Để cầu thực sự là một công trình kiến trúc

Trong sự phát triển của đô thị, công trình cầu càng ngày càng đóng một vai trò quan trọng. Những cây cầu không chỉ là một công trình giao thông mà trên thực tế đã có nhiều cây cầu trong đô thị trở thành những công trình kiến trúc cảnh quan có giá trị. Bài viết dựa trên những nghiên cứu tổng quan về lịch sử phát triển kiến trúc cầu trên thế giới và thực trạng phát triển cầu ở Việt Nam để phân tích những đặc điểm về kỹ thuật và mỹ thuật đối với kiến trúc cầu. Từ đó, đề xuất các giải pháp thiết kế cầu như một công trình tích hợp các yếu tố kỹ – mỹ thuật mang tinh thần của thời đại.

Cầu trong lịch sử đã khẳng định giá trị nghệ thuật Kiến trúc của nó

Không gian giao thông trong TP được xem như những dòng chảy trong huyết quản của “cơ thể” đô thị. Để cho các dòng chảy đó liên tục lưu thông, không bị tắc nghẽn khi đi qua những dòng sông hay các tuyến đường cắt ngang, người ta buộc phải xây dựng những cây cầu. Đó chính là lý do vì sao cầu đã xuất hiện từ rất sớm trong lịch sử. Cây cầu lâu đời nhất xuất hiện ở Hy Lạp vào khoảng 1300 năm trước công nguyên (TCN). Những chiếc cầu giản đơn đầu tiên (ví dụ như cầu Arkakido, hình 1)  đã được xếp bằng những viên đá vượt qua các con suối nhỏ.

Hình1: cầu Arkakido

Tuy nhiên, nghệ thuật xây dựng cầu  có thể  bắt đầu từ nước Ý và tiếp đó lan tỏa sang khắp Châu Âu, để từ đó hình thành nên cho nhân loại bộ sưu tập những cây cầu nổi tiếng. Đó là cầu Nim ở miền Nam nước Pháp,  được xây dựng từ thời La Mã vào năm 20 trước CN. Cây cầu bắc qua sông Gard, chia thành hai phần, bên trên là không gian giao thông, bên dưới bố trí  các đường ống dẫn nước.

Những cây cầu đã hoàn thành sứ mạng kép của mình, khôi phục những trở ngại của con người khi phải vượt qua những dòng chảy của sông suối, hoặc qua những thung lũng nằm giữa hai ngọn núi. Bằng những kết cấu và vật liệu khác nhau, từ những vòm đá khổng lồ tới những thân cây nhỏ bé đã được con người thiết lập để chiến thắng những trở ngại trên đường. Những kết cấu tường đá chịu lực, cầu treo, từ vật liệu tự nhiên, từ cây và sợi thép… nối từ bên vách đá này sang vách đá kia dưới là  thung lũng đã được sử dụng cho tới tận ngày nay.

Từ thế kỷ 7 trước CN, tại khu vực Lưỡng hà đã xuất hiện những chiếc cầu đá xây cuốn vòm hoặc được thiết kế chịu lực bởi những chiếc vòm lớn bằng gỗ. Muộn hơn chút là một số cầu vòm cuốn được xây dựng từ thời cổ đại La Mã vẫn còn được sử dụng cho tới tận ngày nay. Đó là cầu Fabricius được xây dựng tại TP Rome vào năm 138 trước CN. Là một trong những công trình kiến trúc vĩ đại do người La Mã xây dựng,  trải qua hàng ngàn năm lịch sử, cây cầu này vẫn đứng vững và trở thành một biểu tượng của thành Rome, Ý (hình 2).

Vẻ đẹp đa dạng của các cây cầu gắn liền với các xu hướng kiến trúc qua các giai đoạn lịch sử. Người ta có thể thấy những chiếc cầu của thời kỳ Phục hưng tại Florence và Venise ( Italia). Những người đi du lịch Praha, Tiệp khắc không thể không dừng lại bên chiếc cầu Carlov cổ kính và điệu đà trên sông Vontava ( hình 4). Chiếc cầu này được xây dựng năm 1357 dười triều đại vua Carlo IV. Năm 1683 cầu đã được trang trí lại theo phong cách Baroco với nhiều chi tiết điêu khắc bổ sung.

