Khi thiên tai—động đất, lũ lụt, bão—tấn công, chúng không chỉ phá hủy các tòa nhà và cảnh quan: chúng còn cắt đứt “đường huyết mạch giao thông” mà cộng đồng phụ thuộc vào để sinh tồn. Một cây cầu bị sập có thể cản trở việc tiếp cận bệnh viện của những người bị thương, cắt nguồn cung cấp thực phẩm và nước uống cho những người sống sót và cản trở các nỗ lực ứng phó khẩn cấp - biến một cuộc khủng hoảng thành một thảm họa nhân đạo kéo dài. Ví dụ, trận động đất Thổ Nhĩ Kỳ-Syria năm 2023 đã phá hủy hơn 200 cây cầu ở phía đông nam Thổ Nhĩ Kỳ, khiến 3 triệu người mắc kẹt mà không được tiếp cận viện trợ trong gần một tuần. Trận lũ lụt ở Pakistan năm 2022 đã cuốn trôi hơn 1.200 cây cầu đường bộ, cô lập các làng nông thôn trong nhiều tháng và làm chậm trễ việc giao hàng, dẫn đến tình trạng thiếu lương thực trên diện rộng.
Trong những tình huống rủi ro cao này,cầu thép tiền chế(cầu thép đúc sẵn)—các kết cấu với các bộ phận do nhà máy sản xuất được lắp ráp nhanh chóng tại chỗ—đã nổi lên như một giải pháp quan trọng. Không giống như những cây cầu bê tông đúc tại chỗ truyền thống, mất nhiều tháng hoặc nhiều năm để xây dựng, những cây cầu thép tiền chế có thể được triển khai và thông xe trong vài ngày hoặc vài tuần, khiến chúng không thể thiếu để phục hồi nhanh chóng sau thảm họa. Tuy nhiên, hiệu quả của chúng phụ thuộc vào việc tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế nghiêm ngặt—đáng chú ý nhất là Thông số kỹ thuật thiết kế cầu AASHTO LRFD (Hiệp hội các quan chức vận tải và đường cao tốc tiểu bang Hoa Kỳ), đảm bảo chúng có thể chịu được áp lực đặc biệt của các vùng thiên tai (ví dụ: dư chấn động đất, tác động của mảnh vụn lũ lụt).
Hãy cùng khám phá lý do tại sao cầu thép tiền chế là lựa chọn phù hợp để tái thiết sau thảm họa, những ưu điểm cốt lõi của chúng, vai trò của tiêu chuẩn AASHTO trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất cũng như cách công nghệ định hình tương lai của chúng. Bằng cách phân tích nền tảng về các biện pháp ứng phó với thảm họa trong thế giới thực—từ trận động đất ở Thổ Nhĩ Kỳ đến lũ lụt do bão ở Louisiana—nó nhấn mạnh rằng những cây cầu thép đúc sẵn không chỉ là “các biện pháp sửa chữa tạm thời” mà còn là huyết mạch giúp xây dựng lại hy vọng và sự kết nối.
Môi trường sau thảm họa đòi hỏi các giải pháp nhanh chóng, linh hoạt và kiên cường. Việc xây dựng cầu truyền thống—với việc trộn bê tông tại chỗ, thời gian bảo dưỡng lâu và sự phụ thuộc vào máy móc hạng nặng và lao động có tay nghề cao—không thể đáp ứng được những nhu cầu này. Ngược lại, những cây cầu thép tiền chế được thiết kế cho sự hỗn loạn của các khu vực thiên tai. Dưới đây là những lý do chính khiến họ được chọn nhiều lần.
Trong thảm họa, mỗi giờ đều quan trọng. Điểm mạnh lớn nhất của cầu thép tiền chế là khả năng triển khai nhanh chóng, nhờ vào việc chế tạo sẵn tại nhà máy:
Sản xuất ngoài cơ sở: Tất cả các bộ phận chính—dầm thép, tấm sàn, kết nối—được sản xuất trong điều kiện nhà máy được kiểm soát trước khi thảm họa xảy ra. Nhiều chính phủ và tổ chức viện trợ (ví dụ: FEMA ở Hoa Kỳ, Hội Chữ thập đỏ) duy trì kho dự trữ các bộ cầu thép đúc sẵn, sẵn sàng vận chuyển trong vòng 24–48 giờ sau thảm họa.
Lắp ráp nhanh tại chỗ: Các bộ phận lắp sẵn được thiết kế để vận chuyển dễ dàng (bằng xe tải, máy bay hoặc thuyền) và lắp ráp nhanh chóng—thường không cần thiết bị chuyên dụng. Ví dụ, một cây cầu thép tiền chế một nhịp dài 30 mét có thể được lắp ráp bởi một nhóm 10 người trong 3–5 ngày bằng cách sử dụng các công cụ cơ bản và cần cẩu nhỏ. So sánh điều này với một cây cầu bê tông truyền thống có cùng nhịp, sẽ mất 3–6 tháng để xây dựng.
Tác động của tốc độ này là hữu hình. Sau cơn bão Ida năm 2021 gây ngập lụt miền nam Louisiana, FEMA đã triển khai 12 cây cầu thép đúc sẵn để thay thế các nút giao đường bị cuốn trôi. Trong vòng một tuần, những cây cầu này đã khôi phục khả năng tiếp cận của 15.000 cư dân tại Giáo xứ St. Charles và Lafourche, cho phép các phương tiện cấp cứu cung cấp vật tư y tế và người dân đến nơi trú ẩn. Nếu không có họ, các quan chức ước tính quá trình phục hồi sẽ bị trì hoãn từ 2 đến 3 tháng.
Các khu vực xảy ra thảm họa là không thể đoán trước: đường đi có thể bị hạn chế, lưới điện bị hỏng và các công trường xây dựng bị ô nhiễm hoặc không ổn định. Cầu thép tiền chế được thiết kế để thích ứng với những thách thức sau:
Nhẹ nhưng mạnh mẽ: Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao của thép có nghĩa là các bộ phận đúc sẵn dễ dàng vận chuyển đến các khu vực xa xôi hoặc khó tiếp cận. Sau trận động đất Sulawesi năm 2018 ở Indonesia, các bộ cầu thép đúc sẵn đã được trực thăng vận chuyển đến các ngôi làng ở vùng núi Palu – những khu vực mà xe tải không thể tiếp cận do lở đất.
Yêu cầu tối thiểu tại chỗ: Không giống như cầu bê tông, cầu thép tiền chế không yêu cầu trộn, bảo dưỡng hoặc đào bới nặng nề tại chỗ. Điều này rất quan trọng ở những vùng bị thiên tai, nơi khan hiếm nước và điện và đất có thể không ổn định (ví dụ sau lũ lụt hoặc động đất). Ví dụ, trong trận động đất ở Maroc năm 2023, những cây cầu thép tiền chế đã được lắp đặt trên nền sỏi tạm thời—không cần đổ bê tông—cho phép chúng hoạt động trong vòng vài ngày.
Cấu hình nhịp và tải linh hoạt: Cầu thép tiền chế có thiết kế mô-đun có thể điều chỉnh để phù hợp với các nhu cầu vượt qua khác nhau. Một bộ phụ kiện duy nhất có thể được cấu hình cho cầu đi bộ dài 10 mét hoặc cầu dành cho xe cộ dài 50 mét, hỗ trợ tải trọng từ 5 tấn (xe tải nhẹ) đến 100 tấn (xe cấp cứu). Tính linh hoạt này rất quan trọng sau cơn bão Amphan năm 2020 ở Bangladesh, nơi những cây cầu thép đúc sẵn được sử dụng để thay thế cả cầu đi bộ nhỏ trong làng và cầu đường bộ lớn hơn nối các thành phố.
Các khu vực xảy ra thảm họa không chỉ hỗn loạn mà còn dễ xảy ra các mối nguy hiểm thứ cấp: dư chấn, lũ quét và dòng chảy mảnh vụn. Cầu thép tiền chế được xây dựng để chống lại những mối đe dọa này, nhờ vào các đặc tính vốn có của thép và thiết kế chu đáo:
Chống động đất: Thép có tính dẻo, nghĩa là nó có thể uốn cong mà không bị gãy—rất quan trọng để chịu được rung động của động đất. Cầu thép tiền chế thường bao gồm các kết nối linh hoạt (ví dụ: khớp bản lề) giúp hấp thụ năng lượng địa chấn, giảm thiệt hại trong các dư chấn. Sau trận động đất ở Thổ Nhĩ Kỳ năm 2023, những cây cầu thép tiền chế được lắp đặt ở Gaziantep đã sống sót sau 12 cơn dư chấn (cường độ 4,0+) mà không bị hư hại về cấu trúc, trong khi những cây cầu gỗ tạm thời gần đó bị sập.
Chống lũ lụt và ăn mòn: Các thành phần thép có thể được xử lý bằng lớp phủ chống ăn mòn (ví dụ: mạ kẽm nhúng nóng, sơn epoxy) để chịu được nước lũ—thậm chí cả nước mặn (vấn đề thường gặp ở các khu vực ven biển thường xuyên có bão). Trong đợt đóng băng và lũ lụt ở Texas năm 2021, những cây cầu thép đúc sẵn ở Houston vẫn hoạt động mặc dù bị ngập trong 3 ngày, trong khi những cây cầu bê tông bị nứt do chu kỳ đóng băng-tan băng.
