Nghiên cứu ứng dụng cừ bản nhựa PVC biến tính chống sạt lở công trình huấn luyện trong điều kiện biến đổi khí hậu tại quân khu 9 - Nguyễn Thế Tiến

Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. T. Tiến, B. H. Hà, N. T. X. Hồng, “Nghiên cứu ứng dụng cừ bản nhựa Quân khu 9.” 242 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỪ BẢN NHỰA PVC BIẾN TÍNH CHỐNG SẠT LỞ CÔNG TRÌNH HUẤN LUYỆN TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI QUÂN KHU 9 Nguyễn Thế Tiến, Bùi Hồng Hà, Nguyễn Thị Xuân Hồng* Tóm tắt: Bài báo trình bày tóm tắt kết quả nghiên cứu ứng dụng cừ bản nhựa PVC biến tính chống sạt lở công trình huấn luyện trong điều kiện biến đổi khí hậu tại Quân khu 9. Cừ PVC biến tính có chất lượng tương đương với một số loại cừ ngoại nhập của Mỹ và Hà Lan nhưng giá thành chỉ bằng 70%. Loại vật liệu này có nhiều ưu điểm vượt trội so với các vật liệu truyền thống khác (ghi nhôm, cừ gỗ, bao cát), đồng thời rất phù hợp ứng dụng chống sạt lở cho các công trình ven sông, kênh rạch và các công trình quân sự khác. Từ khóa: Cừ bản nhựa PVC biến tính, Sạt lở, Biến đổi khí hậu. 1. MỞ ĐẦU QK9 có tầm quan trọng đặc biệt về mặt quốc phòng an ninh. Hệ thống công trình huấn luyện tại QK9 có vai trò và ý nghĩa vô cùng quan trọng trong công cuộc xây dựng và bảo vệ tổ quốc, đặc biệt là tại các đơn vị dọc biên giới phía Tây của đất nước. Các công trình này phân bố chủ yếu tại những địa bàn hiểm yếu, phức tạp, là nơi chịu tác động mạnh và có mức độ nhạy cảm cao đối với những thay đổi của môi trường tự nhiên như mưa, bão, lũ lụt, xâm nhập mặn, phèn hóa và sạt lở, sụt lún đất Hàng năm gây tốn kém vô cùng lớn khi phải khắc phục, tu sửa, làm mới công trình do nhanh chóng bị xuống cấp, phá hủy. Đối với các công trình huấn luyện từ cấp sư đoàn trở xuống, các đơn vị thường sử dụng các vật liệu truyền thống để chống sạt lở như: bê tông cốt thép, bao cát, cừ gỗ Gần đây, một số đơn vị đã áp dụng một số vật liệu mới như: cừ composite hoặc cừ nhựa PVC. [3] Bê tông cốt thép là loại vật liệu kiên cố, có độ bền cao theo thời gian. Tuy nhiên, nhược điểm chính của nó là rất nặng nên gặp nhiều khó khăn khi vận chuyển, xây dựng, lắp ráp công trình. Ngoài ra, giá thành cho việc ứng dụng vật liệu bê tông cao hơn các loại vật liệu khác. Bao cát và gỗ hiện đang được sử dụng nhiều trong việc xây dựng hầm hào công sự vì dễ thi công và có giá thành vừa phải. Tuy nhiên, tuổi thọ của các loại vật liệu này rất thấp. Cừ bản nhựa PVC biến tính (đã UV hóa) là giải pháp chống sạt lở hiệu quả cho kênh rạch, sông ngòi, bờ biển tại các vùng đất yếu. Cừ bản nhựa có ưu điểm là: không bị lão hóa do bức xạ mặt trời ổn định với nhiệt độ môi trường, bền về thời gian; Không bị ăn mòn bởi nước mặn, chua, phèn và ô nhiễm vi sinh; gọn nhẹ khi vận chuyển, giá thành vừa phải và thi công lắp đặt dễ dàng. Trong thời gian qua, Viện Nhiệt đới môi trường (Viện NĐMT) đã nghiên cứu và ứng dụng thành công cừ bản nhựa PVC biến tính chống sạt lở các công trình huấn luyện cho các đơn vị quân đội trên địa bàn Quân khu 9. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu [1] Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 243 CBN có thành phần chính là nhựa PVC được phối trộn với cao su và một số phụ gia với tỷ lệ nhất định nhằm tăng độ dẻo, độ bền va đập và chịu được thời tiết khắc nghiệt. Thành phần cơ bản của CBN như sau: - Nhựa Poly viny clorua; - Chất ổn định nhiệt, ozon; - Chất chống lão hóa do bức xạ mặt trời; - Chất chống côn trùng, nấm mốc; - Bột độn, bột màu; - Chất cải thiện tính năng cơ lý; - Các phụ gia khác. Bảng 1. Những yêu cầu kỹ thuật đối với CBN [1]. TT Những yêu cầu kỹ thuật Đơn vị tính Yêu cầu cần đạt 1 Độ cứng Shore D ≥ 75 2 Độ bền kéo Mpa ≥ 42 3 Độ dãn dài tại thời điểm đứt % ≥ 40 4 Độ bền uốn Mpa ≥ 65 Ưu điểm cơ bản của loại vật liệu này là có thể dễ dàng gia công chế tạo theo nhiều kiểu dáng khác nhau phụ thuộc vào địa hình nơi lắp đặt và mục tiêu sử dụng. Thường CBN được chế tạo theo các dạng gần giống như hình chữ U, I hoặc Z. 2.2. Địa điểm nghiên cứu [2] Nhóm thực hiện nhiệm vụ đã phối hợp với Phòng KHQS/QK9 tiến hành điều tra khảo sát một số đơn vị trọng điểm để lựa chọn địa điểm ứng dụng mô hình chống sạt lở. Qua khảo sát chúng tôi thống nhất lựa chọn khu huấn luyện thuộc eBB3/fBB330 đóng tại Tp.Long Xuyên là đơn vị nằm trong vùng bị tác động mạnh của BĐKH, NBD và có tính đặc trưng, đại diện cho cả vùng làm cơ sở cho việc nhân rộng kết quả về sau để áp dụng mô hình. 2.3. Phương pháp lắp đặt đối với công trình hào, hầm trú ẩn, bãi ném lựu đạn bằng CBN [1] CBN được thiết kế và chế tạo thành từng module riêng lẻ dạng chữ Z. Mỗi module có 2 ngàm kết nối dạng T và dạng C nhằm liên kết các module với nhau tạo thành bức tường theo chiều dài công trình rất vững chắc. Hình 1. Cừ bản nhựa PVC biến tính. Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. T. Tiến, B. H. Hà, N. T. X. Hồng, “Nghiên cứu ứng dụng cừ bản nhựa Quân khu 9.” 244 Kích thước mỗi bản được lựa chọn như sau: - Độ dày mỗi bản: 4,5 mm; - Chiều rộng mỗi bản nhựa: 320 mm; - Chiều dài mỗi bản cừ: tùy vào ứng dụng cho mỗi công trình huấn luyện. Việc thi công lắp đặt CBN có nhiều phương pháp khác nhau tùy thuộc vào địa chất, địa hình của công trình. - Ở vùng đất yếu có thể dùng phương pháp thủ công như vồ gỗ. - Đối với đất cứng hơn, dùng gầu máy hoặc dùng thiết bị thủy lực chuyên dùng ấn cừ nhẹ nhàng xuống. - Tại những vùng đất không đồng nhất, đất cứng có sỏi đá, dùng cừ bản sắt đóng xuống sau đó nhấc lên và cho tấm cừ nhựa xuống. 2.3.1. Tính toán vật tư 2.3.1.1. Đối với hai tuyến hào vận động a). Hai tuyến hào vận động về hai tuyến ném có tổng chiều dài là 190m, Các bản cừ được lắp đặt ốp vào hai bên thành hào, giữa hai bản cừ có những thanh giằng inox. Số lượng CBN được tính toán như sau: - (190 x 2)m hào x 3 bản/m x 1,75m/bản = 1.995m - (190 x 2)m hào x 3 bản/m x 1,25m/bản = 1.425m b). Dọc theo hai tuyến hào được bố trí 04 hầm trú ẩn (hàm ếch), sử dụng loại cừ CBN3 dày 4,5 mm làm tường bao, sử dụng loại cừ CBN5 dày 10,0 mm làm mái che nhằm tăng độ cứng của mái. Số lượng được tính toán như sau: - Tường bao: (3,0 + 1,6x2)m x 3 bản/m x 1,85m/bản x 4 = 137,64 m - Mái che: (3,4m/bản x 2 bản/m x 1,6m) x 4 = 43,52 m 2.3.1.2. Đối với hai tuyến ném Tại hai tuyến có hai vị trí để bộ đội thực hiện ném lựu đạn. Tuyến ném bao gồm hố ném và phía trước có ụ chắn hình vòng cung được đắp bằng đất. Kích thước của tuyến ném: R x H x S = (10,0 x 1,3 x 2,5)m. - Chiều cao H được tính tại điểm cao nhất. - Chiều sâu S bao gồm cả chiều sâu hố ném. Số lượng CBN được tính toán như sau: - (10 m x 3 bản/m x 1,55m/bản) x 4 = 186 m 2.3.1.3. Đối với tuyến