Giải pháp cầu cạn cho phép giải quyết cùng một lúc nhiều thách thức: khan hiếm cát, ít tác động thô bạo vào tự nhiên, không ngăn cản thoát lũ, không chia cắt cảnh quan, sinh kế và xã hội, ưu việt về kinh tế, về lâu bền.
1. Tổng quan
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng sông nước với hệ thống sông ngòi, kênh rạch chằng chịt, đặc điểm địa hình khá bằng phẳng và thấp, chiều cao trung bình của đồng bằng này so với mực nước biển chỉ là 2 m. Vùng ĐBSCL được hình thành từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi mực nước biển; qua từng giai đoạn kéo theo sự hình thành những giồng cát (đất bằng) dọc theo bờ biển, vì vậy, địa chất nơi đây rất yếu và hầu như không gặp đá gốc khi xây dựng cầu.
Theo quy hoạch mạng lưới đường bộ thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến 2050 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, ĐBSCL được quy hoạch 6 tuyến cao tốc với tổng chiều dài khoảng 1.166 km, quy mô 4 - 6 làn xe. Trong đó có 3 tuyến cao tốc trục dọc và 3 tuyến cao tốc trục ngang.
ĐBSCL hiện đang triển khai 8 dự án đường bộ cao tốc dài 463 km, tổng mức đầu tư 94.400 tỷ đồng. Dự kiến năm 2026 cơ bản hoàn thành đưa vào khai thác. Khó khăn lớn trong công tác xây dựng đường bộ cao tốc ở ĐBSCL là sự thiếu hụt về nguồn cát đắp nền. Nhu cầu cát cho các dự án đường cao tốc đang triển khai là khoảng 54 triệu m3 , trong vùng chỉ có thể đáp ứng khoảng 26 triệu m3 . Đơn cử cao tốc Cần Thơ - Cà Mau cần hơn 18 triệu m3 nhưng mới có nguồn cát từ tỉnh An Giang và Đồng Tháp cam kết cung cấp gần 2 triệu m3 .
Bên cạnh đó, các dự án giao thông cấp tỉnh đầu tư trong năm 2023, 2024 cần khoảng 36 triệu m3 cát. Nhu cầu xây dựng của doanh nghiệp, người dân cũng cần khối lượng cát rất lớn. Do đó, khả năng cung cấp 26 triệu m3 trong giai đoạn 2023 - 2025 của các địa phương ĐBSCL mới đáp ứng tỷ lệ nhỏ.
Trước tình hình khó khăn này, ngày 08/7/2023, tại TP Cần Thơ, Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính chủ trì hội nghị làm việc với lãnh đạo các tỉnh, thành ĐBSCL và các bộ, ngành nhằm tháo gỡ khó khăn, thúc đẩy các dự án cao tốc và triển khai các dự án ODA. Thủ tướng Phạm Minh Chính chỉ đạo, nghiên cứu phương án sử dụng cát biển làm vật liệu đắp nền; đặc biệt là nghiên cứu các phương án xây dựng cao tốc trên cầu cạn.
2. Các phương pháp xử lý nền đất yếu khu vực ĐBSCL
Các phương pháp xử lý nền đất yếu phù hợp với khu vực ĐBSCL hiện đang được áp dụng phổ biến bao gồm: Bấc thấm kết hợp gia tải; Trụ đất xi măng; Sàn giảm tải; Cống hộp dọc; Cầu cạn; Kết hợp nhiều giải pháp trong một công trình hoặc dự án.
Tùy theo chiều dày lớp đất yếu và chiều cao nền đường đắp mà tư vấn thiết kế sẽ đưa ra các giải pháp xử lý khác nhau. Dưới đây là các giải pháp kiến nghị cho một dự án cụ thể ở khu vực ĐBSCL được tác giả bài viết điều chỉnh cho phù hợp hơn.
