Tweet
Nhà chống động đất ở Việt Nam
(28-07-2004) (Cầm Văn Kình)
Kỹ sư Nguyễn Văn Mẫn, cán bộ nguyên công tác ở Viện Khoa học giao thông vận tải đã xây dựng xong một ngôi nhà cứu nạn (chống động đất, lũ quét, gió lốc...) ở Gia Lâm, Hà Nội. Công nghệ xây dựng nhà cứu nạn này đang được giữ kín vì tác giả của nó đang đợi Cục Sở hữu công nghiện cấp bằng sáng chế.
Từ cầu áp lực đất đến ý tưởng nhà cứu nạn
Đầu năm 1994, một cây cầu áp lực đất "thuần Việt" gọn nhẹ mang tên Tây Ninh có tính năng chống các chấn động từ nền đất không bền vững đã được đưa vào sử dụng tại Thạch Thất, Hà Tây. Cây cầu gồm bốn khổ, khẩu độ 14m, mặt làm bằng bêtông liên hợp có tải trọng đủ cho đoàn xe 10 tấn và từng chiếc xe nặng 60 tấn đi qua.
Trông đơn giản nhưng phải mất bốn năm nghiên cứu, kỹ sư Nguyễn Văn Mẫn mới biến ý tưởng một cây cầu chống động đất của mình trở thành hiện thực. Cây cầu áp lực đất không đòi hỏi vật liệu cũng như thiết bị thi công mới, được làm bằng xi-măng cốt thép bình thường nhưng thiết kế với một số cấu trúc đặc biệt nhằm giảm sự tác động của những cơn địa chấn (nếu có) như: không cố định vĩnh cửu phần móng cầu với nền đất mà dùng các khớp nối và những thanh kèo xiên đặc dụng để truyền áp lực tải trọng từ trên xuống móng cầu; vẫn giữ cố định những điểm kết nối đảm bảo cầu không bị cuốn trôi trong điều kiện bão lũ... Điểm quan trọng nhất là tính toán, định dạng hai bên mố cầu sao cho tương ứng với các chấn động và đảm bảo sự cân bằng hai đầu để không làm biến dạng cây cầu khi bị lực nhiều phương từ các phương tiện vận tải truyền xuống.
Cầu áp lực đất.
Ưu điểm của sáng chế loại cầu áp lực đất do kỹ sư Mẫn nghiên cứu và ứng dụng là khả năng thiết kế cầu ngay cả trên các nền địa chất yếu, đất bị lún với tải trọng tùy mức độ yêu cầu. Do khai thác được áp lực ngang của nền đất nên công đoạn xử lý móng cầu áp lực đất không đòi hỏi mất nhiều công sức như các loại cầu khác, thời gian thi công giảm một nửa và chi phí giảm 35 - 40%!
Bộ Giao thông vận tải đã đồng ý cho kỹ sư Mẫn áp dụng nghiên cứu của mình vào việc xây dựng một số cầu từ năm 1993, đến nay cầu áp lực đất đã chứng minh được tính ưu việt và vẫn đang được sử dụng. Cục Sở hữu công nghiệp sau quá trình xem xét đã cấp bằng bảo hộ độc quyền sáng chế cầu áp lực đất cho ông Nguyễn Văn Mẫn.
Ngay sau khí áp dụng thành công loại cầu chống các chấn động từ nền đất, kỹ sư Mẫn đã lao ngay vào ý tưởng tạo một ngôi nhà an toàn không chỉ trong các cơn địa chấn mà còn có khả năng chống lại một số thiên tai hay xảy ra tại Việt Nam như lũ quét gió bão, đất lở... Và cuối cùng, sau hơn bảy năm tìm tòi, nghiên cứu, ông đã thành công.
