Tác giả: Phất Hiểu

[ChanhKien.org]

4. Vẻ đẹp của Điêu khắc và Thần vật

Ở trung tâm của đỉnh vòm cầu An Tế được điêu khắc một hình đầu Thần Long (hoặc Long Vương) nhìn xuống mặt nước, hình dáng như đang hút nước, có thể diễn giải thành “Long Vương trị thủy”.

Cầu An Tế không chỉ có tạo hình đẹp, các cấu kiện phụ trợ cũng rất đáng chú ý. Các cột trụ lan can (trụ vọng) và hàng lan can đều được điêu khắc các hình dạng khác nhau, ví dụ như rồng, các loại thú hút nước và thần thú khác, các cảnh và thần thái khác nhau, sống động như thật. Còn khắc cả hoa, trúc,v.v.

Trong kiến trúc cổ đại của Trung Quốc (các kiến trúc này hoặc bị chôn vùi trong lòng đất hoặc đã bị chìm xuống nước) thường có điêu khắc Thần vật, các công trình xây dựng sau này cũng như thế (đại đa số đã bị phá hủy trong Đại Cách mạng văn hóa). Tôi nhận thấy rằng đây không chỉ đơn giản là những vật trang trí, mà đều là sự tồn tại của vật chất, tôi tin rằng có một lực lượng vô hình đang khởi tác dụng, mà mỗi thứ lại có một tác dụng khác nhau, không thể phá vỡ truyền thống này.

Tôi tin chắc rằng, những gì chúng ta đã biết được hiểu được về cầu An Tế nhất định không phải toàn bộ nội dung của nó, có lẽ vẫn có nhiều điều huyền bí mà con người chưa biết được. Ví như, trong quá trình xây dựng thì mỗi một công đoạn cụ thể được tiến hành như thế nào? Dùng công nghệ kĩ thuật gì? Trong thiết kế có còn tính đến những yếu tố nào khác không? Trong phân tích còn có những nhận thức nào chính xác hơn và tốt hơn không? Ngày lành khởi công được lựa chọn như thế nào? Khởi công và hoàn công có nghi lễ cúng Thần ra sao? v.v.

5. Những lời ca ngợi

Về kỳ tích của cầu An Tế, trong tác phẩm văn bia “Triệu Châu Kiều Minh” của Trung Thư Lệnh Trương Gia Trinh trong năm Khai Nguyên thời Đường Huyền Tông có mô tả như sau: “Cầu Triệu Châu bắc qua sông Hào, là dấu tích của thợ thủ công Lý Xuân đời nhà Tùy. Cầu được xây dựng một cách đặc biệt kỳ lạ, con người không biết nó được xây dựng như thế nào. Hãy thử xem sự kì diệu khi sử dụng đá, những viên đá bằng phẳng, khung vòm to lớn, rộng mở không có trụ,…… lại kỹ càng chi tiết trong việc cắt và chèn các viên đá song song, được mài tỉ mỉ mịn sít……những chốt sắt eo lưng siết chặt các viên đá. Hai vai cầu khoét bốn lỗ (vòm cuốn nhỏ), giúp giảm thiểu sự cuồng nộ của nước lũ”.

Trong cuốn Lịch sử văn minh khoa học Trung Hoa, Joseph Needham (người Anh) đánh giá: “Tại phương Tây cầu vòm cuốn được xem như một kiệt tác vĩ đại, ấy vậy mà Lý Xuân, một thợ thủ công kiệt xuất của Trung Quốc, vào năm 610 đã xây dựng được một cây cầu tỏa sáng như thế, thậm chí đó là cây cầu vòm có kỹ nghệ vượt xa những cầu khác”.

H. Fugl-Meyer một chuyên gia cầu nhận xét: “Cây cầu vòm độc đáo này ở Trung Quốc là một loại vỏ đá mỏng….. kiến trúc cầu vòm ở Trung Quốc, tiết kiệm vật liệu nhất, là một tác phẩm công trình lý tưởng”.

Năm 1991 Hiệp hội kỹ sư và kiến trúc sư dân dụng Mỹ (ASCE) nhận định cầu Triệu Châu chính là di tích lịch sử cổ xưa về công trình kiến trúc của toàn thế giới.

Cầu Triệu Châu được Tổ chức giáo dục khoa học và văn hóa Liên hợp quốc chọn là di sản văn hóa thế giới thứ 95 với tên gọi “Cầu vòm cuốn có vai mở đầu tiên”.