Chống va đập mảnh vụn: Độ bền cao của thép cho phép cầu đúc sẵn chịu được tác động từ các mảnh vụn trôi nổi (ví dụ: cây cối, ô tô) do nước lũ mang theo. Vào năm 2019, nước dâng do bão Dorian đã đẩy những mảnh vụn lớn vào những cây cầu thép tiền chế ở Bahamas—nhưng những cây cầu này vẫn đứng vững, không giống như những cây cầu bê tông gần đó đã bị phá hủy.
Ngoài khả năng phù hợp với các khu vực thiên tai, cầu thép tiền chế còn mang lại những ưu điểm vốn có khiến chúng vượt trội hơn so với cầu truyền thống và các giải pháp tạm thời khác (ví dụ: cầu gỗ, cầu nổi) trong tái thiết sau thảm họa. Những lợi thế này vượt ra ngoài tốc độ và khả năng phục hồi để bao gồm hiệu quả chi phí, tính bền vững và giá trị lâu dài.
Mặc dù chi phí ban đầu của bộ cầu thép đúc sẵn có thể cao hơn cầu gỗ tạm thời nhưng tổng chi phí vòng đời của chúng lại thấp hơn nhiều—đặc biệt là trong các tình huống sau thảm họa khi ngân sách eo hẹp và nguồn lực khan hiếm:
Giảm chi phí lao động: Lắp ráp nhanh có nghĩa là ít giờ lao động hơn. Một cây cầu thép đúc sẵn dài 30 mét cần ~100 giờ lao động để lắp ráp, so với ~1.500 giờ đối với một cây cầu bê tông có cùng nhịp. Sau trận lũ lụt ở Kentucky năm 2022, điều này giúp tiết kiệm 50.000 USD nhân công cho mỗi cây cầu đúc sẵn, cho phép các quan chức phân bổ kinh phí cho các nhu cầu phục hồi khác (ví dụ: nhà ở, thực phẩm).
Bảo trì tối thiểu: Các phương pháp xử lý độ bền và chống ăn mòn của thép giúp giảm nhu cầu bảo trì. Cầu thép đúc sẵn thường chỉ yêu cầu kiểm tra hàng năm và thỉnh thoảng sơn lại, trong khi cầu gỗ cần sửa chữa hàng quý (ví dụ: thay thế các tấm ván mục nát) và cầu bê tông yêu cầu hàn kín vết nứt. Ở Haiti, những cây cầu thép tiền chế được lắp đặt sau trận động đất năm 2010 chỉ cần 2.000 USD để bảo trì trong 13 năm, so với 20.000 USD cho những cây cầu gỗ gần đó.
Khả năng tái sử dụng: Cầu thép tiền chế được thiết kế để có thể tháo rời và tái sử dụng trong các thảm họa sau này. Sau cơn bão Harvey năm 2017 ở Texas, 80% cầu thép tiền chế được triển khai đã được tháo rời và cất giữ để sử dụng trong các cơn bão tiếp theo (ví dụ: Bão Ida năm 2021). Khả năng tái sử dụng này giúp giảm chi phí tới 60% so với việc xây cầu mới cho mỗi thảm họa.
Công cuộc tái thiết sau thảm họa thường ưu tiên tốc độ hơn tính bền vững—nhưng những cây cầu thép đúc sẵn lại đáp ứng được cả hai điều đó. Lợi ích môi trường của chúng rất quan trọng ở những vùng bị thiên tai, nơi hệ sinh thái vốn rất mong manh và nguồn tài nguyên bị hạn chế:
Giảm chất thải: Việc chế tạo sẵn tại nhà máy đảm bảo định cỡ thành phần chính xác, giảm thiểu lãng phí tại chỗ. Cầu bê tông truyền thống tạo ra ~5 tấn chất thải trên 10 mét nhịp (ví dụ: bê tông dư thừa, ván khuôn), trong khi cầu thép tiền chế tạo ra ít hơn 0,5 tấn chất thải (chủ yếu là bao bì). Sau trận cháy rừng ở California năm 2023, những cây cầu thép tiền chế được lắp đặt ở Quận Sonoma tạo ra chất thải ít hơn 90% so với cầu bê tông, giúp bảo vệ hệ sinh thái bị thiệt hại do hỏa hoạn.
Khả năng tái chế: Thép có thể tái chế 100%. Khi hết thời gian sử dụng, các bộ phận của cầu thép tiền chế có thể được nấu chảy và tái sử dụng để tạo ra các kết cấu mới—không giống như bê tông, khó tái chế và thường bị vứt ở các bãi chôn lấp. Tại Nhật Bản, những cây cầu thép tiền chế được sử dụng sau trận động đất Tohoku năm 2011 đã được tái chế thành những cây cầu mới phục vụ Thế vận hội Tokyo 2020, giúp giảm 40% lượng khí thải carbon so với sử dụng thép nguyên chất.
Dấu chân carbon thấp hơn: Cầu thép tiền chế cần ít năng lượng hơn để xây dựng so với cầu bê tông. Việc sản xuất thép cho một cây cầu đúc sẵn dài 30 mét thải ra ~15 tấn CO₂, trong khi sản xuất bê tông cho một cây cầu tương tự thải ra ~40 tấn CO₂. Điều này đặc biệt quan trọng trong quá trình tái thiết sau thảm họa, nơi các tổ chức viện trợ toàn cầu đang ngày càng ưu tiên các giải pháp carbon thấp.
Cầu thép tiền chế không chỉ dành cho xe cộ—chúng có thể được điều chỉnh để đáp ứng nhiều nhu cầu sau thảm họa, khiến chúng trở thành “công cụ đa năng” để phục hồi:
Người đi bộ và lối vào khẩn cấp: Những cây cầu thép tiền chế hẹp (rộng 2–3 mét) có thể được sử dụng để kết nối các khu dân cư bị cô lập bởi đường bị sập, cho phép người dân đến nơi trú ẩn và bệnh viện. Sau vụ nổ ở Beirut năm 2020, những cây cầu dành cho người đi bộ bằng thép tiền chế đã được lắp đặt trên những con đường bị hư hỏng, giúp hơn 10.000 người được chăm sóc y tế trong tuần đầu tiên.
Vận chuyển thiết bị nặng: Cầu thép tiền chế rộng, chịu tải cao (rộng 5–6 mét, tải trọng 100 tấn) có thể hỗ trợ các thiết bị xây dựng (ví dụ: máy ủi, cần cẩu) cần thiết để dọn sạch các mảnh vụn và xây dựng lại cơ sở hạ tầng. Trong cơn bão Haiyan năm 2013 ở Philippines, những cây cầu thép tiền chế cho phép thiết bị hạng nặng tiếp cận Thành phố Tacloban, đẩy nhanh tốc độ loại bỏ mảnh vụn lên 50%.
Nhà ở và kho lưu trữ tạm thời: Trong một số trường hợp, sàn cầu thép tiền chế đã được sử dụng làm nền tảng tạm thời cho nhà ở mô-đun hoặc cơ sở lưu trữ thực phẩm. Sau trận lũ lụt ở Afghanistan năm 2021, những cây cầu thép tiền chế đã được sửa đổi để hỗ trợ nơi trú ẩn tạm thời cho 500 gia đình, mang lại không gian an toàn trong khi xây dựng nhà ở lâu dài.
Thông số kỹ thuật thiết kế cầu AASHTO LRFD (Thiết kế hệ số tải trọng và sức cản) là một bộ hướng dẫn toàn diện chi phối việc thiết kế, xây dựng và bảo trì tất cả các loại cầu—từ đường cao tốc cố định đến kết cấu nhà lắp ghép tạm thời. Được xuất bản lần đầu tiên vào năm 1994, các tiêu chuẩn này được cập nhật 2–3 năm một lần để kết hợp các công nghệ, vật liệu mới và bài học rút ra từ thảm họa.
Đối với cầu thép tiền chế, các phần liên quan nhất của AASHTO bao gồme:
AASHTO LRFD Phần 3: Tải trọng và tổ hợp tải trọng—xác định các lực (ví dụ: trọng lực, gió, động đất, tác động của mảnh vụn) mà cầu phải chịu được.
AASHTO LRFD Phần 6: Kết cấu thép—xác định các yêu cầu về vật liệu (ví dụ: mác thép, cường độ) và tiêu chí thiết kế (ví dụ: uốn, cắt, độ mỏi) cho các thành phần thép.
AASHTO LRFD Phần 10: Kết cấu tạm thời—cung cấp các hướng dẫn bổ sung cho cầu tiền chế và cầu tạm thời, bao gồm kỳ vọng về tuổi thọ sử dụng và yêu cầu tháo dỡ.
AASHTO sử dụng phương pháp thiết kế trạng thái giới hạn để đảm bảo cầu được an toàn trong hai điều kiện quan trọng:
Trạng thái giới hạn cuối cùng (ULS): Ngăn chặn sự sụp đổ cấu trúc dưới tải trọng cực lớn (ví dụ, dư chấn động đất, lũ lụt 100 năm).
Trạng thái giới hạn khả năng sử dụng (SLS): Đảm bảo cầu vẫn hoạt động bình thường (ví dụ: không bị lệch, ồn hoặc rung quá mức).