Công nghệ mới, dễ thực hiện
Trong lịch sử, đã có hơn 1.000 trận động đất ở Việt Nam được ghi nhận. Lần đầu tiên là vào năm 1653 ở Thanh Hóa khiến vua Lê Chúa Trịnh hoảng hốt. Có hai trận động đất mạnh khác vào năm 1935 (ở Điện Biên) và 1983 (Tuần Giáo, Lai Châu). Cùng với động đất, từ năm 1992 - 1998 đã ghi nhận được 20 vụ nứt đất ở các tỉnh Đác Lắc. Đồng Nai, Bình Dương... Đáng chú ý nhất là vết nứt ở xã Xà Bang, huyện Châu Thành, Bà Rịa - Vũng Tàu tháng 8-1993: dài 176m, rộng 1m và sâu 25m.
Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu thiết kế các công trình chống động đất. Tại Nhật, khi làm móng cao ốc các kỹ sư đã tạo một hệ thống giảm chấn, theo đó nền nhà trước khi nối xuống đất sẽ đi qua một lớp tấm đệm lò xo dày tùy theo độ cao của tòa nhà. Còn tại Pháp nguyên lý cũng tương tự nhưng người ta thay lớp lò xo đặc dụng bằng các loại cao-su, lốp ô-tô nhồi đất để chống động đất.
Tuy nhiên, theo kỹ sư Mẫn, các công trình kiến trúc theo các phương pháp trên sẽ chỉ được giảm chấn ở phần nền, còn phần khung, tường phía trên sẽ phải chịu toàn bộ các lực nghiêng, kéo theo chiều của lò xo nên rất có thể gây các vết nứt nguy hiểm, thậm chí gãy đôi nhà.
Theo phương pháp của ông, nhà cứu nạn cũng được thiết kế giảm chấn dựa theo lực đàn hồi của các vật liệu co giãn. Tuy nhiên, nhà cứu nạn không dùng vật liệu đàn hồi trên toàn bộ mặt bằng công trình mà chỉ dựa trên phần khung nhà.
Nhà chống động đất.
Ông Chấn nói: "Các nước chống chấn động cho nhà bằng cách dàn vật liệu đàn hồi trên toàn diện tích, còn tôi chỉ cần làm trên chu vi. Nền đàn hồi sẽ gồm hai phần chính: hệ trục giảm chấn (bao gồm hai thanh giảm chấn nằm vuông góc ở mỗi tầng) và những tâm đàn hồi. Nguyên lý trượt ngang cũng được áp dụng. Khi có động đất, do nền nhà cứu nạn không bắt chặt với mặt đất nên trước tiên ngôi nhà sẽ trượt cùng hướng với chiều chấn động, sau đó các tấm đàn hồi sẽ phát huy tác dụng, cuối cùng là trục giảm chấn sẽ giữ vững cấu trúc, hình dáng ngôi nhà và giảm chắn trên từng tầng".
Theo quan điểm của kỹ sư Mẫn, những nghiên cứu chống động đất từ trước đến nay chưa thành công là do các nhà khoa học chưa tính được hết hệ lực tính, cường dộ cũng như vị trí tác động các lực của vỏ trái đất lên ngôi nhà (khi có động đất). Nhờ hệ thống giảm chấn, với thiết kế kín, chuyên biệt theo nghiên cứu của ông Mẫn, nhà cứu nạn còn có thể tránh được các thảm họa khác có hệ lực co kéo mạnh theo nhiều phương như gió lốc, lũ quét...
Để xây dựng nhà cứu nạn, giống như cầu áp lực đất, không cần vật liệu đặc biệt, chỉ cần một chuyên gia để thiết kế khung thép, chỉ số kỹ thuật, độ dài của khung... Ngoài các chỉ số bắt buộc như: cường độ chịu lực của hệ khung phải đáp ứng từ 300-350kg/cm2 (nhà bình thường chỉ khoảng 200kg/cm2), mức chịu lực của tấm đàn hồi từ 80-100kg/cm2 cùng một số bí quyết công nghệ khác, còn lại về cơ bản, nguyên vật liệu, cách xây dựng là không khác so với ngôi nhà bình thường hiện nay. Toàn bộ chi phí cho một ngôi nhà cứu nạn, tùy địa điểm cũng như yêu cầu của gia chủ, sẽ đắt gấp rưỡi so với xây nhà bình thường.