6. Những thăng trầm của cầu An Tế

Các triều đại Đường, Tống, Minh, Thanh về sau đều đã có sửa chữa và bảo trì cầu An Tế.

Trong đó, năm Long Khánh triều Minh, có một chiếc thuyền vận chuyển than củi đang đậu dưới chân cầu đột nhiên bị cháy, làm cầu bị tổn thương nghiêm trọng, chốt sắt bị bong ra, cầu đá sụt lở gây nguy hiểm. Theo ghi chép, từ năm Long Khánh đến năm Vạn Lịch đã tiến hành đại tu cây cầu, sau nhiều năm tu chỉnh, khiến “thắng địa phi lương, y nhiên như cố” (thắng cảnh cầu vẫn như xưa).

Đương nhiên, Trung Cộng cũng tiến hành cái gọi là “tu sửa”, lúc đó thực sự cũng có một nhóm người có nguyện vọng tốt. Năm 1952 đến năm 1956, đã tiến hành một cuộc “đại tu” gây tranh luận, thực tế là cải tạo, cầu sau khi được cải tạo đã không còn ý nghĩa của cầu Triệu Châu nguyên sơ nữa, diện mạo và công nghệ kiến trúc ban đầu của cầu đã thay đổi (cái gọi là “tân trang”)!

Dưới đây là nội dung khảo sát của Bộ văn hóa:

Những điểm chính: Về hình thức bề ngoài “Lấy việc cố gắng hết sức bảo trì kiểu cũ của cầu làm mục đích chính”. Tận dụng hết mức có thể những viên đá cũ của cây cầu ban đầu, thay thế trên 1/3 đá vòm bị hỏng bằng đá mới (điều này là đúng). “Không được để vữa xi măng làm bẩn lớp da mặt dưới của các viên đá vòm”, nhằm bảo trì nguyên dạng của 28 đường vòm cuốn. Về kết cấu, những viên đá vòm sử dụng lại ở phần trung tâm (dầm vòm), vẫn sử dụng kỹ thuật cũ của cầu ban đầu (làm vậy cũng tốt). “Các viên đá vòm lớn nhỏ đã dùng để tạo thành 28 đường vòm đơn, thì phải gia cố phía sau vòm, làm cho chúng trở thành một tổng thể (đã làm thay đổi kết cấu cầu!). Từ việc dùng đá dựa vào đá mà kết dính đổi thành việc dựa vào bê tông cốt thép để kết dính, trên mặt cầu dùng bê tông cốt thép làm mặt đường đi, đá phủ trên mặt vẫn bảo trì nguyên trạng” (Điều này cơ bản chính là đã thay đổi đặc tính kết cấu tổng thể của cây cầu).

Sau đó, phương án cuối cùng đã không dùng đến kiến nghị của các chuyên gia Bộ văn hóa. Một vị phụ trách nói: “Cầu An Tế hiếm có một cơ hội đại tu, phải cân nhắc lâu dài, các viên đá cũ dù cái nào có thể thay hay không cần thay, cứ cố gắng thay mới”. Chính là nói, cần “đại hoán đổi”, cần làm “đại phẫu thuật”, là “vì cân nhắc lâu dài”.

Nội dung chính của phương án thi công của Trung Cộng, tôi tóm tắt như sau: dùng vữa để xây vật liệu đá, dùng áp lực phun xi măng để trám các vết nứt; dùng “xi măng cốt thép (đồng)” thay cho lát vật liệu đá (lớp vòm cuốn). Nó đã thay cho bộ kỹ thuật xây dựng trước đó như “xây khô” kết hợp với việc gia cố bằng “chốt eo sắt, thanh giằng sắt, đá móc”. Đại khái nội dung như sau:

