Cuộc chuyển nhà lớn

Việc di dời nhịp cầu giàn dài 1100 feet để xây dựng cầu đường vòng là một cột mốc quan trọng khác trong nỗ lực thay thế cây cầu Sellwood 87 năm tuổi của Quận Multnomah. Nhịp cầu giàn được di chuyển vào thứ Bảy, ngày 19 tháng 1 năm 2013. Việc di chuyển nó về phía bắc đã tạo không gian để xây dựng cây cầu Sellwood mới theo đúng vị trí của cây cầu cũ.

Nhịp cầu giàn nặng 3400 tấn là một trong những phần cầu dài nhất từng được di chuyển. Tuổi đời và hình dạng của giàn cầu, kết hợp với đường đi cong của quá trình di chuyển, đã khiến đây trở thành một công việc vô cùng phức tạp.

Việc thiết lập cầu đường vòng đòi hỏi cầu Sellwood phải đóng cửa đối với tất cả người sử dụng – ô tô, người đi bộ và người đi xe đạp – từ ngày 17 đến ngày 23 tháng 1. Ban đầu, nhóm dự án đã lên kế hoạch đóng cửa cầu đến ngày 24 tháng 1, nhưng cầu đã được mở cửa sớm hơn một ngày sau khi việc di dời thành công.

Việc di dời thực tế chỉ mất khoảng 14 giờ, nhưng cần thêm vài ngày đóng đường để lắp đặt các đường nối ở mỗi đầu nhịp cầu giàn và hoàn tất việc kiểm tra kỹ lưỡng cầu tạm trước khi đưa vào sử dụng. Hiện tại, cầu tạm đang phục vụ giao thông cho ô tô, xe đạp và người đi bộ qua sông cho đến khi cầu Sellwood mới được khánh thành vào mùa hè năm 2015.

Giải thích về cách di chuyển cầu

Xin cảm ơn kỹ sư Ed Wortman của Hạt Multnomah đã cung cấp bản tóm tắt sau đây mô tả về việc di dời cây cầu.

Nhịp giàn thép của Sellwood

• Nhịp cầu giàn thép hiện có là một cấu trúc liên tục dài khoảng 1100 feet (khoảng 400 mét).
• Cấu trúc này là một giàn liên tục bốn nhịp. Kết cấu thép bao gồm bốn nhịp giữa các trụ đỡ nhưng liên tục trên toàn bộ chiều dài 1100 feet mà không có khớp nối hay khe co giãn.
• Kết cấu giàn liên tục bốn nhịp cực kỳ hiếm gặp. Chúng tôi chỉ biết đến một vài công trình khác tương tự ở Hoa Kỳ. Nhà thiết kế của Sellwood, Gustav Lindenthal (kỹ sư cầu đường nổi tiếng thế giới đến từ New York), đã chọn thiết kế giàn liên tục để giảm thiểu lượng thép. Ngân sách eo hẹp đòi hỏi một thiết kế tiết kiệm.
• Ban đầu, giàn cầu được đỡ bởi năm trụ bê tông, ba trụ nằm dưới sông và hai trụ ở bờ đông và bờ tây. Chiều dài của bốn nhịp từ tây sang đông lần lượt khoảng 245 feet, 300 feet, 300 feet và 246 feet.
• Tại mỗi trong năm trụ cầu, giàn cầu được đỡ bởi hai gối đỡ bằng thép lớn, một gối đỡ nằm dưới phía bắc của giàn cầu và một gối đỡ nằm dưới phía nam.

• Các bộ phận riêng lẻ của giàn thép được chế tạo vào năm 1924 tại Công ty Sản xuất Judson ở Emeryville, California. Cầu Sellwood là một trong những cây cầu thép lớn đầu tiên ở khu vực Portland được chế tạo ở Bờ Tây. Các cây cầu thép cũ hơn cầu Sellwood thường được chế tạo ở Pennsylvania hoặc các tiểu bang phía đông khác.

  

Tại sao phải di chuyển giàn mái?

