Cầu John Pombe Magufuli của Tanzania—một cây cầu dây văng dài 1,03 km bắc qua Hồ Victoria—là một công trình hạ tầng mang tính chuyển đổi. Hoàn thành vào năm 2022, nó kết nối trung tâm khu vực Mwanza (trên bờ phía đông của hồ) với các quận phía tây xa xôi Geita và Kagera, giảm thời gian di chuyển từ 3 giờ (bằng phà và những con đường quanh co) xuống chỉ còn 5 phút. Khả năng kết nối này đã mở ra các cơ hội kinh tế cho 1,5 triệu người, thúc đẩy thương mại trong lĩnh vực nông nghiệp (cà phê, bông), thủy sản (ngành công nghiệp cá trị giá 200 triệu đô la hàng năm của Hồ Victoria) và du lịch, đồng thời cải thiện khả năng tiếp cận với dịch vụ chăm sóc sức khỏe và giáo dục.
Tuy nhiên, việc xây dựng cây cầu đã đặt ra những thách thức chưa từng có. Các điều kiện bất thường của Hồ Victoria—lũ theo mùa (mực nước dâng cao 2–3 mét hàng năm), gió mạnh (lên đến 60 km/h) và lòng sông là lớp đất phù sa mềm bao phủ đá granite cứng—khiến các phương pháp tiếp cận tạm thời truyền thống (ví dụ: cầu phao, đường dốc đất) không thực tế. Để vượt qua những rào cản này, nhóm liên doanh của dự án (Tổng công ty Xây dựng Kỹ thuật Dân dụng Trung Quốc và Tập đoàn Cục 15 Đường sắt Trung Quốc) đã dựa vào cầu giàn thép—các cấu trúc thép tạm thời, mô-đun thường bị nhầm là “cầu xếp thép” (một cách gọi sai bắt nguồn từ sự tương đồng về mặt hình ảnh với ống khói công nghiệp).
Hãy cùng khám phá lý docầu giàn thépđược chọn cho dự án Cầu Magufuli, những ưu điểm cốt lõi của chúng, vai trò quan trọng trong xây dựng, sự tích hợp với công nghệ hiện đại và triển vọng trong tương lai trong sự phát triển cơ sở hạ tầng của Đông Phi. Dựa trên dữ liệu dự án thực tế và bối cảnh địa phương, nó làm nổi bật cách cấu trúc “tạm thời” này đã trở thành nền tảng cho việc hoàn thành cây cầu đúng thời hạn, đúng ngân sách và thân thiện với môi trường.
Quyết định sử dụng cầu giàn thép không phải là tùy tiện mà là một phản ứng chiến lược đối với các ràng buộc về môi trường, hậu cần và kỹ thuật độc đáo của dự án. Ba yếu tố chính đã thúc đẩy sự lựa chọn này, mỗi yếu tố giải quyết một vấn đề nan giải trong môi trường xây dựng của Hồ Victoria.
Các điều kiện động của Hồ Victoria đặt ra rủi ro lớn nhất cho việc xây dựng. Mưa theo mùa (tháng 3–tháng 5 và tháng 10–tháng 11) gây ra mực nước dâng cao nhanh chóng, trong khi lớp trên cùng của lòng hồ (3–5 mét bùn mềm) bao phủ đá granite cứng—khiến việc xây dựng nền móng ổn định trở thành một thách thức. Cầu giàn thép đã giải quyết những vấn đề này theo những cách mà các phương án thay thế không thể:
Khả năng chống lũ: Không giống như cầu phao (cần sơ tán trong bão và có nguy cơ bị lật), cầu giàn thép có nền móng cố định. Các giàn của dự án đã sử dụng cọc ống thép dài 12–15 mét (đường kính 600mm), được đóng sâu 3–4 mét vào đá granite bên dưới để chống lại dòng lũ (lên đến 2,5 m/s). Trong trận lụt năm 2021, các giàn vẫn hoạt động, tránh được sự chậm trễ 6 tuần mà lẽ ra đã xảy ra với cầu phao.
Khả năng tương thích với đất: Đường dốc đất—một lựa chọn tiếp cận tạm thời khác—sẽ yêu cầu đào 12.000 m³ đất lòng hồ, làm gián đoạn hệ sinh thái dưới nước và chìm vào bùn mềm. Ngược lại, cọc giàn thép đã bỏ qua lớp bùn để neo vào đá granite, cung cấp sự hỗ trợ ổn định cho thiết bị hạng nặng mà không gây ra thiệt hại cho môi trường.
Một phân tích chi phí-lợi ích của nhóm dự án cho thấy cầu giàn thép đã giảm thời gian ngừng hoạt động liên quan đến lũ lụt xuống 70% so với cầu phao và cắt giảm chi phí khắc phục môi trường xuống 1,2 triệu đô la so với đường dốc đất.
Thiết kế của Cầu Magufuli đòi hỏi máy móc siêu nặng, bao gồm cần cẩu bánh xích 150 tấn (để nâng lồng cốt thép 8 tấn), xe bơm bê tông 200 tấn (để cung cấp 500 m³ bê tông mỗi trụ) và máy đóng cọc 120 tấn (để lắp đặt cọc móng chính của cầu dài 30 mét). Cầu giàn thép là cấu trúc tạm thời duy nhất có khả năng xử lý các tải trọng này:
Khả năng chịu tải cao: Các giàn được thiết kế với tải trọng làm việc an toàn 180 tấn (vượt quá thiết bị nặng nhất 15% để đảm bảo an toàn). Dầm chính sử dụng dầm H Q355B nối đôi (cường độ chảy ≥355 MPa), trong khi tấm sàn là thép caro dày 16mm—đảm bảo không bị biến dạng dưới tải trọng nặng.
Phân bổ tải trọng đều: Dầm ngang I (cấp I25) cách nhau 500mm phân bổ trọng lượng thiết bị trên nhiều cọc, tránh quá tải cho từng móng riêng lẻ. Điều này rất quan trọng trong lớp bùn mềm của lòng hồ, nơi tải trọng tập trung có thể gây ra hiện tượng lún cọc.
Nếu không có cầu giàn thép, nhóm sẽ cần sử dụng sà lan để vận chuyển thiết bị—một lựa chọn chậm chạp, phụ thuộc vào thời tiết, sẽ kéo dài thời gian dự án thêm 10 tháng và tăng chi phí nhiên liệu thêm 800.000 đô la.
Các dự án cơ sở hạ tầng của Tanzania thường phải đối mặt với những hạn chế về ngân sách và khả năng tiếp cận hạn chế với vật liệu nhập khẩu. Cầu giàn thép đã giải quyết cả hai thách thức:
Sản xuất tại địa phương: 85% các bộ phận của giàn (cọc, dầm, tấm sàn) được chế tạo tại Dar es Salaam Steel Works—nhà máy thép lớn nhất của Tanzania—giảm chi phí nhập khẩu (chiếm thêm 30% chi phí dự án đối với các cấu trúc nhập khẩu hoàn toàn). Điều này cũng tạo ra 40 việc làm tại địa phương cho công nhân thép và thợ hàn.
Khả năng tái sử dụng: Sau khi Cầu Magufuli hoàn thành, 98% các bộ phận của giàn đã được tháo dỡ và tái sử dụng cho Nâng cấp Đường cao tốc Morogoro–Dodoma của Tanzania (2023), cắt giảm chi phí vật liệu cho dự án đó 1,8 triệu đô la.
Bảo trì thấp: Các phương pháp xử lý chống ăn mòn (lớp phủ epoxy hai lớp + mạ kẽm nhúng nóng) đã giảm chi phí bảo trì xuống chỉ còn 20.000 đô la trong suốt thời gian phục vụ 18 tháng của giàn—thấp hơn nhiều so với chi phí bảo trì hàng năm 150.000 đô la của cầu phao (yêu cầu sửa chữa thân tàu thường xuyên).
Ngoài việc giải quyết các hạn chế cụ thể, cầu giàn thép còn mang lại bốn ưu điểm vốn có giúp tối ưu hóa quy trình xây dựng Cầu Magufuli. Những ưu điểm này được điều chỉnh theo bối cảnh địa phương của dự án, từ hệ sinh thái của Hồ Victoria đến những hạn chế về hậu cần của Tanzania.