1) Ngoại trừ các phần lộ ra bên ngoài của các vòm cuốn vẫn được kết nối bằng chốt eo sắt để duy trì hình dáng ban đầu, những phần còn lại thì không còn được sử dụng. 2) Ngoại trừ bộ phận mặt ngoài tường trụ ở hai đầu vòm lớn của 23 đường vòm chính và vòm vai ở phía Tây, toàn bộ đều bị đập bỏ, dùng vữa xây lại. Vứt bỏ những viên đá cũ. 3) Lấy lớp đá ghép (đá bảo vệ vòm) đổi thành vòm ghép bằng xi măng cốt thép, mặt đường trên mặt cầu cũng sử dụng xi măng cốt thép, các tấm đá lát ở trên để duy trì cái gọi là “nguyên trạng”, toàn bộ các tấm đá cũ đều được thay hết. 4) Vì một thời gian dài bị phong hóa và ảnh hưởng của các nhiễu động khác, các cấu kiện đá xuất hiện hư hỏng và biến dạng kết cấu, làm cho giữa các viên đá vòm xuất hiện khe hở hoặc sứt mẻ ở mức độ khác nhau, sau khi phun vữa xi măng mác cao, thì nội hàm của phương pháp xây khô đã bị thay đổi. Đồng thời, vữa xi măng đối với vật liệu đá có tính ăn mòn, bên dưới vòm cầu hằng năm xuất hiện hiện tượng kiềm hóa (ô nhiễm hóa học đã xuất hiện).

Lương Tư Thành, một chuyên gia xây dựng nổi tiếng, người đã từng vì chuyện Mao Trạch Đông phá bỏ tường thành cổ và lầu cổng thành của Bắc Kinh mà cảm thấy đau lòng. Đối với việc tu sửa cầu An Tế, chủ trương của ông là bảo trì diện mạo cũ của cầu, nhưng cũng chủ trương sử dụng cấu trúc bê tông cốt thép và vữa trám lại các vết nứt để gia cố. Có thể nhận thấy ông chưa thực sự lĩnh hội được hoặc chưa thực sự coi trọng các giá trị nội tại của cầu An Tế, hoặc chí ít mức độ nhận thức của ông chưa đủ.

Dù cho là bê tông cốt thép mác cao có thể khá kiên cố, nhưng lại có thể bị ảnh hưởng của ăn mòn hóa học, e rằng tuổi thọ không vượt quá một trăm năm. Và loại kết cấu đổ bê tông thành khối thế này chẳng phải sẽ tạo khó khăn cực lớn cho việc trùng tu cây cầu này sao? Tất cả đều dính thành một khối thì tu bổ như thế nào?

Đối với việc kết dính bằng hồ vữa, cường độ vữa và cường độ kết dính giữa các mặt tiếp xúc với đá, có cao hơn cách “xếp khô” hay không?

7. Lời kết

Phương pháp cầu vòm cuốn tại nước ta đã xuất hiện từ rất sớm. Khoa học kỹ thuật của Trung Quốc cổ đại khá phát triển, như công trình thủy lợi Đô Giang Yển đã có lịch sử 2300 năm, tuổi thọ rất dài. Hoàn toàn không phải là “Trung Quốc cổ đại lạc hậu” như tuyên truyền của tà đảng Trung Cộng.

Cái gọi là “quyết sách đa nhân tố thiết kế tối ưu hóa” của khoa học hiện đại chỉ là “lựa chọn tối ưu một phương án” trong nhiều phương án. Nhưng ngoài những phương án được chuẩn bị cho lựa chọn này, có thể vẫn còn những phương án tốt hơn, ví dụ ở mỗi hạng mục công nghệ kỹ thuật có thể còn có phương pháp tốt hơn nhưng vẫn chưa được nêu ra. Cho nên, những đánh giá tối ưu chỉ có thể là “chọn tướng từ những người lùn” (tức là chọn người tốt trong những người không tốt). Còn thiết kế của nghệ nhân Lý Xuân đều là những lựa chọn tốt nhất về mọi phương diện, kể cả việc tôn trọng truyền thống, kính Thần, đây mới là sự tối ưu hóa thực sự.

Tóm lại, những đặc điểm kỹ thuật của cầu An Tế được tổng hợp lại như sau: (15 mục)

Nhịp lớn, chiều cao vòm thấp, độ dày của vòm mỏng, vai mở, diện tích nước đi qua lớn nhất, xây khô, vòm bảo vệ vòm, các vòm sắp xếp dựa vào nhau, thiết kế lực hướng tâm, chốt eo sắt, thanh giằng, đá móc, chạm khắc hoa văn dày đặc, không ô nhiễm, tôn kính Thần.

Trong 15 mục đặc điểm kỹ thuật này, không có mục nào là không tốt.

