây văng thôi Lên tới hơn 1 cây số Nhưng mà kèm theo nó Là chi phí rất đắt Chính vì vậy mà đưa ra của tư vấn Có những phương án nhịp dây văng tới 450 mét Nhưng phương án đấy sẽ không được lựa chọn Vì kinh phí nó đắt Thế còn đây là lợi dụng phần bãi giữa Chúng ta có thể bố trí trụ Và thi công nó vẫn hợp lý Nhưng mà nó lại giảm khổ độ Thì cái chiều cao và vật liệu nó tiết kiệm hơn Thì sau khi so sánh các phương án và hình dây văng Thì lựa chọn cái mô hình Thứ nhất là chọn cái mô hình cầu dây văng nhiều nhịp Thế tại sao ra con số 300? Thì cái này nó còn liên quan đến khổ độ thông thuyền Và cái sơ đồ có khả năng dòng chảy có thể di chuyển Thì tất cả các phương án đều có thể đảm bảo Cho cả các bản dòng chảy Vẫn đảm bảo cái tính không thông thuyền Và kinh phí là thấp nhất trong các phương án đưa ra so sánh Vị trí xây dựng cầu Nhà Tân khá đặc điểm Nằm giữa hai khu độ thị lớn của thành phố Hà Nội Nhà Tân lại là vùng đất trồng đào nổi tiếng Mà cứ tới dịch Tết nguyên đán Nơi đây trở thành một rừng hoa đào bên sông tuyệt đẹp Do vậy phương án cầu dây văng sẽ phải tạo vẻ hiện đại Khỏe khoắn và lại đầy nghệ thuật Cầu Nhà Tân lại là công trình để chào mừng 1.000 năm thăng long Hà Nội Vì thế cây cầu được trú trọng là biểu tượng Của khu vực cửa ngõ phía tây bắc của thủ đô Hà Nội Trong đó chúng ta đã lựa chọn kiểu dây văng nằm ngát vươn lên bầu trời Là tượng trưng cho nằm cửa ô của Hà Nội Và các nhịp liên tục phối hợp với nhau chạy dài qua sông Phác họa nên dáng vẻ của sổng bay lượn trên vùng đất thăng long Với kiến trúc vừa mềm mại quyển truyền vừa hiện đại như vậy Sẽ phù hợp theo chết lý phương đông Và thỏa mãn mọi điều kiện về phương diện kỹ thuật Cầu Nhà Tân được ứng dụng công nghệ thi công móng cọc ống thép tường vây Không chỉ là đầu tiên tại Việt Nam mà thậm chí là cả đối với Đông Nam châu Á Tổng toàn bộ cầu Nhà Tân sử dụng 220 sợi cáp khổng lồ Neo giữa các cối mô đun dầm cầu Chỗ tháp của độ cao tính từ mặt móng đến đỉnh tháp là 111 mét Hay cao 74 mét tính từ bắt đường trên cầu Cầu Nhà Tân, điểm liên kết quan trọng trục xuyên Tân Đông Tây Hà Nội Với trục chính đô thị phía Bắc Nhà Tân hậu bài Cho phép xe chạy tốc độ tối đa lên tới 90 km 1 giờ Để đạt được tốc độ khai thác như vậy Mặt đường được sử dụng loại Adfan lần đầu tiên để áp dụng tại Việt Nam PMB3 Với loại chất liệu này cho phép bộ massage của lốp xe với đường là đạt tiêu chuẩn khi chạy tốc độ 90 km 1 giờ Và xử lý phanh nếu có tình huống đột ngột, xe vẫn trong phạm vĩ an toàn Với những nhịp cầu tượng trưng cho năm cửa ô được chiếu sáng tổng thể với đêm Với ánh sáng đổi màu kỹ thuật, cây cầu nhiều nhịp như dòng uốn lượn nổi bật trên dòng sông Hồng Cầu Nhà Tân đã trở thành biểu tượng mới của thủ đô Hà Nội Cây cầu như một lời chào đón nồng ấm của người Hà Nội Tới tất cả du khách trong nước cũng như quốc tế Để khi đến với Việt Nam, đến với thủ đô Hà Nội Thể hiện lỏng quyến khách của người Hà Nội, cũng là tấm lòng của người Việt Nam Theo thiết kế tổng thể, cầu Nhà Tân là loại cầu dây văng liên tục nhiều nhịp Phương án thi công cầu dây văng nhiều nhịp này là kết quả của nhiều nghiên cứu, thử nghiệm Phần cầu chính có độ dài 1500m và nằm hoàn toàn trên 5 trụ đỡ từ đáy sông Hồng Trình tự thi công cầu chính bao gồm Thi công móng trụ tháp Thi công phần trụ tháp bao gồm chân tháp