Cầu giàn thép bao gồm các bộ phận được chế tạo sẵn, tiêu chuẩn hóa—một lợi thế đã chứng minh là rất quan trọng trong thời gian 24 tháng chặt chẽ của Cầu Magufuli:
Lắp đặt nhanh chóng: Một nhóm 12 người (được các kỹ sư Trung Quốc đào tạo) đã lắp ráp 50 mét giàn mỗi tuần bằng các kết nối bu lông (không hàn tại chỗ). Điều này nhanh hơn 3 lần so với các cấu trúc tạm thời bằng bê tông đúc tại chỗ, cần 7–10 ngày cho mỗi nhịp để bảo dưỡng.
Mở rộng linh hoạt: Khi dự án mở rộng từ việc xây dựng trụ đến lắp ráp sàn, giàn đã được mở rộng thêm 300 mét chỉ trong 2 tuần—mà không làm gián đoạn công việc đang diễn ra. Sự linh hoạt này cho phép nhóm thích ứng với những thay đổi trong trình tự xây dựng.
Tháo dỡ hiệu quả: Sau khi hoàn thành, giàn đã được tháo dỡ theo thứ tự ngược lại (tấm sàn → dầm phân phối → dầm chính → cọc) trong 4 tuần. Các bộ phận đã được kiểm tra, làm sạch và lưu trữ để tái sử dụng—giảm thiểu chất thải và tối đa hóa hiệu quả sử dụng tài nguyên.
Nước lợ của Hồ Victoria (gần cửa sông) và độ ẩm cao làm tăng tốc độ ăn mòn thép. Cầu giàn thép của dự án được thiết kế để chịu được môi trường này:
Bảo vệ chống ăn mòn kép: Tất cả các bộ phận bằng thép đều được phủ một lớp sơn lót epoxy dày 120µm (để bám dính) và một lớp phủ mạ kẽm nhúng nóng dày 85µm (để chống gỉ lâu dài). Điều này vượt quá Tiêu chuẩn Quốc gia Tanzania (TN BS EN ISO 1461) đối với các cấu trúc thép trong môi trường biển.
Bảo vệ cọc ngầm: Cọc dưới mực nước được bọc trong một ống polyethylene và được trang bị cực dương hy sinh (khối kẽm) để ngăn ngừa ăn mòn điện hóa. Các cuộc kiểm tra hàng tháng cho thấy không có gỉ đáng kể sau 18 tháng—nằm trong tuổi thọ thiết kế của giàn.
Khả năng chống ăn mòn này đảm bảo giàn vẫn an toàn và hoạt động trong suốt quá trình xây dựng, tránh thay thế các bộ phận tốn kém.
Dự án Cầu Magufuli phải tuân thủ Đạo luật Quản lý Môi trường Quốc gia (NEMA) của Tanzania, trong đó quy định nghiêm ngặt việc bảo vệ hệ sinh thái mong manh của Hồ Victoria (nơi sinh sống của hơn 500 loài cá, bao gồm cả cá rô sông Nile có nguy cơ tuyệt chủng). Cầu giàn thép đã giảm thiểu sự gián đoạn sinh thái:
Không đào đất: Không giống như đường dốc đất, giàn không yêu cầu đào lòng hồ—bảo tồn môi trường sống dưới nước và tránh lắng đọng (có thể làm ngạt trứng cá). Các xét nghiệm chất lượng nước được thực hiện hàng tháng trong quá trình xây dựng cho thấy không có sự gia tăng độ đục.
Khoảng trống cho cá đi qua: Cọc được đặt cách nhau 3 mét để cho phép thuyền nhỏ và cá đi qua, duy trì các tuyến đường đánh cá truyền thống cho cộng đồng địa phương. Nhóm dự án cũng phối hợp với ngư dân địa phương để lên lịch đóng cọc trong mùa đánh bắt cá thấp điểm.
Giảm thiểu chất thải: Chế tạo sẵn đã giảm chất thải tại chỗ xuống 90% so với các cấu trúc bê tông và các bộ phận có thể tái sử dụng đã loại bỏ nhu cầu xử lý vật liệu tạm thời. NEMA đã công nhận dự án với giải thưởng “Cơ sở hạ tầng thân thiện với môi trường” năm 2022.
Việc xây dựng trên mặt nước đặt ra những rủi ro an toàn đáng kể, bao gồm ngã, chết đuối và tai nạn thiết bị. Cầu giàn thép bao gồm các tính năng an toàn bảo vệ hơn 300 công nhân của dự án:
Lan can và tấm chắn chân: Lan can thép cao 1,2 mét (ống Φ48mm) và tấm chắn chân cao 200mm bao quanh các cạnh của giàn, ngăn ngừa rơi dụng cụ hoặc người.
Sàn chống trượt: Tấm sàn thép caro tạo độ bám ngay cả trong điều kiện ẩm ướt, giảm tai nạn trượt và ngã xuống 100% trong mùa mưa.
Lối đi khẩn cấp: Một lối đi chuyên dụng rộng 1 mét tách biệt công nhân với giao thông thiết bị, với các nút dừng khẩn cấp cách nhau 50 mét để dừng máy móc trong trường hợp nguy hiểm.
Dự án đã ghi nhận không có sự cố an toàn nào liên quan đến nước trong quá trình vận hành giàn—bằng chứng cho thấy các tính năng thiết kế này.
Cầu giàn thép không chỉ là một “cấu trúc hỗ trợ” mà còn là một phần không thể thiếu trong mọi giai đoạn xây dựng, từ khâu chuẩn bị hiện trường đến lắp ráp sàn cuối cùng. Bốn vai trò chính của chúng đã đóng góp trực tiếp vào sự thành công của dự án.
Các công trường xây dựng Cầu Magufuli nằm cách con đường trải nhựa gần nhất của Mwanza 15 km, không có lối đi trực tiếp vào giữa hồ (nơi các trụ chính được xây dựng). Cầu giàn thép đã giải quyết vấn đề này bằng cách đóng vai trò là một tuyến đường tiếp cận vĩnh viễn, mọi thời tiết:
Vận chuyển thiết bị: Hai giàn song song (mỗi giàn dài 800 mét, rộng 6 mét) đã được xây dựng—một cho máy móc hạng nặng (cần cẩu, xe bơm) và một cho xe hạng nhẹ (xe bán tải, vận chuyển công nhân). Điều này cho phép di chuyển hàng ngày hơn 15 máy hạng nặng đến các địa điểm trụ, một nhiệm vụ sẽ mất thời gian gấp 3 lần với sà lan.
Giao hàng vật liệu: Bê tông, cốt thép và nhiên liệu được vận chuyển trực tiếp đến các vị trí trụ thông qua giàn, giảm nhu cầu lưu trữ tại chỗ (rất quan trọng ở những khu vực dễ bị ngập lụt, nơi vật liệu lưu trữ có nguy cơ bị hư hại do nước). Trong suốt thời gian của dự án, các giàn đã tạo điều kiện cho việc vận chuyển 12.000 tấn thép và 35.000 m³ bê tông—đủ để xây dựng 15.000 ngôi nhà trung bình của Tanzania.
Nếu không có quyền truy cập này, nhóm sẽ không thể duy trì tiến độ xây dựng của dự án, dẫn đến việc bỏ lỡ thời hạn và bị phạt.
12 trụ chính của Cầu Magufuli được xây dựng ở độ sâu 8–10 mét nước, đòi hỏi một nền tảng ổn định để thi công móng. Cầu giàn thép đóng vai trò là nền tảng này, cho phép xây dựng chính xác, hiệu quả:
Hỗ trợ đóng cọc: Sàn của giàn được gia cố bằng các tấm thép dày 20mm tại các vị trí trụ, cho phép máy đóng cọc 120 tấn hoạt động mà không bị lún hoặc dịch chuyển. Mỗi trụ yêu cầu 8 cọc móng (dài 30 mét) và độ ổn định của giàn đảm bảo các lỗi căn chỉnh cọc là ≤5 cm—rất quan trọng đối với độ bền của trụ.
Lắp ráp ván khuôn: Ván khuôn thép (cao 10 mét) cho cột trụ được lắp ráp trên giàn, với công nhân tiếp cận cấu trúc thông qua thang an toàn và lối đi. Điều này loại bỏ sự cần thiết của giàn giáo tốn kém và giảm thời gian lắp đặt ván khuôn xuống 50%.
Đổ bê tông: Xe bơm bê tông đỗ trên giàn cung cấp bê tông trực tiếp vào ván khuôn trụ, đảm bảo đổ liên tục (rất quan trọng đối với tính toàn vẹn cấu trúc). Việc phân bổ tải trọng đều của giàn đã ngăn xe bơm bị lật, một rủi ro phổ biến với các nền tảng nổi.
