Cầu Brooklyn
Thời điểm: 1869- 83
Địa điểm: Thành phố New York, Mỹ
Cầu có lẽ sẽ không bao giờ xây dựng được bằng kiến thức đơn thuần và kỹ năng khoa học... Niềm tin vào thần thánh và lòng dũng cảm của anh hùng kết hợp trong nhận thức, thiết kế và thi công công trình này.
Ngài Abram. S. Hewitt, nhân dịp khánh thành cầu vào ngày 24/5/1983
Cầu Brooklyn, do bố con xây dựng, là sản phẩm của một cuộc cách mạng: một cuộc khởi nghĩa theo tinh thần tự do bị đàn áp ở Pháp và Đức năm 1830 khiến cho John Roebling phải di cư sang Mỹ năm 1831, cuộc Nội chiến ở Mỹ, trong đó con trai của John là Washington đang là một đại tá, và cuộc Cách mạng công nghiệp, trong nhiều cách là hình ảnh thu nhỏ của bố con Roebling và Cầu Brooklyn.
John Roebling học ngành xây dựng, kiến trúc và triết học ở Berlin, nhưng khi đến Mỹ ông xây dựng một cộng đồng canh nông. Nhận ra những hạn chế thanh đạm của đời sống này, ông trở lại ngành xây dựng, trở thành kỹ sư xây dựng trong công trình kênh đào Pennsyl- vania. Ở đây ông nhận thấy không thể tin được khi chứng kiến dây thừng gai dầu dùng để kéo các xà lan trên các mặt nghiêng ra sao. Tập hợp các bài báo bằng tiếng Đức viết về dây cáp, ông dựng lên một nhà máy dây cáp ở nông trại và sản xuất dây cáp bằng sắt rèn đầu tiên ở Mỹ.
ü Cầu Brooklyn ban đầu chỉ dành cho khách bộ hành, xe do ngựa kéo, và tuyến xe điện ngắn vượt sông Đông. Cận cảnh là cảnh của ga đầu cuối New York khoảng 1883, gần công viên Tòa thị chính.
Luận văn tốt nghiệp của Roebling mang đặc điểm cầu treo ở Bavaria và năm 1844 ông đề nghị xây dựng đường ống treo băng qua sông Allegheny. Tiếp đó là bốn dự án khác ông mới có đơn hàng xây dựng Cầu đường sắt qua thác Niagara năm 1851, và Cầu Ohio ở Cincinnati năm 1856. Nội chiến làm gián đoạn việc thi công Cầu Ohio, cho đến năm 1866 mới hoàn thành. Con trai của Roebling là Washington đóng vai trò quan trọng trong dự án này, mối quan hệ làm việc khiến ta liên tưởng đến Vương quốc Isambard Brunel và bố ông là Marc trong Hầm chui qua sông Thames.
Kế hoạch xây cầu
Ý tưởng xây một chiếc cầu giữa New York và Brooklyn đã được đặt ra trong nhiều dịp, nhưng đến khi hoàn tất Cầu Cincinnati thì quy mô của dự án được xem là bất khả thi. Sông Đông hẹp, thủy triều thất thường, tàu bè tấp nập, vì thế đường bộ phải đủ cao để có đủ khoảng thông thuyền cần thiết cho các cột buồm của tàu qua lọt. Lý lẽ kinh tế biện hộ để xây cầu được nhấn mạnh trong mùa đông 1866- 67 khi sông Đông đóng băng, làm tê liệt phương tiện thủy. Mùa hè năm sau, thông qua một dự luật tiểu bang sáp nhập Công ty cầu New York, ngày 23/5, John A. Roebling được bổ nhiệm làm kỹ sư chính.
ĐỀ xuất của Roebling là cầu treo có nhịp giữa dài 486m (1595ft), lớn hơn Cầu Cincin- nati 50% - cầu dài nhất trước nay. Nhiều người hoài nghi tính khả thi, 2 năm trước sau khi thiết kế được duyệt mới bắt đầu khởi công. Nhiều tuần sau, trong quá trình khảo sát địa điểm, John Roebling bị thương ở chân. Vào thời điểm này người ta không quan tâm đến nguyên nhân, vì ông bất chấp lời khuyên của bác sĩ, dẫn đến cái chết do bệnh uốn ván một vài tuần sau. Ông mất khi 63 tuổi.
