Nhìn lại quá trình đổi mới khoa học và công nghệ trong xây dựng cầu ở VN

Cuối những năm tám mươi của thế kỷ trước, sau sự cố sập đổ cầu Rào (Hải Phòng), việc xây dựng những cây cầu bằng bê tông nói riêng và ngành xây dựng cầu Việt Nam nói chung đã đứng trước những khó khăn thách thức về mặt kỹ thuật, công nghệ tưởng chừng như không thể vượt qua được, nhất là việc xây dựng những cây cầu đòi hỏi khổ thông thuyền lớn, qua những con sông rộng cần phải vượt nhịp lớn...

Cầu Rồng với kết cấu cụm 5 ống vòm thép chịu lực liên kết qua mặt bích và tấm neoprene, liên kết dầm thép và dầm BTCT trên đỉnh trụ, hệ console vươn đỡ bản mặt cầu, gối cầu chịu ngập nước, phối hợp nhiều loại dầm chịu lực theo cắt dọc cầu

Cầu Niệm, cầu An Dương cùng kết cấu như cầu Rào đã phải nhờ một công ty nước ngoài sửa chữa, tăng cường bằng dự ứng lực ngoài. Cầu Bo (Thái Bình) đang thi công theo công nghệ lắp hẫng như kết cấu của cầu Rào, đã phải thay đổi cả về kết cấu và công nghệ thi công. Cánh hẫng của khung T được thiết kế rút ngắn lại chỉ còn 12m và phải sử dụng phương pháp đổ bê tông tại chỗ trên hệ đà giáo cố định.

Cầu Bến Thủy cũng phải thay đổi phương án kết cấu. Phương án kết cấu khung T nhịp đeo bị hủy bỏ và thay bằng dàn thép dự trữ cho cầu đường sắt như kiểu cầu Chương Dương. Trong tay những cán bộ, kỹ sư, công nhân ngành cầu Việt Nam lúc bấy giờ, ngoài các bộ dàn thép viện trợ dùng cho cầu đường sắt được “cải biên”, “banh dầm” sử dụng cho cầu đường bộ, hầu như không còn một giải pháp nào để xây dựng những cây cầu đòi hỏi phải vượt được nhịp lớn. Ngay cả đối với nhịp thông thường trên dưới 30 mét cũng không phải là dễ dàng vì cả nước chỉ có vài cơ sở chế tạo được dầm bê tông dự ứng lực vượt được nhịp 24 mét và 33 mét.

Việc chuyên chở các phiến dầm nặng hàng dăm bảy chục tấn này đến chân công trường để lao lắp rất tốn kém và phức tạp, khó khăn, nhất là phải vượt qua rất nhiều cầu tạm, nhiều cầu hư hỏng chưa được nâng cấp. Giải pháp chế tạo các đốt dầm tại nhà xưởng, chở đến công trường rồi nối các đốt này với nhau bằng keo e-pô-xy, sau đó căng kéo dự ứng lực (từ chuyên môn gọi là “cắt khúc xâu táo”) đã gây ra những quan ngại về tuổi thọ của kết cấu, nhất là ở môi trường có chứa các yếu tố ăn mòn cao. Hầu hết các cầu đều cần được khôi phục xây dựng mới sau chiến tranh ở thời kỳ này đều trong các khu vực ven biển. Chính vì vậy, sau sự cố cầu Rào, các phiến dầm “cắt khúc xâu táo” vừa được lao lắp ở các nhịp dẫn của cầu Bến Thủy đã phải hạ xuống để thay bằng các phiến dầm đúc toàn khối chở bằng đường thủy từ Nhà máy bê tông Thăng Long ngoài Hà Nội vào.

