Các giải pháp kết cấu bê tông cho đường cao tốc trên cao

(Xây dựng) – Ngày 8/6, Tạp chí Xây dựng phối hợp với Hội Bê tông Việt Nam (VCA) và các đơn vị thành viên của VCA tổ chức Hội thảo trực tuyến với chủ đề “Các giải pháp kết cấu bê tông cho đường cao tốc trên cao”.

Tạp chí Xây dựng phối hợp với Hội Bê tông Việt Nam tổ chức Hội thảo “Các giải pháp kết cấu bê tông cho đường cao tốc trên cao”.

Thiết kế cầu cạn thích ứng với đặc thù địa hình nhiều khu vực

Phát biểu khai mạc Hội thảo, Tổng Biên tập Tạp chí Xây dựng Nguyễn Thái Bình cho biết, việc thiếu hụt vật liệu làm nền đường khiến cho phương án làm đường trên đất đắp gặp nhiều trở ngại, khó khăn khi triển khai thực tiễn, khó đảm bảo tính khả thi. Bên cạnh đó, trong nhiều tình huống, việc đầu tư xây dựng đường ô tô, đường cao tốc, sử dụng giải pháp cầu cạn hầu như là phương án duy nhất để bảo đảm phát triển bền vững và thích ứng với biến đổi khí hậu.

Một số dự án điển hình đã và đang được triển khai đầu tư xây dựng cầu cạn như cầu đi qua đô thị có nhiều điểm giao cắt (cầu cạn Vành đai 2, Vành đai 3 Thủ đô Hà Nội); cầu đi qua khu vực nền đường đắp trên đất yếu để đảm bảo ổn định nền đường, giảm phụ thuộc vào vật liệu đắp nên (các tuyến đường trong khu vực Đồng bằng sông Cửu Long)…

Trong hầu hết các trường hợp, phương án thiết kế cầu cạn thông thường là sử dụng nhịp giản đơn với các dầm cầu được đúc sẵn, có tên rất phổ biến là dầm Super T. Tuy nhiên, phương án truyền thống này cũng bộc lộ một số hạn chế như chiều dài nhịp ngắn, dầm kích thước lớn và không bảo đảm tính thẩm mỹ, đặc biệt là trong khu vực đô thị. Kích thước kết cấu nhịp không được tối ưu cũng dẫn đến chi phí xây dựng cao.

Việc thiếu hụt vật liệu làm nền đường khiến cho phương án làm đường trên đất đắp gặp nhiều khó khăn khi triển khai thực tiễn.

Chính vì vậy, Hội thảo “Các giải pháp kết cấu bê tông cho đường cao tốc trên cao” được tổ chức với mục đích làm rõ nội dung liên quan đến giải pháp thiết kế cầu cạn thích ứng, phù hợp với đặc thù địa hình nhiều khu vực.

Giải pháp kết cấu bê tông cốt thép mới cho cao tốc trên cao

Trình bày tham luận “Tổng quan về các giải pháp kết cấu bê tông cốt thép mới cho đường cao tốc trên cao”, TS. Ngô Châu Phương đến từ Đại học Giao thông vận tải cho biết, cầu cạn là phương án thường được cân nhắc khi có các điều kiện đặc biệt như đi qua đô thị, khu bảo tồn thiên nhiên, nền đất yếu, cần thoát lũ lớn…

Về công nghệ thi công, các phương pháp được áp dụng tại nhiều nước bao gồm: Cẩu lắp, trượt ngang, lắp trên đà giáo di động, lắp hoặc đúc đẩy và vận chuyển bằng thiết bị tự hành.

Về giải pháp kết cấu phần trên, các ý tưởng đang được áp dụng phổ biến trên thế giới có: Dầm bê tông sườn thép lượn sóng; dầm UHPC; dầm bê tông đúc sẵn một phần với nhiều loại mặt cắt như I cánh rộng, T ngược, U; các loại dầm lai ghép đã và đang được áp dụng tại Nhật, Hàn Quốc, Đức, Mỹ…

Về kết cấu bản mặt cầu, các phương án phổ biến bao gồm: bê tông cốt cứng đổ tại chỗ hoặc lắp ghép, bê tông cốt thép đổ tại chỗ trên ván khuôn để lại, UHPC lắp ghép và bán lắp ghép.