Bảng phân tích so sánh các giải pháp xử lý nền
3. Phạm vi áp dụng của giải pháp cầu cạn
Phương án cầu cạn thường được cân nhắc lựa chọn trong những trường hợp đặc biệt, nhiều khi là bắt buộc, như:
- Cầu đi qua đô thị có nhiều điểm giao cắt (cầu cạn VĐ2, VĐ3 Hà Nội).
- Cầu đi qua khu bảo tồn thiên nhiên để không chia cắt môi trường sống của động vật hoang dã (cầu cạn qua rừng Cúc Phương, cầu cạn qua rừng Sác). Trong quá trình nghiên cứu tuyến đường Hồ Chí Minh đoạn qua rừng Cúc Phương, các cơ quan quản lý về môi trường cũng yêu cầu làm cầu cạn với chiều dài 20 km. Về sau giải pháp hợp lý hơn là làm một số đoạn cầu cạn xen kẽ với các đoạn nền đường thông thường đã được lựa chọn áp dụng.
- Cầu đi qua khu vực nền đường phải đào sâu, đắp cao để tránh sạt lở như cầu cao tốc Thái Nguyên - Bắc Kạn đi men sườn núi, cầu Móng Sến (Lào Cai) đi qua thung lũng sâu.
- Cầu cần đảm bảo khẩu độ thoát lũ theo Quyết định số 19/2021/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ (Quy định về bảo đảm thoát lũ, thông thoáng dòng chảy, an toàn đê điều đối với việc xây dựng cầu qua sông có đê) như cầu Vĩnh Thịnh, Vĩnh Tuy, Nhật Tân… qua sông Hồng phải làm cầu cạn trên bãi sông.
- 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 nền như các tuyến đường trong khu vực ĐBSCL.
+ Tuyến đường bộ cao tốc đầu tiên ở ĐBSCL là TP.HCM - Trung Lương dài 39,8 km, khởi công ngày 16/12/2004 và hoàn thành ngày 03/02/2010, có 3 đoạn cầu cạn dài 13,2 km, nên từ khi sử dụng đến nay, dù ở vùng địa hình khá phức tạp nhưng không có vấn đề về thoát lũ.
+ Tuyến cao tốc TP.HCM - Long Thành - Dầu Giây dài 55 km, có 7 km cầu cạn liên tục (gói 1A&1B), 1,7 km chiều dài cầu Long Thành & nhiều cầu khác.
+ Tuyến cao tốc Bến Lức - Long Thành có tổng chiều dài 57,7 km trong đó tổng chiều dài cầu (bao gồm nhiều đoạn cầu cạn liên tục) khoảng 20,5 km.
4. So sánh giải pháp cầu cạn với các giải pháp xử lý nền đất yếu
4.1. Về chi phí xây dựng ban đầu
Cầu cạn có chi phí xây dựng (CPXD) ban đầu cao hơn các giải pháp nền đường đắp trên đất yếu. Thời gian thi công cầu là tương đương với các giải pháp xử lý đất yếu bằng công trình (sàn giảm tải, cống hộp dọc).
Ghi chú: Suất CPXD phần nền đường đất yếu được tham khảo dự án thành phần đoạn Hậu Giang - Cà Mau thuộc tuyến đường bộ cao tốc Bắc - Nam phía Đông. Suất CPXD phần xử lý đất yếu đã bao gồm kết cấu áo đường. Suất CPXD cầu tham khảo cầu Rạch Miễu 2, là cầu có chiều cao lớn. Theo đó, suất chi phí xây dựng cầu không cao hơn nhiều so với suất chi phí xây dựng nền đường trên đất yếu phải xử lý bằng công trình (cống hộp dọc, sàn giảm tải).
