3.2 Xem xét các dạng thức công trình cầu đô thị trong điều kiện thành phố
3.2.4 Phân tích việc bố trí sơ đồ kết cấu nhịp đối với các cầu đô thị
Tr-ớc hết, cần phân tích việc bố trí sơ đồ nhịp cầu. Nói chung, trong tr-ờng hợp thông th-ờng, việc xác định ban đầu chiều dài cầu để bố trí sơ đồ cầu th-ờng phụ thuộc vào các yếu tố khống chế sau đây:
1/ Khổ thông thuyền d-ới cầu (hoặc khổ thông xe d-ới cầu đối với các cầu v-ợt). Nh- đã phân tích ở phần trên, đối với một số tuyến sông rạch thì yếu tố khống chế lại là khổ thông xe của các đ-ờng ven sông, ven kênh chui d-ới cầu.
2/ Đặc điểm của kết cấu nhịp cầu chính (v-ợt sông, v-ợt đ-ờng). Với
đặc điểm này, chiều cao kiến trúc của kết cấu nhịp tại giữa nhịp chính và mối quan hệ t-ơng đối giữa biên d-ới của kết cấu nhịp với các khổ tĩnh không yêu cầu sẽ trở thành các yếu tố khống chế.
3/ Các đặc tr-ng hình học trên trắc dọc tuyến đoạn qua cầu (các bán kính đ-ờng cong đứng lỗi và lõm, độ dốc dọc các đoạn tiếp tuyến). Đối với những cầu đô thị có bố trí khai thác đồng thời các ph-ơng thức vận tải khác với vận tải
đ-ờng bộ đô thị (nh- tuyến xe điện mặt đất chuyên chở khách, đ-ờng sắt...) thì các chỉ tiêu hình học có yêu cầu cao hơn so với tuyến đ-ờng bộ đơn thuần.
4/ Chiều cao giới hạn của nền đ-ờng đắp sau mố cầu. Đây là chiều cao của nền đ-ờng đắp mà nếu không phải xử dụng các giải pháp đặc biệt để gia cố, xử lý nền đất thì nền đ-ờng vẫn đảm bảo ổn định, không bị lún nhiều và lún kéo dài.
Chiều cao nền đ-ờng còn bị khống chế bởi các điều kiện địa hình, thủy văn. ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và đồng bằng sông Cửu Long nói chung, thông th-ờng chiều cao giới hạn H < 2m.
5/ Đối với các công trình cầu đô thị, nhiều tr-ờng hợp không thể kéo dài cầu đến phạm vi xác định chiều cao giới hạn của nền đ-ờng đắp sau mố cầu vì
nh÷ng lý do sau:
* Do quy hoạch cao độ san nền đô thị th-ờng cao hơn cao độ tự nhiên hiện hữu, hoặc do quá trình san lấp, phần đáy dầm của các nhịp kề mố cầu sau này có thể nằm thấp hơn cả mặt đất. Vì vậy, phải l-u ý đến vấn đề này để có khoảng cách dự trữ thích hợp.
* Để thuận lợi cho công tác bảo trì công trình (vệ sinh dạ cầu, thay gối cầu...) và do vấn đề mỹ quan, mũ mố cũng th-ờng phải đ-ợc bố trí cao hơn cao
độ mặt đất hoàn thiện 0,5 á 1,0m.
Do điều kiện khống chế cuối cùng (5), chiều dài cầu thực tế th-ờng bố trí ngắn hơn chiều dài đ-ợc xác định theo 4 yếu tố khống chế trên. Đoạn chênh lệch giữa 2 chiều dài này đ-ợc bố trí thuộc phần đ-ờng dốc đầu cầu, trong đoạn này có thể sử dụng giải pháp sàn giảm tải đỡ toàn bộ khối đất đắp bên trên (cũng có thể xem nh- một hình thức kéo dài của kết cấu nhịp nh-ng đặt khuất trong đất) hoặc có giải pháp khử lún thích hợp để giảm chênh lệch cao độ tại đầu cầu do nền đ-ờng th-ờng bị lún.