xuất phát Số lượng được tính toán như sau: - Tường bao: (5+2+2)m x 3 bản/m x 2,25m/bản = 60,75 m - Mái : 5,5m/bản x 2 bản/m x 2m = 22 m * Như vậy, tổng số lượng cừ cần thiết sử dụng cho công trình là (mục 1+2+ 3): - Loại cừ 4,5 mm: 3.804,39 m làm tròn 3.810 m - Loại cừ 10,0 mm: 65,52 m làm tròn 66 m. 2.3.1.4. Tính toán nhu cầu thép giằng neo Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 245 Nhằm làm tăng độ cứng, vững của thành hào, nhóm thực hiện đã thiết kế các thanh giằng bằng thép inox để cố định các tấm cừ nhựa kè hai mặt của tuyến hào vận động. Thanh giằng được thiết kế một đầu chốt cố định, đầu kia được tạo ren để bắt ốc. Kích thước mỗi thanh giằng Ф6mm dài 0,6m. Số lượng thanh giằng neo được tính toán cho 190 m x 2 thành hào. Cứ cách 1m lắp đặt một thanh giằng, như vậy số lượng thanh giằng là 180 cái. 2.3.2. Thi công lắp đặt Theo tiêu chuẩn Công binh, hào có độ sâu tối thiểu là 1m, tuyến chờ (hàm trú ẩn) chứa được 10-12 người, hàm ếch (trú ẩn trong khi vận động) chứa 2-4 người. Là vùng đất thấp nên hào không thể đào sâu quá 0,5m vì gặp phải nước ngầm, vì vậy, hào phải được làm nửa nổi nửa chìm. Hàm trú ẩn và các hàm ếch cũng phải làm nửa nổi nửa chìm. Qua khảo sát thực tế tại Trung đoàn 3 cho thấy, khu vực thi công là vùng đất yếu, do vậy việc lắp đặt tường chắn CBN tương đối đơn giản, có thể dùng vồ gỗ đóng các bản cừ xuống đất. Phương án thi công lắp đặt như sau: 2.3.2.1. Đối với hai tuyến hào vận động Thi công tường chắn phía trong đảm bảo độ sâu của hào là 1m và thi công tường chắn phía ngoài đảm bảo độ nổi của hào so với nền đất tự nhiên là 0,5m. Sơ đồ và hình ảnh lắp đặt CBN đối với hào vận động như trong Hình 2, 3. Hình 2. Sơ đồ lắp CBN đối với hào vận động. Hình 3. Thi công tuyến hào vận động. Sử dụng CBN có độ dày 4,5mm đóng xuống đất theo tỷ lệ 1:0,75 đối với tường trong, tức là 1m nổi và 0,75m chìm dưới đất; theo tỷ lệ 0,5:0,75 đối với tường ngoài, tức là 0,5m nổi và 0,75m chìm dưới đất. Cừ được đóng dọc theo theo hai bên thành hào theo chiều thẳng đứng, các bản cừ được nối với nhau bằng các khe nối, khoảng cách giữa hai hàng cừ là 0,5m, ở giữa hai hàng cừ được lèn đất chặt. Cứ khoảng 1m chiều dài hào được lắp đặt một thanh giằng giữ hai bên thành hào với nhau. 2.3.2.2. Đối với hai ụ ném của tuyến ném Sơ đồ và hình ảnh thi công lắp đặt CBN tường chắn ụ ném như Hình 4, 5. Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. T. Tiến, B. H. Hà, N. T. X. Hồng, “Nghiên cứu ứng dụng cừ bản nhựa Quân khu 9.” 246 Hình 4. Sơ đồ lắp CBN tường chắn ụ ném. Hình 5. Thi công ụ ném. 2.3.2.3. Đối với hầm trú ẩn Sơ đồ và hình ảnh thi công lắp đặt các hầm trú ẩn như Hình 6, 7. Hình 6. Sơ đồ lắp CBN đối với hầm trú ẩn. Hình 7. Thi công hầm trú ẩn. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Sau quá trình thi công, lắp đặt mô hình bằng cừ bản nhựa, nhóm thực hiện đã đánh giá khả năng chống sạt lở của mô hình như sau [1]: 3.1. Kiểm nghiệm, đánh giá chất lượng CBN trước và sau khi lắp đặt tại công trình Để đánh giá chất lượng CBN trước và sau khi lắp đặt tại công trình chúng tôi đã gửi mẫu đến Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng 3 để kiểm nghiệm. Nội dung kiểm nghiệm bao gồm: - Kiểm nghiệm, đánh giá tính năng cơ lý của cừ bản nhựa trước khi chạy UV và nước: Độ cứng, độ bền kéo, độ dãn dài tại thời điểm đứt, độ bền uốn, độ bền va đập. - Kiểm nghiệm độ lão hóa thời tiết nhân tạo với nguồn đèn huỳnh quang UV và nước trong thời gian 96 giờ. - Kiểm nghiệm, đánh giá tính năng cơ lý của cừ bản nhựa sau khi chạy UV và nước: Độ cứng, độ bền kéo, độ dãn dài tại thời điểm đứt, độ bền uốn, độ bền va đập. - Kiểm nghiệm, đánh giá tính năng cơ lý của cừ bản nhựa sau khi lắp đặt tại công trình: Độ cứng, độ bền kéo, độ dãn dài tại thời điểm đứt, độ bền uốn độ bền va đập. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 247 Bảng 2. Kết quả kiểm nghiệm đối với CBN. TT Những yêu cầu kỹ thuật Phương pháp thử Yêu cầu cần đạt Kết quả kiểm nghiệm CBN5 CBN3 1 Độ cứng (Shore D) ISO 868:2003 ≥ 75 81 82 2 Độ bền kéo (Mpa) ASTM D 638-10 ≥ 42 48 45,4 3 Độ dãn dài tại thời điểm đứt (%) ASTM D 638-10 ≥ 40 60 70 4 Độ bền uốn (Mpa) ISO 178:2010 ≥ 65 71,1 68,8 5 Độ bền va đập Kj/m2 ASTM D 256 ≥ 5 7,1 7,6 (Nguồn: Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng 3, 2015) Kết quả kiểm nghiệm cho thấy các chỉ tiêu đều đạt tiêu chuẩn cho phép theo các Tiêu chuẩn ASTM, ISO 178:2010 và ISO 868:2003. 3.2. Đánh giá chất lượng công trình từ khi đưa vào hoạt động Công trình chống sạt lở trong điều kiện BĐKH và NBD cho bãi ném lựu đạn thật tại eBB3/fBB330/QK9 được chính thức đưa vào hoạt động từ tháng 3/2015 đến nay. Trong thời gian qua tại bãi ném lựu đạn thật đã có 5 đợt ném lựu đạn với 1.055 lượt người cho 5 đơn vị eBB3/fBB330, e892/An Giang, lữ 6 Pháo binh, lữ 256 Thông tin và lữ 226 Cao xạ. Hiện trạng chất lượng công trình được đánh giá như sau: - Quá trình huấn luyện, tổ chức luyện tập ném lựu đạn được thuận tiện và bảo đảm an toàn hơn do các tuyến chỉ huy, tuyến chờ, tuyến hào vận động và hầm ếch được kè chắc chắn bằng CBN. - Bãi ném lựu đạn thật không còn bị sạt lở sau mỗi lần mưa lớn và nước thủy triều lên xuống. - Chất lượng của cừ bản nhựa cho đến nay vẫn tốt, chưa thấy có dấu hiệu bị gãy vỡ do mảnh lựu đạn hay đất đá, đồng thời không bị lão hóa hay xuống cấp do tác động của môi trường. 3.3. Đánh giá hiệu quả phục vụ công tác huấn luyện Qua các đợt diễn tập sản phẩm được Sư đoàn đánh giá như sau: - Về tính cơ động: CBN nhẹ dễ dàng mang vác, đặc biệt hiệu quả đối với những nơi có địa hình xấu khó di chuyển. Nếu so sánh với ghi nhôm trên 90 kg/tấm thì CBN nhẹ hơn nhiều (từ 6 – 9 kg/tấm). Một ưu điểm nữa của CBN nhựa là trên đường hành quân nếu gặp đường lầy lội khó đi có thể dùng cừ lót đường cho bộ đội đi qua. - Về thời gian và nhân lực lắp đặt: Thời gian lắp đặt được rút ngắn hơn nhiều so với các vật liệu khác (ghi nhôm, cây gỗ). Nếu lắp đặt hầm chỉ huy cấp Sư đoàn sử dụng ghi nhôm thì mất từ 15 – 20 ngày và cần khoảng 50 - 60 người. Còn sử dụng CBN chỉ cần 10 người lắp đặt trong thời gian 6 tiếng. - Về chất lượng công trình: CBN có độ chắc chắn tương đương các vật liệu khác, tuy nhiên có ưu điểm là sử dụng được nhiều lần. Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. T. Tiến, B. H. Hà, N. T. X. Hồng, “Nghiên cứu ứng dụng cừ bản nhựa Quân khu 9.” 248 - Chất lượng của cừ bản nhựa cho đến nay vẫn tốt, chưa thấy có dấu hiệu bị gãy vỡ do mảnh đạn hay đất đá, đồng thời không bị lão hóa hay xuống cấp do tác động của môi trường. 