Giải mã công trình khổng lồ nằm sâu dưới dòng sông Sài Gòn

Ngày 21/10, cầu đi bộ qua sông Sài Gòn chính thức được triển khai hợp long, đánh dấu cột mốc quan trọng trong quá trình hoàn thiện công trình. Bên cạnh vòm thép hình lá dừa nước nặng khoảng 1.400 tấn, cây cầu còn gây chú ý với hệ bệ trụ quy mô lớn nằm chìm dưới lòng sông. 

Để thi công kết cấu này, các kỹ sư phải xử lý nhiều chướng ngại vật ngầm, đồng thời nghiên cứu giải pháp lắp ghép thùng chụp bê tông cốt thép trực tiếp dưới nước, trong điều kiện dòng chảy mạnh và thủy triều biến động.

Bệ trụ gần 1.800m² nằm sâu dưới mặt nước

Chia sẻ về những thách thức kỹ thuật tại công trường, anh Đặng Xuân Hải, Chỉ huy trưởng công trình cầu đi bộ thuộc Tập đoàn Đạt Phương, cho biết hai bệ trụ TC1 và TC2 là những hạng mục đặc biệt nhất trong quá trình thi công.

Trong đó, bệ trụ TC1 có diện tích khoảng 800m². Riêng bệ trụ TC2 có chiều dài 48,5m, rộng 39m, cao 3m, tổng diện tích gần 1.800m² theo thiết kế kỹ thuật. Để thi công bệ trụ chính này, nhà thầu huy động khoảng 650 tấn thép và hơn 7.450m³ bê tông, bao gồm cả bê tông bịt đáy.

Theo anh Hải, quy mô này rất lớn so với nhiều công trình cầu từng được thi công. Ngay cả tại các dự án cầu dây văng lớn, diện tích bệ trụ thông thường cũng chỉ khoảng 1.500-1.600m².

Thách thức nằm ở chỗ bệ trụ được bố trí chìm dưới mặt nước sông Sài Gòn. Khi thủy triều đạt đỉnh, khoảng cách từ mặt nước đến đáy bệ trụ gần 8m, trong khi khu vực thi công có dòng chảy mạnh.

Việc đặt bệ trụ chìm dưới nước xuất phát từ yêu cầu thiết kế và kiến trúc. Nếu khối bê tông diện tích lớn nhô lên mặt nước, tổng thể cây cầu sẽ trở nên nặng nề, ảnh hưởng đến cảnh quan. Tuy nhiên, lựa chọn này khiến việc thi công phức tạp hơn, đòi hỏi nhà thầu tìm giải pháp phù hợp để bảo đảm chất lượng, an toàn và tiến độ.

Theo phương án ban đầu của đơn vị tư vấn thiết kế, bệ trụ được thi công bằng vòng vây cọc ván thép Larsen. Đây là phương pháp truyền thống, sử dụng cọc ván thép quây quanh khu vực bệ trụ, xử lý khe liên kết, bơm cát, đổ bê tông bịt đáy rồi hút nước trong hố móng để triển khai các công đoạn tiếp theo.

Tuy nhiên, trong quá trình khoan cọc nhồi tại khu vực TC1 và TC2, nhà thầu phát hiện nhiều chướng ngại vật dưới lòng sông, gồm cọc bê tông, cọc gỗ lớn đường kính tới 60cm và cả thuyền gỗ nằm sâu dưới đáy sông.

Qua khảo sát lịch sử, khu vực này từng là bến phà, bến tàu nên mật độ chướng ngại vật ngầm dày đặc. Có thời điểm, các mũi khoan phải dừng để xử lý vật cản trước khi tiếp tục thi công.

Anh Hải cho biết, với điều kiện thực tế này, việc hạ cọc ván thép để tạo vòng vây thi công bệ trụ khó khả thi về tiến độ và kỹ thuật, bởi chướng ngại vật nằm sâu dưới lòng sông, mức độ phức tạp khó lường.

Sau khi tính toán, Đạt Phương chủ động đề xuất chuyển sang phương án sử dụng thùng chụp bê tông cốt thép ghép nối dưới nước. Đây là thay đổi về biện pháp tổ chức thi công, không làm thay đổi kết cấu bệ trụ theo thiết kế đã được phê duyệt. Phương án được tư vấn giám sát và chủ đầu tư thẩm định, chấp thuận trước khi triển khai.