Vai trò này rất quan trọng đến mức kỹ sư trưởng của dự án, Li Wei, đã lưu ý: “Cầu giàn đã biến một nhiệm vụ xây dựng dưới nước không thể thành một quy trình trên cạn có thể quản lý được.”
Sàn của Cầu Magufuli bao gồm các đoạn bê tông đúc sẵn dài 15 mét (mỗi đoạn 30 tấn), được nâng lên vị trí bằng cần cẩu di động 300 tấn. Cầu giàn thép đã hỗ trợ giai đoạn này bằng cách:
Định vị cần cẩu: Cần cẩu di động được đặt trên giàn trong quá trình nâng đoạn, với dầm chính gia cố của giàn phân bổ trọng lượng của cần cẩu trên 8 cọc. Điều này tránh quá tải cho từng móng riêng lẻ và cho phép đặt chính xác từng đoạn sàn (lỗi căn chỉnh ≤2 cm).
Tiếp cận hoàn thiện sàn: Sau khi các đoạn được lắp đặt, công nhân đã sử dụng giàn để tiếp cận mặt dưới của sàn để chống thấm và bịt kín mối nối. Vị trí gần sàn của giàn (1,5 mét bên dưới) đã loại bỏ sự cần thiết của giàn giáo treo, giảm thời gian hoàn thiện xuống 40%.
Hỗ trợ tạm thời cho sàn chưa hoàn thiện: Giàn cung cấp hỗ trợ tạm thời cho các đoạn sàn cho đến khi hệ thống dây văng của cầu được lắp đặt. Điều này ngăn sàn bị võng trong quá trình xây dựng, đảm bảo cấu trúc cuối cùng đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế.
Nhờ sự hỗ trợ của giàn, việc lắp ráp sàn đã được hoàn thành trước thời hạn 2 tháng—tiết kiệm cho dự án 500.000 đô la chi phí nhân công.
Thời tiết không thể đoán trước của Hồ Victoria (bão bất ngờ, sương mù) và sự cố thiết bị đòi hỏi phải tiếp cận khẩn cấp nhanh chóng. Cầu giàn thép đóng vai trò là một đường dây cứu sinh quan trọng:
Ứng phó với lũ lụt: Vào tháng 4 năm 2021, một trận lũ quét đã làm hỏng ván khuôn của một trụ. Giàn cho phép các đội khẩn cấp tiếp cận hiện trường trong vòng 30 phút (so với 2 giờ bằng thuyền) và sửa chữa thiệt hại trong 2 ngày—tránh được sự chậm trễ 2 tuần.
Giải cứu thiết bị: Khi một máy xúc 10 tấn trượt khỏi sà lan gần giàn, cấu trúc đã cung cấp một nền tảng ổn định cho cần cẩu để nâng máy ra khỏi mặt nước, tiết kiệm 200.000 đô la chi phí thay thế.
Bảo trì thường xuyên: Các cuộc kiểm tra hàng tuần các trụ và cáp chính của cầu được thực hiện từ giàn, với công nhân có thể kiểm tra ăn mòn hoặc vết nứt mà không làm gián đoạn việc xây dựng. Việc bảo trì chủ động này đã ngăn chặn hai vấn đề tiềm ẩn về dây văng, đảm bảo an toàn lâu dài cho cầu.
Dự án Cầu Magufuli không coi cầu giàn thép là các cấu trúc tạm thời “công nghệ thấp”. Thay vào đó, nó đã tích hợp công nghệ tiên tiến để tăng cường an toàn, hiệu quả và độ chính xác—thiết lập một tiêu chuẩn mới cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng ở Đông Phi.
Trước khi bắt đầu xây dựng, nhóm đã sử dụng Autodesk Revit (phần mềm BIM) để tạo ra một mô hình kỹ thuật số 3D của cầu giàn thép. Mô hình này mang lại ba lợi ích chính:
Mô phỏng lũ lụt: Mô hình BIM chồng lên 10 năm dữ liệu lũ lụt của Hồ Victoria để kiểm tra độ ổn định của giàn. Điều này dẫn đến một điều chỉnh thiết kế quan trọng—tăng độ sâu cọc thêm 2 mét—để chịu được lũ lụt năm 2021 (vượt quá mức lịch sử 0,5 mét).
Phát hiện xung đột: Mô hình đã xác định các va chạm tiềm ẩn giữa cọc của giàn và cọc móng chính của cầu, cho phép điều chỉnh sự liên kết của giàn trước khi công việc tại chỗ bắt đầu. Điều này đã giảm chi phí làm lại xuống 300.000 đô la.
Hợp tác: Các kỹ sư, nhà thầu và quan chức NEMA đã truy cập mô hình BIM từ xa (thông qua phần mềm dựa trên đám mây), đảm bảo mọi người đều tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu về môi trường. Điều này đặc biệt có giá trị trong thời gian hạn chế đi lại do COVID-19 vào năm 2020.
Để đảm bảo an toàn cho giàn trong quá trình sử dụng thiết bị hạng nặng và bão, nhóm đã lắp đặt hơn 50 cảm biến SHM không dây trên các bộ phận chính:
Đồng hồ đo biến dạng: Được gắn vào dầm chính, các cảm biến này đo mức ứng suất theo thời gian thực. Khi một cần cẩu 220 tấn (vượt quá tải trọng thiết kế của giàn) vô tình được lái vào cấu trúc, các cảm biến đã kích hoạt cảnh báo, cho phép nhóm chuyển hướng máy trước khi xảy ra hư hỏng.
Cảm biến nghiêng: Được gắn trên cọc, các cảm biến này theo dõi chuyển động ngang (từ gió hoặc dòng chảy). Trong một cơn bão vào tháng 6 năm 2021, các cảm biến đã phát hiện chuyển động 1,2 cm ở một cọc—thúc đẩy nhóm bổ sung thêm giằng chéo trong vòng 24 giờ.
Cảm biến ăn mòn: Được nhúng trong cọc ngầm, các cảm biến này theo dõi mức độ gỉ. Dữ liệu cho thấy cực dương hy sinh đã giảm ăn mòn xuống 90%, xác nhận thiết kế chống ăn mòn của giàn.
Tất cả dữ liệu cảm biến được truyền đến một bảng điều khiển trung tâm (có thể truy cập thông qua ứng dụng di động), cho phép người quản lý dự án theo dõi tình trạng của giàn từ xa—ngay cả từ trung tâm thành phố Mwanza.
Máy bay không người lái DJI Matrice 300 RTK đã được sử dụng rộng rãi để hỗ trợ cầu giàn thép, thay thế các cuộc kiểm tra thủ công và giảm thiểu rủi ro an toàn:
Giám sát tiến độ xây dựng: Các chuyến bay bằng máy bay không người lái hàng tuần đã chụp ảnh có độ phân giải cao của giàn, được so sánh với mô hình BIM để theo dõi tiến độ. Điều này đã xác định sự chậm trễ 2 tuần trong việc lắp đặt cọc, đã được giải quyết bằng cách thêm một máy đóng cọc thứ hai.
Kiểm tra an toàn: Máy bay không người lái đã kiểm tra mặt dưới của giàn và các khu vực khó tiếp cận (ví dụ: kết nối giằng cọc) để tìm vết nứt hoặc bu lông lỏng. Điều này đã loại bỏ sự cần thiết của công nhân sử dụng giàn giáo hoặc thuyền, giảm các sự cố an toàn xuống 100% trong quá trình bảo trì giàn.
Giám sát môi trường: Máy bay không người lái theo dõi mức độ trầm tích xung quanh cọc của giàn, đảm bảo việc xây dựng không làm gián đoạn chất lượng nước của Hồ Victoria. Dữ liệu từ máy bay không người lái đã được chia sẻ với NEMA, giúp dự án duy trì tuân thủ các quy định về môi trường.
Việc xây dựng giàn được quản lý bằng nền tảng kỹ thuật số dựa trên đám mây (Power BI), tích hợp dữ liệu từ BIM, cảm biến SHM và máy bay không người lái:
Phân bổ tài nguyên: Nền tảng theo dõi việc sử dụng các bộ phận của giàn (cọc, dầm) và thiết bị, đảm bảo vật liệu được giao đến đúng địa điểm vào đúng thời điểm. Điều này đã giảm lãng phí vật liệu xuống 15% và thời gian thiết bị không hoạt động xuống 20%.