Vào cuối những năm tám mươi, nhu cầu xây dựng cầu Sông Gianh trên QL1 trở nên vô cùng cấp thiết. Các phương án đề xuất cho cầu Sông Gianh của Viện Thiết kế GTVT hồi đó (nay là Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT) như phương án khung T nhịp đeo theo kiểu cầu Rào, phương án “banh” dàn thép theo kiểu Chương Dương, Bến Thủy… đã không được các cơ quan có thẩm quyền thông qua do thiếu tính khả thi. Cầu Việt Trì đang thi công cũng gặp khó khăn đối với kết cấu móng của trụ cầu. Giải pháp hạ các cọc ống có đường kính đến 3m cho móng cầu Việt Trì theo thiết kế của chuyên gia Liên Xô không thực hiện được mặc dù đã đúc xong một số đốt nằm chỏng chơ ở trụ sở của Công ty cầu 7 Thăng Long. Cầu Bến Thủy vừa đóng cọc xong các trụ 6, 7 thì chỉ sau trận lũ lớn năm 1988, hàng trăm cọc bê tông có đường kính 550mm bị gãy do cây trôi. Việc dùng thép hình I 500 hàn tổ hợp thành mặt cắt hình hộp để đóng xuống thay thế cọc bê tông cho các trụ cầu này lại gặp rất nhiều vấn đề nan giải trong việc kiểm soát và đảm bảo chất lượng bê tông lấp lòng cọc.

Trong khi đó, nguồn thép viện trợ ngày càng khan hiếm và đến cuối những năm tám mươi thì không còn nữa. Các dầm thép còn lại trong các kho dự trữ được khai thác và tận dụng tối đa để làm cầu liên hợp thép - bê tông cốt thép. Tuy vậy, khả năng vượt nhịp của loại kết cấu này cũng chỉ đến vài chục mét vì chiều cao các loại dầm thép cán định hình này chỉ khoảng dăm bảy chục phân. Loại có chiều cao một mét rất hiếm. Biện pháp hàn chồng các dầm này nhằm tăng chiều cao dù không hợp lý về mặt sử dụng vật liệu nhưng cũng đã được áp dụng.

Yêu cầu xây dựng những cây cầu vượt nhịp lớn ngày càng cấp thiết. Lãnh đạo Bộ GTVT đã cùng “ba nhà” gồm các nhà khoa học ở các trường đại học, các viện nghiên cứu, các kỹ sư của các đơn vị thi công hợp sức tìm cách giải quyết. Hướng đi để đổi mới công nghệ xây dựng cầu của Việt Nam đã được thống nhất. Đó là chủ động nghiên cứu lựa chọn các công nghệ xây dựng cầu tiên tiến của các nước phát triển nhưng phải phù hợp với các điều kiện thực tiễn của Việt Nam để tiến hành nhập thiết bị vật tư đặc chủng, chuyển giao công nghệ và làm chủ các công nghệ đó. Phương châm thực hiện là tăng cường hợp tác trao đổi, liên kết, liên danh với các công ty xây dựng cầu quốc tế có kinh nghiệm đối với những công nghệ đã được lựa chọn.

Lãnh đạo Bộ GTVT lúc bấy giờ, các đồng chí Bộ trưởng Bùi Danh Lưu, Thứ trưởng Lê Ngọc Hoàn... sau một cuộc họp được bố trí sau giờ làm việc buổi chiều với đại diện của “ba nhà” đã tán thành và hết sức ủng hộ hướng đi này. Khó khăn lúc này là chúng ta đang bị cấm vận. Việc có được năm bảy trăm ngàn đô la Mỹ mua bộ xe đúc hẫng để triển khai công việc theo hướng đi này là không thể. Liên danh “ba nhà” đầu tiên giữa Khoa Công trình thuộc Trường Đại học GTVT, Viện Thiết kế GTVT và Tổng công ty Xây dựng Thăng Long đã được hình thành một cách tự giác và tất yếu, trước hết là để tìm giải pháp cho cầu Sông Gianh. Các cuộc tiếp xúc, các đợt đi nghiên cứu ở nước ngoài, các cuộc trao đổi với các Công ty Nisho Iwai (Nhật Bản), VSL (Thụy Sĩ), LM (Singapore), Vorspanntecnik (Áo), Viện nghiên cứu Giao thông của Liên Xô, Freyssinet của Pháp, các công ty của CHLB Đức… đã được tiến hành trong bối cảnh việc đi sang các nước tư bản cũng như việc trao đổi thông tin gặp rất nhiều khó khăn. Có những lúc tưởng chừng đã có kết quả nhưng rồi lại gặp trắc trở. Đó là sau khi trực tiếp sang tìm hiểu, được sự nhất trí của một công ty ở CHLB Đức, “ba nhà” cùng ký chung một thư mời chính thức cho công ty này kèm theo kế hoạch làm việc chi tiết về giải pháp cho cầu Sông Gianh và chuẩn bị đón họ sang Hà Nội để đàm phán cụ thể. Nhưng rồi sự kiện bức tường Berlin sập đổ đã làm cho công ty của Đức này đành lỗi hẹn. Chuyến đi sang làm việc với Công ty Vorspantechnik sau đó đã đạt được bản ghi nhớ kèm theo đề xuất tài chính cho việc trợ giúp thiết kế, cung cấp các thiết bị, vật tư đặc chủng, trợ giúp kỹ thuật, chuyển giao công nghệ cho Tổng công ty Xây dựng Thăng Long để thi công đúc hẫng cầu sông Gianh với giá thành khá thấp là khoảng 2,7 triệu đô la Mỹ (so với phương án sau này phải thanh toán 7 triệu USD). Thế nhưng vì không tìm ra đâu được số ngoại tệ này nên kế hoạch không triển khai được.

