Cầu Phước Khánh và Bình Khánh: Thiết kế dây văng "yên ngựa" độc đáo của hai cây cầu cao nhất Việt Nam

Sau hơn 10 năm triển khai với nhiều gián đoạn, cầu Phước Khánh - hạng mục cuối cùng chưa hoàn thành trên cao tốc Bến Lức - Long Thành - đang bước vào giai đoạn nước rút, dự kiến hợp long giữa tháng 7 và hoàn thành khoảng hai tháng sau đó. Đây cũng là thời điểm để nhìn lại những gì làm nên sự đặc biệt của hai cây cầu lớn nhất tuyến đường này: Phước Khánh và Bình Khánh.

Hai cây cầu khổng lồ trên cao tốc Bến Lức - Long Thành

Cầu Phước Khánh bắc qua sông Lòng Tàu, kết nối Cần Giờ (TP HCM) với Nhơn Trạch (Đồng Nai), có chiều dài khoảng 3,2 km. Cầu Bình Khánh vượt sông Soài Rạp, dài gần 2,8 km, đã hoàn thành nhưng đang chờ Phước Khánh để cùng đưa vào khai thác đồng bộ.

Cả hai cầu đều có 4 làn xe và hai làn dừng khẩn cấp. Điểm chung nổi bật nhất là tĩnh không thông thuyền đạt 55 m, thuộc nhóm cao nhất cả nước, cho phép tàu trọng tải lên đến 30.000 tấn - kể cả loại xếp nhiều lớp container - di chuyển bên dưới để ra vào các cụm cảng trong khu vực.

Khi Phước Khánh hoàn thành, toàn tuyến cao tốc dài gần 58 km sẽ được nối thông, liên kết ba địa phương Tây Ninh, TP HCM và Đồng Nai.

Kết cấu neo "yên ngựa" - điểm khác biệt then chốt

Theo 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, hai công trình này có kết cấu dây văng phức tạp hơn nhiều cầu lớn khác tại Việt Nam.

Phần cầu chính dùng 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; cầu Bình Khánh có tới 68 bó do nhịp chính dài hơn, lên đến 375 m.

Điểm đặc biệt nằm ở cách bố trí cáp: thay vì mỗi bó cáp neo một đầu vào dầm cầu và đầu còn lại neo trực tiếp vào thân tháp như thông thường, tại Phước Khánh và Bình Khánh, dây văng được nối liên tục giữa hai nhịp. Đoạn giữa của cáp vắt qua đỉnh trụ tháp thông qua kết cấu gọi là neo "yên ngựa", sau đó hai đầu cáp được neo vào dầm cứng ở cả hai phía.

Nhờ cách này, hai bên dầm cầu cùng tham gia chịu lực qua hệ cáp liên tục. Tuy nhiên, vì cáp không neo cố định tại điểm "yên ngựa", kỹ sư phải tính toán thêm lực trượt phát sinh tại vị trí này. Mỗi bó cáp có chiều dài từ gần 60 m đến gần 200 m, và cả hai đầu phải được căng đồng thời với sai số kiểm soát ở mức rất nhỏ nhằm đảm bảo cân bằng lực và phân bổ tải trọng đúng thiết kế.

Hệ dây văng được thiết kế với tuổi thọ 100 năm, có khả năng chống ăn mòn và thuận tiện cho việc kiểm tra, bảo trì về sau.

Thách thức thi công và yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt

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

Mỗi lần lắp hoặc tháo xe đúc, tải trọng thay đổi làm các đốt dầm dịch chuyển. Kỹ sư phải liên tục đo đạc và cập nhật số liệu sau mỗi chu kỳ để đảm bảo kết cấu trở về đúng thiết kế trước khi tiến sang bước tiếp theo.

Mỗi chu kỳ thi công gồm: đúc hai đốt dầm ở hai bên tháp, lắp đặt và căng kéo cáp dây văng, với 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.

Chịu được va tàu 20.000 tấn và tác động động đất

Ngoài hệ dây văng đặc biệt, trụ tháp của cả hai cầu còn được thiết kế để chịu tác động của động đất. Theo thông số kỹ thuật, hai trụ chính có khả năng chịu va chạm trực tiếp từ tàu có tải trọng 20.000 tấn di chuyển với vận tốc 5 m/s.

Nhà thầu cho biết kết cấu "yên ngựa" đã được áp dụng phổ biến trên thế giới ở loại cầu Extradosed - dạng cầu kết hợp giữa bêtông cốt thép dự ứng lực và dây văng. Ưu điểm của giải pháp này là không cần bố trí các đầu neo lớn trên thân tháp, từ đó tối ưu tiết diện trụ, tạo hình dáng kiến trúc thanh mảnh hơn và giảm khối lượng thi công trên cao.

Theo VnExpress