Từ công nghệ kết cấu, thi công đến quan trắc thông minh và Digital Twin, ngành cầu đường Việt Nam đang từng bước làm chủ công nghệ, hướng tới quản lý công trình theo dữ liệu.
Từ làm theo đến làm chủ công nghệ xây dựng cầu
Nhằm đáp ứng những yêu cầu ngày càng khắt khe về năng lực thông hành, tính thẩm mỹ và tuổi thọ công trình, các đơn vị tư vấn, thiết kế, thi công trong nước đang từng bước tiếp thu, làm chủ và phát triển nhiều công nghệ tiên tiến trong xây dựng cầu.
Tại hội thảo “Công nghệ xây dựng cầu Việt Nam - Hành trình làm chủ và phát triển” do Tổng hội Xây dựng tổ chức ngày 15/9, các chuyên gia nhận định, tiếp tục nâng cao năng lực nghiên cứu, ứng dụng, đổi mới sáng tạo và làm chủ công nghệ sẽ là một trong những yếu tố quan trọng đối với sự phát triển của ngành xây dựng cầu.
Các chuyên gia trao đổi, chia sẻ kinh nghiệm về công nghệ xây dựng cầu tại hội thảo do Tổng hội Xây dựng tổ chức.
Sự gia tăng phương tiện giao thông trong khi quỹ đất xây dựng hạn chế đang tạo áp lực lớn lên tổ chức giao thông tại các nút giao ở những đô thị lớn như Hà Nội và TP.HCM. Khi năng lực nút giao đồng mức không còn đáp ứng, trong khi việc xây dựng công trình ngầm chưa khả thi về chi phí, thời gian hoặc điều kiện kỹ thuật, cầu vượt trở thành một trong những giải pháp hiệu quả để tách dòng xung đột và nâng cao năng lực thông hành.
Một cầu vượt trong đô thị là sự tích hợp đồng thời của nhiều hệ thống phức tạp, từ quy hoạch, tổ chức giao thông, hình học tuyến, kết cấu cầu đến hạ tầng kỹ thuật như điện, nước, viễn thông; cùng với đó là yêu cầu giải phóng mặt bằng và tổ chức thi công trong điều kiện vẫn phải duy trì dòng giao thông đang khai thác.
Trong bối cảnh đó, so với kết cấu bê tông truyền thống, kết cấu thép liên hợp cho thấy nhiều ưu thế khi áp dụng tại các nút giao có lưu lượng lớn. Tỷ trọng vật liệu nhỏ giúp giảm tải trọng truyền xuống móng; khả năng vượt nhịp tốt giúp giảm số lượng trụ trong phạm vi nút giao, với nhịp hiệu quả từ 45 - 100 m.
Độ cứng chống xoắn vượt trội cũng khiến kết cấu này phù hợp với các cầu cong có bán kính nhỏ, tới 45 - 55 m, hoặc cầu chéo. Việc thi công các cấu kiện được chế tạo sẵn trong nhà máy giúp kiểm soát chất lượng, đồng thời cho phép vận chuyển, lắp dựng theo từng phân đoạn, qua đó giảm tối đa thời gian chiếm dụng mặt đường.
Đáng chú ý, hệ giằng và sườn tăng cường được bố trí ẩn trong lòng hộp, hạn chế tiếp xúc trực tiếp với môi trường ăn mòn, đồng thời thuận lợi cho công tác kiểm tra, duy tu.
Theo ông Nguyễn Đức Tú, Phó Tổng Giám đốc Công ty Trung Chính, công nghệ cầu dây văng dầm Hybrid kết hợp các ưu điểm của dầm bê tông, dầm thép và dầm thép liên hợp, qua đó tăng khả năng chịu lực, giảm trọng lượng bản thân kết cấu, nâng cao độ bền và giảm chi phí duy tu, bảo trì; đồng thời rút ngắn thời gian thi công và tối ưu hóa chi phí vòng đời khai thác.
Tại Việt Nam, kết cấu dầm Hybrid lần đầu tiên được áp dụng tại cầu Cần Thơ và sau đó là cầu Hòa Sơn. Mặc dù các kỹ sư Việt Nam đã có nhiều kinh nghiệm với dầm bê tông cốt thép và dầm thép truyền thống, công nghệ Hybrid tiếp tục là giải pháp phù hợp cho những dự án đòi hỏi nhịp vượt cực lớn, yêu cầu kiến trúc đặc biệt hoặc đặt ra bài toán về chi phí vòng đời.
Ông Trần Phương Duy, Trưởng phòng Phát triển Kinh doanh VSL Việt Nam, khẳng định việc kiểm soát chất lượng thi công, lực căng và bảo trì định kỳ có ý nghĩa quyết định đối với độ an toàn và tuổi thọ công trình.
Đặc biệt, hệ thống dây văng là bộ phận chịu lực quan trọng của cầu dây văng, thường xuyên chịu tác động của tải trọng, gió và môi trường ăn mòn. Do đó, kiểm soát chất lượng thi công, lực căng và bảo trì định kỳ là yêu cầu có ý nghĩa quyết định đối với an toàn và tuổi thọ công trình.