Các tiêu chuẩn AASHTO bao gồm các điều khoản cụ thể phù hợp với những thách thức của môi trường sau thảm họa. Những yêu cầu này đảm bảo cầu thép tiền chế không chỉ được xây dựng nhanh mà còn an toàn và đáng tin cậy:
4.2.1 Tiêu chuẩn vật liệu: Độ bền và độ bền
AASHTO yêu cầu các yêu cầu nghiêm ngặt về vật liệu đối với cầu thép tiền chế để đảm bảo chúng có thể chịu được áp lực liên quan đến thiên tai:
Lớp thép: Các thành phần thép tiền chế phải sử dụng thép cường độ cao, hợp kim thấp (HSLA) (ví dụ: AASHTO M270 Cấp 50 hoặc 70), có cường độ chảy tối thiểu là 345 MPa (Cấp 50) hoặc 485 MPa (Cấp 70). Loại thép này đủ dẻo để hấp thụ năng lượng động đất và đủ mạnh để chống lại tác động của mảnh vụn.
Xử lý chống ăn mòn: Đối với các cây cầu ở khu vực dễ bị lũ lụt hoặc ven biển (dễ tiếp xúc với nước mặn), AASHTO yêu cầu mạ kẽm nhúng nóng (độ dày tối thiểu 85 μm) hoặc lớp phủ epoxy (độ dày tối thiểu 120 μm). Điều này ngăn ngừa rỉ sét, ngay cả khi tiếp xúc lâu với nước.
Chốt: Bu lông và mối nối phải đạt tiêu chuẩn AASHTO M253 (bu lông kết cấu cường độ cao). Cần có bu lông cấp 8,8 hoặc 10,9 để đảm bảo các kết nối vẫn chặt chẽ khi có rung động (ví dụ: dư chấn) hoặc gió lớn.
4.2.2 Tiêu chuẩn tải trọng: Tính toán các lực lượng đặc thù do thiên tai
Các yêu cầu về tải trọng của AASHTO rất quan trọng đối với cầu thép đúc sẵn trong khu vực thiên tai, vì chúng gây ra các lực tuy hiếm nhưng có tính thảm khốc:
Tải trọng địa chấn: AASHTO yêu cầu các cây cầu thép đúc sẵn ở các khu vực dễ xảy ra động đất phải được thiết kế cho các lực địa chấn cụ thể tại địa điểm, dựa trên gia tốc nền đất cao nhất của khu vực (PGA). Ví dụ, một cây cầu ở vùng có địa chấn cao (ví dụ: California, Thổ Nhĩ Kỳ) phải chịu được PGA 0,4g, trong khi cây cầu ở vùng có địa chấn thấp (ví dụ: Florida) có thể chỉ cần chịu được 0,1g.
Tải trọng lũ lụt: Cầu thép tiền chế trong vùng lũ lụt phải được thiết kế để chống lại lực thủy động lực (áp lực từ dòng nước chuyển động) và tải trọng tác động của mảnh vụn. AASHTO quy định rằng các cây cầu trong vùng lũ lụt 100 năm phải chịu được tác động từ các mảnh vụn nặng 1 tấn (ví dụ: cây cối) di chuyển với tốc độ 5 m/s.
Tải tạm thời: Những cây cầu sau thảm họa thường chịu tải trọng bất thường (ví dụ: xe cấp cứu hạng nặng, thiết bị dọn dẹp mảnh vỡ). AASHTO yêu cầu cầu thép tiền chế phải có khả năng chịu tải tạm thời ít nhất gấp 1,5 lần tải trọng thiết kế tiêu chuẩn—đảm bảo chúng có thể xử lý được việc sử dụng cường độ cao ngoài dự kiến.
4.2.3 Hiệu suất kết cấu: An toàn và tin cậy
AASHTO đặt ra các tiêu chí hiệu suất nghiêm ngặt để đảm bảo cầu thép tiền chế an toàn cho người sử dụng và đủ bền để tồn tại trong suốt thời gian phục hồi (thường là 1–5 năm):
Giới hạn lệch: Dưới tải trọng lớn nhất, các dầm chính của cầu không được lệch quá L/360 (trong đó L là chiều dài nhịp). Đối với nhịp 30 mét, điều này có nghĩa là độ lệch tối đa là 83 mm—ngăn chặn độ võng quá mức có thể làm hỏng phương tiện hoặc gây khó chịu cho người dùng.
Chống mỏi: Cầu thép tiền chế phải được thiết kế để chống mỏi (hư hỏng do tải trọng lặp đi lặp lại) trong suốt thời gian sử dụng. AASHTO quy định rằng các cây cầu phải chịu được 2 triệu chu kỳ tải trọng (tương đương ~ 5.000 lượt phương tiện qua lại hàng ngày) mà không bị nứt.
Khả năng tiếp cận khẩn cấp: AASHTO yêu cầu cầu thép tiền chế phải có lề đủ rộng (tối thiểu 0,5 mét) và sàn chống trượt để chứa các phương tiện khẩn cấp và người đi bộ một cách an toàn—ngay cả trong điều kiện ẩm ướt hoặc có nhiều mảnh vụn.
Việc tuân thủ các tiêu chuẩn AASHTO không chỉ là một bài tập “tích tắc”—điều quan trọng là đảm bảo các cầu thép tiền chế thực hiện đúng cam kết về an toàn và độ tin cậy trong các khu vực thiên tai:
Khả năng tương tác: Cầu thép tiền chế tuân thủ AASHTO được thiết kế để tích hợp với cơ sở hạ tầng hiện có (ví dụ: đường, cống), đảm bảo chúng có thể được kết nối nhanh chóng với mạng lưới giao thông hiện có. Sau trận động đất ở Thổ Nhĩ Kỳ năm 2023, những cây cầu đúc sẵn tuân thủ AASHTO có thể kết nối với những con đường bị hư hỏng mà không cần sửa đổi—tiết kiệm nhiều ngày thời gian lắp đặt.
Chấp nhận toàn cầu: Tiêu chuẩn AASHTO được công nhận trên toàn thế giới, giúp các tổ chức viện trợ tìm nguồn và triển khai cầu thép tiền chế xuyên biên giới dễ dàng hơn. Ví dụ: bộ dụng cụ cầu thép đúc sẵn của FEMA—tất cả đều tuân thủ AASHTO—đã được sử dụng trong các thảm họa ở Haiti, Philippines và Bangladesh vì các quan chức địa phương tin tưởng vào sự an toàn và hiệu quả của chúng.
Bảo vệ trách nhiệm pháp lý: Trong các kịch bản sau thảm họa, nguy cơ sập cầu là rất cao—và hậu quả rất nghiêm trọng. Việc tuân thủ AASHTO cung cấp một “mạng lưới an toàn” hợp pháp vì nó chứng tỏ rằng cây cầu được thiết kế để đáp ứng các thông lệ tốt nhất trong ngành. Sau trận lũ lụt năm 2020 ở Ấn Độ, một cây cầu thép đúc sẵn tuân thủ AASHTO đã sống sót sau tác động của mảnh vụn phá hủy cây cầu gỗ không tuân thủ—tránh được khả năng bị kiện tụng và thiệt hại về nhân mạng.
Mục tiêu cuối cùng của việc tái thiết sau thảm họa là khôi phục “trạng thái bình thường” cho các cộng đồng bị ảnh hưởng—và điều đó bắt đầu bằng việc khôi phục giao thông. Cầu thép tiền chế đóng một vai trò then chốt trong quá trình này, vì chúng cho phép mở lại nhanh chóng các con đường, từ đó đẩy nhanh tốc độ ứng phó khẩn cấp, cung cấp viện trợ và phục hồi kinh tế. Dưới đây là những tác động chính của chúng đối với việc phục hồi lưu lượng truy cập, được hỗ trợ bởi các ví dụ thực tế.
Trong 72 giờ đầu tiên sau thảm họa—thường được gọi là “cửa sổ vàng” để cứu người—các phương tiện cấp cứu (xe cứu thương, xe cứu hỏa, đoàn xe quân sự) cần được tiếp cận thông suốt các khu vực bị ảnh hưởng. Cầu thép tiền chế giúp thực hiện được điều này:
Nghiên cứu điển hình: Trận động đất Thổ Nhĩ Kỳ-Syria năm 2023: Trận động đất đã phá hủy 23 cây cầu lớn trên Quốc lộ D400, tuyến đường viện trợ chính tới miền đông nam Thổ Nhĩ Kỳ. Trong vòng 48 giờ, chính phủ Thổ Nhĩ Kỳ đã triển khai 15 cây cầu thép đúc sẵn tuân thủ AASHTO để mở lại đường cao tốc. Điều này cho phép hơn 300 phương tiện cấp cứu tiếp cận các tỉnh Gaziantep và Hatay hàng ngày, tăng số người sống sót được giải cứu khỏi đống đổ nát lên 40%.
Nghiên cứu điển hình: Vụ cháy trại California 2018: Ngọn lửa đã phá hủy 12 cây cầu ở Quận Butte, cắt đứt lối vào Paradise, California (thị trấn bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi đám cháy). Những cây cầu thép tiền chế được lắp đặt trong 5 ngày, cho phép xe cứu hỏa tiếp cận các khu vực hẻo lánh và ngăn chặn đám cháy lan rộng—cứu hơn 2.000 ngôi nhà khỏi bị phá hủy.
