Thiết kế đặc biệt của hai cầu dây văng cao nhất Việt Nam

TP HCMCầu Phước Khánh và Bình Khánh có tĩnh không 55 m, trụ tháp cao 155 m, dùng hệ cáp dây văng luồn qua neo "yên ngựa", chịu được va chạm của tàu 20.000 tấn.

Sau 10 năm triển khai với nhiều trắc trở, cầu Phước Khánh - mắt xích cuối cùng trên cao tốc Bến Lức - Long Thành - đang vào giai đoạn hoàn thiện để hợp long giữa tháng 7, dự kiến hoàn thành sau đó khoảng hai tháng. Khi đưa vào khai thác, công trình giúp nối thông toàn tuyến cao tốc dài gần 58 km, liên kết Tây Ninh, TP HCM và Đồng Nai.

Phước Khánh là một trong hai cầu lớn nhất trên tuyến, bắc qua sông Lòng Tàu, nối Cần Giờ, TP HCM với Nhơn Trạch, Đồng Nai. Cầu còn lại là Bình Khánh, vượt sông Soài Rạp, đã hoàn thành nhưng đang chờ Phước Khánh xong để khai thác đồng bộ.

Hai cầu có quy mô gần tương đương, gồm 4 làn xe và hai làn dừng khẩn cấp. Bình Khánh dài gần 2,8 km, Phước Khánh dài khoảng 3,2 km. Cả hai cùng có tĩnh không thông thuyền 55 m, cho phép tàu trọng tải đến 30.000 tấn, xếp nhiều lớp container, lưu thông bên dưới để ra vào các cụm cảng.

Ông Phan Văn Quân, Phó giám đốc Công ty cổ phần Xây dựng hạ tầng Bắc Trung Nam, thành viên liên danh thi công cầu Phước Khánh, cho biết ngoài tĩnh không thuộc nhóm cao nhất cả nước để tàu thuyền siêu trọng đi qua, hai cầu còn có kết cấu dây văng đặc biệt, thi công phức tạp hơn một số cầu lớn khác tại Việt Nam.

Phần cầu chính sử dụng hệ dầm thanh mảnh, treo bằng cáp dây văng cường độ cao, liên kết với hai trụ tháp hình chữ H cao khoảng 155 m. Mỗi trụ bố trí hai mặt phẳng dây văng dạng rẻ quạt. Cầu Phước Khánh có 56 bó cáp, trong khi Bình Khánh có 68 bó do nhịp chính dài đến 375 m.

Từng tham gia thi công cầu Mỹ Thuận 2 và Rạch Miễu 2, ông Quân cho biết ở nhiều cầu dây văng, mỗi bó cáp có một đầu neo vào dầm cầu, đầu còn lại neo trên trụ tháp. Riêng tại Phước Khánh và Bình Khánh, dây văng được nối liên tục giữa hai nhịp, đoạn giữa vắt qua trụ tháp bằng kết cấu neo "yên ngựa". Hai đầu cáp sau đó được neo vào dầm cứng ở hai phía.

Cách thiết kế này giúp hai bên dầm cầu cùng tham gia chịu lực thông qua hệ cáp liên tục, song làm quá trình thi công và cân chỉnh phức tạp hơn. Mỗi bó cáp dài từ gần 60 m đến gần 200 m. Tại vị trí đi qua "yên ngựa", cáp không neo cố định nên ngoài lực căng từng bó, kỹ sư phải tính toán cả lực trượt phát sinh.

Vì vậy, hai đầu cáp phải được căng đồng thời, sai số kiểm soát ở mức rất nhỏ để bảo đảm cân bằng lực và phân bổ tải trọng. Hệ dây văng được thiết kế tuổi thọ 100 năm, có khả năng chống ăn mòn, thuận tiện cho kiểm tra và bảo trì.

