Tài liệu Một số nội dung trong thiết kế cáp văng - Tác giả: Virlogeux docx

1
MỘT SỐ NỘI DUNG TRONG THIẾT KẾ CÁP VĂNG
VIRLOGEUX, Michel
Hiệp hội kết cấu bê tông quốc tế (FIB) – Pháp
Người dịch: Ngô Văn Minh
Tóm tắt
Cầu dây văng hiện đạt được ngày càng nhiều hơn các thành tựu trên toàn thế giới do có
kết cấu phù hợp với chiều dài nhịp lớn (đến 1200 mét) và giúp mở ra nhiều giải pháp
kiến trúc phù hợp. Dây văng tất nhiên là yếu tố quan trọng nhất trong cầu và do đó, phải
được thiết kế với cường độ, sức kháng mỏi và tuổi thọ cao. Tuy nhiên, vấn đề thi công,
điều kiện bảo dưỡng cho dây phải đặc biệt chú ý. Thêm nữa, khá nhiều cầu cũng phải
chịu dao động của dây, một hiện tượng có thể khó dự đoán do bị ảnh hưởng của rất
nhiều yếu tố sinh ra. May mắn là hiện nay đã phát triển được nhiều giải pháp hữu hiệu,
tuy nhiên, một số bài toán mới lại đang được đặt ra : như vấn đề bảo vệ chống cháy và
chống sét.
1. Giới thiệu chung – Hệ thống sợi song song và hệ thống tao song song
Trong 30 năm qua, chúng ta đã chứng kiến bước phát triển quan trọng trong công nghệ
dây văng. Ban đầu, chúng là các tao cáp lớn hoặc cấu tạo bởi một hệ thống các tao
tương đối lớn hay tạo bởi các cuộn cáp vỏ cài
(1)
được mạ nhúng hoặc sơn bảo vệ, với
những nhược điểm lớn liên quan đến chi phí và theo kinh nghiệm là khả năng chống ăn
mòn kém. Trong những năm 70, một công nghệ mới được phát triển sử dụng các sợi
(thông thường có đường kính 7 mm) hoặc các tao (đường kính 15 mm) song song, được
bơm vữa xi măng xen kẽ, bọc trong lớp vỏ làm bằng Polyethylene mật độ cao (HDPE).
Giải pháp này cũng tồn tại một số nhược điểm: đôi khi cho sức kháng mỏi của dây khá
thấp, và chủ yếu là các vấn đề đứt gãy do ăn mòn.
Vữa xi măng đôi khi được thay thế bằng sáp dầu (ví dụ như ở các cầu Tampico và cầu
Iroise), hoặc với một số trường hợp khác thì bằng nhựa epoxy (tao bọc nhựa epoxy, ví
dụ như cầu qua sông Ibi và Kiso). Tuy nhiên hiện nay đã phát triển hai hệ thống hiện

đại c
ạnh tranh trực tiếp với nhau.
Hệ thống thứ nhất đưa ra đầu tiên bởi công ty Freyssinet từ cuối những năm 1980, theo
đó các dây văng chế tạo từ các tao song song được bảo vệ độc lập: tao 7 sợi, tất cả các
sợi được mạ kẽm nhúng nóng và được kéo trước, với lớp bọc ngoài bằng HDPE. Các

2
tao 15 mm bọc bởi một ống nhựa bao ngoài, chủ yếu vì các lý do liên quan đến khí động
học. Giải pháp này được gọi là Hệ Thống Tao Song Song (Parallel Strand System -
PSS), trong thực tế có thể tồn tại cùng với một số cải tiến khác.
Trong hệ thống thứ hai, được gọi là Hệ Thống Sợi Song Song (Parallel Wire System –
PWS), dây văng được cấu tạo từ các sợi mạ kẽm song song (các sợi có thể được xoắn
nhẹ để giữ ổn định), được bảo vệ bởi một lớp HDPE dày bao ngoài. Giải pháp này được
đề ra từ hệ thống BBR Hi-Am phát minh trước đây đã lâu.
Ở phương Tây: Châu Âu và Mỹ, thực tế tất cả các dây văng chế tạo gần đây đều thuộc
hệ thống PSS, còn hệ thống PWS được phát triển rất mạnh ở Nhật Bản và Trung Quốc.
Việc phân tích điểm mạnh và điểm hạn chế của hai giải pháp này do vậy là thực sự rất
cần thiết.
2. Lực kéo khí động học
(2)
trong dây văng
Do công nghệ đặc thù của hệ thống PSS, đường kính ngoài của dây văng theo hệ thống
này sẽ lớn hơn đường kính của dây văng dạng PWS (vốn có kết cấu đặc chắc) hơn một
chút. Sự khác biệt này chính một lý do dẫn đến việc sử dụng hệ thống PWS cho một số
cầu dây văng nhịp dài được xây dựng gần đây ở vùng Viễn Đông. Vấn đề này đòi hỏi
phải có một số phân tích cụ thể, bắt đầu từ việc xem xét lại các dữ liệu về hệ số kéo khí
động học của dây văng.
Hệ số kéo khí động học của ống bọc cáp.
Lực kéo khí động học tác dụng lên một dây – cũng giống như trong các tài liệu khác –
được tính bằng:

dd
DCUF
2
2
1
ρ
=
trong đó
ρ
là tỉ trọng của không khí (1.23 kg/m
3
), U là vận tốc gió, D là đường kính
của cáp và C
d
là hệ số giãn khí động học. Với dây hình trụ tròn truyền thống, hệ số này
sẽ có giá trị khá cao ứng với giá trị nhỏ của vận tốc gió, hoặc chính xác hơn là của hệ số
Reynolds :

υ
UD
R
e
=
trong đó,
υ
là độ nhớt của không khí, bằng 15.10
-6
trong hệ MKSA, hệ số giãn khí động
học bằng khoảng 1.20 trong vùng dưới giá trị tới hạn. Ứng với giá trị tới hạn của hệ số

Reynolds (thường nằm trong khoảng từ 2.10
5
đến 5.10
5
), tùy thuộc vào độ nhăn của

3
ống nhựa, hệ số giãn khí động học giảm xuống đột ngột và đạt tới giá trị khoảng 0.6
hoặc 0.5 (hoặc thậm chí còn thấp hơn) trong vùng vượt quá giá trị tới hạn của hệ số
Reynolds. Khi giá trị của hệ số Reynolds tiếp tục tăng lên, hệ số giãn khí động học cũng
tăng lên và đạt đến giá trị ổn định trong vùng siêu tới hạn
(3)
, phụ thuộc vào độ nhăn của
ống.

Hình 1 : Hệ số giãn của ống nhựa (dạng truyền thống) phụ thuộc vào giá trị của hệ số
Reynolds và độ nhăn của vỏ ống (theo C.S.T.B)
Các dây văng truyền thống thường rơi vào vùng trên tới hạn
(4)
khi chịu gió lớn cực hạn,
tuy nhiên, hệ số giãn khí động học vẫn có thể tăng lên trong những trường hợp gió
thông thường, khoảng 10 m/s, tức là ứng với vùng dưới tới hạn
(5)
hoặc vùng tới hạn
(6)
.
Lực gió thường được tính với giá trị này bằng 0.70 ( thậm chí là 0.80 trong những phân
tích rất thiên về an toàn) để bao hết các yếu tố không xác định được do sự phát triển của
độ nhăn vỏ ống bọc theo thời gian.
Với cầu Normandie, chúng tôi đã đánh giá ảnh hưởng giãn khí động học tổng thể trong

dây văng với hệ số 0.65 với quan điểm: không thể xảy ra trường hợp tất cả các dây cùng
rơi vào trạng thái bất lợi ở cùng thời điểm.
Các loại dây văng hiện đại đều được bọc trong vỏ (hay đặt trong ống), được xử lý về
hình dạng để làm giảm nguy cơ dao động dây do tác nhân mưa & gió (trình bày ở dưới
đây). Các xử lý hình dạng này gây ảnh hưởng rõ ràng đến hiệu ứng giãn khí động học
của dây và do đó, phải được nghiên cứu, xem xét.