Còn những đặc điểm của cuộc “đại tu” của Trung Cộng thì sao: 1) Không tôn trọng di tích cổ, bất kính với tổ tiên, cần “làm đại phẫu thuật”; 2) Không trân trọng đá cũ, toàn bộ năm đường vòm cuốn phía Tây bị dỡ bỏ và xây lại; vứt bỏ đá cũ, toàn bộ những viên đá cũ đã bị thay hết. Những viên đá cũ bị thay hết và các viên đá thô dự phòng đó có thể sẽ không đau lòng sao? 3) Một số chất trong vữa xi măng sẽ có tác dụng ăn mòn đá, vốn có tính phá hoại. 4) Lãng phí nguyên vật liệu, làm tăng trọng lượng cầu. Mặt cầu được rải bê tông, nhưng lại đặt các viên đá lên đó nói là “bảo trì nguyên trạng”. 5) Bê tông cốt thép và phun xi măng đã thay thế công nghệ ban đầu, phá hỏng cơ chế tuyệt vời của cầu.

Cuộc đại tu “thiện ý” của Trung Cộng, nguyện vọng chủ quan của những người tham gia là tốt, nhưng lại thay đổi cơ chế và nội hàm của cầu An Tế. Các triều đại trước đây đều không thay đổi kỹ thuật xây dựng của cầu, đều tôn trọng di tích cổ, chỉ có Trung Cộng là ngoại lệ.

Có bình luận nói rằng, cầu Triệu Châu sau khi tu bổ, đã mất đi dáng vẻ duyên dáng và nét độc đáo của cây cầu cổ, bê tông cốt thép đã khiến cây cầu mất đi linh hồn.

Cái gọi là “cân nhắc lâu dài” kỳ thực không hề có “cân nhắc lâu dài”. Vì cây cầu này đã đi qua hơn 1340 năm (đến năm 1952 bắt đầu đại tu), và sau “đại tu” ai có thể bảo đảm nó có thể đi thêm bao lâu nữa?

Điều này cũng khó trách, bởi vì người hiện đại đã không còn biết về văn hóa và kỹ thuật truyền thống của Hoa Hạ là xuất sắc ra sao! Chỉ có tìm về truyền thống, mới là con đường lớn quang minh, mới là con đường liên thông với trời!

Cầu An Tế đã tồn tại và được sử dụng hơn 1340 năm, bản thân điều này chính là lời giải thích tốt nhất về văn hóa khoa học kỹ thuật truyền thống Trung Hoa. Và việc tu sửa cải tạo cầu An Tế của Trung Cộng thực tế chính là một dẫn chứng về việc phá hoai truyền thống.

Cây cầu An Tế thực sự đã không còn tồn tại nữa, cầu Triệu Châu hiện tại, có thể nói chỉ là “danh tồn thực vong” (chỉ còn cái tên tồn tại, cây cầu thực sự đã không còn).

(Trung Cộng hiện tại đã không còn sử dụng cây cầu này nữa, cây cầu hiện chỉ còn được coi như một địa điểm du lịch để kiếm tiền).

Tầng thứ bản thân hữu hạn, nếu có chỗ chưa thỏa, xin từ bi chỉ chính.

Dịch từ: https://big5.zhengjian.org/node/281447

Tác giả: Phất Hiểu

[ChanhKien.org]

Phi lương khí thế hoành,

Bích thủy ảnh đỉnh khung;

Đăng kiều đạp thản lộ,

Tạo hóa nhất kì công!

Diễn nghĩa:

Vòm cầu bay lên không trung với khí thế lớn,

Làn nước trong xanh phản chiếu mái vòm;

Lên cầu bước trên con đường bằng phẳng,

Thật là một kỳ công của tạo hóa!

Tạm dịch:

Cao vút cầu sừng sững

Nước biếc in đỉnh trời

Trên cầu đường rộng rãi

Tạo hóa một kỳ công

Cầu Triệu Châu, nguyên trước đây gọi là cầu An Tế, có lịch sử lâu đời, nổi tiếng khắp gần xa. Cầu tọa lạc trên sông Hào (âm đọc 淆 xiáo) cách thị trấn Thành Nam, huyện Triệu, tỉnh Hà Bắc khoảng 2,5 km, là một cây cầu vòm xây bằng đá, người dân địa phương gọi là Đại Thạch Kiều, do nghệ nhân Lý Xuân của triều đại nhà Tùy thiết kế và xây dựng, được hoàn thành vào khoảng năm Kiến Nghiệp thứ sáu (năm 605), đến ngày nay, cây cầu này đã có hơn 1400 năm lịch sử, là cây cầu vòm đá lâu đời nhất trên thế giới vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay.