• Cấu trúc giàn Sellwood đã được di chuyển (hay "dịch chuyển", theo cách nói của các kỹ sư và đội xây dựng) sang một vị trí mới ở phía bắc cây cầu hiện tại để làm công trình đường vòng tạm thời trong khi cầu Sellwood mới được xây dựng tại vị trí ban đầu.
• Tại vị trí mới, giàn mái được đỡ bởi năm trụ thép tạm thời. Nhà thầu đã lắp đặt các trụ thép mới với khoảng cách tương tự như các trụ bê tông hiện có. Các trụ thép mới đỡ giàn mái tại 10 điểm chịu lực (hai điểm mỗi trụ) giống như vị trí đỡ của các trụ bê tông ban đầu.
• Toàn bộ giàn cầu dài 1100 feet, gồm bốn nhịp, đã được di chuyển ngang đến vị trí mới như một khối thống nhất. Cầu được di chuyển theo phương ngang, chứ không phải theo phương thẳng đứng.
• Trong khi việc di dời các cây cầu ngắn khá phổ biến, việc di dời một cây cầu nhiều nhịp dài như vậy thành một khối duy nhất là điều cực kỳ hiếm gặp. Xét đến sự hiếm hoi của các cây cầu bốn nhịp, việc di dời cây cầu Sellwood có thể là lần đầu tiên một hoạt động như vậy được thực hiện đối với một công trình thuộc loại này. Việc so sánh với các dự án tương tự rất khó tìm thấy.
• Do vị trí cần thiết của các đường dẫn tạm thời phía đông và phía tây đến cầu vòng, vị trí của giàn sau khi di chuyển bị "lệch" so với hướng ban đầu. Đầu phía đông của giàn di chuyển về phía bắc khoảng 33 feet và đầu phía tây di chuyển về phía bắc khoảng 66 feet. Điều này có nghĩa là giàn đã di chuyển theo một đường cong trong quá trình dịch chuyển.

Ai đã di chuyển nhịp giàn?

• Công tác dịch thuật được thực hiện bởi hai nhà thầu hợp tác với nhau: Liên doanh Slayden/Sundt và Omega Morgan. Omega Morgan là một nhà thầu phụ của Oregon làm việc cho Slayden/Sundt.
• Liên doanh Slayden/Sundt là đơn vị quản lý xây dựng/tổng ​​thầu (CMGC) cho toàn bộ dự án thay thế cầu Sellwood. Liên doanh này bao gồm Slayden, một nhà thầu xây dựng công trình nặng có trụ sở tại Stayton, Oregon, và Sundt, một nhà thầu tổng thầu có trụ sở tại Arizona.
• Công ty Slayden/Sundt (SSJV) chịu trách nhiệm tổng thể về hoạt động dịch thuật và thực hiện một phần công việc liên quan đến dịch thuật bằng đội ngũ và thiết bị của riêng họ.

• Omega Morgan là một nhà thầu có trụ sở tại Hillsboro, chuyên vận chuyển và xử lý thiết bị và công trình nặng. Là một nhà thầu phụ, Omega Morgan đã cung cấp thiết bị chuyên dụng cho công tác vận chuyển, đồng thời lập kế hoạch và chỉ đạo hoạt động vận chuyển.

  

Phương pháp và thiết bị

• Vì nhịp giàn liên tục trải dài toàn bộ chiều dài 1100 feet, nên việc hỗ trợ giàn tại 10 điểm chịu lực chính (hai điểm mỗi trụ) trong suốt quá trình di chuyển là rất quan trọng. Nếu không, khả năng chịu tải của các bộ phận giàn có thể bị vượt quá.
• Để hỗ trợ giàn tại tất cả 10 điểm chịu lực trong quá trình dịch chuyển, nhà thầu đã lắp đặt các "dầm dịch chuyển" bằng thép từ năm trụ bê tông cũ đến năm trụ thép tạm thời mới.
• Hai dầm dịch chuyển được sử dụng tại mỗi trụ cầu để phục vụ cho thiết bị "trượt" (hoặc di chuyển) của Omega Morgan. Một dầm dịch chuyển được đặt ở mỗi bên (phía đông và phía tây) của các gối đỡ giàn trên trụ cầu.
• Thiết bị của Omega Morgan đã nâng giàn khỏi các trụ bê tông, sau đó trượt giàn dọc theo các dầm dịch chuyển đến các khung đỡ tạm thời bằng thép. Các kích thủy lực đẩy giàn trong suốt hành trình. Omega Morgan đã sử dụng thiết bị này thường xuyên cho các hoạt động như di chuyển các sà lan mới đóng tại Cảng Portland và bốc dỡ cần cẩu container lên sà lan tại các cảng. Một số thiết bị tương tự đã được sử dụng để bốc dỡ nhịp vòm của cầu Sauvie Island mới lên sà lan vào năm 2007 để chuẩn bị vận chuyển đến vị trí xây cầu.
• Để chuẩn bị cho thao tác trượt giàn, Omega Morgan trước tiên đã lắp đặt các "dầm ray" hình chữ U lên trên các dầm chuyển vị từ các trụ bê tông đến các khung thép. Các tấm đệm Teflon được dán vào các dầm ray để tạo bề mặt trượt trơn tru.
• Để nâng và trượt giàn cầu, Omega Morgan đã sử dụng các “dầm trượt” tiêu chuẩn của họ. Các dầm trượt là các khối thép hình dạng giống ván trượt dài 4,3 mét, trượt trên các tấm đệm Teflon trong các dầm ray. Bốn dầm trượt được sử dụng tại mỗi trụ bê tông, với hai dầm trượt nằm ở gối đỡ cầu phía bắc và hai dầm trượt ở gối đỡ cầu phía nam. Tại mỗi gối đỡ cầu, hai dầm trượt được đặt trên các dầm ray ở phía đông và phía tây của gối đỡ.
• Đối với công trình Sellwood, mỗi dầm trượt có hai kích thủy lực đặt thẳng đứng với tải trọng 150 tấn để nâng giàn khỏi các trụ bê tông và hạ xuống các trụ thép tạm thời. Với hai dầm trượt tại mỗi gối đỡ, điều này có nghĩa là bốn kích thủy lực nâng giàn tại mỗi gối đỡ.