Cầu Nhật Tân các trụ tháp được đặt trên nền móng vòng vây cọc ống thép SPSP lần đầu được áp dụng ở Việt Nam

Trong thời gian này, Tổng giám đốc Tổng công ty Xây dựng Thăng Long Nguyễn Hải Thoại đã dành hầu hết thời gian và tâm lực cho công việc này. Cuối cùng thì phương án tiếp nhận công nghệ đúc hẫng để xây dựng cầu Sông Gianh cũng đã được thỏa thuận với sự trợ giúp của Công ty VSL. Tuy nhiên, sau đó, do nhiều lý do khác nhau, phương án này đã được sử dụng cho việc triển khai xây dựng cầu Phú Lương trên QL5. Viện Thiết kế GTVT, Tổng công ty Xây dựng công trình giao thông 1, Công ty Cầu 12 khẩn trương vào cuộc.

Cũng ở thời điểm này, một cuộc hội thảo khoa học đặc biệt về xây dựng cầu bê tông dự ứng lực vượt khẩu độ lớn do Bộ GTVT, Hội Kết cấu xây dựng Việt Nam, Hội Cầu đường Việt Nam cùng phối hợp với sự tài trợ chủ yếu của Tổng công ty Xây dựng Thăng Long đã được tổ chức. Tham gia hội thảo ngoài các nhà quản lý, các nhà khoa học, các doanh nghiệp xây dựng cầu đường của Việt Nam còn có các chuyên gia đầu ngành về xây dựng cầu của thế giới và các hãng VSL, Freyssinet... Các kiến thức, kinh nghiệm về công nghệ hiện đại trong xây dựng cầu vượt khẩu độ lớn đã được trao đổi, thảo luận, phổ biến và đã được áp dụng sau đó. 

Đầu tiên là dự án cầu Phú Lương. Với sự trợ giúp, chỉ dẫn tỉ mỉ, chuyển giao công nghệ tận tình của các chuyên gia hãng VSL Thụy Sỹ, cây cầu bê tông dự ứng lực vượt khẩu độ 102m thi công bằng công nghệ đúc hẫng đầu tiên đã được xây dựng thành công ở Việt Nam và đưa vào khai thác vào năm 1994. Hai năm sau, cầu Sông Gianh vượt khẩu độ 120m do Tổng công ty Xây dựng Thăng Long với sự trợ giúp kỹ thuật của Pháp được cắt băng khánh thành. Công nghệ thi công đúc hẫng cầu bê tông dự ứng lực vượt khẩu độ lớn được đội ngũ kỹ sư Việt Nam tiếp nhận, nắm bắt và làm chủ hoàn toàn, điều mà trước đó vài ba năm chưa ai dám nghĩ tới. Tiếp đó, hàng chục cây cầu tương tự đã được đội ngũ thợ cầu Việt Nam tự thiết kế, chế tạo thiết bị, tự thi công xây dựng đã được thông xe. Đó là các cầu Tiên Cựu, Lạc Quần, Hoàng Long, Tân Đệ, Quán Hàu, Xuân Sơn, Bình Triệu, Tiên Sơn, Thanh Trì, Tạ Khoa… và sau này là Hàm Luông, Pá Uôn, Cổ Chiên…

