Cầu Golden Gate
Thời điểm: 1933 – 37
Địa điểm: San Francisco, Mỹ
Cầu lớn nhất thuộc loại này xưa nay chưa từng xây, với các tháp thép cao nhất xưa nay chưa từng dựng, với các sợi cáp dài nhất, lớn nhất xưa nay chưa từng giăng và khối neo bê tông khổng lồ nhất xưa nay chưa từng đổ.
John Van Der Zee,1986
Vô số trở ngại thiên nhiên ngăn cản việc thi công Cầu Golden Gate ở lối vào vịnh San Francisco. Địa điểm xây dựng chỉ cách một phay động đất lớn chỉ có 20 km (12 dặm) và ngó trực tiếp ra Thái Bình Dương. Tải trọng địa chấn, sóng thủy triều, các dòng hải lưu và tác động của gió cấp 7 đến cấp 10 đặt ra nhiều yêu cầu chưa từng có đối với cả kết cấu hạ tầng dẫn kết cấu thượng tầng. Thế nhưng, khi hoàn tất, nhịp giữa các tháp dài đến 1280m (4200ft), lớn hơn bất kỳ cầu treo nào khác trên thế giới vào thời điểm này.
Joseph Strauss, kỹ sư trưởng, chỉ có số kiến thức khiêm tốn nhất trong khóa đào tạo kỹ sư xây dựng chính quy nhưng vô cùng kinh nghiệm thực tế trong thiết kế và thi công cầu khi làm việc cho Công ty sắt thép New Jersey trước khi đề xuất thiết kế cầu của chính mình. Ông gia nhập vào nhóm thiết kế của Charles Ellis, một giáo sư kỹ thuật xây dựng ở đại học Illinois, và của Leon Moissieff, nhà thiết kế Cầu Man- hattan bắc qua sông Đông ở New York.
Thiết kế sau cùng chứng minh kỹ thuật xây cầu đã tiến bộ đến mức nào trong 20 năm trước. Nghiên cứu về đo đạc và phân bố tải trọng gió được hợp nhất trong thiết kế, cũng áp dụng tiến bộ trong ngành luyện kim, kéo và căng cáp. Thế hệ trước đây gồm các loại cầu có chức năng cứng nhắc và kiên cố đã nhường bước cho thế hệ mới có đặc điểm mềm và trang nhã.
ü Cầu Golden Gate nhìn về phía nam hướng về San Francisco. Các kỹ sư phải tính đến khả năng xảy ra động đất và tác động của gió cấp 7 đến cấp 10 khi xây dựng kết cấu trang nhã này.
Số liệu thực tế
Tổng chiều dài: 2740m
Nhịp đơn dài nhất: 1280m
Độ cao các tháp: 225m
Chi phí: 27 triệu $
Trụ cầu và khối neo
Thi công cầu không phải công việc dành cho những kẻ nhát gan. Các tháp thép - mỗi tháp nặng khoảng 22.200 tấn và chịu đựng lực 61.500 tấn từ cáp - vươn cao đến 150m (500ft) bên trên lòng đường, bản thân lòng đường cách mặt nước đến 75m (245ft). Móng tháp cách mực nước trung bình đến 34m (110ft).
Móng trụ tháp San Francisco là một trong những vấn đề thi công phức tạp nhất. Địa điểm xây dựng hầu như nằm giữa biển, nên phải xây một kết cấu phòng vệ bằng bê tông để có tác dụng như một đê quai sau đó xây trụ cầu trong đê quai này. Thi công bên dưới mực nước với mặt bằng có diện tích bằng sân bóng quả là một kỳ công. Trước tiên, dùng thuốc nổ để đào lớp đá để xây trụ cầu, thuốc nổ bỏ vào trong ống, hẹn giờ kích nổ tự động. Đây là công việc rất nguy hiểm, cũng như lúc dựng cầu cạn thi công kéo dài từ bờ biển ra đến điểm thi công trụ cầu dài đến 335m (1100ft). Bão, thủy triều và tai nạn tàu thuyền đều làm chậm tiến độ.
Khi vòng phòng vệ được hàn kín hoàn toàn, đặt 20m (65ft) bê tông dưới nước để làm móng. Nước bơm hết ra ngoài, chừa lại một lỗ trống hình bầu dục trong đó công nhân làm việc. Để đảm bảo đáy đại dương đủ sức chịu tải, các kỹ sư nghĩ đến một móng đá sử dụng các giếng trong bê tông để kiểm tra tám buồng thép có hình mái bát úp rộng 4,5m (15ft) nằm trên đáy đại dương. Sau khi họ cảm thấy hài lòng, giếng và buồng kiểm tra được tháo cạn và đổ bê tông.
Thành hệ đá ở cạnh Marin lại khác hoàn toàn. Ở đây, đê quai được lắp vào để tạo ra một nền khô từ đó sa thạch và đá phiến sét có thể bóc hết để lộ lớp đá rắn để làm trụ tháp. Ở một số nơi, khoan và nổ mìn diễn ra bên dưới mực nước đến 10m (33ft) bên ngoài đê quai trước khi gặp được lớp móng vững chắc thích hợp.