• Vì tổng cộng có 10 gối đỡ (hai gối đỡ mỗi trụ), nên đã sử dụng 40 kích để nâng giàn cầu. Tại mỗi trong ba trụ cầu bắc qua sông, trọng lượng của giàn cầu (bao gồm cả mặt đường bê tông) khoảng 900 tấn. Tại mỗi trụ cầu ở hai đầu, trọng lượng của cầu khoảng 340 tấn. Tổng trọng lượng của nhịp giàn cầu ước tính khoảng 3400 tấn.

  

• Để chuẩn bị cho các hoạt động nâng và di chuyển, nhà thầu đã lắp đặt các “khung đỡ” bằng thép được thiết kế riêng tại mỗi gối đỡ giàn (tổng cộng 10 khung đỡ). Các khung đỡ này chịu trọng lượng của giàn từ gối đỡ đến bốn kích nâng.
• Để di chuyển các dầm trượt và giàn dọc theo các dầm đường ray, Omega Morgan đã sử dụng 10 kích thủy lực đặt nằm ngang có tải trọng 75 tấn để đẩy các dầm trượt phía nam. Các dầm trượt phía bắc và dầm trượt phía nam được buộc lại với nhau để đảm bảo chúng di chuyển đồng bộ.
• Các kích đẩy được gắn vào đầu sau của các dầm trượt và đẩy vào các kẹp ở hai bên của các dầm ray. Do bề mặt trơn nhẵn được tạo ra bởi các miếng đệm Teflon trên các dầm ray, chỉ cần một phần nhỏ công suất của kích đẩy là đủ để di chuyển giàn. Các kích đẩy cũng có thể được sử dụng để kéo ngược lại trong trường hợp một dầm trượt di chuyển quá xa.
• Do cầu đường vòng không thẳng hàng với cầu ban đầu, giàn cầu di chuyển theo một đường cong. Các dầm thép dịch chuyển được thiết kế để tính đến độ cong này. Giàn cầu dịch chuyển sang ngang khoảng 33 feet northward ở đầu phía đông và 66 feet ở đầu phía tây.
• Để di chuyển giàn khung dọc theo đường cong, Omega Morgan điều khiển các kích đẩy sao cho các kích ở đầu phía tây đẩy nhanh gấp đôi so với các kích ở đầu phía đông, trong khi các kích ở ba điểm còn lại đẩy với tốc độ tỷ lệ thuận. Để thực hiện điều này, Omega Morgan đã sử dụng một "bộ nguồn điều khiển kỹ thuật số" để kiểm soát lượng chất lỏng thủy lực cung cấp cho mỗi kích.

Theo dõi sự di chuyển

Kết cấu giàn di chuyển với tốc độ khác nhau dọc theo từng cặp dầm tịnh tiến để di chuyển theo đường cong. Omega Morgan và nhà thầu chính theo dõi tiến độ của kết cấu giàn theo hai cách:

• Với các dấu hiệu trên các thanh dịch chuyển hoặc thanh ray. Trước khi bắt đầu dịch chuyển, mỗi thanh được đánh dấu để cho biết giàn đã di chuyển được bao xa tại bất kỳ thời điểm nào. Trong quá trình dịch chuyển, Omega Morgan định kỳ dừng di chuyển giàn để nhân viên xác định vị trí của giàn trên mỗi thanh. Vị trí thực tế được so sánh với các số liệu trên "bảng bù" để đảm bảo giàn đang di chuyển với tốc độ mong muốn trên mỗi thanh.
• Một nhà thầu phụ khảo sát trên mặt đất đã theo dõi vị trí của các mục tiêu tại các điểm tựa trên giàn.