Suốt từ Bắc vào Nam, từ miền núi Tây Bắc đến những vùng sâu của đồng bằng sông Cửu Long, từ biên giới đến hải đảo, những công trường xây dựng, những cây cầu bê tông vượt nhịp hàng trăm mét với những bộ xe đúc hẫng do các đơn vị thi công trong nước tự chế tạo hiển hiện như một điều bình thường. Nhưng điều đó đối với những người thợ cầu trong cuộc, đã trải qua những năm tháng loay hoay, bế tắc với các giải pháp cho những cây cầu vượt khẩu độ lớn, thì lại là cả một kỳ tích.

Song song với thành công trong việc tiếp nhận và làm chủ công nghệ đúc hẫng nói trên, các công nghệ hiện đại và thích hợp với điều kiện xây dựng cầu ở Việt Nam cũng được triển khai có hiệu quả. Đó là công nghệ thiết kế và thi công móng sâu chịu tải trọng lớn bằng cọc khoan nhồi. Cũng bằng con đường mạnh dạn nhập thiết bị có chuyển giao công nghệ, Tổng công ty Xây dựng Thăng Long với mô hình hợp tác “ba nhà” đã áp dụng thành công loại cọc này để tháo gỡ ách tắc về kỹ thuật cho việc thi công các trụ cầu Việt Trì nói riêng và cho việc xây dựng cầu nhịp lớn nói chung. Cầu Việt Trì (1992) đã sử dụng 36 cọc khoan nhồi đầu tiên có đường kính 1,3m, chiều dài đến 29m, sau đó đã trở thành giải pháp kết cấu móng sâu cho hầu hết các công trình chịu tải trọng lớn, vượt nhịp lớn ở khắp các lĩnh vực xây dựng cầu, xây dựng dân dụng… Cầu Thanh Trì - Hà Nội (2002- 2007) sử dụng 1.339 cọc khoan nhồi đường kính các loại 1,0 - 1,5 và 2,0m, chiều dài từ 50 - 57m. Cầu Nhật Tân - Hà Nội (2014), bên cạnh sử dụng móng cọc ống thép dạng giếng cho các trụ tháp chính còn sử dụng đến 950 cọc khoan nhồi đường kính 1,5m, chiều dài đến 42m; Cầu Rồng - Đà Nẵng (2013), sử dụng 157 cọc khoan nhồi đường kính 1,5 - 2,0m, chiều dài đến 36m; cầu Cần Thơ (2010), sử dụng 240 cọc khoan nhồi đường kính 1,2 - 2,5m, chiều dài đến 95m; cầu Vàm Cống (2015) sử dụng 690 cọc khoan nhồi đường kính 1,5 - 2,5m, chiều dài đến 116m; tuyến cao tốc Sài Gòn - Trung Lương (2010), sử dụng 4.898 cọc khoan nhồi đường kính 1,0 - 2,0m, chiều dài đến 60m... Những số liệu đó đủ để khẳng định công nghệ cọc khoan nhồi đang là công nghệ chủ lực cho các giải pháp móng công trình chịu tải trọng lớn, cầu nhịp lớn ở Việt Nam.

Đó còn là bước đột phá về công nghệ chế tạo bê tông. Thành công trong việc nghiên cứu và áp dụng các loại phụ gia siêu dẻo, phụ gia tăng cường độ, phụ gia đông cứng nhanh… để chế tạo bê tông không những đã trực tiếp góp phần quyết định cho việc áp dụng thành công công nghệ đúc hẫng, công nghệ cọc khoan nhồi mà còn làm thay đổi cơ bản việc chế tạo, thi công các loại dầm bê tông khác, nhất là việc chế tạo dầm bê tông dự ứng lực tại công trường bằng phương pháp căng sau. Đó còn là công nghệ đúc đẩy được Tổng công ty Xây dựng công trình giao thông 4 với sự trợ giúp kỹ thuật của Viện nghiên cứu Xây dựng giao thông Liên bang Nga và Viện Khoa học Công nghệ GTVT đã áp dụng thành công trong việc xây dựng cầu Hiền Lương. Tiếp nhận và làm chủ công nghệ này, Tổng công ty Xây dựng công trình giao thông 4 đã tiếp tục xây dựng thành công cầu dẫn cầu Quán Hàu, cầu Sảo Phong, cầu Dinh và trong tương lai gần, công nghệ này sẽ rất phù hợp khi xây dựng những tuyến đường sắt trên cao trong các thành phố lớn.