Quản lý lịch trình: Dữ liệu tiến độ theo thời gian thực từ máy bay không người lái và BIM đã được sử dụng để cập nhật lịch trình dự án, cho phép nhóm điều chỉnh kế hoạch làm việc cho các sự chậm trễ (ví dụ: ngày mưa). Điều này đã giữ cho việc xây dựng giàn đi đúng hướng mặc dù có 12 ngày bão bất ngờ.
Báo cáo: Các báo cáo tự động do nền tảng tạo ra đã cung cấp cho các bên liên quan (Bộ Công trình Tanzania, nhà thầu Trung Quốc) các bản cập nhật hàng tuần về an toàn, tiến độ và chi phí của giàn. Sự minh bạch này đã xây dựng niềm tin và đảm bảo sự liên kết với các mục tiêu của dự án.
Sự thành công của cầu giàn thép trong dự án Cầu Magufuli đã định vị chúng là một giải pháp phù hợp với nhu cầu cơ sở hạ tầng ngày càng tăng của Đông Phi. Khi các quốc gia như Kenya, Uganda và Ethiopia đầu tư vào đường xá, cầu và cảng để thúc đẩy kết nối, bốn xu hướng chính sẽ định hình tương lai của cầu giàn thép trong khu vực.
Các quốc gia Đông Phi ngày càng ưu tiên tính bền vững và hiệu quả về chi phí. Cầu giàn thép trong tương lai sẽ sử dụng:
Hợp kim thép cường độ cao: Các loại như Q690 (cường độ chảy ≥690 MPa) sẽ thay thế thép Q355B truyền thống, giảm lượng thép cần thiết xuống 30% (giảm chi phí vật liệu và lượng khí thải carbon). Chính phủ Tanzania đã thông báo kế hoạch đầu tư 50 triệu đô la vào sản xuất Q690 thép tại địa phương vào năm 2026.
Thép tái chế: 75% các bộ phận của giàn sẽ được làm từ thép tái chế (ví dụ: từ đường sắt đã ngừng hoạt động hoặc cầu cũ), phù hợp với các mục tiêu kinh tế tuần hoàn của Đông Phi. Kế hoạch Cơ sở hạ tầng Quốc gia năm 2024 của Kenya quy định 50% vật liệu tái chế cho các cấu trúc tạm thời.
Lớp phủ chống ăn mòn gốc sinh học: Lớp phủ gốc dầu đậu nành hoặc dầu hạt lanh sẽ thay thế epoxy có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, giảm lượng khí thải VOC (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi) và cải thiện an toàn cho người lao động. Các lớp phủ này đã được thử nghiệm trong dự án Cầu Kagera của Uganda.
Việc sử dụng BIM và SHM của Cầu Magufuli chỉ là khởi đầu. Cầu giàn trong tương lai sẽ có:
Bảo trì dự đoán bằng AI: Các thuật toán học máy sẽ phân tích dữ liệu cảm biến SHM để dự đoán các lỗi thành phần (ví dụ: bu lông lỏng, ăn mòn) trước khi chúng xảy ra. Điều này sẽ giảm chi phí bảo trì xuống 40% và kéo dài tuổi thọ của giàn từ 2 năm lên 5 năm.
Giám sát theo thời gian thực được hỗ trợ 5G: Mạng 5G (đang được triển khai ở Tanzania, Kenya và Uganda) sẽ cho phép truyền dữ liệu tức thì từ các cảm biến giàn, cho phép điều khiển từ xa các thiết bị hạng nặng (ví dụ: cần cẩu vận hành từ văn phòng thành phố) và phản ứng khẩn cấp nhanh hơn.
Bản sao kỹ thuật số: Các bản sao kỹ thuật số quy mô đầy đủ của cầu giàn sẽ được tạo ra, cho phép các nhóm mô phỏng các tình huống khác nhau (ví dụ: lũ lụt, quá tải thiết bị) và tối ưu hóa thiết kế trong thời gian thực. Dự án Cầu Nile Xanh năm 2025 của Ethiopia sẽ là dự án đầu tiên ở Đông Phi sử dụng bản sao kỹ thuật số để thiết kế giàn.
Khí hậu thay đổi của Đông Phi (lũ lụt thường xuyên hơn, nhiệt độ tăng) đòi hỏi cơ sở hạ tầng có khả năng phục hồi hơn. Cầu giàn thép trong tương lai sẽ là:
Khả năng chống lũ: Cọc sẽ được đóng sâu hơn (lên đến 20 mét) và được gia cố bằng sợi carbon để chịu được dòng chảy mạnh hơn. Kế hoạch Khả năng phục hồi Cơ sở hạ tầng năm 2024 của Tanzania quy định rằng tất cả các giàn vượt sông phải được thiết kế cho mức lũ cao hơn 20% so với mức trung bình lịch sử.
Khả năng chịu nhiệt: Các bộ phận bằng thép sẽ được phủ bằng sơn phản quang nhiệt để chịu được nhiệt độ tăng cao của Đông Phi (có thể đạt tới 45°C ở một số khu vực), ngăn ngừa giãn nở nhiệt và hư hỏng kết cấu.
Khả năng chịu hạn: Đối với các dự án ở những khu vực khô cằn (ví dụ: Hạt Turkana của Kenya), giàn sẽ sử dụng các thiết kế mô-đun có thể tháo rời và di chuyển trong thời gian hạn hán (khi sông cạn và nhu cầu tiếp cận thay đổi).
Để giảm sự phụ thuộc vào các nhà thầu nước ngoài, các quốc gia Đông Phi sẽ đầu tư vào:
Trung tâm sản xuất địa phương: Tanzania, Kenya và Uganda có kế hoạch xây dựng các nhà máy sản xuất linh kiện giàn thép khu vực vào năm 2027, tạo việc làm và giảm chi phí nhập khẩu. Dar es Salaam Steel Works—đơn vị cung cấp các bộ phận giàn của Cầu Magufuli—đã mở rộng để phục vụ thị trường Kenya.
Chương trình đào tạo: Chính phủ sẽ hợp tác với các trường đại học (ví dụ: Đại học Dar es Salaam, Đại học Kenyatta) để cung cấp các khóa học về thiết kế và xây dựng giàn thép, trau dồi lực lượng kỹ sư và kỹ thuật viên địa phương. Dự án Cầu Magufuli đã đào tạo 50 kỹ sư Tanzania về BIM và SHM, những người hiện đang dẫn đầu các dự án cơ sở hạ tầng trên khắp đất nước.
Tiêu chuẩn khu vực: Cộng đồng Đông Phi (EAC) đang phát triển một tiêu chuẩn thống nhất cho cầu giàn thép (dựa trên các thực tiễn tốt nhất của Cầu Magufuli), đảm bảo tính nhất quán về an toàn, độ bền và tuân thủ môi trường trong toàn khu vực. Điều này sẽ đơn giản hóa các dự án xuyên biên giới và thu hút đầu tư quốc tế.
Dự án Cầu Magufuli đã chứng minh rằng cầu giàn thép—khi được thiết kế cho các điều kiện địa phương, tích hợp với công nghệ và phù hợp với các mục tiêu bền vững—không chỉ là các cấu trúc tạm thời. Chúng là chất xúc tác cho sự thành công của cơ sở hạ tầng, vượt qua các rào cản về môi trường và hậu cần để thực hiện các dự án đúng thời hạn, đúng ngân sách và với tác động sinh thái tối thiểu.
Đối với Tanzania và Đông Phi, vai trò của giàn trong Cầu Magufuli là một bản thiết kế cho sự phát triển trong tương lai. Khi khu vực đầu tư vào đường xá, cầu và cảng để thúc đẩy kết nối, cầu giàn thép sẽ vẫn là một công cụ quan trọng—có thể thích ứng với biến đổi khí hậu, được tăng cường bởi công nghệ thông minh và được xây dựng bởi tài năng địa phương.
Cuối cùng, Cầu Magufuli không chỉ là một cây cầu bắc qua Hồ Victoria. Nó là minh chứng cho thấy các giải pháp kỹ thuật sáng tạo—ngay cả những giải pháp “đơn giản” như cầu giàn thép—có thể thay đổi cuộc sống, mở khóa nền kinh tế và xây dựng một tương lai kết nối hơn cho Đông Phi.