Đối với kết cấu mố trụ, các giải pháp như mố tường vây cọc ván bê tông cốt thép, mố trụ lắp ghép và bán lắp ghép đang được áp dụng phổ biến.

Cầu cạn là phương án thường được cân nhắc khi có các điều kiện đặc biệt như đi qua đô thị, khu bảo tồn thiên nhiên, nền đất yếu, cần thoát lũ lớn…

Trong khi đó, các giải pháp kết cấu trụ được giới thiệu là trụ bê tông cốt thép lắp ghép, bán lắp ghép; trụ bê tông cốt cứng lắp ghép, bán lắp ghép; trụ thép nhồi bê tông lắp ghép, bán lắp ghép; trụ thép lắp ghép. Còn đối với khu vực đường dẫn đầu cầu, những giải pháp được sử dụng nhiều là cọc xi măng đất, cọc bê tông cốt thép, bơm phụt vữa xi măng cao áp, tường chắn chữ U, chữ L…

Ngoài ra, báo cáo còn phân tích và đề xuất các giải pháp tổng quan phù hợp với điều kiện tại Việt Nam, trong đó chú trọng đến vấn đề hiệu quả, tính kinh tế, tính thẩm mỹ, tính an toàn và khả năng thi công.

Dầm U và dầm T ngược bê tông HPC đảm bảo tính kinh tế – kỹ thuật

Chia sẻ về nội dung “Thiết kế và thi công dầm bê tông định hình cường độ cao (HPC), chiều dài vượt nhịp lớn cho các dự án hạ tầng giao thông”, ThS. Nguyễn Trọng Nghĩa, Giám đốc Công ty CP Tư vấn Synectics khẳng định bê tông HPC có nhiều ưu điểm vượt trội. Đó là cường độ chịu lực cao hơn nhiều so với bê tông thường, giảm kích thước kết cấu, vượt nhịp lớn, giảm tĩnh tải và giảm kích thước nền móng. Khả năng chống thấm cao, chống ăn mòn cũng rất tốt. Ngoài ra, bê tông HPC còn giảm phát thải CO2 do sử dụng ít vật liệu, giảm nhân lực và rút ngắn thời gian thi công.

Tại Việt nam, Công ty CP Bê tông 620 Châu Thới (Beton6) là đơn vị tiên phong nhận chuyển giao công nghệ và sản xuất dầm Super T bê tông cường độ cao C50 cho dự án cầu Mỹ Thuận vào năm 1997 với chiều dài nhịp 40m. Sau đó, dầm Super-T đã được áp dụng phổ biến trong xây dựng các cầu Tân Đệ, Quý Cao, Rạch Miễu, Cần Thơ, dự án đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương…

Công trình cầu cạn sử dụng dầm U bê tông cường độ cao sẽ đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật.

Nhưng bên cạnh các ưu điểm nổi trội, sau hơn 15 năm ứng dụng tại Việt Nam, dầm Super-T cũng đã bộc lộ một số nhược điểm, đáng chú ý nhất là nứt dầm tại vị trí nách dầm, vị trí cắt khấc đầu dầm.

Hiện nay vẫn chưa có giải pháp thiết kế để khắc phục triệt để các vết nứt này. Do đó, việc áp dụng dầm Super-T cho các dự án vùng xâm thực khó đảm bảo yêu cầu tuổi thọ thiết kế. Tình hình này khiến việc nghiên cứu áp dụng bê tông HPC khắc phục các nhược điểm, đảm bảo tính kinh tế – kỹ thuật hơn so với dầm Super-T là rất cần thiết và cấp bách.

Sau một thời gian nghiên cứu, Công ty CP Tư vấn Synectics và Viện Kết cấu bê tông thuộc Trường Đại học kỹ thuật TU Graz (Áo) đã đưa vào sử dụng 2 loại dầm bê tông HPC đảm bảo tính kinh tế – kỹ thuật so với các loại dầm đang sử dụng phổ biến hiện nay tại Việt Nam.