Về nghệ nhân Lý Xuân, chỉ biết rằng ông là người huyện Lâm Thành, thị trấn Hình Đài, tỉnh Hà Bắc, ngoài ra không thấy có ghi chép nào về cuộc đời của ông trong sử sách.

Tại sao cầu Triệu Châu lại nổi tiếng như vậy? Chỗ huyền diệu bí ẩn của nó ở đâu? Chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về nó.

Cầu Triệu Châu là cây cầu vòm đá nhịp đơn có khẩu độ lớn, mặt cầu gần như có mức ngang bằng với mặt đường, khá rộng (đạt 9 mét), được xây bằng một loại đá sa thạch xanh xám tại địa phương. Mặt cầu dài hơn 50 mét, độ dài của vòm cầu hơn 37 mét, qua đây ta có thể thấy Hào Thủy là một dòng sông khá rộng. Cầu Triệu Châu thật sự rất đẹp, cũng rất khí thế, cây cầu như một dải cầu vồng vắt qua hai bờ sông Hào Thủy.

Tuy nhiên, dù sao thì đây cũng chỉ là cảm quan, điều tuyệt diệu hơn có lẽ chính ở ý tưởng tài tình, thiết kế thần kỳ và kỹ thuật xây dựng độc đáo của cây cầu này.

1. Thiết kế vòm cuốn một nhịp khẩu độ lớn (vòm vòng cung)

Giả sử thiết kế một cây cầu nhịp đơn “vòm bán nguyệt”, với khẩu độ nhịp lớn như vậy ắt phải làm mặt cầu cao như ngọn núi nhỏ, thêm vào đó khi độ dài vòm cung lớn hơn sẽ làm tốn nhiều lượng đá xây cầu hơn, trọng lượng câu khi này cũng tăng lên, những khối đá bên dưới sẽ phải chịu áp lực lớn hơn, cuối cùng tăng độ nguy hiểm; tính nguy hiểm trong thi công lớn, hơn nữa vì vòm xây cao nên tính ổn định của cầu trở nên cực kém. Người đi qua cầu sẽ gặp khó khăn hệt như leo núi vậy, vì vậy để khắc phục việc xây cầu cao người ta chỉ có thể thiết kế thêm nhiều những nhịp vòm hình bán nguyệt nhỏ. Tuy nhiên nếu thiết kế thêm nhiều nhịp bán nguyệt cũng sẽ làm hao phí lượng lớn vật liệu đá, độ khó trong thi công cũng lớn, mà lại còn làm giảm đáng kể lưu lượng dòng chảy (do phải đặt trụ đá ở lòng sông), thuyền lớn không cách nào đi qua; việc đặt trụ đá còn tăng lực cản dòng nước, sức nước tác động vào trụ cầu theo hướng ngang từ đó tăng lên, làm tăng nguy cơ bị nước lũ phá hủy (Điều này làm tôi nhớ đến chính sách trị thủy với tư duy bại não của Trung Cộng là “Nghiêm phòng tử thủ” (canh phòng nghiêm ngặt và tử thủ), “Dĩ thủy vi địch” (coi nước lũ như kẻ thù), “triệt giang đoạn lưu” (ngăn sông cắt đứt dòng chảy)).

“Vòm cuốn một nhịp khẩu độ lớn” mà Lý Xuân thiết kế có các ưu điểm như: giúp giảm đáng kể chiều cao vòm so với vòm bán nguyệt, khiến cho mặt cầu gần như ngang bằng với mặt đường ở hai bên bờ sông, độ dài vòm cuốn nhờ vậy được rút ngắn, lượng đá giảm, trọng lượng trở nên nhẹ hơn, áp lực lên các khối đá cũng giảm, tính ổn định cao. Với một nhịp cầu đơn khẩu độ lớn như vậy, mặt dưới vòm cầu hoàn toàn thông thoáng, khiến cho dòng nước lưu thông không bị cản trở, thuyền lớn cũng có thể đi qua.