4

Hình 2 : Ống bọc cáp của cầu Higushi Kobe
Hình 2 minh họa loại ống bọc bằng HDPE có xử lý hình dạng đầu tiên bằng cách tạo
thêm các sườn chạy dọc tạo thành rãnh dẫn nước chảy xuống. Loại này đã được lắp đặt
ở cầu Higashi-Kobe, Nhật Bản, tuy nhiên các rãnh sâu này cũng làm tăng hệ số giãn khí
động học của loại vỏ ống trụ truyền thống từ giá trị 0.5-0.6 lên tới 1.3.
Trong quá trình thi công cầu Normandie, công ty Monberg & Thorsen và văn phòng
thiết kế của mình đ
ã làm rõ được ảnh hưởng xấu của dao động gây ra do tác nhân mưa,
gió, điều đã được phân tích ở Nhật Bản vài năm trước. Những giải pháp khác nhau cần
được định trước để tránh các dao động này, và các thí nghiệm đã được C.S.T.B ở
Nantes tiến hành đối với dây văng đường kính 161 mm (Falamand, 1994). Theo đó, hệ
số giãn khí động học được tiến hành đo trên hàng loạt các mẫu sau (hình 3):
 ống trụ trơn để tham chiếu.
 ống nhựa HDPE truyền thống có các vòng nổi đặt cách xa nhau, có tác dụng như
gờ giọt nước, ngăn không cho nước chảy thành dòng dọc theo dây văng. Hệ
thống này tỏ ra không hiệu quả trong việc hạn chế dao động của cáp, và cũng
không ảnh hưởng đến hệ số giãn khí động học, thường có giá trị khoảng 0.5 đến
0.55 đối với vận tốc gió lớn.
 ống với ba rãnh chạy dọc ở phần trên tạo thành các kênh dẫn nước, ít nhiều lấy
cảm hứng từ ống bọc của cầu Higashi Kobe ở Nhật Bản. Tuy nhiên hệ số giãn là
rất lớn (trong khoảng 1.0 đến 1.10) và hệ thống thì không ổn định (trong khi

hiện nay đã thấy rõ rằng ống nhựa của cầu Higashi Kobe là rất ổn định)
 ống nhựa có một rãnh xoắn ốc, đường kính 2mm, có bước bằng 30 cm. Hệ thống
tỏ ra cực kỳ hiệu quả. Hệ số giãn khí động học là khoảng 0.65 (và gần như là
không đổi) khi chịu gió vận tốc lớn.
 ống nhựa với hai rãnh xoắn ốc, đường kính 1.3 mm, mỗi rãnh hướng theo một
chiều riêng và có bước bằng 30cm. Hệ số giãn khí động học có giá trị rất ổn
định, khoảng lớn hơn 0.70 một chút.

5
 và loại ống nhựa với 2 rãnh xoắn ốc theo cùng một chiều, sâu 1.3 mm, rộng 2
mm, bước dài 600 mm.
Với kết luận từ những thí nghiệm này, chúng tôi quyết định lựa chọn hệ thống với 2
rãnh xoắn ốc theo cùng một chiều, sâu 1.6 mm, mỗi rãnh có chiều dài dốc 60 cm.
Chúng tôi cho rằng có thể chấp nhận giá trị hệ số giãn nở bằng 0.63 lấy từ thí nghiệm
cho hầu hết các hệ thống tương tự
, hơi nhỏ hơn một chút so với giá trị sử dụng trong
tính toán. Hình 4 mô tả giải pháp đã được sử dụng cho cầu Normandie, được Freyssinet
đăng ký bản quyền và được áp dụng lại cho tất cả các ứng dụng sau này: ống nhựa
HDPE được bố trí hai rãnh xoắn ốc dày 1.6 mm gối lên nhau, có bước dài 60 cm.

Hình 3 : Hệ số giãn của các loại ống khác nhau do CSTB thí nghiệm năm 1991 cho cầu
Normandie

Hình 4 : Ống nhựa sử dụng gần đây cho dây
văng kiểu Freyssinet, có hai rãnh xoắn ốc gối lên
nhau

6
Hình 5 : Hệ số giãn của 3 loại ống
nhựa HDPE: ống trụ thường, ống trụ

có một rãnh xoắn ốc và ống trụ có 2
rãnh xoắn ốc.
Do các thí nghiệm năm 1991 không phù hợp hoàn toàn với giải pháp lựa chọn, các thí
nghiệm mới đã được C.S.T.B tiến hành năm 2003 nhân dịp cuộc thi xây dựng cầu
Stonecutters ở Hồng Kông (Virlogeux, 2005). Hệ số giãn khí động học được đo cho 3
ống HDPE, đường kính 20 cm : ống trụ tròn tr
ơn cổ điển không xử lý hình dạng (hệ số
giãn rơi xuống mức 0.49 trong vùng tới hạn), một ống trụ tròn được bố trí một rãnh
xoắn ốc (sâu 1,6mm, bước rãnh 60 cm) và một ống trụ phù hợp với thiết kế của thông
thường của Freyssinet với 2 rãnh xoắn ốc cùng dạng chồng lên nhau. Trong trường hợp
sau cùng, hệ số giãn khí động học có giá trị đều hơn – dù đang ở bên dướ
i của vùng
dưới tới hạn - thay đổi trong phạm vi từ 0.57 đến 0.61 với giá trị nhỏ nhất bằng 0.55 khi
hệ số Reynolds thay đổi trong khoảng từ 272000 đến 736000 (hình 5)
Hình 6 : Hệ số giãn đo được với biến
dạng dạng sóng (Kwork và Wong, 2004)

Ống nhựa trơn cho kết quả hệ số giãn rất thấp (khoảng 0.35, hình vẽ không đủ chi tiết
để lấy được kết quả chính xác hơn), loại ống nhựa dùng cho cầu Sutong (xử lý hình
dạng bằng các gờ sóng) cho giá trị khoảng 0.65. Thí nghiệm với loại ống có rãnh xoắn
ốc cho kết quả không phù hợp với kết qu
ả do C.S.T.B xác định, nhưng tác giả đã nhận
thấy loại ống nhựa được thí nghiệm ở Đại học Tonji: rãnh xoắn có độ sâu từ 2 đến 4
mm thay vì 1.6 mm như loại ống nhựa của Freyssinet (do C.S.T.B thí nghiệm) và có
hình dạng rất khác. Rãnh được thí nghiệm có dạng tròn, trong khi rãnh của ống nhựa
của Freyssinet có dạng hình chữ nhật có các góc trên vuốt tròn. Sự khác biệt lớn về kích
thước và hình dạng có thể giúp giải thích sự khác biệt v
ề hệ số giãn: giữa 0.6 và 0.8.
Khi xét đến ảnh hưởng lớn của hình dạng (hay thậm chí là sự phân bố khác nhau của
các gờ), do các thí nghiệm này chỉ ra, có thể thấy rõ ràng rằng thí nghiệm cho ống nhựa

nên được tiến hành bởi chính nhà cung cấp.

7
Thêm nữa, thí nghiệm so sánh nên được tiến hành ở cùng phòng thí nghiệm, hoặc bởi 2
hay 3 hệ thống thí nghiệm tiến hành bởi 2 hoặc 3 phòng thí nghiệm để loại trừ tất cả
các yếu tố không rõ ràng.
Tầm quan trọng của lực kéo khí động học tác dụng lên dây văng. Kinh nghiệm
từ cầu Normandie
Trước khi cầu Normandie được xây dựng, ảnh hưởng của lực kéo khí động học lên dây
văng chưa bao giờ được coi là vấn đề then chốt do chiều dài nhịp của các cầu dây văng
vào thời điểm đó còn khá hạn chế. Chúng tôi đã khám phá ra vấn đề này khi thiết kế cầu
Normandie, và đã quyết định sử dụng dây văng vỏ cài vì hai nguyên nhân:
 Thời điểm đó, dây văng loại này được coi là phù hợp xét về khả năng chịu mỏi,
tuy nhiên hiện nay tuổi thọ và sức kháng ăn mòn của loại dây văng này đã trở
thành một vấn đề rất đáng nghi ngờ, do đó, loại này không còn được sử dụng
nữa.
 Dây văng loại cuộn xoắn cho đường kính nhỏ nhất ứng với khả năng chịu lực
cho trước do bản thân có tính đặc chắc cao, thậm chí còn nhỏ hơn nhiều so với
loại dây văng theo hệ thống Bó Sợi Song Song (PWS). Đây đã được coi là một
ưu điểm lớn do lực gió tác dụng lên hệ dây văng sẽ tạo ra khoảng 55% giá trị mô
men uốn ngang (quanh trục đứng) tại mặt cắ
t nguy hiểm của dầm cầu, ở vị trí
nối tiếp giữa dầm mặt cầu và trụ tháp, trong khi lực gió lên bản thân dầm mặt
cầu chỉ tạo ra khoảng 45% mô men (theo Virlogeux, 1992, sơ đồ 7.4, trang 203)
Tuy nhiên, dây văng loại vỏ cài cũng có hai nhược điểm quan trong cũng như đối với
dây văng có bó sợi song song PWS là:
 Dây văng loại này chỉ được chế tạo sẵn, do đó phải được vận chuyển dưới dạng
các bó lớn và bằng cần trục nặng. Trọng lượng của dây rất lớn: dây văng dài của
cầu Normandie nặng 22 tấn. Trọng lượng lớn dẫn đến yêu cầu về thiết bị thi
công phức tạp và dẫn đến chi phí rất lớn.