3.4. Đánh giá hiệu quả về kinh tế Để so sánh hiệu quả kinh tế của việc sử dụng cừ bản nhựa PVC biến tính với các vật liệu khác mà Sư đoàn đang sử dụng lắp đặt công trình huấn luyện có thể xem xét các tiêu chí sau: - Nguồn cung cấp vật tư; - Chi phí vận chuyển vật tư từ nơi cung cấp tới vị trí tập kết lắp đặt; - Tuổi thọ (độ bền) vật liệu; - Giá thành vật tư cần để lắp đặt một đơn vị công trình huấn luyện. Từ các tiêu chí nêu trên có thể lập bảng so sánh dưới đây: Bảng 3. So sánh hiệu quả kinh tế vật tư lắp đặt công trình huấn luyện tại fBB330/QK9. TT Loại vật liệu Tiêu chí so sánh Nguồn cung cấp Chi phí v/c Tuổi thọ Giá thành Nhân công lắp đặt 1 Cừ PVC Ổn định 1 chuyến xe 20 năm 91,5 tr/hầm 10 người 2 Ghi nhôm Ổn định 15 chuyến xe >20 năm Rất cao 50-60 người 3 Cừ gỗ Không ổn định Nhiều chuyến xe 1 năm 15 tr.đ/hầm Trên 100 người Từ bảng 3 cho ta thấy sử dụng CBN là rẻ nhất, đồng thời có thể sử dụng được nhiều lần và không cần nhiều nhân lực lắp đặt. 4. KẾT LUẬN Viện NĐMT đã nghiên cứu và ứng dụng thành công vật liệu mới CBN PVC biến tính làm vật liệu chống sạt lở cho e3/fBB330/QK9 thay thế các loại vật liệu truyền thống đang được sử dụng (bê tông, cừ thép, cừ gỗ, bao cát). Loại vật liệu này có nhiều ưu điểm vượt trội là bền với thời gian, chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt như: nước nhiễm phèn, nhiễm mặn, tia UV, va đập mạnh..... Qua thử nghiệm thực tế vừa qua công trình hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu đặt ra, không bị sạt lở, vật liệu CBN không có dấu hiệu bị lão hóa, đổi màu, các chỉ tiêu cơ lý qua kiểm nghiệm vẫn đạt tiêu chuẩn cho phép. Loại vật liệu này có thể ứng dụng cho các đơn vị tương tự trong toàn quân. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bộ Tư lệnh Quân khu 9. Báo cáo tổng kết nhiệm vụ “Điều tra, khảo sát đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối với các hoạt động quân sự của Quân khu 9 và đề xuất các giải pháp ứng phó, giảm thiểu”. 2013. [2]. Viện Nhiệt đới môi trường. Báo cáo tổng kết nhiệm vụ “Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng giải pháp chống sạt lở công sự trong điều kiện biến đổi khí hậu ở Quân khu 9”, 2015. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 249 [3]. Trần Đình Hợi – Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam. “Nghiên cứu sạt lở và giải pháp phòng chống sạt lở, bảo vệ các sông biên giới phía Bắc Việt Nam”, 2005. ABSTRACT APPLYING MODIFIED PVC PILE TO BE AGAINST ANTI-LANDSLIDE FOR TRAINING PROJECT IN THE CLIMATE CHANGING CONDITION IN THE MILITARY ZONE 9 This article summarizes the study results for applying modified PVC pile to be against anti-landslide for training project in the climate changing condition in Military Zone 9. The quality of modified PVC pile is equivalent to some types which are imported from United States and Netherlands but it costs only 70% of current price. This type of material has many advantages compared with other traditional materials (Aluminium, wood pile, sand bag ...). It is also suitable for anti-landslide application for riverside, canal project and many other Military Works Keywords: Modified PVC pile, Landslide, Climate change. Nhận bài ngày 20 tháng 6 năm 2017 Hoàn thiện ngày 03 tháng 9 năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 9 năm 2017 Địa chỉ: Viện Nhiệt đới môi trường; 57 A Trương Quốc Dung, Phường 10, Quận Phú Nhuận, Tp.HCM. * Email: hong_hc02@yahoo.com.