Dầm ngang và thân tháp Tiếp theo là thi công dầm mặt cầu và cáp văng Khó khăn của công việc ban đầu, đó là thi công móng trụ trên lòng sông Với cầu chính, 5 trụ tháp cầu Nhà Tân có ký hiệu từ P12 đến P16 Tính từ bờ nam sông Hồng Đây là trụ tháp nằm hoàn toàn ở lòng sông Hồng Sau khi hoàn thành, chỉ còn phần trụ tháp với 2 chân trụ khổng lồ nhô lên từ bảng nước Toàn bộ phần móng đã nằm chìm dưới lòng sông cuộn đỏ phù sang Bí ẩn của quá trình thi công móng trụ tháp này Cho hết nằm trong khái nghiệm kết cấu móng vòng vây cặp ống thép Trước khi cầu Nhà Tân được xây dựng Trên đoạn sông Hồng trải qua Hà Nội Đã có các cây cầu như cầu Thanh Trì Cầu Thăng Long Mỗi kết cấu khác nhau sẽ có công nghệ thi công móng trụ cầu khác nhau Công nghệ móng vòng vây cặp ống thép lần đầu tiên được sử dụng ở Nhật Bản năm 1964 Với ưu điểm nổi bật là khả năng chịu lực cao Đặc biệt là chịu vai trạm của tàu thuyền Kích thước kết cấu có thể giảm tối thiểu Giúp hạn chế ảnh hưởng của dòng trải và xói mòn Kết cấu móng vòng vây cặp ống thép rất lý tưởng Cho các công trình cầu thi công trên vùng nước sâu Đơn vị tư vấn thiết kế cầu Nhật Tân Là liên danh Chodai Nippon Engineering Consultant Hợp tác với Tổng công ty tư vấn thiết kế giao thông vận tải Teddy Đã lựa chọn công nghệ móng vòng vây cặp ống thép Để thi công móng trụ tháp cầu Nhật Tân Chúng ta hãy ngược thời gian Trở về quá trình thi công móng trụ có ký hiệu P12 Móng trụ này nằm trên dòng trải Sơn Hồng Nên cần sử dụng các xà lan cỡ lớn trọng tải 4.000 tấn Đặt các cần cờ có sức nâng 350 tấn Có tầm với là 60 mét Từ vị trí đặt móng trụ theo thiết kế Các kỹ sư thi công sẽ đóng một vòng vây hình chữ nhật có 2 đầu tròn Với kích thước hồ móng là 48,7m x 16,9m Bao gồm 78 cọc vòng ngoài 40 cọc vách ngăn và các cọc đơn Mỗi cọc này là những cọc ống thép có đường kính là 1.200mm Dày 22mm và dài 24m Tổng chiều dài mỗi cọc này giao động từ 40 đến 50m Loại cọc ống thép có đường kính và chiều dài lớn như vậy Hoàn toàn được sản xuất và vận chuyển từ Nhật Bản sang Thái Về quy mô thì cầu Nhật Tân có một hệ thống móng rất lớn Kể cả so với ở Nhật Bản Và phải nói là ban đầu có rất nhiều khó khăn mà chúng tôi phải đối mặt Trước tiên phải nói đến đó là móng vòng vây cọc ống thép Cân lĩnh vị một cách chính xác vị trí của các cọc Đó cũng chính là điều quan trọng nhất của bước đầu tiên khi thi công móng cầu Vùng địa chất ở đây khá cứng Vì vậy chúng tôi đã phải sử dụng kết hợp phương pháp sói nước áp lực cao Máy dung và búa máy để đưa cọc xuống Chính những thiết bị này đã đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong việc đóng cọc được chính xác Đó chính là một công đoạn đầu tiên quan trọng cần phải hoàn thành Chúng tôi cuối cùng đã chinh phục được các móng cọc 3 móng nằm ở lòng sông và 2 móng nằm trên cạn Tất cả đều được thi công phần đóng cọc đạt chất lượng tốt Hệ cọc ống thép này được đóng sát nhau bằng kỹ thuật sói nước áp lực cao Kết hợp búa dung xuyên qua lớp cát miệng, sỏi lũ tích, đất cứng Cứu mỗi cặp cọc ống thép có đường kính là 1.200mm Được kết nối với nhau bằng 2 tai cọc lồng vào nhau Sau khi cọc ống thép được đắm xuống độ sâu thiết kế Hai tai cọc này tạo thành một ống nối được gắn kín bằng vữa lòng Các cọc ống thép không đứng độc lập mà liên kết lại với nhau qua các tai nối Tạo thành một