2.1.1. Định nghĩa công trình cầu
Cầu là công trình nhân tạo được xây dựng để nối liền đường, vượt qua các chướng ngại như: sông ngòi, khe suối, các công trình sẵn có, khu dân cư…mà tuyến đường không vòng tránh được.
Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu [6] thì cầu là một kết cấu bất kì vƣợt khẩu độ không dưới 6100mm tạo thành một phần của một con đường.
2.1.2. Đặc điểm công trình cầu
Đặc điểm lớn nhất của công trình cầu so với các công trình xây dựng khác là tải trọng động. Ngoại trừ trọng lƣợng do bản thân công trình ra, hầu nhƣ không có tải trọng nào là cố định. Trong thiết kế thường đơn giản hóa hiệu ứng của các tải trọng động, đây là một trong các nguyên nhân dẫn đến sai khác khi công trình làm việc thực tế và lý thuyết tính toán.
Các tải trọng chính tác động lên công trình cầu đƣợc thiết kế bao gồm:
Trọng lƣợng bản thân công trình;
Trọng lƣợng xe khai thác đƣợc thiết kế;
Tải trọng ngang do xe, chẳng hạn nhƣ do phanh, lực ly tâm.
Tải động dọc, gây ra do sự tác động giữa xe và công trình cầu, ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ nhám của đường, độ dằn xốc khi xe chạy trên đường;
Trọng lượng của người đi bộ trên cầu;
Tải trọng va khi các phương tiện hoặc người đi bộ va vào lan can và lề đường;
Tải trọng do dòng chảy lũ tác động lên cấu trúc phụ hoặc kiến trúc thƣợng tầng;
Tải trọng do gió;
Lực va chạm, gây ra bởi xe khai thác hoặc do một số vật thể chuyển động bên dưới cầu (khúc gỗ, băng, một con tàu,…) đâm vào cấu trúc công trình cầu;
Tải trọng động đất;
Hiệu ứng do nhiệt độ;
2.1.3. Công trình cầu tại Việt Nam
Trong mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam hiện nay, số lượng các công trình cầu được xây dựng từ nhiều thời kì lịch sử trước chiếm một tỉ lệ rất lớn. Các công trình này phần lớn đều xuất hiện sự xuống cấp, tình trạng kỹ thuật của nhiều cầu thuộc loại nguy hiểm và đang trong tình trạng báo động đỏ. Đặc biệt là sự phức tạp, không đồng nhất do các loại vật liệu khác nhau, biện pháp thi công khác nhau, tải trọng thiết kế và tiêu chuẩn thiết kế cũng khác nhau giữa các giai đoạn lịch sử.
Trước những năm 1990, các công trình cầu sử dụng kết cấu phổ biến là cầu dầm bê tông cốt thép và dầm thép liên hợp, thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 18-79, chịu tải trọng H10 H13 hoặc H13 kết hợp X60, khổ cầu thường là khổ hẹp gồm hai làn xe cơ giới rộng 3,5m có phần lề bộ hành. Từ những năm 2000, cầu đƣợc xây dựng có tải trọng thiết kế H30 hoặc H30-XB80 và khổ cầu mở rộng hơn, công trình có cắm các biển hạn chế tải trọng nhƣ 10T, 15T, 18T, 20T,… Từ năm 2005, các công trình cầu đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, đƣợc dịch từ tiêu chuẩn AASHTO của Mỹ, tải trọng thiết kế HL93 thỏa mãn các xe lưu thông, không cắm biển hạn chế tải trọng [5] .
Sự tồn tại của các cầu cũ, cầu hẹp, cầu yếu trên các truyến đường chính, đường quốc lộ là một trong các nguyên nhân chủ yếu gây ách tắc giao thông. Các cầu yếu không đáp ứng được khả năng chịu tải xe lưu thông gây ùn tắc do việc phân luồng phương tiện giao thông nhằm hạn chế tải trọng, đồng thời tiềm ẩn các rủi ro về sự cố có thể xảy ra gây nguy hại cho công trình và người tham gia giao thông.