4.2. Về nhu cầu sử dụng cát xây dựng
Giải pháp cầu cạn sử dụng vật liệu (cát) san lấp ít hơn nhiều so với giải pháp nền đường đắp (ngoại trừ giải pháp cống hộp dọc). Trong khi ĐBSCL thiếu hụt nguồn cát đắp nền và đang đối mặt với tình trạng sạt lở nghiêm trọng do khai thác cát quá mức thì giải pháp cầu cạn sẽ giải quyết được vấn đề này, đồng thời sẽ giải quyết được cả tình trạng dư thừa nguồn cung xi măng trong nước.
4.3. Về phạm vi GPMB
Cầu cạn không phải làm taluy nền đường, vì vậy, có phạm vi GPMB hẹp hơn so với giải pháp nền đường đắp. Theo quy định tại Bảng 22, Tiêu chuẩn thiết kế đường cao tốc TCVN 5729:2012, nền đường cao tốc nên được thiết kế với mái dốc như sau:
Như vậy, nếu xét trong phạm vi 30 km dọc tuyến với chiều cao nền đắp trung bình 2,5 m thì giải pháp cầu cạn sẽ giúp tiết kiệm diện tích GPBM: 30000*2.5*3(2)*2/1000 = 45 (30) ha. Phần đất này có thể sử dụng để làm đường gom hoặc có thể tiếp tục canh tác nông nghiệp.
4.4. Về vấn đề thoát lũ
ĐBSCL là vùng đất khá bằng phẳng và chỉ cao trung bình 2.0 m với mực nước biển, thường xuyên bị ngập vào mùa nước nổi và gần đây là hiện tượng triều cường dâng cao gây ngập. Theo như bản đồ nguy cơ ngập của ĐBSCL dưới đây thì hầu như cả vùng có nguy cơ ngập sâu ứng với kịch bản nước biển dâng thêm 100 cm.
Khi hoàn thành xây dựng như quy hoạch thì các tuyến đường cao tốc sẽ hình thành các “con đê” và nhiều khu vực sẽ hình thành các “hồ kín” ngăn cản lũ và triều cường rút xuống, làm tình trạng ngập úng sẽ thường xuyên hơn và thời gian ngập cũng kéo dài hơn.
Giải pháp cầu cạn sẽ hạn chế tối đa sự cản trở dòng chảy, giúp lũ và triều cường thoát nhanh hơn. Móng cọc của cầu cắm sâu vào nền đất tốt, không gây ra hiện tượng lún xung quanh khu vực nền đường do tải trọng nền đắp, góp phần giảm tốc độ lún của ĐBSCL.
4.5. Công tác bảo trì và khai thác
Giải pháp cầu cạn hầu như không phải đầu tư sửa chữa trong thời gian đầu khai thác (15 - 30 năm) và về sau cũng chủ yếu là sửa chữa hoặc thay thế khe co giãn. Đơn cử như cầu Đúc ở Long An được xây dựng từ thời Pháp thuộc với công nghệ thi công còn lạc hậu, mác thép và bê tông còn thấp.
Sau hơn 100 năm khai thác, khi phá dỡ cầu chất lượng bê tông cốt thép vẫn tốt và còn có thể tiếp tục khai thác được thêm nhiều năm nữa. Ngoài ra, việc lưu thông trên cầu cạn luôn êm thuận và an toàn hơn so với việc lưu thông trên đoạn đường đắp trên đất yếu.
Dự án Xây dựng tuyến Lộ Tẻ - Rạch Sỏi giai đoạn 1 được xây dựng, hoàn thành và đưa vào khai thác vào tháng 01/2021, vừa qua Bộ GTVT đã phê duyệt chi 750 tỷ đồng để nâng cấp tuyến đường này. Việc thường xuyên phải đóng làn đường để sửa chữa, nâng cấp mặt đường đang khai thác sẽ gây cản trở giao thông và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thông.