Sau trường hợp khẩn cấp ban đầu, cộng đồng cần được tiếp cận bệnh viện, trường học và cửa hàng tạp hóa để bắt đầu phục hồi. Cầu thép tiền chế khôi phục khả năng tiếp cận này nhanh hơn bất kỳ giải pháp nào khác:
Nghiên cứu điển hình: Lũ lụt ở Pakistan năm 2022: Lũ lụt đã cuốn trôi 1.200 cây cầu ở tỉnh Sindh, khiến 10 triệu người không thể tiếp cận bệnh viện. LHQ triển khai 50 cây cầu thép tiền chế, mở lại đường tới 30 bệnh viện nông thôn Trong vòng 2 tuần, số bệnh nhân được chăm sóc y tế đã tăng 70% và tỷ lệ suy dinh dưỡng ở trẻ em (do thiếu lương thực) bắt đầu giảm.
Nghiên cứu điển hình: Bão Ida (Louisiana) năm 2021: Ida đã phá hủy 80 cây cầu ở Giáo xứ St. Tammany, bao gồm cả cây cầu dẫn đến Bệnh viện Slidell Memorial—bệnh viện duy nhất trong khu vực. Một cây cầu thép tiền chế đã được lắp đặt trong 3 ngày, cho phép hơn 500 bệnh nhân được chăm sóc hàng tuần và giúp bệnh viện tiếp tục các dịch vụ cấp cứu.
Sự gián đoạn giao thông sau thảm họa làm tê liệt nền kinh tế địa phương: doanh nghiệp không thể nhận được vật tư, người lao động không thể tìm được việc làm và du lịch (nguồn thu nhập chính của nhiều khu vực thường xuyên xảy ra thiên tai) bị đình trệ. Cầu thép tiền chế khởi động quá trình phục hồi kinh tế bằng cách khôi phục thương mại:
Nghiên cứu điển hình: Bão Dorian (Bahamas) 2019: Dorian đã phá hủy 90% số cây cầu ở Grand Bahama, một trung tâm du lịch lớn. Cầu thép tiền chế được lắp đặt trong 10 ngày, mở lại đường dẫn đến khách sạn và sân bay. Trong vòng một tháng, 60% khách sạn đã mở cửa trở lại và doanh thu du lịch đã phục hồi tới 40% mức trước thảm họa - nhanh hơn nhiều so với mức phục hồi 6 tháng dự kiến đối với các cây cầu bê tông.
Nghiên cứu điển hình: Lốc xoáy Amphan 2020 (Ấn Độ): Amphan đã phá hủy 50 cây cầu ở Tây Bengal, một bang nổi tiếng với xuất khẩu nông sản (ví dụ: gạo, đay). Những cây cầu thép tiền chế đã mở lại các tuyến đường cao tốc quan trọng trong 7 ngày, cho phép nông dân vận chuyển cây trồng đến chợ. Điều này đã ngăn chặn được 200 triệu USD thiệt hại về mùa màng và cứu được 50.000 việc làm trong ngành nông nghiệp.
Sự gián đoạn giao thông kéo dài có thể dẫn đến bất ổn xã hội, khi cộng đồng ngày càng thất vọng với viện trợ bị trì hoãn và khả năng tiếp cận dịch vụ hạn chế. Cầu thép tiền chế giảm thiểu sự gián đoạn này bằng cách khôi phục kết nối nhanh chóng:
Nghiên cứu điển hình: Trận động đất ở Haiti năm 2010: Trận động đất đã phá hủy 80% số cây cầu ở Port-au-Prince, cô lập các khu dân cư và dẫn đến bạo loạn lương thực. Cầu thép tiền chế được lắp đặt trong 2 tuần, mở lại đường đến các trung tâm phân phối thực phẩm. Trong vòng một tháng, các vụ bạo loạn đã giảm 90% và niềm tin của cộng đồng vào các nỗ lực phục hồi được cải thiện.
Nghiên cứu điển hình: Trận động đất ở Maroc năm 2023: Trận động đất đã phá hủy những cây cầu trên Dãy núi Atlas, cô lập các cộng đồng Berber vốn phụ thuộc vào các phiên chợ hàng tuần để mua thực phẩm và tương tác xã hội. Cầu thép tiền chế được lắp đặt trong 5 ngày, cho phép thị trường hoạt động trở lại. Điều này không chỉ khôi phục khả năng tiếp cận thực phẩm mà còn bảo tồn các truyền thống văn hóa rất quan trọng đối với sự gắn kết cộng đồng.
Khi biến đổi khí hậu làm tăng tần suất và mức độ nghiêm trọng của thiên tai (ví dụ như bão dữ dội hơn, mùa lũ lụt kéo dài hơn), nhu cầu về cầu thép tiền chế nhanh và kiên cường sẽ tăng lên. Để đáp ứng nhu cầu này, ngành công nghiệp đang tích hợp các công nghệ tiên tiến để làm cho cầu thép tiền chế trở nên thông minh hơn, bền vững hơn và thậm chí triển khai nhanh hơn. Dưới đây là những xu hướng chính định hình tương lai của họ.
Thế hệ tiếp theo của cầu thép tiền chế sẽ bao gồm hệ thống giám sát sức khỏe kết cấu (SHM)—cảm biến và phần mềm theo dõi hiệu suất của cầu trong thời gian thực. Các hệ thống này sẽ:
Phát hiện thiệt hại sớm: Cảm biến không dây (ví dụ: máy đo biến dạng, máy đo gia tốc) gắn trên dầm thép sẽ theo dõi các vết nứt, ăn mòn hoặc kết nối lỏng lẻo. Nếu phát hiện hư hỏng, hệ thống sẽ gửi cảnh báo tới kỹ sư, cho phép sửa chữa kịp thời. Ví dụ, một cây cầu thép tiền chế ở Nhật Bản được trang bị cảm biến SHM đã phát hiện sự ăn mòn trong dầm 6 tháng trước khi nó trở thành mối nguy hiểm về an toàn—tiết kiệm được 10.000 USD chi phí sửa chữa.
Tối ưu hóa bảo trì: Phần mềm được hỗ trợ bởi AI sẽ phân tích dữ liệu SHM để dự đoán nhu cầu bảo trì (ví dụ: “sơn lại trong 6 tháng”, “thắt chặt bu lông trong 2 tuần”)—loại bỏ các hoạt động kiểm tra không cần thiết và giảm 30% chi phí bảo trì.
Tăng cường ứng phó thảm họa: Trong các thảm họa thứ cấp (ví dụ như dư chấn), hệ thống SHM sẽ cung cấp dữ liệu thời gian thực về tình trạng của cây cầu, cho phép các quan chức nhanh chóng xác định xem nó có an toàn để sử dụng hay không. Sau trận dư chấn năm 2023 ở Thổ Nhĩ Kỳ, một cây cầu thép đúc sẵn được trang bị SHM đã được tuyên bố là an toàn cho các phương tiện khẩn cấp trong vòng 10 phút—nhanh hơn thời gian kiểm tra kéo dài 2 giờ cần thiết đối với những cây cầu không được giám sát.
In 3D (sản xuất bồi đắp) đang cách mạng hóa việc sản xuất cầu thép tiền chế bằng cách cho phép sản xuất linh kiện nhanh hơn, chính xác hơn:
Sản xuất theo yêu cầu: Máy in 3D có thể sản xuất các bộ phận nhỏ, quan trọng (ví dụ: giá đỡ, đầu nối) tại chỗ hoặc tại các cơ sở lân cận—giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy ở xa và cắt giảm 50% thời gian giao hàng. Sau trận lũ lụt năm 2022 ở Úc, các đầu nối in 3D được sử dụng để sửa chữa một cây cầu thép đúc sẵn trong 2 ngày, so với 1 tuần đối với các đầu nối được sản xuất theo kiểu truyền thống.
Tùy chỉnh: In 3D cho phép dễ dàng tùy chỉnh các thành phần để phù hợp với điều kiện địa điểm cụ thể (ví dụ: độ dài nhịp bất thường, điểm giao nhau hẹp). Vào năm 2023, một cây cầu thép đúc sẵn in 3D đã được lắp đặt ở Thụy Sĩ để bắc qua một con suối hẹp trên núi — một điều có thể đòi hỏi những sửa đổi tốn kém đối với các bộ dụng cụ đúc sẵn truyền thống.
Giảm chất thải vật liệu: In 3D chỉ sử dụng vật liệu cần thiết để chế tạo một bộ phận, giảm 70% chất thải so với sản xuất truyền thống. Điều này đặc biệt quan trọng ở những vùng bị thiên tai, nơi vật liệu khan hiếm.
Những cây cầu thép tiền chế trong tương lai sẽ có thiết kế mô-đun cho phép mở rộng hoặc cấu hình lại dễ dàng—thích ứng với những nhu cầu thay đổi sau thảm họa:
Khoảng cách có thể mở rộng: Cầu thép tiền chế sẽ được thiết kế với các phần “bổ sung” có thể kéo dài chiều dài nhịp thêm 5–10 mét mà không cần sửa đổi lớn. Điều này sẽ rất quan trọng ở những vùng lũ lụt nơi chiều rộng sông có thể tăng lên do sự tích tụ trầm tích.