Tự bỏ tiền xây xong một ngôi nhà cứu nạn tại Gia Lâm (Hà Nội), ông Nguyễn Văn Mẫn cho biết đã rút ra được nhiều kinh nghiệm thực tế. Theo ông, trên thế giới chưa có ai công bố về một thiết kế giống nhà cứu nạn của ông. Hiện ông đã gửi bản vẽ chi tiết các thông số kỹ thuật, báo cáo khoa học lên Cục Sở hữu công nghiệp để được xem xét cấp bằng bảo hộ độc quyền. Nếu nghiên cứu này được ứng dụng đại trà có kết quả, đây chắc chắn sẽ là một công trình có ý nghĩa rất lớn đối với vùng núi phía bắc nước ta và vùng đồng bằng sông Cửu Long hay bị lũ lụt.
CẦM VĂN KÌNH
Trên thế giới có hai vành đai động đất lớn, thường có các trận địa chấn mạnh trên 8 độ Richter là vành đai dãy Alpes xuyên Á và vành đai Thái Bình Dương. Việt Nam tuy không nằm trong hai vành đai trên nhưng bản thân cũng có đới động đất riêng do những đường đứt gãy kiến tạo địa tầng. Mạnh và thường xuyên nhất là đới Tây Bắc (từ Sơn La đến Thanh Hóa), tiếp theo là đới sông Hồng và sông Cả, ít xuất hiện hơn là đới Cao Bằng - Quảng Ninh, Nam Quảng Trị... Một trận động đất cỡ 7,2 độ Richter có sức chấn động bằng 62 quả bom nguyên tử Mỹ đã bỏ xuống Hiroshima (Nhật). Cả nước ta hiện có 15 trạm quan trắc dự báo động đất nhưng do trang thiết bị còn kém nên hiệu quả rất thấp.
(28-07-2004) (Cầm Văn Kình)
Kỹ sư Nguyễn Văn Mẫn, cán bộ nguyên công tác ở Viện Khoa học giao thông vận tải đã xây dựng xong một ngôi nhà cứu nạn (chống động đất, lũ quét, gió lốc...) ở Gia Lâm, Hà Nội. Công nghệ xây dựng nhà cứu nạn này đang được giữ kín vì tác giả của nó đang đợi Cục Sở hữu công nghiện cấp bằng sáng chế.
Từ cầu áp lực đất đến ý tưởng nhà cứu nạn
Đầu năm 1994, một cây cầu áp lực đất "thuần Việt" gọn nhẹ mang tên Tây Ninh có tính năng chống các chấn động từ nền đất không bền vững đã được đưa vào sử dụng tại Thạch Thất, Hà Tây. Cây cầu gồm bốn khổ, khẩu độ 14m, mặt làm bằng bêtông liên hợp có tải trọng đủ cho đoàn xe 10 tấn và từng chiếc xe nặng 60 tấn đi qua.
Trông đơn giản nhưng phải mất bốn năm nghiên cứu, kỹ sư Nguyễn Văn Mẫn mới biến ý tưởng một cây cầu chống động đất của mình trở thành hiện thực. Cây cầu áp lực đất không đòi hỏi vật liệu cũng như thiết bị thi công mới, được làm bằng xi-măng cốt thép bình thường nhưng thiết kế với một số cấu trúc đặc biệt nhằm giảm sự tác động của những cơn địa chấn (nếu có) như: không cố định vĩnh cửu phần móng cầu với nền đất mà dùng các khớp nối và những thanh kèo xiên đặc dụng để truyền áp lực tải trọng từ trên xuống móng cầu; vẫn giữ cố định những điểm kết nối đảm bảo cầu không bị cuốn trôi trong điều kiện bão lũ... Điểm quan trọng nhất là tính toán, định dạng hai bên mố cầu sao cho tương ứng với các chấn động và đảm bảo sự cân bằng hai đầu để không làm biến dạng cây cầu khi bị lực nhiều phương từ các phương tiện vận tải truyền xuống.