 Việc thay thế dây văng khi cần thiết do một nguyên nhân nào đó, bao gồm cả do
những tai nạn có thể xảy ra đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị nặng tương tự và
tạo nên một vấn đề lớn cho công việc duy tu bảo dưỡng.
Vào thời điểm đó, Freyssinet đang phát triển một công nghệ mới: chế tạo dây văng từ
các bó tao được bảo vệ độc l
ập mà không sử dụng ống nhựa bọc (cầu bắc qua sông
Sambre ở Bỉ, cầu ở Marbella Tây Ba Nha và cầu Burgundy ở Pháp, hoàn thành năm

8
1992), Freyssinet đã đề xuất phương án này cho cầu Normandie, theo đó sẽ không cần
phải sử dụng các thiết bị thi công lớn, chi phí sẽ rẻ hơn (khoảng 3 triệu Euro vào thời
điểm năm 1986) và cho phép thay thế dây văng dễ dàng.
Tất nhiên kích thước của bó gồm các tao độc lập sẽ lớn hơn nhiều kích thước của dây
văng loại loại vỏ cài ứng với cùng một khả năng chị
u tải, điều này đặt ra vấn đề về khả
năng chịu lực của cầu dưới tác dụng của gió mạnh. Đó là nguyên nhân vì sao Freyssinet
đã đưa ra một giải pháp mà rõ ràng là không phù hợp: chế tạo loại bó tao dẹt để làm
giảm diện tích chắn gió theo phương vuông góc. Các thí nghiệm đã thực hiện cho thấy
giá trị lực kéo khí động học tác dụng lên dây văng này là rất lớn và nguy cơ xảy ra sự cố

galloping là rất cao(Virlogeux, 1992, trang 203-204). Xem xét các thông số trên, chúng
tôi quyết định:
 Lắp đặt bó các tao cáp độc lập trong một ống nhựa tròn. Do tiến độ của dự án ở
thời điểm đó, ống bọc chỉ được lắp đặt sau khi đã lắp đặt xong dây văng và kéo
dây, do vậy, các ống bọc được chế tạo thành từng đoạn dài 2 m, mỗi đoạn lại
được ghép từ 2 nửa, nửa này được điều chỉnh để lắp trùng khít v
ới nửa kia
(không sử dụng phương pháp hàn nhiệt như kiến nghị ban đầu)
 Tăng khoảng cách giữa các của các dây văng của hệ (khoảng cách này chạy từ
16.00 đến 20.00 mét, và giá trị cuối cùng là 19.65 mét khi chúng tôi phải lắp

thêm một dây để bù lại ảnh hưởng từ việc lắp đặt các dây văng cắt ngang - cũng
gọi là “aiguilles” - như chúng ta sẽ thấy sau): do diện tích mặt cắt thay đổi theo
bình phương đường kính, khả năng chịu tải sẽ tăng nhanh hơn lực gió; việc giảm
số lượng dây văng xuống, ứng với một khả năng chịu lực tổng thể tương đương,
sẽ giúp giảm lực gió.
Kết luận về tầm quan trọng của lực kéo khí động học trong dây văng
Việc xem xét lực căng thay đổi như thế nào theo chiều dài nhịp là rất thú vị:
 Lực kéo khí động học tác dụng lên dầm cầu gần như thay đổi tuyến tính với
chiều dài nhịp do việc chiều cao kết cấu của cầu trong thực tế thường độc lập
với chiều dài nhịp. Trong thực tế, lực gió thậm chí có thể còn tăng chậm hơn
hàm bậc nhất do biến dạng của cầu cũng cần phải điều chỉnh để có dạ
ng thanh
thoát hơn khi chiều dài nhịp tăng, nhằm làm giảm lực gió tác động và làm tăng
tính ổn định khí động học của cầu. Đối với chiều dài nhịp ngắn và trung bình
(đến khoảng 300 tới 400 mét, đôi khi hơn), khi xem xét về chi phí xây dựng
thường thiên về các dạng kết cấu dầm hộp bê tông dự ứng lực hoặc kết cấu nhịp

9
tạo bởi các sườn hình chữ nhật và các dầm mặt cầu, hoặc mặt cắt liên hợp tạo
bởi dầm chủ bằng thép mặt cắt chữ I với hệ dầm mặt cầu, tất cả các dạng mặt cắt
có hệ số giãn khí động học cao.
 Lực gió tác dụng lên tháp hiển nhiên phụ thuộc vào hình dạng của tháp. Tuy
nhiên, với một hình dạng tháp đã cho, lực gió thay đổi lớn hơn hàm bậc nhất một
chút do kích thước của mặt cắt ngang tháp phải tăng lên một chút khi chiều dài
nhịp tăng.
 Và cuối cùng, lực gió tác dụng lên hệ dây văng thay đổi - ứng với mặt cắt ngang
dầm mặt cầu đã cho – theo bình phương chiều dài nhịp.
Tóm lại, một phần của lực gió tới hạn sinh ra từ lực kéo khí động học tác dụng lên hệ
dây, một phần tăng dần cùng với chiều dài nhịp, và càng lớn hơn ứng với mặt cắt ngang
dầm mặt cầu càng thuôn gọn.

Tuy nhiên, chỉ trong những trường hợp rất cụ thể, lực gió tác dụng lên dây văng mới
thực sự trở thành vấn đề trong thiết kế. Đó là trường hợp của cầu Normandie do tỷ lệ bề
rộng mặt cầu trên chiều dài nhịp rất nhỏ (khoảng 1/41); tuy nhiên vấn đề này đã được
kiểm soát mà không có một hạn chế nghiêm trọng nào. Đây cũng là trường hợp của cầu
Stonecutters do thi
ết kế đặc biệt với trụ tháp dạng cột được lựa chọn theo yêu cầu về
kiến trúc, trái với các lôgíc về mặt kết cấu và những yêu cầu đối với chiều dài nhịp lớn.
Một trường hợp khác là cầu Bãi Cháy ở Việt Nam, cũng được thiết kế với trụ tháp dạng
cột rất mảnh trong khi chiều dài nhịp là khá lớn và có dầm chủ dạng hộp r
ộng và nặng;
trường hợp khá nghiêm trọng này có thể được trợ giúp bằng các giải pháp (của
Freyssinet) dây văng loại PSS đặc chắc hơn, với khoảng trống hạn chế giữa các tao cáp
và ống bọc.
Mặt khác, cầu Sutong và gần đây hơn là cầu Incheon đã được thiết kế xuất sắc về mặt
kết cấu, do đó lực gió tác dụng lên hệ dây văng mặc dù khá lớn những v
ẫn không gây
trở ngại cho kết cấu.
Như vậy rõ ràng là vấn đề quay trở về với dây văng dạng tổ hợp không cần đặt ra nữa vì
mặc dù nó có đường kính rất nhỏ, là giải pháp tối ưu về vấn đề chịu lực gió tác dụng
lên dây nhưng lại có sức kháng mỏi và khả năng bảo vệ ăn mòn thấp. Tương tự như vậy,
đường kính nhỏ củ
a hệ dây văng nhóm PWS không phải là lý do để không dùng dây
văng nhóm PSS, việc thiết kế vẫn có thể kiểm soát một cách hoàn hảo đối với lực tác
dụng lên dây tương ứng đường kính dây có lớn hơn một chút. Việc lựa chọn PWS hay