Giám sát bổ sung cho giàn mái

Giàn Sellwood là một cấu trúc dài, mảnh mai với độ bền vốn có hữu hạn. Các thanh giàn có thể bị hư hại nếu giàn bị uốn cong hoặc xoắn quá mức trong quá trình dịch chuyển. Một số biện pháp đã được thực hiện để giảm thiểu nguy cơ hư hại:

• Một công ty kỹ thuật thuộc nhóm của Quận đã phân tích giàn để xem nó có thể bị uốn cong hoặc xoắn đến mức nào mà không gây hư hại. Dựa trên kết quả phân tích, "giới hạn dung sai" đã được thiết lập cho mức độ biến dạng cho phép từ uốn cong theo phương thẳng đứng, uốn cong theo phương ngang và xoắn.
• Trong quá trình dịch chuyển, nhóm nhà thầu đã sử dụng ba phương pháp để kiểm tra mức độ biến dạng của giàn:

1. Đánh dấu trên các dầm dịch chuyển hoặc dầm ray như đã mô tả ở trên. Nhóm nhà thầu định kỳ kiểm tra vị trí thực tế của giàn dọc theo các dầm so với các số trên "bảng độ lệch" để xem giàn có nằm trong giới hạn cho phép về độ uốn ngang hay không.
2. Các thiết bị laser được gắn vào chính giàn mái với các chùm tia laser được căn chỉnh dọc theo giàn. Nhà thầu giám sát các chùm tia laser tại mỗi điểm đỡ của giàn để đảm bảo giàn luôn thẳng hàng theo chiều dọc cũng như chiều ngang.
3. Khảo sát trực quan do nhà thầu phụ thực hiện với thiết bị được lắp đặt trên bờ. Chương trình khảo sát nêu trên đã cung cấp dữ liệu về hình dạng cũng như vị trí của giàn.

• Ngoài việc đội ngũ nhà thầu kiểm tra biến dạng, nhân viên Quận Multnomah cũng đã thực hiện những việc sau:

• Khảo sát bằng GPS do nhóm kỹ sư của Quận thực hiện.

• Đo biến dạng bằng cảm biến trên các thanh giàn. Một công ty kỹ thuật địa phương chuyên giám sát ứng suất trong cầu và các công trình khác đã lắp đặt các cảm biến biến dạng điện tử trên các thanh giàn quan trọng. Các cảm biến này đo lường sự biến dạng của các thanh trong quá trình dịch chuyển. Các kỹ sư trong nhóm của Quận đã đặt ra giới hạn về lượng biến dạng cho phép.

Gắn giàn vào các trụ cầu đường vòng.

Sau khi giàn cầu được đặt vào vị trí cuối cùng phía trên các trụ cầu đường vòng, nhịp cầu được hạ xuống khoảng hai inch (khoảng 5cm) lên các gối đỡ tạm thời. Các kích nâng thẳng đứng 150 tấn trên các dầm trượt được sử dụng để hạ nhịp giàn cầu. Các gối đỡ tạm thời là các tấm thép được lắp đặt ở độ cao thích hợp để đỡ nhịp giàn cầu.

Tại trụ cầu Detour số 19 (ở giữa giàn và sông), các thanh dẫn hướng bằng thép gắn vào các gối đỡ trên đỉnh trụ cầu bao quanh các gối đỡ của giàn để giữ chúng không di chuyển theo bất kỳ hướng nào. Tại bốn trụ cầu tạm thời khác, các gối đỡ của giàn được giữ cố định bằng các thanh dẫn hướng ở phía bắc và phía nam nhưng được phép trượt qua lại theo hướng đông/tây khi giàn giãn nở và co lại do thay đổi nhiệt độ. Để cho phép các gối đỡ của giàn trượt tự do trên các gối đỡ trên đỉnh trụ cầu, các tấm đệm Teflon được đặt trên các tấm thép không gỉ giữa các bề mặt gối đỡ.

Cầu Sellwood cũ cũng được thiết kế để cho phép sự giãn nở và co lại tự nhiên vài inch. Đối với cây cầu cũ, các con lăn bằng thép được sử dụng để cho phép chuyển động theo hướng đông/tây thay vì các tấm đệm Teflon.

Kiểm tra an toàn sau khi di chuyển

Ngay sau khi việc dịch chuyển hoàn tất và trước khi cho phép phương tiện giao thông công cộng lưu thông trên cầu giàn, một nhóm các chuyên gia kiểm định cầu giàu kinh nghiệm từ một công ty tư vấn ở vùng Tây Bắc đã kiểm tra cấu trúc để xem có bất kỳ hư hại nào xảy ra trong quá trình di chuyển hay không. Nhóm kiểm định này rất quen thuộc với cầu giàn Sellwood vì họ đã kiểm tra nó nhiều lần trong những năm qua, bao gồm cả một cuộc kiểm tra "trước khi dịch chuyển" để thiết lập cơ sở cho cuộc kiểm tra sau khi dịch chuyển.