Công nghệ thùng chụp từng được Đạt Phương và một số đơn vị áp dụng tại các dự án như cầu Nhơn Trạch, cầu Long Thành 2 và cầu Thủ Thiêm. Tuy nhiên, tại những công trình này, quy mô thùng chụp nhỏ hơn, độ sâu mực nước chỉ khoảng 3-4m.

Với cầu đi bộ qua sông Sài Gòn, bệ trụ có diện tích lớn, thành thùng chụp cao đến 8m và chịu tác động của dòng chảy mạnh. Vì vậy, nhà thầu phải nghiên cứu, cải tiến quy trình kỹ thuật cho phù hợp với điều kiện thực tế. Đặc biệt, khu vực bệ TC1 phía bến Bạch Đằng có mật độ cọc cũ dưới lòng sông còn dày đặc hơn.

Lắp ghép cấu kiện nặng hàng chục tấn dưới nước

Điểm khác biệt của giải pháp thùng chụp tại công trình là các cấu kiện không được lắp hoàn chỉnh trên cạn rồi hạ chìm xuống nước. Thay vào đó, nhà thầu lắp ghép từng tấm đáy và từng tấm ván khuôn thành trực tiếp dưới nước, với sự hỗ trợ của đội thợ lặn chuyên nghiệp.

Sau khi hoàn thành khoan cọc nhồi, đội ngũ kỹ thuật định vị tọa độ, trắc đạc tim cọc và xác định vị trí lắp đặt các tấm bê tông đáy. Các cấu kiện được đúc sẵn trên bờ theo kích thước thiết kế, với yêu cầu dung sai chế tạo chỉ khoảng vài centimet.

Từng tấm đáy được hạ xuống, đặt lên hệ cùm đã liên kết với cọc khoan nhồi. Các tấm đan ghép sát nhau tạo thành sàn đáy thùng chụp. Khe nối được chèn kín bằng gioăng cao su, bao tải cát và vật liệu chuyên dụng nhằm hạn chế rò rỉ khi đổ bê tông bịt đáy. Sau đó, nhà thầu lắp dựng ván khuôn thành bệ trụ và xử lý các liên kết chịu lực.

Theo anh Hải, quá trình này đặt ra ba bài toán kỹ thuật lớn.

Thứ nhất là định vị các tấm bê tông đáy nặng hơn 20 tấn ở độ sâu khoảng 8m, trong khi sai số cho phép chỉ vài centimet. Dòng chảy mạnh có thể khiến cấu kiện xoay hoặc xô lệch khi hạ cẩu, đòi hỏi hệ thống dẫn hướng và neo giữ được tính toán kỹ lưỡng.

Thứ hai là lắp dựng ván khuôn mảng lớn dưới nước. Một số mảng có kích thước 3x8m, thậm chí 6x8m. Do diện tích cản nước lớn, cấu kiện dễ bị dòng chảy đẩy lệch. Đội ngũ thi công phải kiểm soát vị trí, độ thẳng đứng, cao độ và hệ giằng chống để giữ ổn định kết cấu.

Thứ ba là bảo đảm độ kín nước tại các mối nối. Thành thùng chụp gồm 8 tấm ván khuôn mảng lớn ghép lại. Ở độ sâu 8m, áp lực nước lớn khiến những khe hở nhỏ cũng có thể gây rò rỉ, ảnh hưởng đến an toàn và chất lượng bê tông.

Để khắc phục, nhà thầu thiết kế hệ thống ray dẫn hướng giúp các tấm bê tông đáy trượt xuống đúng vị trí, kết hợp cáp giằng neo nhằm hạn chế lực xoay do dòng chảy. Thợ lặn trực tiếp kiểm tra, đo đạc và phối hợp với bộ phận trắc đạc, người điều khiển cẩu trên mặt nước để căn chỉnh cấu kiện.

Tại các vị trí liên kết ván khuôn, nhà thầu sử dụng gioăng cao su dày khoảng 1cm, với độ cứng được tính toán phù hợp. Gioăng quá mềm có thể bị ép biến dạng dưới áp lực nước, trong khi gioăng quá cứng khiến lực siết bu lông không đủ để ép sát các bề mặt liên kết. Việc lựa chọn đúng thông số vật liệu giúp bảo đảm khả năng kín nước của mối nối.