Trong các giáo trình cơ sở về thiết kế cầu đã có phần phân loại cầu theo các tiêu chí khác nhau: về vật liệu, về sơ đồ kết cấu... nên ở đây không nhắc lại các kiến thức này mà chỉ muốn đề cập đến các kết cấu cầu đang đ-ợc xây dựng phổ biến ở các đô thị Việt Nam trong thời gian qua để từ đó bàn thêm một số vấn đề về kiến trúc cầu. Do điều kiện kinh tế, các cầu đô thị ở n-ớc ta xây dựng trong những năm gần đây (sau giai đoạn mở cửa, hội nhập quốc tế) th-ờng có sơ đồ tĩnh học là cầu dầm giản đơn, cầu dầm hay khung liên tục bằng BTCTDƯL, và đã áp dụng kiểu mặt cầu liên tục - nhiệt để giảm bớt số l-ợng khe biến dạng cho xe êm thuận trên
cầu. Đôi khi có những cầu dây văng, cầu vòm, cầu giàn... Các cầu kiểu dầm tỏ ra hợp lý nhất về khối l-ợng vật liệu và tính thuận tiện trong quản lý, khai thác. Các cầu vòm chỉ áp dụng rất hạn chế vì điều kiện địa chất công trình ở các đô thị vùng
đồng bằng n-ớc ta nói chung không tốt, do đó giải pháp móng cho các mố, trụ cầu vòm khá tốn kém về kinh phí.
Tuy nhiên, nếu đô thị nào của n-ớc ta cũng xây dựng cùng những loại cầu bằng BTCTDƯL sử dụng loại dầm giản đơn căng tr-ớc đúc sẵn trong nhà máy, hoặc với các nhịp khẩu độ lớn hơn là dầm liên tục thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng với các trụ thân đặc, lại không có những giải pháp gì để trang trí kiến trúc cho công trình thì sẽ rất ít khơi gợi đ-ợc ấn t-ợng, cảm nhận riêng biệt về từng
đô thị. Trong khi đó, các đô thị n-ớc ta th-ờng hình thành ven sông, gần biển, trong t-ơng lai chắc chắn sẽ là những nơi hội tụ đông ng-ời, giao l-u th-ơng mại, du lịch, là những đầu mối giao thông sầm uất, “trên bến d-ới thuyền”. Việc l-u thông trong
đô thị đ-ợc thông suốt nhờ những công trình cầu, tạo nên sự đông vui tấp nập. Chiếc cầu trong các đô thị n-ớc ta th-ờng là nơi giao nhau của tuyến đ-ờng (con lộ) với dòng sông, kênh rạch, là hình ảnh thể hiện sự quy luật hội tụ của các loại ph-ơng tiện giao thông vận tải phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của đất n-ớc. Do vậy, các cầu đô thị này nếu đ-ợc đầu t- tốt về kiến trúc công trình sẽ có nhiều điều kiện thuận lợi để trở thành ấn t-ợng về các đô thị Việt Nam đọng lại trong tâm trí ng-ời dân thành phố, trong du khách gần xa. Chẳng hạn, nói đến Hà Nội, chúng ta hình dung đ-ợc vóc dáng hoành tráng, nhấp nhô nh- những đợt sóng trào dâng của cầu Long Biên bắc qua sông Hồng gắn liền với di sản kiến trúc khu phố cổ (trong khi gần đó là cầu Ch-ơng D-ơng xây dựng sau, hiện đại hơn với kết cấu giàn thép biên thẳng chân ph-ơng). Khi nhớ về Huế, chúng ta th-ờng nghĩ ngay đến dáng biên cong hình vành l-ợc của cầu Tràng Tiền (trong khi đó bắc qua sông H-ơng còn có cầu đ-ờng sắt Bắc - Nam cũng bằng kết cấu giàn thép, cầu Phú Xuân bằng BTCTDƯL). Nh- vậy, các dáng kết cấu cong hay uốn l-ợn của cầu sẽ tạo nên sự bay bổng, nhẹ nhàng cho công trình bởi vì những đ-ờng cong đ-ợc chuyển tiếp một cách tự nhiên trên dạng thức kết cấu sẽ tạo nên sự “duyên dáng, nên thơ” cho khối thể công trình thực tế vốn nặng nề (Các cầu treo với kết cấu dây võng cũng thuộc tr-ờng hợp này, cũng gây nhiều ấn t-ợng cảm hứng thăng hoa, thanh thoát). Hiện nay, bằng những loại vật liệu xây dựng c-ờng độ cao với những kết cấu hiện đại, các công trình cầu càng có điều kiện phát huy tối đa nét thanh mảnh, làm bớt đi cảm giác nặng nề của các khối bê tông mố, trụ cầu.