Phương án xây mới thay thế các công trình cầu yếu này là hoàn toàn hợp lý. Còn các cầu hẹp không đáp ứng đƣợc yêu cầu thông xe liên tục của tuyến nhƣng vẫn còn đảm bảo về năng lực chịu tải thì phương án dỡ bỏ để xây mới sẽ dẫn đến lãng phí.
Phương án sửa chữa, nâng cấp, mở rộng những công trình này là biện pháp khả thi và cấp bách.
Các cơ quan quản lý công trình phải đánh giá đƣợc tình trạng kỹ thuật công trình và khả năng khai thác của cầu để làm cơ sở quyết định thiết kế sửa chữa, nâng
cấp hay đầu tƣ xây mới nhằm đảm bảo khả năng khai thác công trình an toàn, đáp ứng nhu cầu giao thông liên tục nhƣng phải đảm bảo tiết kiệm chi phí đầu tƣ.
Vài số liệu về cầu yếu trong mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam:
Có khoảng 4240 công trình cầu trên quốc lộ và 3640 cầu trên các tỉnh lộ đang đƣợc khai thác. Chất lƣợng các cầu này rất không đồng bộ về cả tiêu chuẩn thiết kế, tải trọng, chế độ khai thác và mức độ xuống cấp [15].
Ngày 27/03/2016, Bộ GTVT đã có cuộc họp rà soát hiện trạng các cầu yếu trên mạng lưới giao thông Việt Nam. Kết quả cho thấy có tổng cộng 861/5869 (14,67%) cầu bị cắm biển hạn chế tải trọng trên quốc lộ, 251/532 (47,18%) cầu và công trình vượt sông có tĩnh không thấp, 180 cầu đường sắt đã cũ có nguy cơ mất an toàn [7].
Tại Tp. Hồ Chí Minh, sở GTVT thống kê có khoảng 200 cầu yếu. Riêng tuyến đường Lê Văn Lương, có 4 cây cầu yếu, cũ là Rạch Đỉa, Long Kiển, Rạch Tôm và Rạch Dơi được xây dựng trước năm 1975 [8].
Tại Cần Thơ, tuyến đường tỉnh 917 dài 5,6km có 8 cầu yếu, tuyến đường tỉnh 918 dài 16,9km có 11 cầu yếu, tuyến đường tỉnh 923 dài 26,7km có 9 cầu yếu [9]
Tại Hà Nội, theo số liệu thống kê, số lƣợng cầu đƣợc thiết kế theo 22TCN 18- 79 với tải trọng thiết kế H30-XB80 hoặc cũ hơn nhƣ H10-X60 chiếm đến 86%.
Rất nhiều cầu trên địa bàn đang cắm biển tải trọng hạn chế khai thác < 10 tấn [5].
2.1.4. Quản lý và khai thác công trình cầu tại Việt Nam
Về vấn đề quản lý và khai thác công trình cầu tại Việt Nam có một số đặc điểm chung nhƣ sau:
Chất lƣợng công trình không ngừng xuống cấp trong khi kinh tế ngày càng phát triển đòi hỏi yêu cầu vận tải tăng cao và chi phí vận tải không thể hạ thấp, tạo nên tình trạng ngày càng không đáp ứng được yêu cầu giao thông trong nước.
Thiếu hụt chi phí đầu tƣ cho công trình mới, đặc biệt là thiếu hụt kinh phí cho công tác kiểm tra, bảo dƣỡng công trình.
Nhiều địa phương quản lý công trình còn lỏng lẻo, công tác kiểm tra bảo trì không thường xuyên và thiếu hệ thống, không có tiêu chuẩn để đánh giá hiện trạng kết cấu công trình với các hư hỏng hiện hữu, phương pháp kiểm tra và chuẩn đoán còn lạc hậu [10].
Hệ thống đường sắt do Ban quản lý công trình của Ban cơ sở hạ tầng Tổng công ty Đường Sắt Việt Nam chịu trách nhiệm, việc quản lý tương đối có hệ thống. Ngành đường bộ do Cục quản lý đường bộ, các Sở Giao thông vận tải các tỉnh và các Sở Giao thông công chánh của Thành phố đảm nhiệm. Việc quản lý đường bộ còn thiếu rõ ràng giữa các đơn vị, trách nhiệm chồng chéo lẫn nhau.