10
PSS như vậy cần phải xem xét trong tất cả các khía cạnh về thiết kế, thi công và bảo
dưỡng chứ không riêng một khía cạnh nào.
Thêm vào đó, có thể thấy rõ ràng rằng giá trị của hệ số lực kéo khí động học thường
được khuyến nghị trong tiêu chuẩn, 0.70 hoặc 0.80, là thực sự thiên về an toàn. Lực gió

thực tế không cao như các đánh giá thông thường.
3. Chất lượng của dây văng
Chất lượng của dây văng, như vẫn hiểu, bao gồm một số nội dung như sức kháng mỏi
và khả năng bảo vệ chống ăn mòn, và chúng ta có thể rút ra kết luận về vấn đề này
thông qua cuộc tranh luận kinh điển giữa hai phương pháp: chế tạo trước và chế tạo
ngoài công trường.
Bảo vệ chống ăn mòn
Dây văng loại PSS tuân theo các tiêu chuẩn hiện hành – Kiến nghị của Pháp (CIP), kiến
nghị fib và kiến nghị của Mỹ (PTI)- đều có khả năng chống ăn mòn tốt.
 Tuyệt đối không được tồn tại lỗ rỗng trong tao đơn. Các sợi thép được bảo vệ
bằng hai lớp bảo vệ hỗ trợ lẫn nhau: lớp mạ nhúng nóng và lớp vỏ bằng HPDE.
Toàn bộ khoảng rỗng giữa các sợi cáp, khoảng rỗng giữa các sợi cáp và ống
HDPE đều được lấp đầy bằng sáp dầu để tránh nước chảy vào bên trong tao cáp
thông qua những kẽ hở ở lớp v
ỏ HDPE.
 Tiêu chuẩn này bắt nguồn từ một yêu cầu của tác giả nêu ra trong khoảng 1989 -
1990 đối với dây văng của cầu Normandie. Khi cho rằng các lỗ rỗng giữa các
sợi thép có thể sẽ dẫn nước vào trong dây trong trường hợp xuất hiện khe hở
trong vỏ HDPE hoặc do bất kỳ nguyên nhân nào đó, tác giả đã yêu cầu phải lấp
đầy lỗ rỗng giữa các sợi thép. Công ty Freyssinet (Pierre Jartoux) đã phát triển
một kỹ thuật cho phép l
ấp đầy lỗ rỗng bằng sáp dầu, và các chỉ dẫn kỹ thuật
tương ứng đã liên tục được đưa vào trong các tiêu chuẩn của Pháp và quốc tế
(fib và PTI).
 Theo như tiêu chuẩn quốc tế, ống bọc ngoài của dây văng loại PSS không được
xem như một lớp bảo vệ, do việc các khe hở của nó (xuất hiện do một nguyên
nhân bất kì nào đó) có thể dẫn nước hay dẫn ẩm vào trong dây cáp. Mục đích
của lớp vỏ này là để bảo vệ tao cáp chống lại tia cực tím (tia UV), tạo ra lớp vỏ
chắn gió và bề mặt để sơn màu cho dây văng.

11
Với những dây văng PWS, trong đó khoảng trống giữa các sợi thép và khoảng trống
giữa các sợi thép với lớp vỏ HDPE không được lấp đầy toàn bộ, không có hai lớp bảo
vệ chống ăn mòn hỗ trợ nhau, các khe hở trong lớp bọc ngoài có thể dẫn nước chảy vào
bên trong dây và tấn công sợi thép tại bất kỳ một điểm nào, do vậy chúng không phù
hợp với các tiêu chuẩn hiện hành. Có thể d
ẫn ra dây :
 Kiến nghị của Pháp (CIP) chỉ rõ ở mục 9.1.1.2:
Việc bảo vệ chống ăn mòn cho bộ phận chịu kéo bằng thép của dây văng phải có độ dư
thừa bằng cách sử dụng hai lớp bảo vệ lồng nhau, hỗ trợ lẫn nhau.
1.
Lớp bảo vệ thứ nhất (lớp bảo vệ trong) phải là lớp phủ bảo vệ trực tiếp bộ phận
chịu kéo chính và phải phủ kín toàn bộ chiều dài dây không được ngắt quãng.
2.
Lớp bảo vệ thứ hai (lớp bảo vệ bên ngoài) bao gồm một lớp vỏ bọc bên ngoài và
một lớp trung gian giữa lớp vỏ bọc ngoài và lớp bảo vệ bên trong. Để tránh cho lớp
bảo vệ bên trong khỏi bị hư hỏng, lớp vỏ bọc ngoài phải hoàn toàn kín khí và kín
nước ở cả vùng tự do và vùng neo. Ngoài ra, lớp trung gian phải có tác dụng ngăn
nước và hơi ẩm sau khi đã qua lớp bọc ngoài không thể th
ấm tới lớp bảo vệ trong.
Kiến nghị của PTI cũng khẳng định yêu cầu phải có có ít nhất 2 lớp bảo vệ
lồng nhau:
Bảo vệ chống ăn mòn cho bộ phận chịu kéo chính phải được đảm bảo bằng ít nhất hai
lớp bảo vệ lồng vào nhau. Lớp bên trong phải bọc kín bộ phận chịu kéo chính trên suốt
chiều dài tự do và cả chiều dài vùng neo. Lớp bên ngoài phải bọc kín hoàn toàn lớp
bên trong trong suốt chiều dài tự do của nó. Các lớp bảo vệ phải được bố trí sao cho
trong trường hợp các tác nhân ăn mòn vượt qua được lớ
p bên ngoài thì lớp bên trong
vẫn có thể bảo vệ được bộ phận chịu kéo chính. Khi sử dụng chất vô cơ làm lớp bảo vệ
trong cho mỗi tao cáp dự ứng lực, lớp này cần phải phủ kín mặt ngoài của tao cáp cũng

như lấp đầy hoàn toàn khoảng hở giữa các sợi cáp và vật liệu trơ. Lớp bảo vệ bên
trong cần phải ngăn không cho nước tự do xâm nhập vào khoảng hở bên trong tao.
Yêu cầu của việc lấp đầy khoảng hở cũng áp dụng đối với việc sử dụng lớp bảo vệ trơ,
không phải là những chất ức chế ăn mòn chủ động.
Ngoài ra, quy định của PTI cũng nói rõ đây là các quy định kỹ thuật mới.
Hiện có một số hệ thống chống ăn mòn đang được sử dụng trong dây văng. Nói chung,
một hệ cáp v
ăng thông thường sẽ bao gồm một ống bọc ngoài bao quanh bộ phận chịu
kéo. Ống bọc có thể chứa các tác nhân chống ăn mòn được bơm vào. Ngoài ra, các bộ
phận chịu kéo có thể có lớp bảo vệ riêng để tăng cấp độ bảo vệ khi cần thiết. Như vậy,