ü Washington Roebling là một trong những người tiên phong phát triển giếng chìm. Sơ đồ đơn giản hóa này cho thấy nhiều tay ngoạm, máng nghiêng trút đất đào và thiết bị khác, lần đầu tiên được thi công trong một công trình dưới nước như thế.
Lúc này con trai ông là Washington tiếp tục dự án. Ông đã chuẩn bị chu đáo. Không những đã thi công Cầu Cincinnati và đã học ở Viện bách khoa Rensselaer (trường kỹ thuật xây dựng đầu tiên của Mỹ), ông cũng được gởi sang châu Âu nghiên cứu thi công giếng chìm. Trong khi tính khả thi trong thi công cầu đã được bố ông xác định, những chi tiết và thi công thuộc về công trình của Washington Roebling.
Đào sâu móng
Cũng như nhiều dự án xây dựng, phần lớn đều không nhìn thấy nỗ lực và sáng kiến. Đào sâu làm giếng chìm và đào đất làm móng để xây các tháp cao 82m (268ft) làm gối đỡ cầu bản thân chúng là công việc mang quy mô to lớn khác thường, và chưa từng có vẫn còn khó khăn khi nhận thức đầy đủ về chúng.
Giếng chìm là những hộp kín khí khổng lồ làm bằng gỗ và sắt, hở ở phần đáy sao cho công nhân có thể đào xuống lòng sông. Giống như tàu lớn, giếng chìm làm ở các trụ cầu phải xây dựng trong các xưởng đóng tàu rút cạn nước, hạ thủy sau đó kéo đến vị trí thi công. Gắn vào giếng chìm nhiều lớp đá để cho giếng nặng và chìm xuống vị trí đã chọn. Vật liệu ở phần đáy giếng chìm được đào lên, khiến giếng sẽ định vị từng phân một cho đến vị trí sau cùng. Bằng cách bơm không khí vào trong giếng, không gian làm việc bên trong được điều áp, và hút nước ra, một buồng không khí giúp cho công nhân ra vào. Thân giếng cũng xây dựng bằng khối xây dần dần lên đỉnh để lấy hết lớp vật liệu đào ra ngoài và hình thành các cấu kiện bê tông sau cùng lấp đầy giếng chìm, tạo ra móng để xây các tháp bằng đá hoa cương.
Toàn bộ thao tác không phải không có rủi ro đáng kể và vô cùng bất tiện, mặc dù không hề thiếu nhân công. Có một lần, không khí nén đột ngột bị mất trong giếng chìm hất tung cả cột đá và nước sang một bên và khiến giếng bị lún đáng thương, nhưng may thay không vi phạm nội quy. Ở một dịp khác, một công nhân dùng nến để tìm hộp cơm làm cháy chỗ bít kín ở mối nối trên cấu trúc bằng gỗ. Không khí rò rỉ ra ngoài kéo theo lửa cháy phần gỗ của giếng chìm. Mặc dù nhiều ngày cố dập tắt, dự án chỉ có thể tiếp tục bằng cách làm ngập giếng chìm hoàn toàn. Đối với giếng chìm New York vấn đề này chỉ tránh được bằng lớp lót thiếc bên trong.
ü Ngoài đường xoắn ốc ở nhà thờ ở Manhattan, các tháp của cầu Brook- lyn là kết cấu cao nhất ở New York vào thời điểm này. Năm 1877 cầu cho khách bộ hành lát ván cũng treo giữa các tháp và dành cho công chúng đi lại- nhưng khuyên phụ nữ không nên băng qua.
Áp suất bên trong cao đến mức không thể huýt gió, khi giếng chìm xuống sâu hơn công nhân phải trải qua cảm giác như đã đề cập khi James Eads thi công cầu ở St Louis. Bệnh giếng chìm, hay ''khuỷu ống'' làm mất khả năng hoạt động, thường dẫn đến tử vong mà một số công nhân ngay sau khi rời khỏi buồng áp suất thường hay gặp. Bây giờ chúng ta biết nguyên nhân là do các bọt khí ni-tơ trong máu hay mô. Một bác sỹ trong công ty nhận xét vấn đề là kết quả của sự giảm áp quá nhanh và cũng gần đi đến kết luận có thể phòng tránh ra sao khi ông nhận thấy triệu chứng giảm khi bước trở lại vào buồng. Thậm chí ông còn đề nghị nên xây dựng buồng kín áp suất phía trên mặt đất để điều trị công nhân bị bệnh. Chính Roebling cũng không thoát khỏi, căn bệnh cứ tiến triển do lịch làm việc quá căng thẳng.