Làm chủ các công nghệ nói trên không những đã tháo gỡ ách tắc về kỹ thuật mà còn mang lại hiệu quả kinh tế - xã hội rất to lớn. Sau khi phải trả “học phí” ở dự án cầu Phú Lương, Sông Gianh, giá thành cho một mét vuông xây lắp của các cầu bê tông đúc hẫng giảm xuống chỉ còn 60, 70%. Nếu lấy suất đầu tư xây lắp của cầu Hát Lót trên QL6 bằng dầm thép liên hợp bê tông cốt thép được xây dựng vào đầu những năm chín mươi rồi đem so sánh với suất đầu tư xây lắp của hàng trăm cây cầu bê tông đã được xây dựng bằng những công nghệ mới sau đó thì hiệu quả kinh tế có được sẽ là một con số khổng lồ lên đến hàng chục ngàn tỷ đồng. Còn hiệu quả về kỹ thuật thì khó đo đếm được, nhưng thử hình dung trong những năm đổi mới vừa qua, nếu không làm chủ được các công nghệ xây dựng cầu nêu ở trên đây thì chắc chắn việc khôi phục và phát triển kết cấu hạ tầng GTVT không thể đi trước được một bước để phục vụ phát triển kinh tế - xã hội. Chiến lược phát triển kinh tế bằng KHCN và đi lên bằng KHCN đã được thể hiện rất rõ trong xây dựng cầu. Có thể nói rằng, ngành cầu Việt Nam khi bước vào thế kỷ 21 đã nắm bắt và làm chủ được những vấn đề khoa học và công nghệ của thế giới đối với việc xây dựng cầu bê tông.

Tuy vậy, cầu bê tông dự ứng lực thi công đúc hẫng cũng chỉ có thể mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi vượt nhịp đến khoảng trên dưới 150m. Với yêu cầu vượt các khẩu độ lớn hơn thì phải tính đến cầu hệ dây, dây văng hoặc dây võng. Sau khi xây dựng cầu Mỹ Thuận với sự trợ giúp tài chính và kỹ thuật của Úc cùng với các chuyên gia nước ngoài, qua chương trình đào tạo và chuyển giao công nghệ, đội ngũ kỹ sư cầu Việt Nam tuy đã học hỏi được một số kinh nghiệm nhưng cũng chưa đủ để tự mình xây dựng những cây cầu tương tự. Tiếp theo là cầu Kiền, Bãi Cháy, Bính được khánh thành và đưa vào khai thác nhưng bí quyết công nghệ của các chuyên gia nước ngoài chưa phải đã được chuyển giao hoàn toàn cho Việt Nam. Hơn nữa, có những bí quyết như công nghệ căng kéo dây văng thì trên thế giới chỉ có một vài hãng độc quyền nắm giữ. Việc làm chủ hoàn toàn công nghệ này không hề đơn giản. Mặc dù vậy, đội ngũ thợ cầu Việt Nam với hướng đi tiếp nhận công nghệ đã có được những bài học kinh nghiệm tích lũy trước đó, với lòng đam mê và tâm huyết của mình đã tập hợp được trí tuệ, ý chí quyết tâm để đặt ra mục tiêu và lộ trình từng bước tiếp nhận và tự mình làm chủ được công nghệ này. Bắt đầu là việc xây dựng thành công cầu Đakrông trên đường Hồ Chí Minh vượt nhịp 90m. Thành công này đã tạo niềm tin không những đối với chính bản thân đội ngũ ngành cầu mà cả đối với các nhà quản lý, các nhà lãnh đạo.