khối móng cứng thức nhất như một bức tưởng ống thép Vây kín ngăn nước vào trong hố móng Trong số 5 trụ tháp của cầu Nhà Tân có trụ tháp số 14 nằm trên bãi giữa sông Hồng Tuy nhiên để đảm bảo độ an toàn Đề phong mọi biến đổi của dòng chảy sông Hồng Móng trụ này vẫn được thiết kế thi công như các móng trụ nằm chìm trong nước Chứ như vậy là sự thay đổi lớn về cao độ bệ, kích thước bệ là không thay đổi nhiều Như vậy sau khi thi công hệ thống móng vỏng vây ống thép Phần dòng chảy lòng sông đã bị tách biệt hoàn toàn với không gian trong lòng móng Lúc này các thủy sư thi công mới bắt đầu các công đoạn như đổ bê tông nhồi trong lòng cọc Và xử lý ống nối Đào dưới nước lượng đất trong lòng móng bằng bơm hút cát Sau đó đủ lớp bê tông dày 3,5 mét dưới nước để bị tái Phần móng cọc được đóng chìm dưới đáy sông sâu tới 37,5 mét Sau khi được đổ bê tông bị đáy sẽ trở thành móng bể rỗng khổng lồ Đây chính là không gian để các thủy sư hoàn chỉnh các công đoạn như hẳn đinh neo và đổ bê tông bể trụ Với loại móng vỏng vây cọc ống thép Các lực chuyển từ mặt cầu xuống thân trụ rồi xuống đài móng Lực sẽ phân bổ vào hệ thống cốt thép chuyển sang các cọc thép Thông qua liên kết của các đinh neo với cọc thép Chính vì vậy chất lượng các mối hàn của đinh thép với cọc thép là đặc biệt quan trọng Chúng ta có thể thi công hàn thủ công từng chiếc Nhưng như vậy tốn rất nhiều thời gian Hơn nữa chúng ta phải kiểm tra từng mối hàn Do đó chúng tôi đã áp dụng phương pháp dùng mấy hàn tự động Chúng tôi đã kiểm tra và hơn 95% các đinh hàn không phải hàn lạ Trước khi thi công bề trụ tháp Đinh neo thép được hàn vào vỏng vây cọc ống thép Để kết nối vỏng vây cọc ống thép với bê tâm bề trụ Bằng máy hàn tự động theo công nghệ độc quyền của Nippon Steel Bằng cách hàn 4 đinh neo tủng lục Hệ thống này cho phép hoàn thành 14.040 khoảng 33.000 tấn đinh neo Cho mỗi trụ tháp chỉ trong vòng 2 tuần Hệ thống này còn cho phép kiểm soát chất lượng rất tốt Bằng cách theo dõi thời gian thực tế, điểm thế hàn, vị trí đinh neo Để sửa chữa tức thỉ khi phát hiện bất kỳ điểm khiếm khuyết nạn Hệ thống kết cấu cỗ thép của bề móng Sẽ được đàn liên kết với chính các đinh neo này Tạo nên một hệ thống liên kết với mức chắc sẵn sàng Cho công tác đổ bê tâm bề trụ Bê tâm bề trụ là bê tâm khối lớn dày tới 5.5 mét Với thể tích lên tới 3560 mét khối Nên phải chú trọng đặc biệt về tính toán, xử lý nhiệt Theo kết quả phân tích ứng xuất nhiệt để tránh nứt thứ cấp Bê tâm bề trụ được chia làm 3 lớp Mỗi lớp cao từ 1.7 mét đến 2.1 mét Với khoảng thời gian dừng đổ bê tâm ngắn từ 2 hoặc 3 ngày Phần cọc vây ống thép để thi công bóng trụ nổi lên cách đáy sông chừng 12.5 mét Được sử dụng như kết cấu tạng, ngăn hước khi thi công bề móng và phần dưới trần tháp Sau khi thi công hoàn chỉnh sẽ được cắt bỏ Về mặt công nghệ Thi công các trụ với bề rộng trụ rất lớn Thì việc tạo ra vòng vây sử dụng cọc vây ống thép này Thì có rất nhiều lợi thế An toàn tuyệt đối Và thứ hai là độ ổn định Và kiểm soát trong suốt quá trình thi công bề Là chúng ta làm chủ được Như vậy mỗi trụ tháp cầu Nhật Tân có một hệ thống cọc móng bằng ống thép vây kín Nằm sâu dưới đáy sông tự nhiên khoảng 1,2 mét Là bề trụ bê tông liền khối liên kết với hệ thống cọc vây ống thép Bề trụ này chính là chân đế vững chắc cho trụ tháp cầu Nhật Tân