Cầu áp lực đất.
Ưu điểm của sáng chế loại cầu áp lực đất do kỹ sư Mẫn nghiên cứu và ứng dụng là khả năng thiết kế cầu ngay cả trên các nền địa chất yếu, đất bị lún với tải trọng tùy mức độ yêu cầu. Do khai thác được áp lực ngang của nền đất nên công đoạn xử lý móng cầu áp lực đất không đòi hỏi mất nhiều công sức như các loại cầu khác, thời gian thi công giảm một nửa và chi phí giảm 35 - 40%!
Bộ Giao thông vận tải đã đồng ý cho kỹ sư Mẫn áp dụng nghiên cứu của mình vào việc xây dựng một số cầu từ năm 1993, đến nay cầu áp lực đất đã chứng minh được tính ưu việt và vẫn đang được sử dụng. Cục Sở hữu công nghiệp sau quá trình xem xét đã cấp bằng bảo hộ độc quyền sáng chế cầu áp lực đất cho ông Nguyễn Văn Mẫn.
Ngay sau khí áp dụng thành công loại cầu chống các chấn động từ nền đất, kỹ sư Mẫn đã lao ngay vào ý tưởng tạo một ngôi nhà an toàn không chỉ trong các cơn địa chấn mà còn có khả năng chống lại một số thiên tai hay xảy ra tại Việt Nam như lũ quét gió bão, đất lở... Và cuối cùng, sau hơn bảy năm tìm tòi, nghiên cứu, ông đã thành công.
Công nghệ mới, dễ thực hiện
Trong lịch sử, đã có hơn 1.000 trận động đất ở Việt Nam được ghi nhận. Lần đầu tiên là vào năm 1653 ở Thanh Hóa khiến vua Lê Chúa Trịnh hoảng hốt. Có hai trận động đất mạnh khác vào năm 1935 (ở Điện Biên) và 1983 (Tuần Giáo, Lai Châu). Cùng với động đất, từ năm 1992 - 1998 đã ghi nhận được 20 vụ nứt đất ở các tỉnh Đác Lắc. Đồng Nai, Bình Dương... Đáng chú ý nhất là vết nứt ở xã Xà Bang, huyện Châu Thành, Bà Rịa - Vũng Tàu tháng 8-1993: dài 176m, rộng 1m và sâu 25m.
Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu thiết kế các công trình chống động đất. Tại Nhật, khi làm móng cao ốc các kỹ sư đã tạo một hệ thống giảm chấn, theo đó nền nhà trước khi nối xuống đất sẽ đi qua một lớp tấm đệm lò xo dày tùy theo độ cao của tòa nhà. Còn tại Pháp nguyên lý cũng tương tự nhưng người ta thay lớp lò xo đặc dụng bằng các loại cao-su, lốp ô-tô nhồi đất để chống động đất.
Tuy nhiên, theo kỹ sư Mẫn, các công trình kiến trúc theo các phương pháp trên sẽ chỉ được giảm chấn ở phần nền, còn phần khung, tường phía trên sẽ phải chịu toàn bộ các lực nghiêng, kéo theo chiều của lò xo nên rất có thể gây các vết nứt nguy hiểm, thậm chí gãy đôi nhà.
Theo phương pháp của ông, nhà cứu nạn cũng được thiết kế giảm chấn dựa theo lực đàn hồi của các vật liệu co giãn. Tuy nhiên, nhà cứu nạn không dùng vật liệu đàn hồi trên toàn bộ mặt bằng công trình mà chỉ dựa trên phần khung nhà.
Nhà chống động đất.