Thời cơ đã đến, chủ trương xây dựng cầu Rạch Miễu bằng kết cấu cầu dây văng hiện đại bằng nguồn vốn và nội lực của Việt Nam đã trở thành thời cơ quí giá để ngành xây dựng cầu nước ta vươn lên. Kỹ sư Chu Ngọc Sủng - con người cần mẫn, đam mê với việc nghiên cứu đổi mới công nghệ xây dựng cầu đã hết sức xúc động trước sự tin tưởng của lãnh đạo các cấp đối với đội ngũ ngành cầu Việt Nam và tự tin cùng các đồng nghiệp ở Công ty Tư vấn Thiết kế cầu lớn - hầm bắt tay vào việc nghiên cứu thiết kế cầu dây văng Rạch Miễu. Cuối năm 2008, cây cầu đã được khánh thành, đội ngũ cán bộ quản lý, khoa học công nghệ Việt Nam đã hoàn toàn làm chủ tất cả các khâu để xây dựng cầu Rạch Miễu. Nếu như cầu Quán Hàu được xây dựng trên QL1 là nơi hội tụ những công nghệ mới trong xây dựng cầu ở Việt Nam bằng nội lực của chính mình vào cuối thế kỷ 20 thì cầu Rạch Miễu chính là nơi hội tụ những công nghệ đã được kế thừa và những công nghệ mới nhất trong xây dựng cầu ở Việt Nam của đầu thế kỷ 21. Đó là cọc khoan nhồi đường kính lớn, dầm bê tông dự ứng lực thi công đúc hẫng, dầm super T… và đặc biệt là kết cấu dây văng vượt nhịp lớn 270m với dầm chủ bằng bê tông dự ứng lực được thi công bằng phương pháp đúc hẫng kết hợp căng kéo dây văng và trụ tháp bê tông cao hơn 100m được thi công bằng hệ thống ván khuôn leo - trượt. Chúng ta đã làm chủ công nghệ xây dựng cầu dây văng nhịp lớn và đã về đích trước hẳn 1 năm so với lộ trình công nghệ xây dựng giao thông đã được vạch ra từ đầu thiên niên kỷ.

Ngoài ra, một loạt các kết cấu và công nghệ khác như cầu treo dây võng Thuận Phước, hệ hỗn hợp khung dầm với vòm treo tổ hợp thép ống ở cầu Rồng, cầu dây văng Trần Thị Lý 3 mặt phẳng dây (Đà Nẵng), cầu vòm ống thép nhồi bê tông trên đường Nguyễn Văn Linh (TP. Hồ Chí Minh), ở cầu Đông Trù (Hà Nội)... đều được triển khai áp dụng thành công và làm chủ về kỹ thuật, công nghệ.

Mặt khác, các nguồn lực cho việc sẵn sàng tiếp nhận kỹ thuật, công nghệ hiện đại từ các bộ tiêu chuẩn, các phần mềm tính toán đến các trang thiết bị thí nghiệm đồng bộ... cũng đã được chuẩn bị một cách kịp thời và chủ động. Đó là việc kịp thời triển khai biên soạn và ban hành bộ tiêu chuẩn song ngữ thiết kế cầu theo hệ thống AASHTO LRFD của Hoa Kỳ. Đó là việc sớm đưa vào chương trình đào tạo giảng dạy cho sinh viên ngành cầu tại các trường đại học tiếp cận với triết lý thiết kế của hệ tiêu chuẩn mới, khai thác sử dụng các phần mềm tính toán thiết kế kết cấu... Nhờ những yếu tố đó, các thế hệ kỹ sư cầu gần đây đã nhanh chóng tiếp cận và lĩnh hội được những công nghệ thiết kế, thi công tiên tiến của thế giới. Những kỹ sư, cán bộ kỹ thuật và quản lý thế hệ này, cùng với thế hệ đi trước hãy còn sung sức và đầy nhiệt huyết chính là lực lượng chủ chốt làm nên bước đột phá về phát triển công nghệ và tạo lập những thành tựu to lớn trong lĩnh vực xây dựng cầu những năm gần đây.

Có thể khẳng định, đội ngũ cán bộ KHCN trong lĩnh vực xây dựng cầu ở Việt Nam đã góp phần quyết định trong việc triển khai thành công và hiệu quả các công nghệ mới... để xây lên những cây cầu vừa mỹ thuật vừa hiện đại, đáp ứng yêu cầu phát triển kết cấu hạ tầng giao thông ở nước ta trong thời kỳ đổi mới, bắt kịp trình độ của khu vực và thế giới.