Cầu John Pombe Magufuli của Tanzania—một cây cầu dây văng dài 1,03 km bắc qua Hồ Victoria—là một công trình hạ tầng mang tính chuyển đổi. Hoàn thành vào năm 2022, nó kết nối trung tâm khu vực Mwanza (trên bờ phía đông của hồ) với các quận phía tây xa xôi Geita và Kagera, giảm thời gian di chuyển từ 3 giờ (bằng phà và những con đường quanh co) xuống chỉ còn 5 phút. Khả năng kết nối này đã mở ra các cơ hội kinh tế cho 1,5 triệu người, thúc đẩy thương mại trong lĩnh vực nông nghiệp (cà phê, bông), thủy sản (ngành công nghiệp cá trị giá 200 triệu đô la hàng năm của Hồ Victoria) và du lịch, đồng thời cải thiện khả năng tiếp cận với dịch vụ chăm sóc sức khỏe và giáo dục.
Tuy nhiên, việc xây dựng cây cầu đã đặt ra những thách thức chưa từng có. Các điều kiện bất thường của Hồ Victoria—lũ theo mùa (mực nước dâng cao 2–3 mét hàng năm), gió mạnh (lên đến 60 km/h) và lòng sông là lớp đất phù sa mềm bao phủ đá granite cứng—khiến các phương pháp tiếp cận tạm thời truyền thống (ví dụ: cầu phao, đường dốc đất) không thực tế. Để vượt qua những rào cản này, nhóm liên doanh của dự án (Tổng công ty Xây dựng Kỹ thuật Dân dụng Trung Quốc và Tập đoàn Cục 15 Đường sắt Trung Quốc) đã dựa vào cầu giàn thép—các cấu trúc thép tạm thời, mô-đun thường bị nhầm là “cầu xếp thép” (một cách gọi sai bắt nguồn từ sự tương đồng về mặt hình ảnh với ống khói công nghiệp).
Hãy cùng khám phá lý docầu giàn thépđược chọn cho dự án Cầu Magufuli, những ưu điểm cốt lõi của chúng, vai trò quan trọng trong xây dựng, sự tích hợp với công nghệ hiện đại và triển vọng trong tương lai trong sự phát triển cơ sở hạ tầng của Đông Phi. Dựa trên dữ liệu dự án thực tế và bối cảnh địa phương, nó làm nổi bật cách cấu trúc “tạm thời” này đã trở thành nền tảng cho việc hoàn thành cây cầu đúng thời hạn, đúng ngân sách và thân thiện với môi trường.
Quyết định sử dụng cầu giàn thép không phải là tùy tiện mà là một phản ứng chiến lược đối với các ràng buộc về môi trường, hậu cần và kỹ thuật độc đáo của dự án. Ba yếu tố chính đã thúc đẩy sự lựa chọn này, mỗi yếu tố giải quyết một vấn đề nan giải trong môi trường xây dựng của Hồ Victoria.
Các điều kiện động của Hồ Victoria đặt ra rủi ro lớn nhất cho việc xây dựng. Mưa theo mùa (tháng 3–tháng 5 và tháng 10–tháng 11) gây ra mực nước dâng cao nhanh chóng, trong khi lớp trên cùng của lòng hồ (3–5 mét bùn mềm) bao phủ đá granite cứng—khiến việc xây dựng nền móng ổn định trở thành một thách thức. Cầu giàn thép đã giải quyết những vấn đề này theo những cách mà các phương án thay thế không thể:
Khả năng chống lũ: Không giống như cầu phao (cần sơ tán trong bão và có nguy cơ bị lật), cầu giàn thép có nền móng cố định. Các giàn của dự án đã sử dụng cọc ống thép dài 12–15 mét (đường kính 600mm), được đóng sâu 3–4 mét vào đá granite bên dưới để chống lại dòng lũ (lên đến 2,5 m/s). Trong trận lụt năm 2021, các giàn vẫn hoạt động, tránh được sự chậm trễ 6 tuần mà lẽ ra đã xảy ra với cầu phao.
Khả năng tương thích với đất: Đường dốc đất—một lựa chọn tiếp cận tạm thời khác—sẽ yêu cầu đào 12.000 m³ đất lòng hồ, làm gián đoạn hệ sinh thái dưới nước và chìm vào bùn mềm. Ngược lại, cọc giàn thép đã bỏ qua lớp bùn để neo vào đá granite, cung cấp sự hỗ trợ ổn định cho thiết bị hạng nặng mà không gây ra thiệt hại cho môi trường.
Một phân tích chi phí-lợi ích của nhóm dự án cho thấy cầu giàn thép đã giảm thời gian ngừng hoạt động liên quan đến lũ lụt xuống 70% so với cầu phao và cắt giảm chi phí khắc phục môi trường xuống 1,2 triệu đô la so với đường dốc đất.
Thiết kế của Cầu Magufuli đòi hỏi máy móc siêu nặng, bao gồm cần cẩu bánh xích 150 tấn (để nâng lồng cốt thép 8 tấn), xe bơm bê tông 200 tấn (để cung cấp 500 m³ bê tông mỗi trụ) và máy đóng cọc 120 tấn (để lắp đặt cọc móng chính của cầu dài 30 mét). Cầu giàn thép là cấu trúc tạm thời duy nhất có khả năng xử lý các tải trọng này:
Khả năng chịu tải cao: Các giàn được thiết kế với tải trọng làm việc an toàn 180 tấn (vượt quá thiết bị nặng nhất 15% để đảm bảo an toàn). Dầm chính sử dụng dầm H Q355B nối đôi (cường độ chảy ≥355 MPa), trong khi tấm sàn là thép caro dày 16mm—đảm bảo không bị biến dạng dưới tải trọng nặng.
Phân bổ tải trọng đều: Dầm ngang I (cấp I25) cách nhau 500mm phân bổ trọng lượng thiết bị trên nhiều cọc, tránh quá tải cho từng móng riêng lẻ. Điều này rất quan trọng trong lớp bùn mềm của lòng hồ, nơi tải trọng tập trung có thể gây ra hiện tượng lún cọc.
Nếu không có cầu giàn thép, nhóm sẽ cần sử dụng sà lan để vận chuyển thiết bị—một lựa chọn chậm chạp, phụ thuộc vào thời tiết, sẽ kéo dài thời gian dự án thêm 10 tháng và tăng chi phí nhiên liệu thêm 800.000 đô la.
Các dự án cơ sở hạ tầng của Tanzania thường phải đối mặt với những hạn chế về ngân sách và khả năng tiếp cận hạn chế với vật liệu nhập khẩu. Cầu giàn thép đã giải quyết cả hai thách thức:
Sản xuất tại địa phương: 85% các bộ phận của giàn (cọc, dầm, tấm sàn) được chế tạo tại Dar es Salaam Steel Works—nhà máy thép lớn nhất của Tanzania—giảm chi phí nhập khẩu (chiếm thêm 30% chi phí dự án đối với các cấu trúc nhập khẩu hoàn toàn). Điều này cũng tạo ra 40 việc làm tại địa phương cho công nhân thép và thợ hàn.
Khả năng tái sử dụng: Sau khi Cầu Magufuli hoàn thành, 98% các bộ phận của giàn đã được tháo dỡ và tái sử dụng cho Nâng cấp Đường cao tốc Morogoro–Dodoma của Tanzania (2023), cắt giảm chi phí vật liệu cho dự án đó 1,8 triệu đô la.
Bảo trì thấp: Các phương pháp xử lý chống ăn mòn (lớp phủ epoxy hai lớp + mạ kẽm nhúng nóng) đã giảm chi phí bảo trì xuống chỉ còn 20.000 đô la trong suốt thời gian phục vụ 18 tháng của giàn—thấp hơn nhiều so với chi phí bảo trì hàng năm 150.000 đô la của cầu phao (yêu cầu sửa chữa thân tàu thường xuyên).
Ngoài việc giải quyết các hạn chế cụ thể, cầu giàn thép còn mang lại bốn ưu điểm vốn có giúp tối ưu hóa quy trình xây dựng Cầu Magufuli. Những ưu điểm này được điều chỉnh theo bối cảnh địa phương của dự án, từ hệ sinh thái của Hồ Victoria đến những hạn chế về hậu cần của Tanzania.