Thiết kế sử dụng kép: Các cây cầu sẽ được thiết kế để phục vụ nhiều mục đích—ví dụ: cầu dành cho xe cộ có thể được chuyển đổi thành cầu dành cho người đi bộ sau khi cầu vĩnh viễn được xây dựng hoặc cầu có t
Khi thiên tai—động đất, lũ lụt, bão—tấn công, chúng không chỉ phá hủy các tòa nhà và cảnh quan: chúng còn cắt đứt “đường huyết mạch giao thông” mà cộng đồng phụ thuộc vào để sinh tồn. Một cây cầu bị sập có thể cản trở việc tiếp cận bệnh viện của những người bị thương, cắt nguồn cung cấp thực phẩm và nước uống cho những người sống sót và cản trở các nỗ lực ứng phó khẩn cấp - biến một cuộc khủng hoảng thành một thảm họa nhân đạo kéo dài. Ví dụ, trận động đất Thổ Nhĩ Kỳ-Syria năm 2023 đã phá hủy hơn 200 cây cầu ở phía đông nam Thổ Nhĩ Kỳ, khiến 3 triệu người mắc kẹt mà không được tiếp cận viện trợ trong gần một tuần. Trận lũ lụt ở Pakistan năm 2022 đã cuốn trôi hơn 1.200 cây cầu đường bộ, cô lập các làng nông thôn trong nhiều tháng và làm chậm trễ việc giao hàng, dẫn đến tình trạng thiếu lương thực trên diện rộng.
Trong những tình huống rủi ro cao này,cầu thép tiền chế(cầu thép đúc sẵn)—các kết cấu với các bộ phận do nhà máy sản xuất được lắp ráp nhanh chóng tại chỗ—đã nổi lên như một giải pháp quan trọng. Không giống như những cây cầu bê tông đúc tại chỗ truyền thống, mất nhiều tháng hoặc nhiều năm để xây dựng, những cây cầu thép tiền chế có thể được triển khai và thông xe trong vài ngày hoặc vài tuần, khiến chúng không thể thiếu để phục hồi nhanh chóng sau thảm họa. Tuy nhiên, hiệu quả của chúng phụ thuộc vào việc tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế nghiêm ngặt—đáng chú ý nhất là Thông số kỹ thuật thiết kế cầu AASHTO LRFD (Hiệp hội các quan chức vận tải và đường cao tốc tiểu bang Hoa Kỳ), đảm bảo chúng có thể chịu được áp lực đặc biệt của các vùng thiên tai (ví dụ: dư chấn động đất, tác động của mảnh vụn lũ lụt).
Hãy cùng khám phá lý do tại sao cầu thép tiền chế là lựa chọn phù hợp để tái thiết sau thảm họa, những ưu điểm cốt lõi của chúng, vai trò của tiêu chuẩn AASHTO trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất cũng như cách công nghệ định hình tương lai của chúng. Bằng cách phân tích nền tảng về các biện pháp ứng phó với thảm họa trong thế giới thực—từ trận động đất ở Thổ Nhĩ Kỳ đến lũ lụt do bão ở Louisiana—nó nhấn mạnh rằng những cây cầu thép đúc sẵn không chỉ là “các biện pháp sửa chữa tạm thời” mà còn là huyết mạch giúp xây dựng lại hy vọng và sự kết nối.
Môi trường sau thảm họa đòi hỏi các giải pháp nhanh chóng, linh hoạt và kiên cường. Việc xây dựng cầu truyền thống—với việc trộn bê tông tại chỗ, thời gian bảo dưỡng lâu và sự phụ thuộc vào máy móc hạng nặng và lao động có tay nghề cao—không thể đáp ứng được những nhu cầu này. Ngược lại, những cây cầu thép tiền chế được thiết kế cho sự hỗn loạn của các khu vực thiên tai. Dưới đây là những lý do chính khiến họ được chọn nhiều lần.
Trong thảm họa, mỗi giờ đều quan trọng. Điểm mạnh lớn nhất của cầu thép tiền chế là khả năng triển khai nhanh chóng, nhờ vào việc chế tạo sẵn tại nhà máy:
Sản xuất ngoài cơ sở: Tất cả các bộ phận chính—dầm thép, tấm sàn, kết nối—được sản xuất trong điều kiện nhà máy được kiểm soát trước khi thảm họa xảy ra. Nhiều chính phủ và tổ chức viện trợ (ví dụ: FEMA ở Hoa Kỳ, Hội Chữ thập đỏ) duy trì kho dự trữ các bộ cầu thép đúc sẵn, sẵn sàng vận chuyển trong vòng 24–48 giờ sau thảm họa.
Lắp ráp nhanh tại chỗ: Các bộ phận lắp sẵn được thiết kế để vận chuyển dễ dàng (bằng xe tải, máy bay hoặc thuyền) và lắp ráp nhanh chóng—thường không cần thiết bị chuyên dụng. Ví dụ, một cây cầu thép tiền chế một nhịp dài 30 mét có thể được lắp ráp bởi một nhóm 10 người trong 3–5 ngày bằng cách sử dụng các công cụ cơ bản và cần cẩu nhỏ. So sánh điều này với một cây cầu bê tông truyền thống có cùng nhịp, sẽ mất 3–6 tháng để xây dựng.
Tác động của tốc độ này là hữu hình. Sau cơn bão Ida năm 2021 gây ngập lụt miền nam Louisiana, FEMA đã triển khai 12 cây cầu thép đúc sẵn để thay thế các nút giao đường bị cuốn trôi. Trong vòng một tuần, những cây cầu này đã khôi phục khả năng tiếp cận của 15.000 cư dân tại Giáo xứ St. Charles và Lafourche, cho phép các phương tiện cấp cứu cung cấp vật tư y tế và người dân đến nơi trú ẩn. Nếu không có họ, các quan chức ước tính quá trình phục hồi sẽ bị trì hoãn từ 2 đến 3 tháng.
Các khu vực xảy ra thảm họa là không thể đoán trước: đường đi có thể bị hạn chế, lưới điện bị hỏng và các công trường xây dựng bị ô nhiễm hoặc không ổn định. Cầu thép tiền chế được thiết kế để thích ứng với những thách thức sau:
Nhẹ nhưng mạnh mẽ: Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao của thép có nghĩa là các bộ phận đúc sẵn dễ dàng vận chuyển đến các khu vực xa xôi hoặc khó tiếp cận. Sau trận động đất Sulawesi năm 2018 ở Indonesia, các bộ cầu thép đúc sẵn đã được trực thăng vận chuyển đến các ngôi làng ở vùng núi Palu – những khu vực mà xe tải không thể tiếp cận do lở đất.
Yêu cầu tối thiểu tại chỗ: Không giống như cầu bê tông, cầu thép tiền chế không yêu cầu trộn, bảo dưỡng hoặc đào bới nặng nề tại chỗ. Điều này rất quan trọng ở những vùng bị thiên tai, nơi khan hiếm nước và điện và đất có thể không ổn định (ví dụ sau lũ lụt hoặc động đất). Ví dụ, trong trận động đất ở Maroc năm 2023, những cây cầu thép tiền chế đã được lắp đặt trên nền sỏi tạm thời—không cần đổ bê tông—cho phép chúng hoạt động trong vòng vài ngày.
Cấu hình nhịp và tải linh hoạt: Cầu thép tiền chế có thiết kế mô-đun có thể điều chỉnh để phù hợp với các nhu cầu vượt qua khác nhau. Một bộ phụ kiện duy nhất có thể được cấu hình cho cầu đi bộ dài 10 mét hoặc cầu dành cho xe cộ dài 50 mét, hỗ trợ tải trọng từ 5 tấn (xe tải nhẹ) đến 100 tấn (xe cấp cứu). Tính linh hoạt này rất quan trọng sau cơn bão Amphan năm 2020 ở Bangladesh, nơi những cây cầu thép đúc sẵn được sử dụng để thay thế cả cầu đi bộ nhỏ trong làng và cầu đường bộ lớn hơn nối các thành phố.
Các khu vực xảy ra thảm họa không chỉ hỗn loạn mà còn dễ xảy ra các mối nguy hiểm thứ cấp: dư chấn, lũ quét và dòng chảy mảnh vụn. Cầu thép tiền chế được xây dựng để chống lại những mối đe dọa này, nhờ vào các đặc tính vốn có của thép và thiết kế chu đáo:
Chống động đất: Thép có tính dẻo, nghĩa là nó có thể uốn cong mà không bị gãy—rất quan trọng để chịu được rung động của động đất. Cầu thép tiền chế thường bao gồm các kết nối linh hoạt (ví dụ: khớp bản lề) giúp hấp thụ năng lượng địa chấn, giảm thiệt hại trong các dư chấn. Sau trận động đất ở Thổ Nhĩ Kỳ năm 2023, những cây cầu thép tiền chế được lắp đặt ở Gaziantep đã sống sót sau 12 cơn dư chấn (cường độ 4,0+) mà không bị hư hại về cấu trúc, trong khi những cây cầu gỗ tạm thời gần đó bị sập.
Chống lũ lụt và ăn mòn: Các thành phần thép có thể được xử lý bằng lớp phủ chống ăn mòn (ví dụ: mạ kẽm nhúng nóng, sơn epoxy) để chịu được nước lũ—thậm chí cả nước mặn (vấn đề thường gặp ở các khu vực ven biển thường xuyên có bão). Trong đợt đóng băng và lũ lụt ở Texas năm 2021, những cây cầu thép đúc sẵn ở Houston vẫn hoạt động mặc dù bị ngập trong 3 ngày, trong khi những cây cầu bê tông bị nứt do chu kỳ đóng băng-tan băng.