Thứ nhất là dầm T ngược bê tông cường độ cao (C50 – C80) áp dụng cho các cầu vượt trong đô thị, cầu trong khu vực địa chất yếu với chiều cao kiến trúc thấp, tải trọng nhẹ.

Thứ hai là dầm U bê tông cường độ cao (C60 – C70) áp dụng cho các cầu cạn trong đô thị, cầu trên các quốc lộ, đường cao tốc… với chiều dài vượt nhịp lớn, khoảng cách giữa các dầm lớn từ 3,5m – 4,0m.

Cầu UHPC rất hiệu quả cho vùng đất yếu

Trong tham luận “Ứng dụng bê tông tính năng siêu cao (UHPC) cho dầm cầu nhịp lớn – kinh nghiệm quốc tế và khả năng áp dụng tại Việt Nam”, TS. Trần Bá Việt – Phó Chủ tịch VCA cho biết, cầu UHPC đã được làm tại châu Âu, Bắc Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Hàn Quốc, Malaysia, Myanmar…

Trong đó, Malaysia xây dựng hơn 200 cầu UHPC lớn với nhịp từ 30m –105m. Trung Quốc làm cầu cạn cao tốc nhịp trên 30m. Ấn Độ làm cầu nhịp 55m và 70m.

Cầu UHPC có nhiều ưu điểm nổi trội như: Thi công nhanh, không phụ thuộc thời tiết, không dùng cát đắp. Cầu có chất lượng cao, tuổi thọ cao, chi phí bảo trì thấp, chi phí giải phóng mặt bằng giảm rất nhiều.

TS. Trần Bá Việt khẳng định, cầu UHPC rất hiệu quả để áp dụng cho vùng đất yếu, yêu cầu đất đắp cao để vượt lũ và hầm chui dân sinh. Phương án này sẽ giải quyết tốt vấn đề nguồn cát san nền đang khan hiếm, đảm bảo tiến độ theo yêu cầu của Chính phủ và giảm vốn vay tài chính.

Cầu Vàng ở huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ sử dụng dầm bê tông UHPC.

Các phân tích so sánh cho thấy, tổng mức đầu tư của cầu cạn UHPC nhịp lớn với vùng đất yếu sâu, chiều cao cát đắp khoảng 4m tương đương tổng mức đầu tư phương án cát đắp và rẻ hơn phương án cầu cạn dầm Super T.

Ngoài ra, dầm UHPC còn có tuổi thọ cao (150 năm trở lên) và mang lại hiệu quả về môi trường, xã hội. Phương án này không sử dụng cát san lấp, không ảnh hưởng tiêu thoát lũ, không phải làm đường gom dân sinh và hầm chui dân sinh, tiết kiệm tài nguyên đất và giảm phát thải CO2 so với cầu dầm bê tông cốt thép thông thường.

Công nghệ khoan hạ cọc bê tông ly tâm rất phù hợp với cầu cạn

Chia sẻ về khả năng ứng dụng công nghệ khoan hạ cọc bê tông ly tâm cho đường cao tốc trên cao, ThS. Lữ Triều Dương – Giám đốc kỹ thuật Công ty CP Đầu tư Phan Vũ cho biết, việc sử dụng phương pháp khoan hạ cọc sẽ giúp quá trình thi công cọc bê tông đúc sẵn tại các khu vực có điều kiện địa chất, địa tầng phức tạp như có hang Karst, có tầng cát, sỏi sạn dày trở nên khả thi.

Theo đó, giải pháp cọc khoan hạ có nhiều ưu điểm nổi trội như kiểm soát tốt tọa độ và cao độ đầu cọc, tiếng ồn nhỏ, độ chấn động nhỏ, không gây chèn lấn đất ảnh hưởng đến công trình lân cận, ít xảy ra sự cố trong quá trình thi công. Phương án này có thể thi công hạ cọc xuyên qua các tầng xen kẹp, thấu kính cứng bao gồm cả sỏi, sạn, đá phong hóa…

Phương pháp khoan hạ cọc sẽ giúp thi công cọc bê tông đúc sẵn tại các khu vực có điều kiện địa chất, địa tầng phức tạp trở nên khả thi.