Cầu giàn thép bao gồm các bộ phận được chế tạo sẵn, tiêu chuẩn hóa—một lợi thế đã chứng minh là rất quan trọng trong thời gian 24 tháng chặt chẽ của Cầu Magufuli:
Lắp đặt nhanh chóng: Một nhóm 12 người (được các kỹ sư Trung Quốc đào tạo) đã lắp ráp 50 mét giàn mỗi tuần bằng các kết nối bu lông (không hàn tại chỗ). Điều này nhanh hơn 3 lần so với các cấu trúc tạm thời bằng bê tông đúc tại chỗ, cần 7–10 ngày cho mỗi nhịp để bảo dưỡng.
Mở rộng linh hoạt: Khi dự án mở rộng từ việc xây dựng trụ đến lắp ráp sàn, giàn đã được mở rộng thêm 300 mét chỉ trong 2 tuần—mà không làm gián đoạn công việc đang diễn ra. Sự linh hoạt này cho phép nhóm thích ứng với những thay đổi trong trình tự xây dựng.
Tháo dỡ hiệu quả: Sau khi hoàn thành, giàn đã được tháo dỡ theo thứ tự ngược lại (tấm sàn → dầm phân phối → dầm chính → cọc) trong 4 tuần. Các bộ phận đã được kiểm tra, làm sạch và lưu trữ để tái sử dụng—giảm thiểu chất thải và tối đa hóa hiệu quả sử dụng tài nguyên.
Nước lợ của Hồ Victoria (gần cửa sông) và độ ẩm cao làm tăng tốc độ ăn mòn thép. Cầu giàn thép của dự án được thiết kế để chịu được môi trường này:
Bảo vệ chống ăn mòn kép: Tất cả các bộ phận bằng thép đều được phủ một lớp sơn lót epoxy dày 120µm (để bám dính) và một lớp phủ mạ kẽm nhúng nóng dày 85µm (để chống gỉ lâu dài). Điều này vượt quá Tiêu chuẩn Quốc gia Tanzania (TN BS EN ISO 1461) đối với các cấu trúc thép trong môi trường biển.
Bảo vệ cọc ngầm: Cọc dưới mực nước được bọc trong một ống polyethylene và được trang bị cực dương hy sinh (khối kẽm) để ngăn ngừa ăn mòn điện hóa. Các cuộc kiểm tra hàng tháng cho thấy không có gỉ đáng kể sau 18 tháng—nằm trong tuổi thọ thiết kế của giàn.
Khả năng chống ăn mòn này đảm bảo giàn vẫn an toàn và hoạt động trong suốt quá trình xây dựng, tránh thay thế các bộ phận tốn kém.
Dự án Cầu Magufuli phải tuân thủ Đạo luật Quản lý Môi trường Quốc gia (NEMA) của Tanzania, trong đó quy định nghiêm ngặt việc bảo vệ hệ sinh thái mong manh của Hồ Victoria (nơi sinh sống của hơn 500 loài cá, bao gồm cả cá rô sông Nile có nguy cơ tuyệt chủng). Cầu giàn thép đã giảm thiểu sự gián đoạn sinh thái:
Không đào đất: Không giống như đường dốc đất, giàn không yêu cầu đào lòng hồ—bảo tồn môi trường sống dưới nước và tránh lắng đọng (có thể làm ngạt trứng cá). Các xét nghiệm chất lượng nước được thực hiện hàng tháng trong quá trình xây dựng cho thấy không có sự gia tăng độ đục.
Khoảng trống cho cá đi qua: Cọc được đặt cách nhau 3 mét để cho phép thuyền nhỏ và cá đi qua, duy trì các tuyến đường đánh cá truyền thống cho cộng đồng địa phương. Nhóm dự án cũng phối hợp với ngư dân địa phương để lên lịch đóng cọc trong mùa đánh bắt cá thấp điểm.
Giảm thiểu chất thải: Chế tạo sẵn đã giảm chất thải tại chỗ xuống 90% so với các cấu trúc bê tông và các bộ phận có thể tái sử dụng đã loại bỏ nhu cầu xử lý vật liệu tạm thời. NEMA đã công nhận dự án với giải thưởng “Cơ sở hạ tầng thân thiện với môi trường” năm 2022.
Việc xây dựng trên mặt nước đặt ra những rủi ro an toàn đáng kể, bao gồm ngã, chết đuối và tai nạn thiết bị. Cầu giàn thép bao gồm các tính năng an toàn bảo vệ hơn 300 công nhân của dự án:
Lan can và tấm chắn chân: Lan can thép cao 1,2 mét (ống Φ48mm) và tấm chắn chân cao 200mm bao quanh các cạnh của giàn, ngăn ngừa rơi dụng cụ hoặc người.
Sàn chống trượt: Tấm sàn thép caro tạo độ bám ngay cả trong điều kiện ẩm ướt, giảm tai nạn trượt và ngã xuống 100% trong mùa mưa.
Lối đi khẩn cấp: Một lối đi chuyên dụng rộng 1 mét tách biệt công nhân với giao thông thiết bị, với các nút dừng khẩn cấp cách nhau 50 mét để dừng máy móc trong trường hợp nguy hiểm.
Dự án đã ghi nhận không có sự cố an toàn nào liên quan đến nước trong quá trình vận hành giàn—bằng chứng cho thấy các tính năng thiết kế này.
Cầu giàn thép không chỉ là một “cấu trúc hỗ trợ” mà còn là một phần không thể thiếu trong mọi giai đoạn xây dựng, từ khâu chuẩn bị hiện trường đến lắp ráp sàn cuối cùng. Bốn vai trò chính của chúng đã đóng góp trực tiếp vào sự thành công của dự án.
Các công trường xây dựng Cầu Magufuli nằm cách con đường trải nhựa gần nhất của Mwanza 15 km, không có lối đi trực tiếp vào giữa hồ (nơi các trụ chính được xây dựng). Cầu giàn thép đã giải quyết vấn đề này bằng cách đóng vai trò là một tuyến đường tiếp cận vĩnh viễn, mọi thời tiết:
Vận chuyển thiết bị: Hai giàn song song (mỗi giàn dài 800 mét, rộng 6 mét) đã được xây dựng—một cho máy móc hạng nặng (cần cẩu, xe bơm) và một cho xe hạng nhẹ (xe bán tải, vận chuyển công nhân). Điều này cho phép di chuyển hàng ngày hơn 15 máy hạng nặng đến các địa điểm trụ, một nhiệm vụ sẽ mất thời gian gấp 3 lần với sà lan.
Giao hàng vật liệu: Bê tông, cốt thép và nhiên liệu được vận chuyển trực tiếp đến các vị trí trụ thông qua giàn, giảm nhu cầu lưu trữ tại chỗ (rất quan trọng ở những khu vực dễ bị ngập lụt, nơi vật liệu lưu trữ có nguy cơ bị hư hại do nước). Trong suốt thời gian của dự án, các giàn đã tạo điều kiện cho việc vận chuyển 12.000 tấn thép và 35.000 m³ bê tông—đủ để xây dựng 15.000 ngôi nhà trung bình của Tanzania.
Nếu không có quyền truy cập này, nhóm sẽ không thể duy trì tiến độ xây dựng của dự án, dẫn đến việc bỏ lỡ thời hạn và bị phạt.
12 trụ chính của Cầu Magufuli được xây dựng ở độ sâu 8–10 mét nước, đòi hỏi một nền tảng ổn định để thi công móng. Cầu giàn thép đóng vai trò là nền tảng này, cho phép xây dựng chính xác, hiệu quả:
Hỗ trợ đóng cọc: Sàn của giàn được gia cố bằng các tấm thép dày 20mm tại các vị trí trụ, cho phép máy đóng cọc 120 tấn hoạt động mà không bị lún hoặc dịch chuyển. Mỗi trụ yêu cầu 8 cọc móng (dài 30 mét) và độ ổn định của giàn đảm bảo các lỗi căn chỉnh cọc là ≤5 cm—rất quan trọng đối với độ bền của trụ.
Lắp ráp ván khuôn: Ván khuôn thép (cao 10 mét) cho cột trụ được lắp ráp trên giàn, với công nhân tiếp cận cấu trúc thông qua thang an toàn và lối đi. Điều này loại bỏ sự cần thiết của giàn giáo tốn kém và giảm thời gian lắp đặt ván khuôn xuống 50%.
Đổ bê tông: Xe bơm bê tông đỗ trên giàn cung cấp bê tông trực tiếp vào ván khuôn trụ, đảm bảo đổ liên tục (rất quan trọng đối với tính toàn vẹn cấu trúc). Việc phân bổ tải trọng đều của giàn đã ngăn xe bơm bị lật, một rủi ro phổ biến với các nền tảng nổi.