Chống va đập mảnh vụn: Độ bền cao của thép cho phép cầu đúc sẵn chịu được tác động từ các mảnh vụn trôi nổi (ví dụ: cây cối, ô tô) do nước lũ mang theo. Vào năm 2019, nước dâng do bão Dorian đã đẩy những mảnh vụn lớn vào những cây cầu thép tiền chế ở Bahamas—nhưng những cây cầu này vẫn đứng vững, không giống như những cây cầu bê tông gần đó đã bị phá hủy.
Ngoài khả năng phù hợp với các khu vực thiên tai, cầu thép tiền chế còn mang lại những ưu điểm vốn có khiến chúng vượt trội hơn so với cầu truyền thống và các giải pháp tạm thời khác (ví dụ: cầu gỗ, cầu nổi) trong tái thiết sau thảm họa. Những lợi thế này vượt ra ngoài tốc độ và khả năng phục hồi để bao gồm hiệu quả chi phí, tính bền vững và giá trị lâu dài.
Mặc dù chi phí ban đầu của bộ cầu thép đúc sẵn có thể cao hơn cầu gỗ tạm thời nhưng tổng chi phí vòng đời của chúng lại thấp hơn nhiều—đặc biệt là trong các tình huống sau thảm họa khi ngân sách eo hẹp và nguồn lực khan hiếm:
Giảm chi phí lao động: Lắp ráp nhanh có nghĩa là ít giờ lao động hơn. Một cây cầu thép đúc sẵn dài 30 mét cần ~100 giờ lao động để lắp ráp, so với ~1.500 giờ đối với một cây cầu bê tông có cùng nhịp. Sau trận lũ lụt ở Kentucky năm 2022, điều này giúp tiết kiệm 50.000 USD nhân công cho mỗi cây cầu đúc sẵn, cho phép các quan chức phân bổ kinh phí cho các nhu cầu phục hồi khác (ví dụ: nhà ở, thực phẩm).
Bảo trì tối thiểu: Các phương pháp xử lý độ bền và chống ăn mòn của thép giúp giảm nhu cầu bảo trì. Cầu thép đúc sẵn thường chỉ yêu cầu kiểm tra hàng năm và thỉnh thoảng sơn lại, trong khi cầu gỗ cần sửa chữa hàng quý (ví dụ: thay thế các tấm ván mục nát) và cầu bê tông yêu cầu hàn kín vết nứt. Ở Haiti, những cây cầu thép tiền chế được lắp đặt sau trận động đất năm 2010 chỉ cần 2.000 USD để bảo trì trong 13 năm, so với 20.000 USD cho những cây cầu gỗ gần đó.
Khả năng tái sử dụng: Cầu thép tiền chế được thiết kế để có thể tháo rời và tái sử dụng trong các thảm họa sau này. Sau cơn bão Harvey năm 2017 ở Texas, 80% cầu thép tiền chế được triển khai đã được tháo rời và cất giữ để sử dụng trong các cơn bão tiếp theo (ví dụ: Bão Ida năm 2021). Khả năng tái sử dụng này giúp giảm chi phí tới 60% so với việc xây cầu mới cho mỗi thảm họa.
Công cuộc tái thiết sau thảm họa thường ưu tiên tốc độ hơn tính bền vững—nhưng những cây cầu thép đúc sẵn lại đáp ứng được cả hai điều đó. Lợi ích môi trường của chúng rất quan trọng ở những vùng bị thiên tai, nơi hệ sinh thái vốn rất mong manh và nguồn tài nguyên bị hạn chế:
Giảm chất thải: Việc chế tạo sẵn tại nhà máy đảm bảo định cỡ thành phần chính xác, giảm thiểu lãng phí tại chỗ. Cầu bê tông truyền thống tạo ra ~5 tấn chất thải trên 10 mét nhịp (ví dụ: bê tông dư thừa, ván khuôn), trong khi cầu thép tiền chế tạo ra ít hơn 0,5 tấn chất thải (chủ yếu là bao bì). Sau trận cháy rừng ở California năm 2023, những cây cầu thép tiền chế được lắp đặt ở Quận Sonoma tạo ra chất thải ít hơn 90% so với cầu bê tông, giúp bảo vệ hệ sinh thái bị thiệt hại do hỏa hoạn.
Khả năng tái chế: Thép có thể tái chế 100%. Khi hết thời gian sử dụng, các bộ phận của cầu thép tiền chế có thể được nấu chảy và tái sử dụng để tạo ra các kết cấu mới—không giống như bê tông, khó tái chế và thường bị vứt ở các bãi chôn lấp. Tại Nhật Bản, những cây cầu thép tiền chế được sử dụng sau trận động đất Tohoku năm 2011 đã được tái chế thành những cây cầu mới phục vụ Thế vận hội Tokyo 2020, giúp giảm 40% lượng khí thải carbon so với sử dụng thép nguyên chất.
Dấu chân carbon thấp hơn: Cầu thép tiền chế cần ít năng lượng hơn để xây dựng so với cầu bê tông. Việc sản xuất thép cho một cây cầu đúc sẵn dài 30 mét thải ra ~15 tấn CO₂, trong khi sản xuất bê tông cho một cây cầu tương tự thải ra ~40 tấn CO₂. Điều này đặc biệt quan trọng trong quá trình tái thiết sau thảm họa, nơi các tổ chức viện trợ toàn cầu đang ngày càng ưu tiên các giải pháp carbon thấp.
Cầu thép tiền chế không chỉ dành cho xe cộ—chúng có thể được điều chỉnh để đáp ứng nhiều nhu cầu sau thảm họa, khiến chúng trở thành “công cụ đa năng” để phục hồi:
Người đi bộ và lối vào khẩn cấp: Những cây cầu thép tiền chế hẹp (rộng 2–3 mét) có thể được sử dụng để kết nối các khu dân cư bị cô lập bởi đường bị sập, cho phép người dân đến nơi trú ẩn và bệnh viện. Sau vụ nổ ở Beirut năm 2020, những cây cầu dành cho người đi bộ bằng thép tiền chế đã được lắp đặt trên những con đường bị hư hỏng, giúp hơn 10.000 người được chăm sóc y tế trong tuần đầu tiên.
Vận chuyển thiết bị nặng: Cầu thép tiền chế rộng, chịu tải cao (rộng 5–6 mét, tải trọng 100 tấn) có thể hỗ trợ các thiết bị xây dựng (ví dụ: máy ủi, cần cẩu) cần thiết để dọn sạch các mảnh vụn và xây dựng lại cơ sở hạ tầng. Trong cơn bão Haiyan năm 2013 ở Philippines, những cây cầu thép tiền chế cho phép thiết bị hạng nặng tiếp cận Thành phố Tacloban, đẩy nhanh tốc độ loại bỏ mảnh vụn lên 50%.
Nhà ở và kho lưu trữ tạm thời: Trong một số trường hợp, sàn cầu thép tiền chế đã được sử dụng làm nền tảng tạm thời cho nhà ở mô-đun hoặc cơ sở lưu trữ thực phẩm. Sau trận lũ lụt ở Afghanistan năm 2021, những cây cầu thép tiền chế đã được sửa đổi để hỗ trợ nơi trú ẩn tạm thời cho 500 gia đình, mang lại không gian an toàn trong khi xây dựng nhà ở lâu dài.
Thông số kỹ thuật thiết kế cầu AASHTO LRFD (Thiết kế hệ số tải trọng và sức cản) là một bộ hướng dẫn toàn diện chi phối việc thiết kế, xây dựng và bảo trì tất cả các loại cầu—từ đường cao tốc cố định đến kết cấu nhà lắp ghép tạm thời. Được xuất bản lần đầu tiên vào năm 1994, các tiêu chuẩn này được cập nhật 2–3 năm một lần để kết hợp các công nghệ, vật liệu mới và bài học rút ra từ thảm họa.
Đối với cầu thép tiền chế, các phần liên quan nhất của AASHTO bao gồme:
AASHTO LRFD Phần 3: Tải trọng và tổ hợp tải trọng—xác định các lực (ví dụ: trọng lực, gió, động đất, tác động của mảnh vụn) mà cầu phải chịu được.
AASHTO LRFD Phần 6: Kết cấu thép—xác định các yêu cầu về vật liệu (ví dụ: mác thép, cường độ) và tiêu chí thiết kế (ví dụ: uốn, cắt, độ mỏi) cho các thành phần thép.
AASHTO LRFD Phần 10: Kết cấu tạm thời—cung cấp các hướng dẫn bổ sung cho cầu tiền chế và cầu tạm thời, bao gồm kỳ vọng về tuổi thọ sử dụng và yêu cầu tháo dỡ.
AASHTO sử dụng phương pháp thiết kế trạng thái giới hạn để đảm bảo cầu được an toàn trong hai điều kiện quan trọng:
Trạng thái giới hạn cuối cùng (ULS): Ngăn chặn sự sụp đổ cấu trúc dưới tải trọng cực lớn (ví dụ, dư chấn động đất, lũ lụt 100 năm).
Trạng thái giới hạn khả năng sử dụng (SLS): Đảm bảo cầu vẫn hoạt động bình thường (ví dụ: không bị lệch, ồn hoặc rung quá mức).