Kế hoạch Bảo trì tuyến đường cao tốc TP. HCM - Trung Lương năm 2021, ban hành theo QĐ số 2426/QĐ-BGTVT ngày 25/12/2020 của Bộ GTVT có chi phí dự kiến 147,7 tỷ đồng. Trong đó, hầu hết các nội dung sửa chữa là hư hỏng cục bộ mặt đường, sửa chữa hệ thống thoát nước đường dẫn, sửa chữa mặt đường BTXM khu vực trạm thu phí, duy chỉ có một nội dung sửa chữa khe co giãn cầu với số tiền 2,3 tỷ đồng.
Kinh phí bảo trì các tuyến đường của khu vực ĐBSCL nói chung cũng cao hơn các khu vực khác trong cả nước. Nguyên nhân là do khu vực có nhiều cầu, cầu lớn và nhất là điều kiện nền đường đắp trên đất yếu.
Ghi chú:
- Số trong (.) là tổng chiều dài tuyến quốc lộ trong vùng quản lý, bao gồm cả các tuyến đường ủy thác quản lý cho các Sở GTVT, các Công ty BOT, các nhà đầu tư phát triển đường cao tốc. Nguồn: Dự án VRAM.
- (*) Tờ trình số 158/TT-TCĐBVN ngày 04/12/2020 của Tổng cục Đường bộ VN.
5. Kiến nghị một số giải pháp kết cấu cầu cho ĐBSCL
Hiện nay, chi phí đầu tư ban đầu của cầu cạn vẫn cao hơn hẳn so với đầu tư nền đường đắp trên đất yếu (xử lý bằng bấc thấm hoặc cọc xi măng đất). Trong khi nguồn lực đầu tư có hạn, việc tìm ra giải pháp kết cấu cầu kinh tế hơn là hết sức cần thiết, để có thể đầu tư được cầu cạn dài hơn.
Ngoài các kết cấu nhịp dầm I, dầm Super T truyền thống thì giải pháp dầm U với chiều dài nhịp tương đương, nhưng giảm số lượng dầm trong mỗi nhịp sẽ giảm được 12 -15% chi phí xây dựng kết cấu nhịp và rút ngắn thời gian thi công đáng kể (theo phân tích của ThS Nguyễn Trọng Nghĩa).
Tuy nhiên, ĐBSCL với địa hình thuận lợi cho việc lao lắp dầm thì giải pháp tăng chiều dài nhịp từ 40 m lên 60 m sẽ giúp giảm đáng kể chi phí xây dựng công trình cầu cạn.
Tác giả bài viết đã làm một phép so sánh định lượng cho một công trình cầu cạn dài 360m sử dụng 9 nhịp * 40m nhịp dầm Super-T với 6 nhịp * 60m dầm T cải tiến (BH Girder). Kết quả, phương án dầm T cải tiến giảm được 3 trụ cầu, 14% chi phí xây dựng công trình và rút ngắn được 6 tháng thi công.
Ngoài dầm T cải tiến thì giải pháp dầm cánh rộng (mặt cắt chữ I) đang được thiết kế, chế tạo thử và áp dụng trong dự án “Đánh giá công nghệ dầm cánh rộng áp dụng cho dự án giao thông ở Việt Nam” do Aus4Tranport tài trợ với chiều dài nhịp đề xuất 60 m hoặc giải pháp dầm UHPC nhịp lớn do TS Trần Bá Việt đề xuất cũng là các giải pháp hữu hiệu để giảm chi phí xây dựng cầu cạn.
6. Đề xuất phân kỳ đầu tư (cầu cạn)
Do nguồn lực hạn chế, các tuyến đường thường được đầu tư phân kỳ theo từng giai đoạn. Tuy nhiên, với hiệu quả đầu tư rất cao của các tuyến đường cao tốc, chỉ sau ít năm đưa vào khai thác giai đoạn 1 đã nảy sinh nhu cầu mở rộng cho giai đoạn 2.