Hình 4. Cầu Carlov, Praha, Tiệp khắc

Cầu mang vẻ đẹp của sự kết hợp Kỹ – Mỹ thuật

Cầu, với sứ mạng chính là vận chuyển dòng giao thông vượt qua khoảng không gian bị chia cắt (dòng chảy, vực sâu…), nên vẻ đẹp của nó phải hoàn toàn phù hợp với  công năng kỹ thuật. Vẻ đẹp của cầu, cho dù có được trang trí ở mức độ nào đi nữa, thì nó vẫn phải trung thành với vẻ đẹp địch thực của nó: Vẻ đẹp Kỹ- Mỹ thuật. Nếu xét về mặt hình thái kiến trúc kết hợp với kiểu cách chịu lực, có thể chia cầu ra thành một số loại như: cầu dầm, cầu vòm, cầu extradosed, cầu dây văng, cầu dây võng…

Cầu dầm là loại cầu dựa trên kết cầu dầm BTCT hoặc bằng thép. Tùy theo chiều dài, cầu có thể chia thành một nhịp hay nhiều nhịp. Kết cấu loại cầu dầm được thể hiện không phải chỉ ở mặt bên mà còn cả ở mặt đáy cầu. Vì vậy, có nhiều cách xử lý biến thể của loại cầu dầm. Có thể tạo nên mặt đáy cầu khác nhau và các trụ cầu đa dạng về hình thức.

Hình 5. Cầu Cửa Đại, Quảng nam, khẩu độ nhịp dài nhất miền trung với 150m.

Cầu vòm là loại cầu với sơ đồ kết cấu chịu lực là vòm chịu nén và chịu uốn. Trong lịch sử đã hình thành rất nhiều cầu vòm uốn cong bởi các vòm đá, tạo thành kiến trúc rất lãng mạn trên các con kênh, rạch trong thành phố. Có thể bắt gặp những cầu vòm đá cổ điển với nhiều hình thức khác nhau trên các con kênh rạch vào thế kỷ 16 tại Venice – Ý, Saint Petersburg – Nga. Ở giai đoạn sau, nhờ sự tham gia của các kết cầu thép đã tạo nên các kiểu cầu vòm đa dạng gọi là cầu vòm chạy trên và cầu vòm chạy dưới.

Hình 6a/ Cấu vòm chạy trên
Hình 6b/ Cầu vòm chạy dưới

Cầu dây văng  là loại cầu mà các dây văng và trụ tháp tham gia chịu lực kéo, được áp dụng cho các loại cầu có nhịp lớn khoảng từ 200-500m và có thể lớn hơn. Cầu dây văng truyền toàn bộ tải trọng cầu lên các trụ tháp, Có thể có một hoặc hai trụ tháp, đối xứng hoặc phi đối xứng. Cấu trúc các trụ tháp và các dây văng có thể tạo cho cầu dây văng những hình thức kiến trúc đa dạng, mang lại những biểu tượng thẩm mỹ gắn liền với thời đại, tính công nghệ và sự vươn lên trên những thách thức.

Các trụ tháp có thể thiết kế trụ đơn, trụ kép hoặc vòm trụ. Trường hợp sử dụng vòm trụ như cầu Nhật Tân – Hà Nội đã mang tới hình ảnh sinh động của các điểm nhìn chuyển động trên cầu, cũng như các điểm nhìn dưới cầu và từ xa.

Một số cầu dùng hệ dây văng lệch một bên làm cho kiến trúc cầu trở nên rất sinh động.

Hình 8. Cầu Nhật Tân – Hà Nội
Hình 9. Cầu dây văng lệch Trần Thị Lý – Đà Nẵng

Cầu Extradosed là một dạng biến thể của cầu dây văng. Trên thực tế xây dựng cầu, do kinh phí quá lớn của cầu dây văng, do chiều cao trụ tháp có thể bị hạn chế theo một số yêu cầu nào đó, thì người ta ứng dụng một loại cầu cũng có trụ và dây văng nhưng thấp hơn gọi là cầu Extradosed.

Cầu Extradosed được sử dụng khá nhiều ở Việt Nam do tính hiệu quả kinh tế, nhưng do chưa có sự kết hợp với kiến trúc nên nó đơn thuần chỉ như một công trình kỹ thuật. Thực tế xây dựng loại cầu này ở Việt Nam trong những năm qua đã chứng tỏ điều đó (hình 10).

Hình 10. Cầu An Đông – Ninh Thuận

Cầu dây võng là loại cầu bộ phận chịu lực chính là dây cáp giúp cầu có thể vượt được khẩu độ rất lớn mà nhiều dạng kết cấu khác khó đạt được – (hình 11). Cầu treo hiện đại phát triển từ thế kỷ 19, đặc điểm nổi bật là cầu có dầm chủ dạng dàn để tạo ra độ cứng và tạo sự phân bố tải trọng qua thép treo cáp. Vào thế kỷ 19, nước Mỹ là nơi xây dựng nhiều cầu treo nhịp dài nhất, trong đó điển hình là cầu Brooklyn hoàn thành năm 1883 bắc ngang qua sông New York East. Ở châu Âu và châu Á cũng có những cây cầu treo nổi tiếng trên thế giới. Ví dụ cầu Grear Belt East ở Đan Mạch với nhịp chính dài 1624m dầm cứng dạng dầm hộp hoàn thành vào năm 1998 hay cầu Akashi Kaikyo ở Nhật Bản vượt nhịp 1991m.