Các tiêu chuẩn AASHTO bao gồm các điều khoản cụ thể phù hợp với những thách thức của môi trường sau thảm họa. Những yêu cầu này đảm bảo cầu thép tiền chế không chỉ được xây dựng nhanh mà còn an toàn và đáng tin cậy:
4.2.1 Tiêu chuẩn vật liệu: Độ bền và độ bền
AASHTO yêu cầu các yêu cầu nghiêm ngặt về vật liệu đối với cầu thép tiền chế để đảm bảo chúng có thể chịu được áp lực liên quan đến thiên tai:
Lớp thép: Các thành phần thép tiền chế phải sử dụng thép cường độ cao, hợp kim thấp (HSLA) (ví dụ: AASHTO M270 Cấp 50 hoặc 70), có cường độ chảy tối thiểu là 345 MPa (Cấp 50) hoặc 485 MPa (Cấp 70). Loại thép này đủ dẻo để hấp thụ năng lượng động đất và đủ mạnh để chống lại tác động của mảnh vụn.
Xử lý chống ăn mòn: Đối với các cây cầu ở khu vực dễ bị lũ lụt hoặc ven biển (dễ tiếp xúc với nước mặn), AASHTO yêu cầu mạ kẽm nhúng nóng (độ dày tối thiểu 85 μm) hoặc lớp phủ epoxy (độ dày tối thiểu 120 μm). Điều này ngăn ngừa rỉ sét, ngay cả khi tiếp xúc lâu với nước.
Chốt: Bu lông và mối nối phải đạt tiêu chuẩn AASHTO M253 (bu lông kết cấu cường độ cao). Cần có bu lông cấp 8,8 hoặc 10,9 để đảm bảo các kết nối vẫn chặt chẽ khi có rung động (ví dụ: dư chấn) hoặc gió lớn.
4.2.2 Tiêu chuẩn tải trọng: Tính toán các lực lượng đặc thù do thiên tai
Các yêu cầu về tải trọng của AASHTO rất quan trọng đối với cầu thép đúc sẵn trong khu vực thiên tai, vì chúng gây ra các lực tuy hiếm nhưng có tính thảm khốc:
Tải trọng địa chấn: AASHTO yêu cầu các cây cầu thép đúc sẵn ở các khu vực dễ xảy ra động đất phải được thiết kế cho các lực địa chấn cụ thể tại địa điểm, dựa trên gia tốc nền đất cao nhất của khu vực (PGA). Ví dụ, một cây cầu ở vùng có địa chấn cao (ví dụ: California, Thổ Nhĩ Kỳ) phải chịu được PGA 0,4g, trong khi cây cầu ở vùng có địa chấn thấp (ví dụ: Florida) có thể chỉ cần chịu được 0,1g.
Tải trọng lũ lụt: Cầu thép tiền chế trong vùng lũ lụt phải được thiết kế để chống lại lực thủy động lực (áp lực từ dòng nước chuyển động) và tải trọng tác động của mảnh vụn. AASHTO quy định rằng các cây cầu trong vùng lũ lụt 100 năm phải chịu được tác động từ các mảnh vụn nặng 1 tấn (ví dụ: cây cối) di chuyển với tốc độ 5 m/s.
Tải tạm thời: Những cây cầu sau thảm họa thường chịu tải trọng bất thường (ví dụ: xe cấp cứu hạng nặng, thiết bị dọn dẹp mảnh vỡ). AASHTO yêu cầu cầu thép tiền chế phải có khả năng chịu tải tạm thời ít nhất gấp 1,5 lần tải trọng thiết kế tiêu chuẩn—đảm bảo chúng có thể xử lý được việc sử dụng cường độ cao ngoài dự kiến.
4.2.3 Hiệu suất kết cấu: An toàn và tin cậy
AASHTO đặt ra các tiêu chí hiệu suất nghiêm ngặt để đảm bảo cầu thép tiền chế an toàn cho người sử dụng và đủ bền để tồn tại trong suốt thời gian phục hồi (thường là 1–5 năm):
Giới hạn lệch: Dưới tải trọng lớn nhất, các dầm chính của cầu không được lệch quá L/360 (trong đó L là chiều dài nhịp). Đối với nhịp 30 mét, điều này có nghĩa là độ lệch tối đa là 83 mm—ngăn chặn độ võng quá mức có thể làm hỏng phương tiện hoặc gây khó chịu cho người dùng.
Chống mỏi: Cầu thép tiền chế phải được thiết kế để chống mỏi (hư hỏng do tải trọng lặp đi lặp lại) trong suốt thời gian sử dụng. AASHTO quy định rằng các cây cầu phải chịu được 2 triệu chu kỳ tải trọng (tương đương ~ 5.000 lượt phương tiện qua lại hàng ngày) mà không bị nứt.
Khả năng tiếp cận khẩn cấp: AASHTO yêu cầu cầu thép tiền chế phải có lề đủ rộng (tối thiểu 0,5 mét) và sàn chống trượt để chứa các phương tiện khẩn cấp và người đi bộ một cách an toàn—ngay cả trong điều kiện ẩm ướt hoặc có nhiều mảnh vụn.
Việc tuân thủ các tiêu chuẩn AASHTO không chỉ là một bài tập “tích tắc”—điều quan trọng là đảm bảo các cầu thép tiền chế thực hiện đúng cam kết về an toàn và độ tin cậy trong các khu vực thiên tai:
Khả năng tương tác: Cầu thép tiền chế tuân thủ AASHTO được thiết kế để tích hợp với cơ sở hạ tầng hiện có (ví dụ: đường, cống), đảm bảo chúng có thể được kết nối nhanh chóng với mạng lưới giao thông hiện có. Sau trận động đất ở Thổ Nhĩ Kỳ năm 2023, những cây cầu đúc sẵn tuân thủ AASHTO có thể kết nối với những con đường bị hư hỏng mà không cần sửa đổi—tiết kiệm nhiều ngày thời gian lắp đặt.
Chấp nhận toàn cầu: Tiêu chuẩn AASHTO được công nhận trên toàn thế giới, giúp các tổ chức viện trợ tìm nguồn và triển khai cầu thép tiền chế xuyên biên giới dễ dàng hơn. Ví dụ: bộ dụng cụ cầu thép đúc sẵn của FEMA—tất cả đều tuân thủ AASHTO—đã được sử dụng trong các thảm họa ở Haiti, Philippines và Bangladesh vì các quan chức địa phương tin tưởng vào sự an toàn và hiệu quả của chúng.
Bảo vệ trách nhiệm pháp lý: Trong các kịch bản sau thảm họa, nguy cơ sập cầu là rất cao—và hậu quả rất nghiêm trọng. Việc tuân thủ AASHTO cung cấp một “mạng lưới an toàn” hợp pháp vì nó chứng tỏ rằng cây cầu được thiết kế để đáp ứng các thông lệ tốt nhất trong ngành. Sau trận lũ lụt năm 2020 ở Ấn Độ, một cây cầu thép đúc sẵn tuân thủ AASHTO đã sống sót sau tác động của mảnh vụn phá hủy cây cầu gỗ không tuân thủ—tránh được khả năng bị kiện tụng và thiệt hại về nhân mạng.
Mục tiêu cuối cùng của việc tái thiết sau thảm họa là khôi phục “trạng thái bình thường” cho các cộng đồng bị ảnh hưởng—và điều đó bắt đầu bằng việc khôi phục giao thông. Cầu thép tiền chế đóng một vai trò then chốt trong quá trình này, vì chúng cho phép mở lại nhanh chóng các con đường, từ đó đẩy nhanh tốc độ ứng phó khẩn cấp, cung cấp viện trợ và phục hồi kinh tế. Dưới đây là những tác động chính của chúng đối với việc phục hồi lưu lượng truy cập, được hỗ trợ bởi các ví dụ thực tế.
Trong 72 giờ đầu tiên sau thảm họa—thường được gọi là “cửa sổ vàng” để cứu người—các phương tiện cấp cứu (xe cứu thương, xe cứu hỏa, đoàn xe quân sự) cần được tiếp cận thông suốt các khu vực bị ảnh hưởng. Cầu thép tiền chế giúp thực hiện được điều này:
Nghiên cứu điển hình: Trận động đất Thổ Nhĩ Kỳ-Syria năm 2023: Trận động đất đã phá hủy 23 cây cầu lớn trên Quốc lộ D400, tuyến đường viện trợ chính tới miền đông nam Thổ Nhĩ Kỳ. Trong vòng 48 giờ, chính phủ Thổ Nhĩ Kỳ đã triển khai 15 cây cầu thép đúc sẵn tuân thủ AASHTO để mở lại đường cao tốc. Điều này cho phép hơn 300 phương tiện cấp cứu tiếp cận các tỉnh Gaziantep và Hatay hàng ngày, tăng số người sống sót được giải cứu khỏi đống đổ nát lên 40%.
Nghiên cứu điển hình: Vụ cháy trại California 2018: Ngọn lửa đã phá hủy 12 cây cầu ở Quận Butte, cắt đứt lối vào Paradise, California (thị trấn bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi đám cháy). Những cây cầu thép tiền chế được lắp đặt trong 5 ngày, cho phép xe cứu hỏa tiếp cận các khu vực hẻo lánh và ngăn chặn đám cháy lan rộng—cứu hơn 2.000 ngôi nhà khỏi bị phá hủy.