Vai trò này rất quan trọng đến mức kỹ sư trưởng của dự án, Li Wei, đã lưu ý: “Cầu giàn đã biến một nhiệm vụ xây dựng dưới nước không thể thành một quy trình trên cạn có thể quản lý được.”
Sàn của Cầu Magufuli bao gồm các đoạn bê tông đúc sẵn dài 15 mét (mỗi đoạn 30 tấn), được nâng lên vị trí bằng cần cẩu di động 300 tấn. Cầu giàn thép đã hỗ trợ giai đoạn này bằng cách:
Định vị cần cẩu: Cần cẩu di động được đặt trên giàn trong quá trình nâng đoạn, với dầm chính gia cố của giàn phân bổ trọng lượng của cần cẩu trên 8 cọc. Điều này tránh quá tải cho từng móng riêng lẻ và cho phép đặt chính xác từng đoạn sàn (lỗi căn chỉnh ≤2 cm).
Tiếp cận hoàn thiện sàn: Sau khi các đoạn được lắp đặt, công nhân đã sử dụng giàn để tiếp cận mặt dưới của sàn để chống thấm và bịt kín mối nối. Vị trí gần sàn của giàn (1,5 mét bên dưới) đã loại bỏ sự cần thiết của giàn giáo treo, giảm thời gian hoàn thiện xuống 40%.
Hỗ trợ tạm thời cho sàn chưa hoàn thiện: Giàn cung cấp hỗ trợ tạm thời cho các đoạn sàn cho đến khi hệ thống dây văng của cầu được lắp đặt. Điều này ngăn sàn bị võng trong quá trình xây dựng, đảm bảo cấu trúc cuối cùng đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế.
Nhờ sự hỗ trợ của giàn, việc lắp ráp sàn đã được hoàn thành trước thời hạn 2 tháng—tiết kiệm cho dự án 500.000 đô la chi phí nhân công.
Thời tiết không thể đoán trước của Hồ Victoria (bão bất ngờ, sương mù) và sự cố thiết bị đòi hỏi phải tiếp cận khẩn cấp nhanh chóng. Cầu giàn thép đóng vai trò là một đường dây cứu sinh quan trọng:
Ứng phó với lũ lụt: Vào tháng 4 năm 2021, một trận lũ quét đã làm hỏng ván khuôn của một trụ. Giàn cho phép các đội khẩn cấp tiếp cận hiện trường trong vòng 30 phút (so với 2 giờ bằng thuyền) và sửa chữa thiệt hại trong 2 ngày—tránh được sự chậm trễ 2 tuần.
Giải cứu thiết bị: Khi một máy xúc 10 tấn trượt khỏi sà lan gần giàn, cấu trúc đã cung cấp một nền tảng ổn định cho cần cẩu để nâng máy ra khỏi mặt nước, tiết kiệm 200.000 đô la chi phí thay thế.
Bảo trì thường xuyên: Các cuộc kiểm tra hàng tuần các trụ và cáp chính của cầu được thực hiện từ giàn, với công nhân có thể kiểm tra ăn mòn hoặc vết nứt mà không làm gián đoạn việc xây dựng. Việc bảo trì chủ động này đã ngăn chặn hai vấn đề tiềm ẩn về dây văng, đảm bảo an toàn lâu dài cho cầu.
Dự án Cầu Magufuli không coi cầu giàn thép là các cấu trúc tạm thời “công nghệ thấp”. Thay vào đó, nó đã tích hợp công nghệ tiên tiến để tăng cường an toàn, hiệu quả và độ chính xác—thiết lập một tiêu chuẩn mới cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng ở Đông Phi.
Trước khi bắt đầu xây dựng, nhóm đã sử dụng Autodesk Revit (phần mềm BIM) để tạo ra một mô hình kỹ thuật số 3D của cầu giàn thép. Mô hình này mang lại ba lợi ích chính:
Mô phỏng lũ lụt: Mô hình BIM chồng lên 10 năm dữ liệu lũ lụt của Hồ Victoria để kiểm tra độ ổn định của giàn. Điều này dẫn đến một điều chỉnh thiết kế quan trọng—tăng độ sâu cọc thêm 2 mét—để chịu được lũ lụt năm 2021 (vượt quá mức lịch sử 0,5 mét).
Phát hiện xung đột: Mô hình đã xác định các va chạm tiềm ẩn giữa cọc của giàn và cọc móng chính của cầu, cho phép điều chỉnh sự liên kết của giàn trước khi công việc tại chỗ bắt đầu. Điều này đã giảm chi phí làm lại xuống 300.000 đô la.
Hợp tác: Các kỹ sư, nhà thầu và quan chức NEMA đã truy cập mô hình BIM từ xa (thông qua phần mềm dựa trên đám mây), đảm bảo mọi người đều tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu về môi trường. Điều này đặc biệt có giá trị trong thời gian hạn chế đi lại do COVID-19 vào năm 2020.
Để đảm bảo an toàn cho giàn trong quá trình sử dụng thiết bị hạng nặng và bão, nhóm đã lắp đặt hơn 50 cảm biến SHM không dây trên các bộ phận chính:
Đồng hồ đo biến dạng: Được gắn vào dầm chính, các cảm biến này đo mức ứng suất theo thời gian thực. Khi một cần cẩu 220 tấn (vượt quá tải trọng thiết kế của giàn) vô tình được lái vào cấu trúc, các cảm biến đã kích hoạt cảnh báo, cho phép nhóm chuyển hướng máy trước khi xảy ra hư hỏng.
Cảm biến nghiêng: Được gắn trên cọc, các cảm biến này theo dõi chuyển động ngang (từ gió hoặc dòng chảy). Trong một cơn bão vào tháng 6 năm 2021, các cảm biến đã phát hiện chuyển động 1,2 cm ở một cọc—thúc đẩy nhóm bổ sung thêm giằng chéo trong vòng 24 giờ.
Cảm biến ăn mòn: Được nhúng trong cọc ngầm, các cảm biến này theo dõi mức độ gỉ. Dữ liệu cho thấy cực dương hy sinh đã giảm ăn mòn xuống 90%, xác nhận thiết kế chống ăn mòn của giàn.
Tất cả dữ liệu cảm biến được truyền đến một bảng điều khiển trung tâm (có thể truy cập thông qua ứng dụng di động), cho phép người quản lý dự án theo dõi tình trạng của giàn từ xa—ngay cả từ trung tâm thành phố Mwanza.
Máy bay không người lái DJI Matrice 300 RTK đã được sử dụng rộng rãi để hỗ trợ cầu giàn thép, thay thế các cuộc kiểm tra thủ công và giảm thiểu rủi ro an toàn:
Giám sát tiến độ xây dựng: Các chuyến bay bằng máy bay không người lái hàng tuần đã chụp ảnh có độ phân giải cao của giàn, được so sánh với mô hình BIM để theo dõi tiến độ. Điều này đã xác định sự chậm trễ 2 tuần trong việc lắp đặt cọc, đã được giải quyết bằng cách thêm một máy đóng cọc thứ hai.
Kiểm tra an toàn: Máy bay không người lái đã kiểm tra mặt dưới của giàn và các khu vực khó tiếp cận (ví dụ: kết nối giằng cọc) để tìm vết nứt hoặc bu lông lỏng. Điều này đã loại bỏ sự cần thiết của công nhân sử dụng giàn giáo hoặc thuyền, giảm các sự cố an toàn xuống 100% trong quá trình bảo trì giàn.
Giám sát môi trường: Máy bay không người lái theo dõi mức độ trầm tích xung quanh cọc của giàn, đảm bảo việc xây dựng không làm gián đoạn chất lượng nước của Hồ Victoria. Dữ liệu từ máy bay không người lái đã được chia sẻ với NEMA, giúp dự án duy trì tuân thủ các quy định về môi trường.
Việc xây dựng giàn được quản lý bằng nền tảng kỹ thuật số dựa trên đám mây (Power BI), tích hợp dữ liệu từ BIM, cảm biến SHM và máy bay không người lái:
Phân bổ tài nguyên: Nền tảng theo dõi việc sử dụng các bộ phận của giàn (cọc, dầm) và thiết bị, đảm bảo vật liệu được giao đến đúng địa điểm vào đúng thời điểm. Điều này đã giảm lãng phí vật liệu xuống 15% và thời gian thiết bị không hoạt động xuống 20%.