Nói đến lợi ích của việc “giảm độ cao cho vòm”, tôi muốn dẫn đến một tham số “tỉ lệ phẳng E” (thực tế thì cổ nhân không có cách nói như thế này, mà là một kiểu tư duy còn kỳ diệu hơn). Tỉ lệ phẳng E được tính bằng cách lấy chiều cao H của vòm chia cho một nửa chiều dài của nhịp cầu 0,5L. Giá trị thu được từ phép tính này sẽ nằm trong khoảng từ 0 – 1, thông thường giá trị này càng nhỏ thì cấu trúc cầu vòm càng tốt, như vậy chiều cao vòm cầu sẽ thấp, chiều dài cầu cũng sẽ ngắn, tiết kiệm vật liệu, trọng lượng nhẹ, áp lực nhỏ, nhưng giá trị này nếu bằng 0 thì lại không được, sẽ không phải là vòm nữa. Tuy nhiên nếu giá trị này thấp quá thì e rằng cũng không tốt, những khối đá có thể dễ bị rớt xuống, nên cần phải tính toán sao cho giá trị này ở điểm tối ưu. Cá nhân tôi cho rằng, về mặt tiếp xúc của các khối đá làm cấu trúc mái vòm phải thật chặt, lực ép trên dưới nên được chia đều, để tránh trường hợp đáng tiếc xảy ra. Độ cao của mái vòm cầu An Tế là H = 7,23m, chiều dài nhịp cầu chính là L=37,47m (có nơi nói là 37,04m), tỉ lệ phẳng E = 0,38. Tôi phát hiện, điểm giá trị 0,38 này, lại hầu như chính là phần bù của 0,618 trong khoảng từ 0 đến 1, tức là khoảng cách giữa đỉnh vòm bán nguyệt đến “vòm vòng cung” là 0,618! Đây chính là “điểm vàng”! Làm sao lại vừa khéo như vậy?

Theo tài liệu thống kê của Bách khoa thư (Wikipedia), thì tỉ lệ phẳng của cầu An Tế là xếp số một trong ngành cầu toàn thế giới. Rốt cuộc thì nghệ nhân Lý Xuân làm sao có thể nghĩ ra được thiết kế của cây cầu vòm cao này, đến nay vẫn không có cách nào biết được.

Thật ra khái niệm về tỉ lệ phẳng được định nghĩa như trên là chưa thỏa đáng. Theo ý nghĩa của vật lý học mà giảng thì lẽ ra trị số càng lớn thì phải càng phẳng, nhưng nó đang là ngược lại. Tôi định nghĩa nó thành: E = (0,5L – H)/0,5L. Như vậy, khi chiều cao vòm H bằng bán kính của vòm bán nguyệt 0,5L, thì sẽ không có độ phẳng (lúc này cầu là dạng hình bán nguyệt), tỉ lệ phẳng sẽ là 0; khi chiều cao vòm H giảm, trị số (0,5L – H) sẽ dần dần tăng thêm, tỉ lệ phẳng sẽ tăng (sẽ càng phẳng hơn), hợp với logic, như vậy mới phù hợp với thực tế. Theo cách tính này, tỉ lệ phẳng của cầu An Tế E = 0,614 (cực kỳ gần với điểm vàng là 0,618). Tỉ lệ phẳng có giá trị lớn nhất là 1, lúc này độ cao của vòm sẽ bằng 0, tức là không còn cấu trúc mái vòm nữa, sẽ ngang với mặt nước. Cả hai loại định nghĩa đều không ảnh hưởng đến thực chất của vấn đề.

Khẩu độ nhịp của cung vòm – dầm Cầu An Tế dài, có độ dày của vòm là 1,32m, con số này so với độ dài cung vòm khoảng 43m thì thật sự quá mỏng.

2. Vai thoáng “mố vòm trống”

Hai bên vai cầu (gọi là mố cầu) có những vòm thoáng, những vị trí đó thông thường được xây kín bằng đá, nhưng cầu An Tế lại không xây kín mố cầu, mà làm thêm những vòm cuốn nhỏ cho phép lợi dụng không gian. Mỗi bên mố cầu làm thêm một vòm lớn và một vòm nhỏ, tổng có bốn vòm, gọi là “vai thoáng mố vòm trống”, giúp tiết kiệm vật liệu đá, giảm bớt trọng lượng của cầu. Ước tính lượng đá tiết kiệm được lên đến 180 khối, trọng lượng cầu giảm nhẹ được từ 500 – 700 tấn. Cầu nặng có vẻ như ổn định, nhưng thời gian lâu dễ dẫn đến sụt lún, ngoài ra việc lực ép lên vật liệu đá tăng nên dễ bị hư hỏng, hơn nữa “xây mố kín” thì sức nước khi lũ lụt đẩy vào mặt hông cầu sẽ lớn hơn. Vào mùa lũ khi mực nước lũ dâng cao, bốn cái vòm này có thể cho dòng nước qua, làm giảm lực đẩy của nước tác động lên thân cầu, giảm khả năng nước lũ tràn lên bờ, nhờ đó tăng hệ số an toàn của cầu An Tế, nhất cử đa đắc (làm một việc mà được nhiều lợi ích)!