12
hệ thống chống ăn mòn sẽ bao gồm các lớp bảo vệ lồng nhau để tạo ra tính dư thừa
trong việc bảo vệ. Với việc tăng số lượng lớp bảo vệ hiệu quả sẽ giúp tăng tính dư thừa
và do đó tăng độ tin cậy của hệ thống bảo vệ chống ăn mòn.
Các nội dung trên là bổ sung mới cho phiên bản của quy đị
nh lần này. Có nhiều hệ
thống khác nhau thường được sử dụng để chống ăn mòn, bao gồm ống bọc ngoài bằng
HDPE, vữa, nhựa Epoxy sơn ngoài tao cáp, và vỏ bọc tao cáp. Người kỹ sư không nên
cho rằng tất cả các hệ thống truyền thống này đều nhất thiết thỏa mãn yêu cầu của lớp
bảo vệ và thí nghiệm đánh giá chất lượng ở Mục 4.1.4.1
Tất nhiên, dây văng loạ
i Bó Sợi Song Song (PWS) có thể được thiết kế có chất lấp đầy
khoảng không giữa các sợi thép, và khoảng không giữa các sợi thép mạ với lớp vỏ bọc
ngoài, như Baudin Chateauneuf đã thực hiện ở Pháp
Cuối cùng, quy định của Pháp chỉ rõ thí nghiệm về tính kín nước cho tất cả các loại dây
văng, hiện nay đã mang tính quốc tế với những quy định của fib với nội dung hơi khác.
Thí nghiệm thành công sẽ
đảm bảo dây văng kín nước hoàn hảo trong điều kiện sử
dụng, bằng cách kiểm soát không cho nước lưu thông trong hệ thống bảo vệ chống ăn

mòn của mặt cắt thông thường - bên trong vỏ bọc của dây văng PWS hay trong mặt cắt
tao đơn, kể cả vùng neo.
trong và sau hàng loạt các chu kỳ nhiệt độ cùng với các chu kỳ mỏi tạo bởi sự thay
đổi góc dưới lực căng không đổi.
Sức kháng cường độ và Sức kháng mỏi
Dây văng loại PWS do công ty BBR, công ty Nippon Steel và công ty Kobe Steel sản
xuất đã sử dụng loại neo cải tiến từ neo Hi-Am do công ty BBR phát triển trước đây.
Đây là loại neo rất tốt, có khả năng chịu được sự thay đổi ứng suất dọc trục lớn. Tuy
nhiên, dây văng loại PSS sẽ chịu mỏi tốt hơn khi có sự thay đổi về góc neo.
 Trong dây văng loại PSS, các tao cáp uốn độc lập với nhau. Do ma sát giữa các
sợi cáp ( mỗi sợi có đường kính 5.3 mm) nên ứng suất uốn cực đại trong mỗi sợi
cáp có giá trị bằng với ứng suất uốn xuất hiện trong một sợi lẻ có đường kính
khoảng 10 mm.
 Trong dây văng loại PWS, tại vị trí các sợi cáp luồn vào lỗ neo, các sợi cáp song
song phần nào làm việc như một thanh đặc có đường kính lớn. Lượng thay đổi
ứng suất do uốn cáp lớn hơn so với cáp văng loại PSS, ma sát sinh ra giữa các
sợi cáp có thể gây ra các hiệu ứng mỏi, do hậu quả của việc bị ăn mòn.

13
Đó là nguyên nhân tại sao kiến nghị CIP của Pháp quy định rõ các thí nghiệm mỏi có
xét đến tác động uốn. Các thí nghiệm này phải được tiến hành cho toàn bộ hệ thống neo,
có thể đã có các thiết bị hay có những cải tiến trong thiết kế để làm giảm các tác động
uốn trong vùng neo.
Cần phải đề cập riêng đến bộ chêm neo của dây văng nhóm PSS. Thiết kế của chúng -
và chất lượng chế tạo chúng - có tính quyết
định đến hiệu quả làm việc của dây văng.
Để neo được tốt thì chêm neo phải cắn chặt vào tao cáp, tuy nhiên việc răng chêm ngập
sâu vào cáp sẽ làm giảm một chút sức kháng đứt và làm giảm đáng kể hơn sức kháng
mỏi của tao. Cần phải chọn được sự cân bằng thật tốt giữa hai điều kiện giới hạn này:
nếu răng chêm ngập quá sâu, sức kháng mỏi có thể bị gi

ảm đáng kế; nhưng nếu không
đủ sâu, tao cáp có thể trượt so với chêm.
Điều này đã xảy ra trong một số áp dụng đầu tiên, đặc biệt khi khối neo không sạch như
mong muốn (chẳng hạn có một số vụn bê tông rơi trong hốc định vị tao và chêm): ma
sát giữa chêm và hộp neo có thể ngăn cản chêm tiến sâu vào hộp neo, và do đó là ngăn
cản răng chêm cắn sâu vào tao cáp trong quá trình kéo; khi đó có thể xảy ra trượt khi
lự
c kéo tao tăng lên.
Vấn đề này có thể giải quyết bằng một loạt các giải pháp phù hợp như sau:
 thiết kế chêm neo hợp lý.
 Kiểm soát nghiêm túc chất lượng tại hiện trường, nhằm bảo vệ hộp neo và chêm
neo không bị bẩn
 áp dụng biện pháp “gõ dần” (hammering) để đóng chêm neo vào hộp neo, đặc
biệt nếu như dây văng được lắp đặt với lực kéo nhỏ (nhằm ngăn cho chêm
không bị tụt sâu vào trong hộp neo) hay trong trường hợp sẽ phải chịu sự thay
đổi ứng suất lớn sau này.
Chế tạo trước so sánh với lắp đặt tại hiện trường
Hiển nhiên là các dây văng chế tạo trước sẽ có lợi thế từ chất lượng chế tạo cao khi
được sản xuất trong những nhà máy tốt nhất, với các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng
chặt chẽ, như trong nhà máy tại Thụy Sĩ của công ty BBR hay trong các nhà máy ở
Nhật Bản của công ty Nippon Steel và Kobe Steel. Tuy nhiên, chất lượng cuối cùng của
dây văng cũng còn phụ thuộc vào điều kiện vận chuyển, lắ
p đặt và căng kéo.
Các cáp văng này được cuốn thành những cuộn đường kính lớn rồi vận chuyển trên một
quãng đường dài, điều này dẫn đến một số bất lợi như: sự rung động của các bộ neo

14
nặng trong quá trình vận chuyển có thể tạo ra các hiệu ứng mỏi nếu như các bộ neo
không được cố định chắc chắn; việc uốn cong ống nhựa HDPE có thể gây ra ứng suất
dư và biến dạng dư có hại nếu như ống tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài,gây

ra các vết nứt trong ống HDPE ở một số cầu ở Nam và Bắc Mỹ. Chính từ các kinh
nghi
ệm này đã dẫn đến yêu cầu phải sử dụng hai lớp bảo vệ lồng nhau.
Việc sử dụng cần trục nặng để lắp đặt và căng kéo dây văng chế tạo sẵn cũng có thể gây
ra lực uốn, đặc biệt là ở vùng neo, nếu như các quy định hạn chế độ cong của dây văng
không được tuân thủ và các thao tác không được tiến hành cẩn thận.
Tình trạng cũ
ng tương tự đối với dây văng chế tạo tại hiện trường: chất lượng cuối cùng
hoàn toàn phụ thuộc vào hiệu quả của từng công đoạn và quy trình, và phụ thuộc vào
hiệu quả của việc kiểm soát chất lượng. Các nhà cung cấp dây văng PSS tốt nhất đã đưa
ra kỹ thuật và quy trình lắp đặt nhằm đảm bảo được chất lượng cao, ví dụ như :
 Lựa chọn cẩn thận các tao đơn, được sản xuất tại các nhà máy tốt nhất trên thế
giới (ví dụ như các nhà máy Tyesa ở Tây Ba Nha, Bridon ở Anh, Trefileurope ở
Pháp và Bỉ, Kiswire ở Hàn Quốc ).
 Lựa chọn cẩn thận ống bọc HDPE, kể cả ống bọc cho từng tao và ống bọc bên
ngoài dây văng , với tuổi thọ thiết kế là 70 năm.
 Chế tạo các bộ phận của bộ neo trong nhà máy, được kiểm soát chất lượng có hệ
thống.
 Áp dụng quy trình được tiêu chuẩn hóa để lắp ống bọc với một (hoặc hai) tao
đầu tiên, và để lắp đặt các tao khác.
 Áp dụng quy trình tự động và được tiêu chuẩn hóa cho việc căng kéo các tao
bằng phương pháp kéo đẳng lực
(7)
. Quy trình gồm có việc kiểm soát chiều dài
dây văng bằng việc cắt tao đầu tiên (tao định hướng) với chiều dài mong muốn
và độ chính xác tương đương với dây văng chế tạo trước, và bằng cách sử dụng
phương pháp kéo đẳng lực, được tự động kiểm soát với sự hỗ trợ của máy tính,
điều này đảm bảo rằng tất cả các tao đều có lực kéo như nhau tại bấ
t kì thời
điểm nào với độ chính xác của bộ phận đo áp lực (khoảng 2%)

 Quá trình cũng phải đảm bảo rằng các tao cáp, được lắp đặt từng tao một tại vị
trí định trước vào trong hai đầu neo, phải thực sự song song với nhau.
 Cuối cùng, phải sử dụng công nghệ phòng nước và chống ăn mòn đã được kiểm
chứng bằng cả thí nghiệm và thực tế.