Do việc mở rộng cầu khó khăn hơn so với mở rộng đường cho nên cần phải lựa chọn giải pháp đầu tư phân kỳ cho hợp lý để hạn chế tối đa việc điều chỉnh, cải tạo cầu ở giai đoạn 1 cho việc mở rộng giai đoạn 2. Hiện nay, có các giải pháp đầu tư phân kỳ cầu và cầu cạn như sau:
- Đầu tư hoàn chỉnh phần cầu ở giai đoạn 1 như Cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên. Giải pháp này đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu lớn, khó áp dụng.
- Giai đoạn 1 xây dựng cầu ở giữa, giai đoạn 2 mở rộng sang hai bên như cầu cạn cao tốc TP.HCM - Long Thành - Dầu Giây. Giải pháp này rất bất hợp lý đối với các cầu cạn dài do giai đoạn 2 sẽ phải đập bỏ lan can, nối bản mặt cầu để mở rộng thêm 7,5 m về mỗi bên. Việc thi công mở rộng sẽ làm ảnh hưởng tới quá trình khai thác và khó đảm bảo chất lượng mối nối do sự lún lệch, từ biến, co ngót… giữa kết cấu cũ và mới.
- Giai đoạn 1 xây dựng cầu hai bên, giai đoạn 2 mở rộng vào giữa. Giải pháp này phù hợp với các khu vực nút giao khác mức như đã áp d ụng ở cao tốc TP.HCM - Trung Lương.
- Giai đoạn 1 đầu tư cầu ở một bên tuyến, giữ nguyên tốc độ thiết kế, không làn dừng xe khẩn cấp như cầu Sông Hồng, Sông Lô (cao tốc Nội Bài - Lào Cai); cầu Long Thành (cao tốc TP.HCM - Long Thành - Dầu Giây).
- Giai đoạn 1 đầu tư cầu ở một bên tuyến, giảm tốc độ thiết kế còn 80 km/h, giai đoạn 2 xây dựng cầu ở bên còn lại (đoạn gói thầu A3 ~ J3, cao tốc Bến Lức - Long Thành).
7. Kết luận và kiến nghị
Kết luận: Giải pháp cầu cạn cho phép giải quyết cùng một lúc nhiều thách thức: khan hiếm cát, ít tác động thô bạo vào tự nhiên (khai thác cát gây sạt lở nghiêm trọng trong những năm qua), không ngăn cản thoát lũ, không chia cắt cảnh quan, sinh kế và xã hội, ưu việt về kinh tế, về lâu bền.
- Khi đề xuất chủ trương đầu tư các dự án cần phân tích, so sánh đầy đủ các chỉ tiêu về chi phí xây dựng, GPMB, thoát lũ, môi trường, khả năng cung cấp vật liệu, duy tu bảo dưỡng, độ êm thuận khai thác… trong suốt vòng đời của dự án để có quyết định lựa chọn giải pháp tối ưu nhất.
- Nên làm cầu cạn đi qua các khu vực nền đường đắp trên đất yếu với chiều dày đất yếu từ 15 m trở lên và chiều cao nền đắp từ 3,5 m trở lên. Chuyển toàn bộ các đoạn đường đầu cầu cao trên 3,5 m phải làm tường chắn hoặc xử lý nền bằng công trình như sàn giảm tải hoặc cống hộp dọc thành cầu cạn.
- Cần cân nhắc giải pháp phân kỳ đầu tư hợp lý, tránh khó khăn cho việc đầu tư mở rộng sau này, gây lãng phí chi phí đầu tư.
- Thí điểm áp dụng các kết cấu cầu mới cho phép vượt khẩu độ nhịp lớn hơn để giảm chi phí xây dựng cầu cạn. Giải pháp dầm giản đơn đúc sẵn với chiều dài nhịp 60 m sẽ là giải pháp tối ưu cho các đoạn cầu cạn nằm trên đường thẳng hoặc đường cong có bán kính lớn.
Theo Tạp chí Xây dựng