Có người nói loại cầu có kết cấu “mố vòm trống” này, ở nước ngoài như tại Châu Âu đến thế kỷ 14 mới xuất hiện, đó là cây cầu Céret Devil trên sông Teches nước Pháp, được xây sau cầu An Tế hơn 700 năm, nhưng đã bị phá hủy từ lâu.

Từ mặt cắt ngang mà nhìn (theo hướng trục của dòng sông), cầu An Tế có diện tích không lớn, trên dưới vô cùng hẹp, ngoại trừ phần diện tích lớn chiếm bởi mặt sườn của đường đi và lan can cầu ra, chỉ có một thanh dầm hình cong rất hẹp. Với thiết kế như vậy, cho dù mực nước lũ có dâng cao, cũng có thể giảm thiểu tối đa lực cản lên dòng nước, giảm thiểu tối đa sức nước lũ đánh vào hông cầu.

Tuy chiều cao vòm cầu An Tế không cao, nhưng bởi vì khẩu độ nhịp lớn nên ở giữa vẫn đủ cao, vì thế thuyền lớn đi qua không gặp vấn đề gì.

Tôi cho rằng tính ổn định của những cây cầu xây bằng đá không phải do trọng lượng vô cùng lớn của nó, mà là vì kết cấu “phẳng” của diện tích mặt bên, kết cấu hình vòm, độ cao vòm nhỏ và kỹ thuật xây dựng khéo léo. Chúng ta sẽ cùng phân tích phía dưới đây.

“Kết cấu vòm” khiến cho dưới tác dụng của trọng lực, lực giữa các viên đá sẽ được truyền tải đến hai đầu móng của cầu, giữa các khối đá sẽ phát sinh “lực nén” chứ không phải lực kéo, mà đá lại chịu lực nén khá tốt, đây là đặc tính cơ học của đá. Điều này cũng chính là nguyên nhân vì sao phần đỉnh của những khoang ngầm xây dưới lòng đất (đường hầm, đường hầm lò) thường được xây với cấu trúc mái vòm.

3. Hai mươi tám đường vòm cuốn hẹp xếp song song

Cầu An Tế, chân vòm rộng 9.6m, đỉnh vòm rộng 9m, làn giữa dành cho ngựa và xe qua lại, hai làn hai bên dành cho người đi bộ, đây là cây cầu tương đối rộng rãi. Để xây dựng được một cây cầu rộng như vậy quả thực cần khá nhiều đá. Trong phương pháp xây dựng thông thường, từng viên (viên đá) sẽ được xếp so le theo hàng ngang trên dưới, nhằm đạt được tác dụng vững chắc tổng thể, có thể gọi tên là “kiểu liên kết dọc”. Nhưng cấu trúc vòm của cầu An Tế lại không sử dụng phương pháp này, mà sử dụng cấu trúc “kiểu song song”, tức là 28 đường vòm cuốn hẹp được sắp xếp song song khít nhau, mỗi đường rộng khoảng 350mm.

Tại sao phải dùng kết cấu tổ hợp nhiều đường vòm cuốn hẹp song song như vậy? Bản thân tôi cho rằng, bởi vì đây là kết cấu cầu vòm một tầng (trên mặt cầu có rải một lớp đá bảo vệ vòm cầu), “kiểu liên kết dọc” trong xây cầu gần như không có ý nghĩa gì lớn, mà ngược lại rất khó thi công, sửa chữa cũng khó khăn. Nhưng “kiểu song song” thì lại dễ dàng hơn nhiều, khối đá nào bị hỏng, thay đi cũng dễ dàng. Với kiểu xếp liên kết dọc thành một khối hợp nhất, bề ngoài có vẻ như kiên cố nhưng độ giòn lớn, nếu gặp chấn động mạnh (như động đất) có khả năng dễ bị tổn hại.