Quản lý lịch trình: Dữ liệu tiến độ theo thời gian thực từ máy bay không người lái và BIM đã được sử dụng để cập nhật lịch trình dự án, cho phép nhóm điều chỉnh kế hoạch làm việc cho các sự chậm trễ (ví dụ: ngày mưa). Điều này đã giữ cho việc xây dựng giàn đi đúng hướng mặc dù có 12 ngày bão bất ngờ.
Báo cáo: Các báo cáo tự động do nền tảng tạo ra đã cung cấp cho các bên liên quan (Bộ Công trình Tanzania, nhà thầu Trung Quốc) các bản cập nhật hàng tuần về an toàn, tiến độ và chi phí của giàn. Sự minh bạch này đã xây dựng niềm tin và đảm bảo sự liên kết với các mục tiêu của dự án.
Sự thành công của cầu giàn thép trong dự án Cầu Magufuli đã định vị chúng là một giải pháp phù hợp với nhu cầu cơ sở hạ tầng ngày càng tăng của Đông Phi. Khi các quốc gia như Kenya, Uganda và Ethiopia đầu tư vào đường xá, cầu và cảng để thúc đẩy kết nối, bốn xu hướng chính sẽ định hình tương lai của cầu giàn thép trong khu vực.
Các quốc gia Đông Phi ngày càng ưu tiên tính bền vững và hiệu quả về chi phí. Cầu giàn thép trong tương lai sẽ sử dụng:
Hợp kim thép cường độ cao: Các loại như Q690 (cường độ chảy ≥690 MPa) sẽ thay thế thép Q355B truyền thống, giảm lượng thép cần thiết xuống 30% (giảm chi phí vật liệu và lượng khí thải carbon). Chính phủ Tanzania đã thông báo kế hoạch đầu tư 50 triệu đô la vào sản xuất Q690 thép tại địa phương vào năm 2026.
Thép tái chế: 75% các bộ phận của giàn sẽ được làm từ thép tái chế (ví dụ: từ đường sắt đã ngừng hoạt động hoặc cầu cũ), phù hợp với các mục tiêu kinh tế tuần hoàn của Đông Phi. Kế hoạch Cơ sở hạ tầng Quốc gia năm 2024 của Kenya quy định 50% vật liệu tái chế cho các cấu trúc tạm thời.
Lớp phủ chống ăn mòn gốc sinh học: Lớp phủ gốc dầu đậu nành hoặc dầu hạt lanh sẽ thay thế epoxy có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, giảm lượng khí thải VOC (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi) và cải thiện an toàn cho người lao động. Các lớp phủ này đã được thử nghiệm trong dự án Cầu Kagera của Uganda.
Việc sử dụng BIM và SHM của Cầu Magufuli chỉ là khởi đầu. Cầu giàn trong tương lai sẽ có:
Bảo trì dự đoán bằng AI: Các thuật toán học máy sẽ phân tích dữ liệu cảm biến SHM để dự đoán các lỗi thành phần (ví dụ: bu lông lỏng, ăn mòn) trước khi chúng xảy ra. Điều này sẽ giảm chi phí bảo trì xuống 40% và kéo dài tuổi thọ của giàn từ 2 năm lên 5 năm.
Giám sát theo thời gian thực được hỗ trợ 5G: Mạng 5G (đang được triển khai ở Tanzania, Kenya và Uganda) sẽ cho phép truyền dữ liệu tức thì từ các cảm biến giàn, cho phép điều khiển từ xa các thiết bị hạng nặng (ví dụ: cần cẩu vận hành từ văn phòng thành phố) và phản ứng khẩn cấp nhanh hơn.
Bản sao kỹ thuật số: Các bản sao kỹ thuật số quy mô đầy đủ của cầu giàn sẽ được tạo ra, cho phép các nhóm mô phỏng các tình huống khác nhau (ví dụ: lũ lụt, quá tải thiết bị) và tối ưu hóa thiết kế trong thời gian thực. Dự án Cầu Nile Xanh năm 2025 của Ethiopia sẽ là dự án đầu tiên ở Đông Phi sử dụng bản sao kỹ thuật số để thiết kế giàn.
Khí hậu thay đổi của Đông Phi (lũ lụt thường xuyên hơn, nhiệt độ tăng) đòi hỏi cơ sở hạ tầng có khả năng phục hồi hơn. Cầu giàn thép trong tương lai sẽ là:
Khả năng chống lũ: Cọc sẽ được đóng sâu hơn (lên đến 20 mét) và được gia cố bằng sợi carbon để chịu được dòng chảy mạnh hơn. Kế hoạch Khả năng phục hồi Cơ sở hạ tầng năm 2024 của Tanzania quy định rằng tất cả các giàn vượt sông phải được thiết kế cho mức lũ cao hơn 20% so với mức trung bình lịch sử.
Khả năng chịu nhiệt: Các bộ phận bằng thép sẽ được phủ bằng sơn phản quang nhiệt để chịu được nhiệt độ tăng cao của Đông Phi (có thể đạt tới 45°C ở một số khu vực), ngăn ngừa giãn nở nhiệt và hư hỏng kết cấu.
Khả năng chịu hạn: Đối với các dự án ở những khu vực khô cằn (ví dụ: Hạt Turkana của Kenya), giàn sẽ sử dụng các thiết kế mô-đun có thể tháo rời và di chuyển trong thời gian hạn hán (khi sông cạn và nhu cầu tiếp cận thay đổi).
Để giảm sự phụ thuộc vào các nhà thầu nước ngoài, các quốc gia Đông Phi sẽ đầu tư vào:
Trung tâm sản xuất địa phương: Tanzania, Kenya và Uganda có kế hoạch xây dựng các nhà máy sản xuất linh kiện giàn thép khu vực vào năm 2027, tạo việc làm và giảm chi phí nhập khẩu. Dar es Salaam Steel Works—đơn vị cung cấp các bộ phận giàn của Cầu Magufuli—đã mở rộng để phục vụ thị trường Kenya.
Chương trình đào tạo: Chính phủ sẽ hợp tác với các trường đại học (ví dụ: Đại học Dar es Salaam, Đại học Kenyatta) để cung cấp các khóa học về thiết kế và xây dựng giàn thép, trau dồi lực lượng kỹ sư và kỹ thuật viên địa phương. Dự án Cầu Magufuli đã đào tạo 50 kỹ sư Tanzania về BIM và SHM, những người hiện đang dẫn đầu các dự án cơ sở hạ tầng trên khắp đất nước.
Tiêu chuẩn khu vực: Cộng đồng Đông Phi (EAC) đang phát triển một tiêu chuẩn thống nhất cho cầu giàn thép (dựa trên các thực tiễn tốt nhất của Cầu Magufuli), đảm bảo tính nhất quán về an toàn, độ bền và tuân thủ môi trường trong toàn khu vực. Điều này sẽ đơn giản hóa các dự án xuyên biên giới và thu hút đầu tư quốc tế.
Dự án Cầu Magufuli đã chứng minh rằng cầu giàn thép—khi được thiết kế cho các điều kiện địa phương, tích hợp với công nghệ và phù hợp với các mục tiêu bền vững—không chỉ là các cấu trúc tạm thời. Chúng là chất xúc tác cho sự thành công của cơ sở hạ tầng, vượt qua các rào cản về môi trường và hậu cần để thực hiện các dự án đúng thời hạn, đúng ngân sách và với tác động sinh thái tối thiểu.
Đối với Tanzania và Đông Phi, vai trò của giàn trong Cầu Magufuli là một bản thiết kế cho sự phát triển trong tương lai. Khi khu vực đầu tư vào đường xá, cầu và cảng để thúc đẩy kết nối, cầu giàn thép sẽ vẫn là một công cụ quan trọng—có thể thích ứng với biến đổi khí hậu, được tăng cường bởi công nghệ thông minh và được xây dựng bởi tài năng địa phương.
Cuối cùng, Cầu Magufuli không chỉ là một cây cầu bắc qua Hồ Victoria. Nó là minh chứng cho thấy các giải pháp kỹ thuật sáng tạo—ngay cả những giải pháp “đơn giản” như cầu giàn thép—có thể thay đổi cuộc sống, mở khóa nền kinh tế và xây dựng một tương lai kết nối hơn cho Đông Phi.
Địa chỉ
tầng 10, tòa nhà 1, số 188 đường Changyi, quận Baoshan, Thượng Hải, Trung Quốc
Điện thoại
86-1771-7918-217