Hình 11. Kết cấu cầu dây võng
Hình 12. Cầu Akashi Kaikyo, Nhật Bản năm 1998, 3 nhịp 2 chốt (960- 1991- 960)

Để công trình cầu trở thành một tác phẩm kiến trúc

Để công trình cầu trở thành một tác phẩm kiến trúc là điều không đơn giản. Đặc biệt trong thời đại ngày nay, cầu không chỉ là một công trình giao thông, nó còn là một tác phẩm nghệ thuật, một biểu tượng văn hóa maketing hình ảnh đô thị, tinh thần nơi chốn. Trên thế giới, tác phẩm kiến trúc cầu được gắn liền với các KTS nổi tiếng như KTS Santiago Calatrava (Tây Ban Nha) với những cây cầu nổi tiếng của mình.

Ở Việt Nam, trong khoảng chục năm trở lại đây, khi một số  cây cầu trong nước được thiết kế và xây dựng bởi các nhà thầu quốc tế đã mang lại cho các TP những vẻ đẹp riêng đặc sắc, thì chất lượng kiến trúc cầu đã dần dần được quan tâm và cải thiện. Một số cuộc thi tuyển kiến trúc cầu đã có sự tham gia của các KTS kết hợp với các kĩ sư kết cấu để tạo ra những cây cầu vừa hợp lý về kết cấu lại vừa có tính thẩm mỹ cao về kiến trúc.

Sự sáng tạo của KTS trong công trình cầu không phải chỉ là sáng tác các hình thức trang trí, các chi tiết lan can, kiểu đèn…Mà quan trọng hơn là phải tạo ra một giải pháp hình thức độc đáo dựa trên sơ đồ làm việc của hệ thống kết cấu chịu lực của cầu.  Ví dụ, trong thiết kế cầu dây văng hay cầu extradosed, sự cách điệu và xử lý hình khối các tháp chịu lực kết hợp với hệ thống dây văng có thể tạo nên những hình thức mới, đựợc cách điệu từ hệ thống kí hiệu mang ý nghĩa nhân văn và hình tượng văn hóa địa phương (hình 13, 14).

Hình 13. Cầu Nguyễn Tất Thành – Vĩnh Phúc, cầu dây văng, với trụ tháp được cách điệu từ đôi Chim hạc. Giải Nhất thi tuyển Kiến trúc, Hội KTSVN. 2021 – KTS Tạ Yến và công ty cầu APECO
Hình 14. Cầu Bến Rừng dài 4529m, dạng Extradosed với 3 trụ tháp chữ V- biểu tuợng 3 lần chiến thắng trên sông Bạch Đằng. Cầu kết nối Hải Phòng và Quảng Ninh, KTS Tạ Yến và công ty cầu APECO 2021.

Một số cầu vòm có thể tạo nên tiếng nói riêng từ sự kết hợp giữa giải pháp kỹ thuật và nghệ thuật, có sự kết hợp của các yếu tố phụ trợ là ánh sáng và màu sắc.

Hình 15. Cầu Rào 1 – Tp Hải Phòng – cầu vòm thép với 2 cánh hai bên uốn lượn. KTS Tạ Yến và công ty cầu APECO. 2020

Lời kết

Cầu không chỉ là một công trình gắn liền với đời sống kinh tế xã hội của người dân. Nó còn là một phương tiện để lưu thông và là một công trình để kết nối các khu vực vùng miền. Đó là điều hiển nhiên và ai cũng nhìn thấy. Tuy nhiên có một điều còn ẩn chứa trong những cây cầu mà không phải ai cũng nhìn thấu. Đó là giá trị văn hóa – thẩm mỹ mà cây cầu có thể mang lại cho các đô thị, các địa phương với những đặc trưng địa lý, văn hóa lịch sử khác nhau.

Chính vì vậy, sự đầu tư thông minh trong việc xây dựng các cây cầu sẽ gắn liền với tầm nhìn không chỉ xem cầu như một công trình giao thông mà cần phải coi cầu như một công trình, một tác phẩm kiến trúc có sự cộng sinh của các yếu tố kĩ thuật- mỹ thuật, được thiết kế bởi KTS kết hợp với kỹ sư chuyên ngành cầu đường.

ThS.KTS Tạ Yến
Chuyên gia tư vấn Công ty tư vấn công trình Châu Á Thái Bình Dương (APECO)
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 07-2021)


Tài liệu tham khảo:

  1. Nguyễn Viết Trung . Giáo trình thiết kế các phương án cầu:
  2. Nguyễn Viết Trung . Thiết kế cầu treo dây võng
  3. Đào Xuân Lâm – Đỗ Bá Chung: Mỹ học cầu đường
  4. David Blockley: Bridges
  5. Ronald G Knapp, A Chester Ong: Chinese Bridge