Đặc biệt, việc có thể sử dụng linh hoạt các loại cọc có khả năng chịu uốn, chịu cắt cao hơn như cọc PRC, SC sẽ giúp cọc bê tông ly tâm được áp dụng rộng rãi hơn cho công trình giao thông, đặc biệt là cầu cạn. Hiện nay, mạng lưới các nhà máy cọc bê tông ly tâm đã phân bổ rộng khắp các tỉnh thành. Việ tổ chức sản xuất tấm sàn đặc tiền chế nhịp nhỏ tại địa phương cũng đơn giản, thuận tiện hơn.

Vì vậy, ThS. Lữ Triều Dương nhận định, giải pháp cầu cạn sử dụng tấm sàn bê tông cốt thép đúc sẵn khẩu độ nhỏ trên nền cọc bê tông ly tâm đường kính trung bình sẽ là giải pháp có nhiều ưu thế về chi phí, tiến độ và tính khả thi khi thi công trong các điều kiện mặt bằng, đia chất, địa hình khác nhau. Do sử dụng tối đa cấu kiện đúc sẵn, việc kiểm soát chất lượng cũng như giảm thiểu tác động đến môi trường của giải pháp này sẽ vượt trội so với các giải pháp cầu cạn khác.

Trong khi đó, kỹ sư Nguyễn Vũ Quang, Quản lý kỹ thuật Công ty TNHH VSL Việt Nam đã chia sẻ về độ bền của kết cấu dự ứng lực. Độ bền của kết cấu dự ứng lực có thể đạt tới 100 – 120 năm theo tiêu chuẩn. Kỹ sư Nguyễn Vũ Quang đã nhấn mạnh, các tiêu chí cốt lõi nhằm đảm bảo độ bền cho đường cáp phải được tuân thủ chặt chẽ từ lúc bắt đầu thiết kế cho đến khi thi công, hoàn thành dự án.

Trong giai đoạn thiết kế, điều quan trọng nhất là lựa chọn hệ thống dự ứng lực phù hợp, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của tiêu chuẩn, mức độ bảo vệ đường cáp phù hợp dựa trên điều kiện môi trường của dự án.

Nhiệm vụ quan trọng tiếp theo là xác định cấp độ của lớp bảo vệ kết cấu: Lớp bê tông bảo vệ, hệ thống chống thấm và thoát nước, cách bố trí đường cáp và lối vào để kiểm tra, bảo trì và một số các yếu tố khác.

Các tiêu chí đảm bảo độ bền cho đường cáp phải được tuân thủ chặt chẽ từ lúc bắt đầu thiết kế cho đến khi thi công, hoàn thành dự án.

Trong giai đoạn thi công, một nhà thầu chuyên nghiệp, giàu kinh nghiệm với nhân lực được đào tạo và thiết bị đáng tin cậy, quy trình thực hiện rõ ràng sẽ là nhân tố then chốt để đảm bảo chất lượng, độ bền của đường cáp nói riêng và kết cấu nói chung.

Trong thời gian diễn ra Hội thảo, các chuyên gia còn thảo luận thêm về nhiều nội dung đáng chú ý khác như giải pháp chống thấm cho cầu cạn, độ bền của dầm HPC và UHPC, nguồn cung vật liệu để sản xuất dầm UHPC, tổng mức đầu tư của phương án cầu UHPC, giải pháp cho sự cố đứt cáp trong kết cấu dự ứng lực, sử dụng cát biển đắp nền đường…

Phát biểu kết luận, ông Tống Văn Nga – Chủ tịch Hội Vật liệu xây dựng Việt Nam đề nghị tập hợp các ý kiến tại Hội thảo để báo cáo Bộ Xây dựng, Bộ Giao thông vận tải, Bộ Kế hoạch và Đầu tư và Thủ tướng Chính phủ. Chủ tịch Tống Văn Nga đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nhanh chóng chuyển đổi nhằm đảm bảo tiến độ xây dựng các tuyến đường quan trọng tại Đồng bằng sông Cửu Long và các tỉnh phía Nam.