Sau trường hợp khẩn cấp ban đầu, cộng đồng cần được tiếp cận bệnh viện, trường học và cửa hàng tạp hóa để bắt đầu phục hồi. Cầu thép tiền chế khôi phục khả năng tiếp cận này nhanh hơn bất kỳ giải pháp nào khác:
Nghiên cứu điển hình: Lũ lụt ở Pakistan năm 2022: Lũ lụt đã cuốn trôi 1.200 cây cầu ở tỉnh Sindh, khiến 10 triệu người không thể tiếp cận bệnh viện. LHQ triển khai 50 cây cầu thép tiền chế, mở lại đường tới 30 bệnh viện nông thôn Trong vòng 2 tuần, số bệnh nhân được chăm sóc y tế đã tăng 70% và tỷ lệ suy dinh dưỡng ở trẻ em (do thiếu lương thực) bắt đầu giảm.
Nghiên cứu điển hình: Bão Ida (Louisiana) năm 2021: Ida đã phá hủy 80 cây cầu ở Giáo xứ St. Tammany, bao gồm cả cây cầu dẫn đến Bệnh viện Slidell Memorial—bệnh viện duy nhất trong khu vực. Một cây cầu thép tiền chế đã được lắp đặt trong 3 ngày, cho phép hơn 500 bệnh nhân được chăm sóc hàng tuần và giúp bệnh viện tiếp tục các dịch vụ cấp cứu.
Sự gián đoạn giao thông sau thảm họa làm tê liệt nền kinh tế địa phương: doanh nghiệp không thể nhận được vật tư, người lao động không thể tìm được việc làm và du lịch (nguồn thu nhập chính của nhiều khu vực thường xuyên xảy ra thiên tai) bị đình trệ. Cầu thép tiền chế khởi động quá trình phục hồi kinh tế bằng cách khôi phục thương mại:
Nghiên cứu điển hình: Bão Dorian (Bahamas) 2019: Dorian đã phá hủy 90% số cây cầu ở Grand Bahama, một trung tâm du lịch lớn. Cầu thép tiền chế được lắp đặt trong 10 ngày, mở lại đường dẫn đến khách sạn và sân bay. Trong vòng một tháng, 60% khách sạn đã mở cửa trở lại và doanh thu du lịch đã phục hồi tới 40% mức trước thảm họa - nhanh hơn nhiều so với mức phục hồi 6 tháng dự kiến đối với các cây cầu bê tông.
Nghiên cứu điển hình: Lốc xoáy Amphan 2020 (Ấn Độ): Amphan đã phá hủy 50 cây cầu ở Tây Bengal, một bang nổi tiếng với xuất khẩu nông sản (ví dụ: gạo, đay). Những cây cầu thép tiền chế đã mở lại các tuyến đường cao tốc quan trọng trong 7 ngày, cho phép nông dân vận chuyển cây trồng đến chợ. Điều này đã ngăn chặn được 200 triệu USD thiệt hại về mùa màng và cứu được 50.000 việc làm trong ngành nông nghiệp.
Sự gián đoạn giao thông kéo dài có thể dẫn đến bất ổn xã hội, khi cộng đồng ngày càng thất vọng với viện trợ bị trì hoãn và khả năng tiếp cận dịch vụ hạn chế. Cầu thép tiền chế giảm thiểu sự gián đoạn này bằng cách khôi phục kết nối nhanh chóng:
Nghiên cứu điển hình: Trận động đất ở Haiti năm 2010: Trận động đất đã phá hủy 80% số cây cầu ở Port-au-Prince, cô lập các khu dân cư và dẫn đến bạo loạn lương thực. Cầu thép tiền chế được lắp đặt trong 2 tuần, mở lại đường đến các trung tâm phân phối thực phẩm. Trong vòng một tháng, các vụ bạo loạn đã giảm 90% và niềm tin của cộng đồng vào các nỗ lực phục hồi được cải thiện.
Nghiên cứu điển hình: Trận động đất ở Maroc năm 2023: Trận động đất đã phá hủy những cây cầu trên Dãy núi Atlas, cô lập các cộng đồng Berber vốn phụ thuộc vào các phiên chợ hàng tuần để mua thực phẩm và tương tác xã hội. Cầu thép tiền chế được lắp đặt trong 5 ngày, cho phép thị trường hoạt động trở lại. Điều này không chỉ khôi phục khả năng tiếp cận thực phẩm mà còn bảo tồn các truyền thống văn hóa rất quan trọng đối với sự gắn kết cộng đồng.
Khi biến đổi khí hậu làm tăng tần suất và mức độ nghiêm trọng của thiên tai (ví dụ như bão dữ dội hơn, mùa lũ lụt kéo dài hơn), nhu cầu về cầu thép tiền chế nhanh và kiên cường sẽ tăng lên. Để đáp ứng nhu cầu này, ngành công nghiệp đang tích hợp các công nghệ tiên tiến để làm cho cầu thép tiền chế trở nên thông minh hơn, bền vững hơn và thậm chí triển khai nhanh hơn. Dưới đây là những xu hướng chính định hình tương lai của họ.
Thế hệ tiếp theo của cầu thép tiền chế sẽ bao gồm hệ thống giám sát sức khỏe kết cấu (SHM)—cảm biến và phần mềm theo dõi hiệu suất của cầu trong thời gian thực. Các hệ thống này sẽ:
Phát hiện thiệt hại sớm: Cảm biến không dây (ví dụ: máy đo biến dạng, máy đo gia tốc) gắn trên dầm thép sẽ theo dõi các vết nứt, ăn mòn hoặc kết nối lỏng lẻo. Nếu phát hiện hư hỏng, hệ thống sẽ gửi cảnh báo tới kỹ sư, cho phép sửa chữa kịp thời. Ví dụ, một cây cầu thép tiền chế ở Nhật Bản được trang bị cảm biến SHM đã phát hiện sự ăn mòn trong dầm 6 tháng trước khi nó trở thành mối nguy hiểm về an toàn—tiết kiệm được 10.000 USD chi phí sửa chữa.
Tối ưu hóa bảo trì: Phần mềm được hỗ trợ bởi AI sẽ phân tích dữ liệu SHM để dự đoán nhu cầu bảo trì (ví dụ: “sơn lại trong 6 tháng”, “thắt chặt bu lông trong 2 tuần”)—loại bỏ các hoạt động kiểm tra không cần thiết và giảm 30% chi phí bảo trì.
Tăng cường ứng phó thảm họa: Trong các thảm họa thứ cấp (ví dụ như dư chấn), hệ thống SHM sẽ cung cấp dữ liệu thời gian thực về tình trạng của cây cầu, cho phép các quan chức nhanh chóng xác định xem nó có an toàn để sử dụng hay không. Sau trận dư chấn năm 2023 ở Thổ Nhĩ Kỳ, một cây cầu thép đúc sẵn được trang bị SHM đã được tuyên bố là an toàn cho các phương tiện khẩn cấp trong vòng 10 phút—nhanh hơn thời gian kiểm tra kéo dài 2 giờ cần thiết đối với những cây cầu không được giám sát.
In 3D (sản xuất bồi đắp) đang cách mạng hóa việc sản xuất cầu thép tiền chế bằng cách cho phép sản xuất linh kiện nhanh hơn, chính xác hơn:
Sản xuất theo yêu cầu: Máy in 3D có thể sản xuất các bộ phận nhỏ, quan trọng (ví dụ: giá đỡ, đầu nối) tại chỗ hoặc tại các cơ sở lân cận—giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy ở xa và cắt giảm 50% thời gian giao hàng. Sau trận lũ lụt năm 2022 ở Úc, các đầu nối in 3D được sử dụng để sửa chữa một cây cầu thép đúc sẵn trong 2 ngày, so với 1 tuần đối với các đầu nối được sản xuất theo kiểu truyền thống.
Tùy chỉnh: In 3D cho phép dễ dàng tùy chỉnh các thành phần để phù hợp với điều kiện địa điểm cụ thể (ví dụ: độ dài nhịp bất thường, điểm giao nhau hẹp). Vào năm 2023, một cây cầu thép đúc sẵn in 3D đã được lắp đặt ở Thụy Sĩ để bắc qua một con suối hẹp trên núi — một điều có thể đòi hỏi những sửa đổi tốn kém đối với các bộ dụng cụ đúc sẵn truyền thống.
Giảm chất thải vật liệu: In 3D chỉ sử dụng vật liệu cần thiết để chế tạo một bộ phận, giảm 70% chất thải so với sản xuất truyền thống. Điều này đặc biệt quan trọng ở những vùng bị thiên tai, nơi vật liệu khan hiếm.
Những cây cầu thép tiền chế trong tương lai sẽ có thiết kế mô-đun cho phép mở rộng hoặc cấu hình lại dễ dàng—thích ứng với những nhu cầu thay đổi sau thảm họa:
Khoảng cách có thể mở rộng: Cầu thép tiền chế sẽ được thiết kế với các phần “bổ sung” có thể kéo dài chiều dài nhịp thêm 5–10 mét mà không cần sửa đổi lớn. Điều này sẽ rất quan trọng ở những vùng lũ lụt nơi chiều rộng sông có thể tăng lên do sự tích tụ trầm tích.
Thiết kế sử dụng kép: Các cây cầu sẽ được thiết kế để phục vụ nhiều mục đích—ví dụ: cầu dành cho xe cộ có thể được chuyển đổi thành cầu dành cho người đi bộ sau khi cầu vĩnh viễn được xây dựng hoặc cầu có t
Địa chỉ
tầng 10, tòa nhà 1, số 188 đường Changyi, quận Baoshan, Thượng Hải, Trung Quốc
Điện thoại
86-1771-7918-217