Ông Chấn nói: "Các nước chống chấn động cho nhà bằng cách dàn vật liệu đàn hồi trên toàn diện tích, còn tôi chỉ cần làm trên chu vi. Nền đàn hồi sẽ gồm hai phần chính: hệ trục giảm chấn (bao gồm hai thanh giảm chấn nằm vuông góc ở mỗi tầng) và những tâm đàn hồi. Nguyên lý trượt ngang cũng được áp dụng. Khi có động đất, do nền nhà cứu nạn không bắt chặt với mặt đất nên trước tiên ngôi nhà sẽ trượt cùng hướng với chiều chấn động, sau đó các tấm đàn hồi sẽ phát huy tác dụng, cuối cùng là trục giảm chấn sẽ giữ vững cấu trúc, hình dáng ngôi nhà và giảm chắn trên từng tầng".
Theo quan điểm của kỹ sư Mẫn, những nghiên cứu chống động đất từ trước đến nay chưa thành công là do các nhà khoa học chưa tính được hết hệ lực tính, cường dộ cũng như vị trí tác động các lực của vỏ trái đất lên ngôi nhà (khi có động đất). Nhờ hệ thống giảm chấn, với thiết kế kín, chuyên biệt theo nghiên cứu của ông Mẫn, nhà cứu nạn còn có thể tránh được các thảm họa khác có hệ lực co kéo mạnh theo nhiều phương như gió lốc, lũ quét...
Để xây dựng nhà cứu nạn, giống như cầu áp lực đất, không cần vật liệu đặc biệt, chỉ cần một chuyên gia để thiết kế khung thép, chỉ số kỹ thuật, độ dài của khung... Ngoài các chỉ số bắt buộc như: cường độ chịu lực của hệ khung phải đáp ứng từ 300-350kg/cm2 (nhà bình thường chỉ khoảng 200kg/cm2), mức chịu lực của tấm đàn hồi từ 80-100kg/cm2 cùng một số bí quyết công nghệ khác, còn lại về cơ bản, nguyên vật liệu, cách xây dựng là không khác so với ngôi nhà bình thường hiện nay. Toàn bộ chi phí cho một ngôi nhà cứu nạn, tùy địa điểm cũng như yêu cầu của gia chủ, sẽ đắt gấp rưỡi so với xây nhà bình thường.
Tự bỏ tiền xây xong một ngôi nhà cứu nạn tại Gia Lâm (Hà Nội), ông Nguyễn Văn Mẫn cho biết đã rút ra được nhiều kinh nghiệm thực tế. Theo ông, trên thế giới chưa có ai công bố về một thiết kế giống nhà cứu nạn của ông. Hiện ông đã gửi bản vẽ chi tiết các thông số kỹ thuật, báo cáo khoa học lên Cục Sở hữu công nghiệp để được xem xét cấp bằng bảo hộ độc quyền. Nếu nghiên cứu này được ứng dụng đại trà có kết quả, đây chắc chắn sẽ là một công trình có ý nghĩa rất lớn đối với vùng núi phía bắc nước ta và vùng đồng bằng sông Cửu Long hay bị lũ lụt.
CẦM VĂN KÌNH
Trên thế giới có hai vành đai động đất lớn, thường có các trận địa chấn mạnh trên 8 độ Richter là vành đai dãy Alpes xuyên Á và vành đai Thái Bình Dương. Việt Nam tuy không nằm trong hai vành đai trên nhưng bản thân cũng có đới động đất riêng do những đường đứt gãy kiến tạo địa tầng. Mạnh và thường xuyên nhất là đới Tây Bắc (từ Sơn La đến Thanh Hóa), tiếp theo là đới sông Hồng và sông Cả, ít xuất hiện hơn là đới Cao Bằng - Quảng Ninh, Nam Quảng Trị... Một trận động đất cỡ 7,2 độ Richter có sức chấn động bằng 62 quả bom nguyên tử Mỹ đã bỏ xuống Hiroshima (Nhật). Cả nước ta hiện có 15 trạm quan trắc dự báo động đất nhưng do trang thiết bị còn kém nên hiệu quả rất thấp.