15
Tất cả công tác lắp đặt và căng kéo đều phải được thực hiện bởi đội ngũ chuyên nghiệp,
bởi các kỹ thuật viên và công nhân có kinh nghiệm, được đào tạo để thực hiện công việc
đặc thù này trước khi bắt đầu thi công.
Vậy có thể kết luận rằng cả 2 công nghệ - chế tạo trước hay chế tạo tại công trường -
đều có thể đạt được chất l
ượng cao nếu như việc chế tạo, lắp đặt và căng kéo được tiến
hành bởi đội ngũ chuyên nghiệp, có kinh nghiệm và được giám sát chất lượng chặt chẽ.
Để đạt được kết quả này, các công ty tiến hành thi công dây văng tại hiện trường phải
chịu toàn bộ trách nhiệm lắp đặt và căng kéo dây văng, và đưa lắp đặt vào trong kết cấu.
Công ty sản xuất các dây văng chế tạo tr
ước có thể lắp đặt chúng bằng các thiết bị thi
công nặng do nhà thầu cung cấp: cần trục, , tuy nhiên thông thường, họ để nhà thầu
chính làm công tác lắp đặt và căng kéo, cùng với những rủi ro của việc thao tác sai do
trọng lượng lớn của dây văng và neo, và các vấn đề trách nhiệm kèm theo.
4. Lắp đặt, căng kéo và duy tu bảo dưỡng
Điều kiện thi công của dây văng PWS và dây văng PSS là rất khác nhau từ việc lắp đặt,
căng kéo đến quá trình thi công.
Dây văng chế tạo trước
Trọng lượng của dây văng chế tạo trước là khá lớn với các cầu dây văng nhịp trung
bình, và là rất lớn với các cầu dây văng nhịp dài và rất dài. Đối với những cầu có nhịp
dài đặc biệt: cầu Normandie, cầu Stonecutters, cầu Sutong và cấu Incheon, trọng lượng
dây văng nằm trong khoảng từ 20 đến 60 tấn trên một mét,
Dây văng chế tạo trước cần phải cuốn thành những cuộn r
ất lớn và nặng để vận chuyển

(hình 7), đường kính của cuộn dây phải đủ lớn để tránh làm giảm chất lượng của dây
văng và của ống HDPE. Gần đây, chúng tôi đã nhận thấy việc vận chuyển và bảo quản
không tốt có thể gây ra biến dạng dài hạn và vết nứt trong ống HDPE.

16

Hình 7: Cuộn dây văng lớn đặt trên xe tải
Việc lắp đặt các dây văng chế sẵn lớn đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị nặng và các thiết
bị hỗ trợ đặc biệt. Trong bất kì trường hợp nào, cần thiết phải có một cần trục lớn hoặc
một thiết bị đặc biệt gắn trên tháp để nâng đầu trên của dây văng và bộ neo củ
a nó, cũng
cần thiết phải có một thiết bị hỗ trợ thích hợp để nâng đoạn dây văng nằm giữa 2 bộ neo
trong khoảng thời gian căng kéo dây văng, giúp cân bằng độ võng lớn gây ra do trọng
lượng bản thân của dây văng (hình 8 và hình 9)

Hình 8 và 9: hai ví dụ về cần trục nặng sử dụng để nâng cuộn cáp và lắp đặt dây văng

17
Một trong hai bộ neo của dây văng phải được lắp trước vào vị trí làm việc, có thể lắp
trước bộ neo dưới ở dầm mặt cầu nhưng nói chung thường lắp trước bộ neo tại tháp, dây
văng tất nhiên không thể nối tới ngay bộ neo ở đầu kia của nó trọng lượng của dây và
độ võng tương ứng. Dây văng cần được duỗi rộng thành các sợi thép chịu kéo gắn ch
ặt
ở neo, bắt đầu duỗi từ một khoảng cách thích hợp đến điểm neo sao cho đoạn mở rộng
của dây văng là đủ để có thể tiến hành kéo các sợi thép này bằng một kích nặng tại vị trí
neo; và cuối cùng, sau đoạn duỗi rộng khoảng vài mét – hay thậm chí vài chục
(8)
mét
với dây văng rất dài, kích kéo có thể kéo cục neo vượt qua bản neo, và hoàn thành việc
căng kéo.

Cầu Tatara Bridge là một ví dụ rõ ràng về quá trình thi công nặng nề này. Phải sau ba
giai đoạn thành công kích kéo chạm được vào hộp neo:
 Đầu tiên các dây văng được kéo bằng tời với lực 300 kN
 sau đó, dây văng được kéo bằng kích kẹp với lực 700 kN
 và cuối cùng, dây văng được kéo bằng kích rỗng
(9)
thông qua các thanh thép kéo
đường kính 180 mm, dài 8.5 m, tất nhiên là phải kéo dần qua rất nhiều bước
(hình 10 và 11)
Phản ánh từ phía các nhà thầu cho biết quá trình căng kéo này mất rất nhiều thời gian.
Hình 10 và 11: Quá trình lắp đặt dây văng chiều dài lớn tại bộ neo dưới ở cầu Tatara.
Quá trình giữ vai trò then chốt trong việc thi công cầu. Tất nhiên hoàn toàn có thể sử
dụng cần trục nặng – hay hệ cần trục – đã được sử dụng để thi công tháp để thi công lắp
đặt dây văng.
Dây văng chế tạo tại công trường

18
Bằng một cách khác, vẫn có thể thi công các dây văng loại PSS bằng các thiết bị nhẹ;
bước đầu lắp đặt lớp bọc ngoài (ống cáp) cùng với một (hoặc hai) tao đầu tiên, và sau
đó lần lượt lắp đặt từng tao một hoặc hai tao một. Các tao cáp được gắn trực tiếp vào cả
hai đầu neo mà không cần thiết bị hỗ trợ do đều có trọng lượng nhỏ. Quá trình căng kéo
được tiến hành v
ới từng tao một, tốt nhất là sử dụng phương pháp kéo đẳng lực , bằng
một kích đơn xách tay khối lượng chỉ khoảng 20 kg.
Nguyên tắc cơ bản của việc lắp đặt và căng kéo dây văng kiểu kéo từng tạo một : mỗi
dây phải được lắp đặt chính xác vào những vị trí giống nhau ở cả bộ neo bên dưới và
bộ neo bên trên, và chỉ kéo một lần. Để đạt đượ
c lực căng bằng nhau trong tất cả các tao
tạo nên dây văng, một đầu đo áp suất được gắn vào tao đầu tiên tại vị trí đế neo
(10)

và bộ
neo đơn cùng với bộ chêm của nó. Tao này, thường gọi là tao tao định hướng, được lắp
đặt và căng với giá trị lực tính trước sao cho lực căng cuối cùng trong nó, khi toàn bộ
các tao đã được lắp đặt, bằng đúng giá trị thiết kế.
Nguyên lý của phương pháp kéo đẳng lực rất đơn giản; cốt làm sao lực kéo trong kích là
hoàn toàn giống với giá trị lực kéo đo được bằng đầu đo áp su
ất gắn trong tao định
hướng ở cùng thời điểm. Nguyên tắc này giúp đảm bảo lực kéo là đồng nhất ở thời điểm
đó – và cả ở các thời điểm sau, do lượng thay đổi lực kéo là như nhau – trong các tao
mới và tao định hướng, tức là trong toàn bộ các tao cấu tạo nên dây văng. Sự khác biệt
về lực căng trong các tao giờ chỉ còn do những yếu tố không xác định trong việc đo l
ực
căng bằng đầu đo áp suất.
Từ việc xét đến những yếu tố không xác định trong việc đo lực căng đầu tiên của tao
định hướng, và cũng là xét đến các yếu tố không xác định các giai đoạn thi công khác,
thông thường chỉ tiến hành căng đến 90% giá trị của lực căng thiết kế, do đó, lực căng
trong tất cả các tao chỉ bằng 90% lực căng thiế
t kế; quá trình hiệu chỉnh lực căng sẽ
được tiến hành dựa trên thông số hình học thu được khi cần thiết, và lực căng sẽ được
hoàn thiện đến giá trị 100% đối với từng tao một bằng phương pháp kéo đẳng lực, tất
nhiên là bắt đầu từ tao đầu tiên.
Ví dụ với cầu Normandie
Quy trình lắp đặt và căng kéo từng tao một giúp giảm đáng kể các bước thi công như sẽ
minh họa trong ví dụ về cầu Normandie. Tuy nhiên, để có thể nắm rõ điều kiện lắp đặt
và căng kéo dây văng, cần thiết phải nhắc lại những bước chính trong quá trình thi công
cầu (hình 12)