Ứng dụng công nghệ số góp phần nâng cao an toàn, kéo dài tuổi thọ và tối ưu chi phí quản lý, khai thác cầu.
Thay đổi cách theo dõi "sức khỏe" cây cầu nhờ “bản sao số”
Công nghệ đang làm thay đổi cách xây dựng và quản lý những cây cầu lớn. Không chỉ hỗ trợ thi công chính xác hơn, các giải pháp số còn giúp theo dõi tình trạng công trình, phát hiện sớm nguy cơ hư hỏng và chủ động bảo trì trong quá trình khai thác.
Cầu Rạch Miễu 2 là một ví dụ. Với ba nhịp dây văng dài 120 + 270 + 120m, công trình đã ứng dụng hệ thống theo dõi trong quá trình thi công kết hợp với mô hình Digital Twin - bản sao số của công trình được xây dựng từ dữ liệu thực tế.
Cách làm này cho phép các kỹ sư theo dõi công trình bằng dữ liệu thay vì chỉ dựa vào những lần kiểm tra trực tiếp. Những thay đổi bất thường có thể được nhận biết sớm, giúp đưa ra quyết định xử lý kịp thời.
Dây văng là bộ phận đặc biệt quan trọng đối với những cây cầu lớn. Một hệ thống dây văng hiện đại được thiết kế để khi một tao cáp bị hư hỏng, kỹ sư có thể thay thế riêng tao cáp đó mà không phải tác động lớn đến kết cấu chính của cầu.
Theo ông Nguyễn Việt Cường, Công ty Viphap, đây là một trong những yêu cầu quan trọng nhằm bảo đảm khả năng khai thác lâu dài của cầu dây văng.
Để kiểm tra tình trạng dây văng, kỹ sư có thể sử dụng các thiết bị chuyên dụng để đo lực căng và theo dõi độ rung của dây. Trong đó, Loadcell được dùng để đo lực căng; Vibratest và hệ thống Vibratrack hỗ trợ theo dõi dao động.
Từ những dữ liệu này, các kỹ sư có thể nhận biết những thay đổi bất thường của dây văng. Đây là cơ sở để kiểm tra sâu hơn và có phương án xử lý trước khi vấn đề trở nên nghiêm trọng.
Công nghệ cũng đang được đưa vào kiểm tra lớp vỏ bảo vệ bên ngoài dây văng. Robot tự leo, camera và AI có thể hỗ trợ kiểm tra ống HDPE - lớp ống bảo vệ dây cáp khỏi tác động của môi trường.
Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào kiểm tra thủ công, hình ảnh và dữ liệu thu được từ các thiết bị có thể được phân tích để phát hiện sớm những vị trí bất thường. Qua đó, việc kiểm tra trở nên chính xác và chủ động hơn.
Với cầu dây văng, chất lượng ngay từ khi thi công có ý nghĩa quyết định đối với độ an toàn và tuổi thọ công trình.
Lực căng của từng tao cáp phải được kiểm soát chặt chẽ. Hình dạng của dầm và tháp cầu phải nằm trong giới hạn thiết kế. Các chi tiết neo, mối nối và lớp bảo vệ dây cáp cũng phải được kiểm tra kỹ.
Khi cầu đưa vào khai thác, cách bảo trì cũng cần thay đổi. Thay vì chờ đến khi hư hỏng mới sửa chữa, công nghệ cho phép theo dõi tình trạng cầu thường xuyên, nhận biết những dấu hiệu bất thường và dự báo nguy cơ từ sớm. Đây là sự chuyển đổi từ “sửa khi hỏng” sang “theo dõi để phòng ngừa”.
Khi công nghệ căng kéo tự động, hệ thống theo dõi, phân tích dữ liệu và giải pháp thay thế từng tao cáp được kết hợp, việc quản lý cầu có thể chủ động hơn. Mục tiêu cuối cùng là tăng an toàn, kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì.
Những thay đổi này cũng cho thấy năng lực của đội ngũ kỹ sư Việt Nam đang có bước tiến mới. Từ việc ứng dụng kết cấu dầm hộp thép liên hợp tại các nút giao, sử dụng dầm Hybrid cho cầu nhịp lớn đến triển khai hệ thống theo dõi sức khỏe công trình (SHM) kết hợp Digital Twin, công nghệ đang dần hiện diện ở nhiều khâu của một dự án cầu.
Điểm quan trọng không chỉ nằm ở việc đưa công nghệ mới vào công trình. Đó còn là khả năng tạo ra và duy trì một nguồn dữ liệu thống nhất từ lúc thiết kế, thi công đến khi cầu được đưa vào khai thác.
Khi dữ liệu được cập nhật liên tục, người quản lý có thể biết cây cầu đang ở trạng thái nào, những bộ phận nào cần được theo dõi và nguy cơ nào có thể xuất hiện.
Điều này càng có ý nghĩa trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang làm thay đổi điều kiện khai thác công trình. Những yếu tố như nhiệt độ, mưa lớn, gió mạnh hay các tác động bất thường của môi trường có thể đặt ra những yêu cầu mới đối với công tác quản lý cầu.