Đào đất cũng tiến hành dưới nước ở các sườn đồi để làm các chỗ neo cáp treo cầu. Những chỗ neo này sử dụng một lực kéo đến 280.000kN, và để trung hòa lực khổng lồ này, xây dựng mỗi chỗ neo trong ba khối xây liên kết, cao dần như bậc thang.
Tháp
Tháp thép là tháp cao nhất và lớn nhất thế giới, là thử thách lớn trong khâu sản xuất. Chân tháp làm bằng các tấm thép và thép góc, tán đinh rivet tại xưởng để hình thành một thiết kế nhiều ngăn. Để kiểm tra độ thẳng và chính xác khi sản xuất, 60% trong một chân tháp tán đinh rivet với nhau ở các xưởng sản xuất ở Pennsylvania. Do kích thước quá lớn nên công đoạn này thực hiện ngoài trời. Sau đó tháo dỡ ra, vận chuyển bằng đường sắt và đường thủy qua kênh đào Panama đến bờ Thái Bình Dương.
ü Thi công trụ cầu và tháp cầu: máy trục nâng cao các tấm thép định hình của tháp cùng với kết cấu.
Tháp đặt trên 19 tấm nền, mỗi tấm dày 125mm (5in). Mỗi tấm thép định hình được một máy trục di động khổng lồ đặt vào vị trí di chuyển dọc theo tháp. Từng tấm được ráp lại, kiểm tra, nếu không hoàn hảo, phải hạ xuống đất để điều chỉnh. Đinh tán rivet được nung bằng than lò rèn đặt trên giàn giáo bên ngoài tháp, được chuyển đến qua một ống nén khí để được lắp vừa khít vào lỗ và rèn cho chảy vào vị trí.
ü Căng cáp để treo cầu: cáp chuyền từ khối neo đến bờ, qua các tháp và trở ngược lại theo vòng liên tục.
ü Sàn cầu bằng thép được ráp bằng những tấm thép định hình và từ các hướng ra ngoài.
Công việc rất căng thẳng và nguy hiểm. Thợ tán đinh phải làm việc bên trong lẫn bên ngoài tháp, thường trong tình trạng tranh tối tranh sáng ngột ngạt. Tiếng ồn rất khủng khiếp, nhiều người bị bệnh do khói từ sơn chì đỏ bốc lên khi đinh tán nóng chạm vào những phần đã sơn.
Cáp
Khi tháp hoàn tất, cáp dùng để treo sàn cầu, do Công ty Roebling cung cấp và lắp đặt. Từ khối neo ở mỗi bờ, cáp thép được quấn vào cuộn chở đến vị trí và kết lại thành tao, sau đó tạo mặt vát và neo qua các thanh thép uốn tròn ở hai đầu vào bờ. Mỗi cáp có hơn 25.000 sợi thép đánh thành 61 tao, bó kết lại với nhau bằng kích thủy lực.
Ở đỉnh mỗi tháp, lắp một gối tựa dây cáp dạng yên ngựa trên các bạc đạn khổng lồ để tạo độ mềm khi tháp và cáp phản ứng trước những thay đổi về ứng suất và nhiệt độ. Gối tựa yên ngựa bắt bulông định vị sau khi đã căng cáp. Tác dụng của nhiệt độ đối với các sợi cáp dài dễ nhìn thấy bằng độ căng tương đối của cáp vào sáng sớm và căng hơn nữa vào giữa trưa. Dải có khía được kẹp quanh mỗi cáp dọc theo chiều dài của cáp sao cho cáp thanh treo có thể lắp vừa. Từ những thanh treo đôi này treo kết cấu thép gối lòng đường, từ tháp phát triển ra phía ngoài.
Cả thợ cáp và thợ thép đều làm việc có lưới an toàn, lần đầu tiên sử dụng trong một dự án xây dựng lớn. Lưới an toàn cứu mạng cho 19 người, nhưng vào ngày 17/2/1937, chỉ vài tháng trước khi hoàn tất công trình, lưới bị gãy khi sàn công tác sử dụng để tháo khuôn gỗ từ bên dưới bòng đường rớt, giết chết 10 người.
Dự án vẫn hoàn thành sớm. Phủ lớp sau cùng một loại sơn của hãng International Or- ange và khánh thành cầu vào ngày 27/5/1937: 200.000 khách bộ hành đi bộ qua cầu sau đó mới đến các loại phương tiện. Hiện nay Cầu Golden Gate vẫn được xem là biểu tượng trong thiết kế cầu.
ü Một trong hai tháp kiểu cổng mở khổng lồ để chống đỡ cầu. Vào thời điểm này xây Cầu Golden Gate, những tháp này được xem cao nhất và lớn nhất thế giới.