19
 Nhịp dẫn bê tông ứng suất trước được thi công ngay bước đầu tiên bằng phương
pháp đúc đẩy.

 Tại cùng thời điểm đó, tiến hành thi công tháp cầu bê tông cốt thép, có đặt sẵn
các hộp neo thép để neo dây văng và bố trí dự ứng lực theo phương thẳng đứng.
 Ngay khi có thể (ngay khi tháp đủ cao để neo dây văng đầu tiên không cần đợi
hoàn thiện tháp), tiến hành thi công cân bằng các cánh hẫng bê tông cốt thép từ
trụ tháp, sử dụng xe đúc kết hợp với các dây văng tạm và dây văng chính.
 Khi cánh hẫng nhịp biên (dài 96 m) vươn gần tới bờ, hợp long nhịp biên với
nhịp dẫn đã thi công bằng phương pháp đúc đẩy, tại vị trí cách tháp 90 m và
cách trụ của nhịp dẫn 6 m.
 Cánh hẫng bê tông ở nhịp chính được thi công bằng phương pháp đúc hẫng từ
tháp, đạt đến chiều dài cuối cùng là 116 mét.
 Sau đó tiến hành lắp hẫng các các đốt dầm thép ở nhịp chính, xuất phát từ các
cánh hẫng bê tông nối dài từ phần nhịp dẫn đã hoàn thiện.
Nội dung chi tiết của quá trình lắp đặt các đoạn dầm thép và lắp đặt dây văng dựa trên
quá trình thi công tổng thể này (hình 13). Quá trình này có thể đã khác (nhưng thời gian
thi công vẫn không thay đổi) nếu như cầu được xây dựng bằng phương pháp hẫng cân
bằng từ
các trụ tháp, với các cánh hẫng đối xứng hoặc gần như đối xứng.
Ở bước thứ nhất, phần dây văng phía sau (giúp cân bằng với trọng lượng của đốt dầm sẽ
thi công) được lắp đặt từng tao một và căng bằng phương pháp kéo đẳng lực. Công việc
này tiến hành hoàn toàn độc lập với việc nâng các đốt dầm mới, do đó không thuộc
phạm vi đặc biệt: tháp cầ
u hoàn toàn có thể chịu được các lực tác dụng không cân bằng
tương ứng tác dụng lên nó. Tại cùng thời điểm đó, bộ cần trục (xe nâng) di động dùng
để nâng đốt được đẩy tiến lên phía trước, gắn vào vị trí để tiến hành nâng đốt mới.
Đốt dầm mới được nâng lên từ xà lan bằng cần trục di động, được điều chỉnh cẩn thận,
nghiêm ngặt về mặt hình học, sau
đó được gắn tạm thời bằng một vài đường hàn, tất
nhiên vẫn được treo vào cần trục di động.
Sau đó bắt đầu quá trình hàn nối, đầu tiên hàn các bản chính sau đó là hàn các sườn tăng
cường. Tuy nhiên, có thể bắt đầu lắp đặt và căng kéo dây văng trước khi hàn xong mối

nối. Các thiết bị được lắp rất nhanh và có thể lắp đặt tao định hướng (có gắn sẵn đầu đo
áp su
ất) ngay khi đốt dầm được liên kết. Tao cáp đầu tiên sau đó chỉ có thể bắt đầu lắp
đặt khi một nửa số sườn tăng cường được hàn xong.

20
Bước sau cùng (mặc dù có thể bắt đầu thực hiện trước) là lắp đặt và căng kéo các dây
văng giúp treo các đốt hẫng ở nhịp chính. Một lần nữa việc thi công trở nên khá phức
tạp (khá rối), do bước này bắt đầu khi nửa thứ hai của các sườn tăng cường được hàn
nối, thêm nữa, phải tiến hành tháo đốt hẫng ra khỏi cần trục di động, và phải chuẩn bị
để
đẩy cần trục lên phía trước ngay khi có một nửa số tao được lắp đặt và căng kéo. Tất
nhiên, có thể tiến hành đẩy cần trục lên phía trước khi tất cả các tao đã được kéo.
Trong thực tế, quá trình diễn ra phức tạp hơn một chút do các đốt hẫng được tiến hành
lắp lần lượt từ cánh hẫng phía bờ Bắc và phía bờ Nam bởi cùng một đội ngũ nhà thầu
phụ phụ trách thi công (SDEM), m
ặc dù việc hàn nối cũng như việc lắp đặt dây văng
được tiến hành đồng thời ở cả hai cánh hẫng. Với quá trình như vậy, chu kỳ làm việc sẽ
là 8 ngày cho 2 cánh hẫng, vì đội ngũ SDEM phải tiến hành nâng thành công đốt hẫng ở
cả phía Bắc và phía Nam trước khi tập trung vào công việc hàn nối như đã trình bày.
Trong quá trình đẩy cần trục di động tiến lên và nâng đốt mới, đội ngũ của của
Freyssinet - mỗi cánh hẫng bố trí một đội- tiến hành lắp đặt và căng kéo từng tao một
các dây văng phía sau. Trong khoảng thời gian việc điều chỉnh và hàn nối đốt mới vào
nhịp chính đang tiến hành, họ có thể tiến hành chuẩn bị thiết bị và lắp đặt tao định
hướng (mỗi dây văng một tao). Và họ có thể thực sự bắt đầu lắp đặt và căng kéo các tao
khác ngay sau khi một n
ửa các sườn tăng cường được hàn xong. Trong một ngày rưỡi,
tất cả các tao cáp của hai dây văng phía trước (để treo đốt mới), mỗi dây có thể có đến
51 tao, được lắp đặt và căng kéo. Nửa ngày còn lại dùng để kiểm soát lực căng và các
yếu tố hình học.

Trong thực tế việc lắp đặt và căng kéo tất cả các tao của dây văng phía trước phải được
hoàn thành trong thời gian cần thiết để hoàn thi
ện mối hàn của sườn tăng cường và để
chuẩn bị đẩy cần trục di động lên phía trước. Do các dây phía được lắp đặt bên ngoài
vùng này nên việc lắp đặt dây văng này không gây ảnh hưởng gì đến thời gian thi công.
Các ví dụ khác
Dưới đây chúng tôi trình bày một vài ví dụ khác về lợi ích của việc lắp đặt và căng kéo
dây văng theo phương pháp từng tao một.
Để tiến hành xây dựng hai cầu dây văng có kết cấu phần trên hạn chế bằng dầm bản
mảnh bê tông cốt thép có sườn (cầu Burgundy ở Chalon-sur-Saône và cầu Beaucaire
vượt qua sông Rhône), cần trục di động được treo vào một số dây văng tạm để giới hạn
lực uốn trong m
ức độ cho phép. Để lần lượt chuyển đổi lực căng (giúp chịu tải trọng đốt
mới) từ dây văng tạm sang dây văng chính, để giới hạn hiệu ứng uốn trong kết cấu