Ông Ngô Hoàng, Chỉ huy trưởng gói thầu cầu Phước Khánh thuộc Freyssinet Việt Nam, cho biết do trụ tháp cao, hệ cáp lại luồn qua neo "yên ngựa", nhà thầu phải điều chỉnh biện pháp thi công phù hợp với kết cấu này.

Trong quá trình thi công, mỗi lần lắp hoặc tháo xe đúc, tải trọng thay đổi khiến các đốt dầm dịch chuyển. Ở từng chu kỳ, kỹ sư phải liên tục đo đạc, cập nhật số liệu để sau khi đúc dầm và căng kéo cáp, kết cấu trở về đúng thiết kế trước khi chuyển sang bước tiếp theo.

Mỗi chu kỳ gồm đúc hai đốt dầm hai bên tháp, lắp đặt và căng kéo cáp dây văng, được yêu cầu hoàn thành trong khoảng 18 ngày. Để đáp ứng tiến độ, nhà thầu phải tối ưu toàn bộ quy trình, từ vận hành xe đúc, lắp dựng cốt thép, đổ bêtông đến căng kéo cáp.

Ngoài hệ dây văng, trụ tháp của Phước Khánh và Bình Khánh cũng được thiết kế để chịu tác động động đất và va tàu. Theo thiết kế, hai trụ chính có thể chịu va chạm trực tiếp của tàu tải trọng 20.000 tấn di chuyển với vận tốc 5 m/s.

Theo nhà thầu, kết cấu "yên ngựa" đã được áp dụng ở nhiều cầu Extradosed trên thế giới - loại cầu kết hợp giữa bêtông cốt thép dự ứng lực và dây văng. Do không phải bố trí các đầu neo lớn trên thân tháp, giải pháp này giúp tối ưu tiết diện trụ, tạo dáng kiến trúc thanh mảnh và giảm khối lượng thi công trên cao.

Tại Việt Nam, kết cấu tương tự từng được áp dụng ở cầu dây văng Sông Hiếu, cầu cạn metro Bến Thành - Suối Tiên đoạn vượt đường Điện Biên Phủ. Cầu Phước An nối Đồng Nai với khu vực Bà Rịa - Vũng Tàu cũ, đang thi công, cũng có thiết kế tương tự. Tuy nhiên, các công trình này có trụ tháp thấp và quy mô nhỏ hơn Phước Khánh, Bình Khánh.

Gói thầu cầu Phước Khánh trước đây có ký hiệu J3, triển khai từ tháng 1/2016, tổng vốn khoảng 3.000 tỷ đồng, do liên danh nhà thầu Nhật Bản đứng đầu thực hiện. Công trình tạm dừng từ năm 2020 do vướng nguồn vốn và hiệp định vay.

Tháng 4/2025, cầu được khởi động lại sau khi Tổng công ty Đầu tư phát triển đường cao tốc Việt Nam, chủ đầu tư dự án, chọn liên danh Công ty cổ phần Xây dựng hạ tầng Bắc Trung Nam - Công ty TNHH Freyssinet Việt Nam làm nhà thầu thay thế. Gói thầu đổi tên thành J3-1, giá trị phần việc còn lại khoảng 600 tỷ đồng.

Cầu Bình Khánh thuộc gói thầu J1, khởi công tháng 8/2015 với tổng vốn hơn 2.800 tỷ đồng. Công trình cũng từng tạm dừng nhiều năm do vướng nguồn vốn, trước khi thi công trở lại từ tháng 10/2023 và hoàn thành cuối năm 2025.

Cao tốc Bến Lức - Long Thành khởi công năm 2014, dài gần 58 km, tổng mức đầu tư ban đầu hơn 31.300 tỷ đồng, sau điều chỉnh còn hơn 29.500 tỷ đồng. Tuyến được thiết kế 4 làn xe, hai làn dừng khẩn cấp, tốc độ tối đa 100 km/h. Dự án chậm hoàn thành nhiều năm do khó khăn về chính sách đầu tư và nguồn vốn.

Giang Anh