Số liệu thực tế
Nhịp giữa: 486m
Tổng chiều dài (kể cả lối vào): 1825m
Chiều cao lòng đương phía trên sông: 41m
Chiều cao các tháp: 82,6m
Cáp: đường kính 40cm
Chi phí: 9.000.000$
Bất chấp tình trạng sức khỏe gần như suy sụp, Roebling vẫn tiếp tục làm việc trong giếng chìm New York, nơi ông chấp nhận tìm kiếm trụ cầu ở lớp cát cứng hơn là làm trụ ở lớp đá chỉ làm tăng nguy cơ cho công nhân vì chịu áp lực lớn hơn và công ty cầu phải tăng thêm chi phí và thời gian thi công. Hơn 2500 người làm công tác làm chìm hai khối móng trong hơn 2 năm.
ü Lối đi nổi tiếng được nâng cao cho khách bộ hành đi ngay giữa trên giằng liên kết cột tổ hợp gồm các sợi cáp treo và cáp nghiêng- mà John Roebling phải thiết kế đủ bền để giữ lòng đường không cần cáp chính.
Cải tiến trong thi công cầu
Cả hai khối móng đều hoàn tất vào tháng 7/1872. Vào thời điểm này, đã kiệt sức và bệnh tật, Roebling phải trở về nhà nghỉ trên cao nguyên Brooklyn. Vợ ông Emily vừa làm phiên dịch vừa làm phái viên, chỉ tiếp một ít phụ tá có năng lực nhất. Mặc dù bệnh tật, ông vẫn phác họa toàn bộ chi tiết thi công cầu, theo dõi tiến độ bằng kính viễn vọng qua khung cửa sổ từ giường bệnh. Cầu thuộc dạng cầu treo cáp thép đầu tiên trên thế giới và tiên phong trong một loạt các chi tiết và kỹ thuật trở thành giải pháp tiêu chuẩn trong thi công cầu sau này.
Nhất là hệ thống kiểu quay và neo bốn cáp treo lớn. Những cáp này gồm 5282 cáp tháp mạ kẽm đánh thành 19 tao sắp xếp lại để tạo ra sợi cáp dày 40cm (15,75cm). Mỗi tao trong một sợi cáp hoàn chỉnh thực ra là dây thép không đứt quãng, dài 298km (185 dặm), kéo dài từ một khối neo, giữa các tháp khối xây, xuống khối neo khác và sau đó vòng trở lại. Ở các khối neo khác, cáp được định vị với những xích sắt khổng lồ buộc vào bốn tấm neo bằng gang gắn chặt vào đá hoa cương. Hệ thống tương tự cũng được áp dụng ở cầu Golden Gate xây dựng vào 60 năm sau, và cầu phía Đông vành đai lớn ở Đan Mạch, ngoài số cáp treo đồ sộ này ra, một loạt cáp sợi cáp tỏa ra từ các tháp, báo trước kỹ thuật thi công cầu đầm kiểu dây cáp treo đương đại.
Thực ra, cầu gồm hai cầu, với một lối đi nâng cao nằm ngay giữa, giữa hai lòng đường. Từ các kẹp quanh cáp chính, cáp treo giàn đỡ sàn cầu. Những cáp này phát triển một hệ mắt lưới với cáp nghiêng, tạo vẻ thẩm mỹ cho cầu. Dọc theo đường giữa, giàn gấp hai lần chiều sâu giàn biên vì tải trọng phụ gia của đường xe điện ở lòng đường bên trong trong thiết kế cầu.
Lễ cắt băng khánh thành cầu tiến hành vào ngày 24/5/1883, có hơn 150.000 người cùng 1500 phương tiện đi qua. Đây là một sự kiện quan trọng, vào ngày này các cơ sở kinh doanh và trường học được nghỉ.
Hiện nay có sáu làn với phương tiện hiện đại, các giàn ngoài đã mở rộng và gia cố bằng tầng phía trên. Cáp treo kiểu móc áo và cáp neo đã được thay thế, nhưng về cơ bản cầu vẫn giữ hình dáng như thiết kế của Roeblings.