Sau khi hoàn thành bệ trụ, đại diện Ban Quản lý dự án Mỹ Thuận và một số nhà thầu đã đến tham quan, trao đổi kinh nghiệm thi công thùng chụp chìm.

Dùng hệ cẩu 250 tấn nhổ cọc ngầm

Xử lý chướng ngại vật ngầm cũng là công việc tiêu tốn nhiều thời gian và công sức. Các cọc gỗ, cọc bê tông cũ cắm sâu dưới lòng sông có lực ma sát lớn, khiến việc nhổ bỏ gặp nhiều khó khăn.

Ban đầu, nhà thầu huy động hai cần cẩu sức nâng 150 tấn để nhổ cọc nhưng không thành công. Theo anh Hải, sức nâng thực tế phụ thuộc vào bán kính hoạt động của cần cẩu. Với tầm với trên sà lan tại công trường, mỗi cần cẩu chỉ tạo được lực kéo đứng khoảng 50-70 tấn, không đủ thắng lực ma sát của đất giữ cọc.

Nhà thầu sau đó thiết kế hệ cẩu giá chữ A chuyên dụng lắp trên sà lan nổi, tạo lực nhổ tập trung lên tới 250 tấn. Đồng thời, thợ lặn xói hút bùn đất quanh đầu cọc, cắt và bắt cáp để kéo từng đốt cọc lên. Sau mỗi lần nhổ, đội thợ lặn tiếp tục xói hút để làm lộ phần cọc còn lại, phục vụ các lượt kéo tiếp theo.

Nhờ phối hợp giữa thiết bị tải trọng lớn và lực lượng thợ lặn, các cọc ngầm được xử lý, tạo điều kiện để công tác khoan cọc nhồi tiếp tục.

Ngoài hai bệ trụ chìm, cầu thang xoắn phía bến Bạch Đằng cũng là hạng mục đòi hỏi độ chính xác cao. Kết cấu bê tông cốt thép có hình dáng không gian phức tạp, bán kính cong và cao độ thay đổi liên tục. Hệ đà giáo chịu lực, ván khuôn phi tuyến và cốt thép phải được gia công, lắp dựng theo từng phân đoạn, căn cứ vào tọa độ và cao độ trên bản thiết kế 3D.

Các trụ cầu có hình dạng biến thiên, kích thước và tiết diện khác nhau nên nhà thầu phải điều chỉnh hoặc chế tạo mới ván khuôn cho từng trụ, đồng thời kiểm soát chặt chẽ kích thước hình học và chất lượng bề mặt bê tông.

Để đáp ứng tiến độ, công trường tổ chức thi công so le, tập trung hoàn thành các công việc chính tại bệ TC2 trước, sau đó chuyển lực lượng sang bệ TC1. Riêng tổ đội thi công thùng chụp gồm một chỉ huy trưởng, bốn cán bộ kỹ thuật, hai đốc công, một tổ trắc đạc chuyên trách và khoảng 60 công nhân, thợ lặn lành nghề. Công trường duy trì thi công liên tục ba ca.

Với những công việc cần độ chính xác cao dưới nước, kế hoạch được bố trí theo biểu đồ thủy văn. Mỗi ngày thường có hai khoảng thời gian nước đứng, khi dòng chảy êm nhất, mỗi khoảng kéo dài khoảng 3 giờ. Đây là thời điểm ưu tiên thả cẩu định vị tấm đáy, lắp dựng ván khuôn mảng lớn và đấu nối dưới nước.

Khi dòng chảy mạnh, công nhân chuyển sang gia công cốt thép, chuẩn bị vật tư và bảo dưỡng thiết bị trên sà lan. Ban chỉ huy giao ban hai lần mỗi ngày, vào giờ nghỉ trưa và sau bữa tối, để rà soát vướng mắc, tìm nguyên nhân và xử lý kịp thời.

Theo anh Hải, điều khiến đội ngũ Đạt Phương tự hào nhất là tinh thần chủ động, sáng tạo kỹ thuật. Khi phương án ban đầu bộc lộ bất cập trước điều kiện thực tế của lòng sông Sài Gòn, tập thể kỹ sư và công nhân đã nghiên cứu, đề xuất giải pháp phù hợp hơn. Quá trình thi công cũng mang lại kinh nghiệm thực tế về xây dựng bệ trụ chìm quy mô lớn trong điều kiện địa chất, thủy văn phức tạp.