Khung xương của cầu An Tế – dầm vòm, được xây bằng những viên đá sa thạch, ghép hết sức khít vào nhau, không dùng bất cứ loại vật liệu kết dính nào như vữa, cách xây này gọi là “xây khô”, vô cùng ngăn nắp sạch sẽ, không giống như những cách xây tường xây nhà thông thường. Tính ổn định và tính kiên cố của nó chỉ dựa vào đặc tính cơ học của kết cấu hình vòm, dựa vào lực nén giữa các viên đá với nhau để duy trì sự cân bằng, nếu gặp phải nhiễu động tạo nên lực kéo ngoài ý muốn, thì có thể khiến cho giữa các viên đá xuất hiện khuynh hướng tách rời ra. Giữa các vòm kết nối hướng ngang cũng không có vữa kết dính.

Để loại bỏ những nguy hiểm tiềm ẩn của khả năng tách rời của 28 đường vòm hẹp song song, thiết kế của Lý Xuân đã sử dụng các biện pháp như sau:

Hai đầu vòm hơi rộng ra, thu hẹp dần về phía trung tâm vòm, tính ra trung tâm hẹp hơn hai đầu 0,5m. Điều này giúp cho mái vòm dưới tác dụng của trọng lực có phân lực (lực hướng tâm) nghiêng về phía trong, thúc đẩy các đường vòm ở giữa áp sát vào nhau hơn! Đúng là một ý tưởng hay! Về hình trạng thì giống như vòng eo của con kiến “đại lực sĩ”, vòng eo của con người cũng là hình dáng thu nhỏ lại như thế. Có lẽ hình dáng này thường sinh ra các đặc điểm cơ học như vậy.

Dọc theo nhịp cầu cứ cách một đoạn cự ly ngắn được bố trí một thanh giằng thép, tổng cộng năm thanh, xuyên theo hàng ngang 28 đường vòm cuốn, hai đầu thanh giằng có khóa hình bán nguyệt lộ ra bên ngoài khối đá, kẹp chặt 28 đường vòm cuốn cố định giống như được cột chặt vào nhau. Trong các đường ngầm của hầm mỏ, có một kỹ thuật hỗ trợ đóng thanh neo tại đỉnh và bên hông và thêm phun bê tông, cũng là nguyên lý như vậy.

Dầm vòm được ghép thành bằng những viên đá lớn, độ dày khoảng 1 mét, phía trên mặt được phủ một lớp đá mỏng (dựa theo vòm), cũng có thể gọi là “đá bảo vệ vòm”, độ dày khoảng 0,3m, được xếp so le với hàng phía dưới. Hai lớp hợp lại thành độ dày của vòm dầm là 1,32m. Ở hai lớp đá bảo vệ vòm hẹp ngoài cùng, có sáu viên “đá móc” bố trí cách xa nhau, móc vào các khối đá của vòm chính để chúng “không thể tách rời”. (Xem hình dưới)

Để loại bỏ nguy cơ tiềm ẩn tách rời ra theo hướng dọc của đường vòm:

Hai mặt ngoài cùng của vòm lớn, giữa các viên đá liền kề được sử dụng hai bộ “chốt eo sắt” để liên kết ở bên ngoài (kiểu nối đinh tán). Còn ở bên trong các đường vòm, thì tại phía lưng vòm cuốn giữa hai viên đá liền kề được tán bằng chốt eo sắt, liên kết lại với nhau. Như vậy có thể tăng cường tính tổng thể của vòm và cường độ chịu lực, đặc biệt là gia tăng khả năng lực kéo của vòm, vì tính kháng lực kéo của vật liệu thép rất ưu việt, để dự phòng những tình huống bất ngờ khiến vòm chịu lực kéo. Ở giữa đường vòm nhỏ cạnh nhau, bên hông mỗi viên đá xây vòm đều được khắc hoa văn tinh tế, để tăng hệ số ma sát giữa các đường vòm với nhau (mặt hông) (dường như rất nhỏ).

Những biện pháp này làm dầm cầu liên kết thành một khối, tăng cường lực cho dầm, tăng tính ổn định và an toàn cho dầm.

Theo tư liệu, cầu An Tế (cầu Triệu Châu) trải qua 10 lần lũ lụt, tám trận chiến loạn và rất nhiều trận động đất, bao gồm trận động đất mạnh 7,2 độ richter vào năm 1966 ở Hình Đài, trận động đất này cách cầu Triệu Châu chỉ 40km, mà không hề bị sập.

(Còn tiếp)

Dịch từ: https://big5.zhengjian.org/node/281447