21
mảnh, các dây văng mới của hệ được lắp đặt từng tao một theo hai hoặc ba bước có bao
gồm việc dỡ tức thời lực kéo trong các dây văng tạm. Chúng ta không được phép lần
lượt căng toàn bộ các dây
Trong quá trình xây dựng Cầu Panama Canal ở Trung Mĩ, cây cầu dây văng dầm bê
tông ứng suất trước, sự phối hợp hoàn hảo giữa Bilfinger Berger và Freyssinet trong quá
trình thi công cho phép chỉ mất 3 ngày để hoàn thành một chu kỳ lắp
đặt một đoạn dầm
mới và dây văng tương ứng.
Duy tu, bảo dưỡng
Tuy nhiên, lợi ích thật sự của dây văng nhóm Bó Tao Song Song (PSS), đối với chủ đầu
tư, đó là trong trường xảy ra hỏng hóc, cần phải thay thế một hoặc một vài dây văng
(sau một vụ va chạm hay một vụ cháy), có thể dễ dàng thay thế các dây văng bị hỏng
bằng các dây văng PSS mới sử dụng phương pháp lắp đặt từng tao một mà không cần
đến các thiết bị nặng nề. Việ

c thay thể này có thể tiến hành mà không cần cấm cầu, chỉ
cần sử dụng phạm vi một làn để lắp đặt dây văng mới và mặt phẳng của nó.
Kết luận
Mặc dù dây văng loại PWS có những ưu điểm như có kích thước bé và do đó giúp giảm
lực đẩy ngang của gió, nhưng trong thực tế tất cả các cầu dây văng xây dựng ở châu Âu
và ở châu Mĩ đều sử dụng dây văng loại PSS, nguyên nhân là do dây văng loại này có
chất lượng tốt - đặc biệt là sức kháng mỏi và chống ăn mòn -, điều kiện lắp đặt đơn
giản, và trên h
ết là tính tiện lợi trong bảo dưỡng mà cụ thể hơn là có thể dễ dàng thay
thế bất kì dây nào khi cầu vẫn đang làm việc, nếu như và khi cần thiết.
Cầu Normandie và cầu Millau ở Pháp, cầu Second Severn Crossing ở Anh, cầu Vasco
de Gama ở Bồ Đào Nha, cầu Rion Antirion ở Hy Lạp, cầu Panama Canal, cầu Sohae
Grand ở Hàn Quốc, cầu Ting Kau ở Hồng Kông hay cầu Cooper River ở Mĩ, cũng như
rất nhiều cầu lớn khác là minh ch
ứng cho các ưu điểm này.

22


23


5. Dao động của dây văng – Cháy và Sét đánh
Cần phải tiến tục nghiên cứu một số vấn đề của hệ dây trong những cầu dây văng hiện
đại, hiện nay, vấn đề quan trọng nhất là dao động của dây văng. Đáng tiếc là khuôn khổ

24
của các thuyết trình chính trong hội thảo lần này không cho phép phân tích kỹ càng về
vấn đề này, cần có một bài thuyết trình riêng để có thể làm việc đó, chúng tôi chỉ có thể
giới thiệu một bài báo đã được trình bày ở New York (Virlogeux, 2005), chỉ lưu ý rằng

người xuất bản đã thay đổi một số hình vẽ và “chỉnh sửa” lại phần thuyết minh và cả
công thức theo các tiêu chuẩn của riêng họ, mà không được sự cho phép c
ủa tác giả,
dẫn đến rất nhiều lỗi (bên ngoài một số lỗi có sẵn).
Chúng ta cần phải đặt vấn đề nghiêm túc về tác động lửa cháy và sét đánh.
Cháy
Mối nguy hiểm nghiêm trọng với dây văng là lửa, do thép -và đặc biệt là thép chịu kéo
mạnh – là cực kỳ nhạy cảm với nhiệt độ cao: khi nhiệt độ tăng lên đến quá 200
0
C, giới
hạn chảy của thép giảm xuống, và ở nhiệt độ cao hơn (khoảng 450
0
C đến 500
0
C), giới
hạn chảy giảm đến mức thấp hơn cả giá ứng suất suất thường xuyên xuất hiện trong dây
văng (thông thường vào khoảng giữa 550 và 750 MPa); ở cấp nhiệt độ này, dây văng bị
đứt (hình 14). Đó là nguyên nhân vì sau những vụ hỏa hoạn do xe tải chở chất dễ cháy -
đặc biệt là xe téc chở dầu – có thể gây ra nguy hiểm đặc biệt.
Hình 14: Biểu đồ lực kéo đứt của tao cáp đường kính 15 mm theo nhiệt độ và biến dạng
Có lần đã xảy ra hỏa hoạn trên cầu Second Severn Crossing, nhưng may mắn là các lính
cứu hóa của Anh đã được đào tạo đặc biệt, và họ bơm toàn bộ lượng nước có thể lên các
dây văng chịu ảnh hưởng ngọn lửa, bảo vệ lớp vở HDPE khỏi bị phân rã và do đó bảo
vệ được các tao thép bên trong.
Tai nạn này - mặc dù chưa gây ra phá hoại – đã chứng tỏ phải tiến hành hai việc :

25
 Hoàn toàn cần thiết phải phát triển các công nghệ đặc biệt để tăng khả năng chịu
lực của dây văng, mặc dầu điều này rõ ràng sẽ dẫn đến việc tăng đường kính
dây. Sẽ mất một khoảng thời gian để tiến hành quá trình cần thiết này, nhưng

chúng tôi tin rằng các chủ đầu tư sẽ dồn sự quan tâm mạnh mẽ theo hướng này,
đặc biệt là khi có một tai nạ
n, xảy ra ở đâu đó trên thế giới- minh chứng cho vấn
đề này được phổ biến trên các phương tiện thông tin.
 Bên cạnh đó, cũng cần thiết phải song song tiến hành xây dựng một chiến lược
chữa cháy trong trường hợp tai nạn này xảy ra. Nghĩa là phải xây dựng một quy
trình - với sự tham gia của cảnh sát và lực lượng cứu hỏa – bao gồm việc cẩm
cầu, tổ chức sơ tán người và phương tiện, bảo vệ dây văng và chữa cháy.
Tuy nhiên, vấn đề này không chỉ riêng cho các cầu dây văng. Tất c
ả các dạng kết cấu
đểu có thể bị tổn thương do cháy, chứ không riêng cho kết cấu cầu; vấn đề này xuất
hiện cấp bách hơn trong thời điểm hiện tại vì cộng đồng hiện nay không chấp nhận bất
kì sự rủi ro nào ở những khu vực công cộng như họ đã từng chấp nhận trước kia.
Sét đánh
Tất cả các chuyên giá đều biết việc một trong những dây văng dài nhất của cầu Rion
Antirion bị sét đánh trúng. Một số lượng lớn các thí nghiệm của phân tích, mà tác giả có
tham gia một phần, đã chứng minh rằng một tia sét ngang cực mạnh đã bị hấp dẫn bởi
dây văng phía trên này và cuối cùng đánh xuống thành phần bằng thép độc nhất, một
vòng thép, do việc có hai vòng thép lắp sẵn trên mỗi dây văng để chu
ẩn bị cho việc lắp
đặt các cáp văng ngang (aiguilles) khi cần thiết. Sự phóng điện giữa vòng thép và các
tao cáp gây cháy chất bịt vòng thép vốn dùng để tăng khả năng chống thấm cục bộ; chất
bịt này là một dạng quen thuộc trong công nghệ thi công, nhưng không thường được áp
dụng trong công nghệ dây văng; nó có thể bị bắt cháy trong trường hợp này và dẫn đến
đứt gãy dây văng.
Hiện tượng cháy đã không thể xả
y ra lần nữa nếu như không có sự xuất hiện của loại
chất bịt tương đối dễ bắt cháy này, và sau tai nạn này, chúng tôi có thể xác định rõ ảnh
hưởng của sét đánh đến dây văng với các cầu khác, ở Pháp, trong trường hợp không gây
cháy. Điều tra cho thấy các cột thu lôi đặt trên đỉnh tháp cầu Normandie và đỉnh trụ cầu

Millau mỗi năm đều bị sét đánh, đôi khi rất mạnh, và phải s
ửa chữa hàng năm.
Mặc dầu không cần phải đánh giá quá cao rủi ro sét đánh nhưng rõ ràng là các chuyên
gia phải quan tâm đến vấn đề này. Cột thu lôi đã thường xuyên được lắp đặt ở đỉnh tháp
hay trụ, tuy nhiên việc lắp đặt này cần tiến tới thực hiện có phương pháp. Không may là