Nh- đã phân tích trên, kết cấu nhịp vòm cho cầu đô thị ở n-ớc ta còn
đ-ợc sử dụng t-ơng đối ít, Tuy nhiên, -u điểm cao về kiểu dáng kiến trúc của cầu vòm có thể là một trong những nguyên nhân vẫn làm cho nó đ-ợc xem xét đến khi nghiên cứu các ph-ơng án xây dựng cầu trong điều kiện thành phố. Cầu vòm khi bắc qua chỗ có đ-ợc khoảng tĩnh không lớn d-ới cầu thì làm cầu chạy trên. Nếu theo
điều kiện cục bộ của trắc dọc, tĩnh không d-ới cầu không đủ để bố trí chạy trên thì
có thể nâng một phần vòm lên trên cao độ mặt cầu bằng cách cho chạy giữa. Trong phạm vi nhất định có thể bố trí mặt cầu ở cao độ chân vòm, tức là bố trí chạy d-ới.
Thuận lợi nhất về mặt kết cấu và kiến trúc là bố trí cầu chạy trên, với những -u điểm là hình dáng cầu đẹp hơn, chiều rộng các trụ cầu nhỏ hơn, đồng thời đi trên cầu có thể nhìn bao quát cảnh quan xung quanh không bị các bộ phận của kết cấu nhịp che khuất nh- trong cầu chạy d-ới. Tuy nhiên, trong điều kiện địa hình các đô thị phía Nam, sông rạch chảy qua vùng đồng bằng th-ờng có bờ thấp (nói chung chênh cao giữa bờ kênh và mực n-ớc cao nhất tính toán chỉ 0,5 á 1,5m) nên rất khó có thể sử
dụng đ-ợc kết cấu nhịp chạy trên vì chiều cao kiến trúc lớn, do đó làm tăng chiều cao chung của cầu, tăng chiều cao đất đắp sau mố và chiều dài đ-ờng dẫn đầu cầu.
Vì vậy, khi nghiên cứu cần cân nhắc giữa các -u và nh-ợc điểm của mỗi ph-ơng án cầu vòm để quyết định.
H3.12 Một vài hình ảnh cầu vòm đi d-ới
Cầu Lusitania (Mỹ) Cầu Samchonpo (Pusan, Hàn Quốc) H3.13 Một vài hình ảnh cầu vòm đi giữa
Cầu L- Phố (Th-ợng Hải, Trung Quốc) Cầu Yumemai - Ohashi, Nhật Bản H3.14 Một vài hình ảnh cầu vòm đi trên
CÇu Queen Isabella 2 (T©y Ban Nha) CÇu Cypress (Anh)
Cầu qua sông Thames (London, Anh) Cầu ở Dubai (Arập Xêút)
Cầu qua sông Yarra (Melbourne, Australia)
Ngày nay, các công trình cầu với sơ đồ đi d-ới, áp dụng các loại hình kết cấu hiện đại nh- cầu vòm với hệ cáp dây treo cũng có thể hạn chế đ-ợc việc che khuất tầm nhìn so với các kết cấu đi d-ới truyền thống khác (giàn, vòm bằng thép h×nh).
H3.15 Các sơ đồ kết cấu vòm hiện đại với hệ cáp dây treo
Cầu vòm mạng l-ới (diagonal hangers) Cầu vòm có thanh căng đứng (tied-arch) H3.16 Các sơ đồ kết cấu của cầu giàn thép hình truyền thống