Cột điện bị gãy là do... 'dự ứng lực'?

Khoa học về điện phát triển đã cho ra đời nhiều loại cột. Tiêu chuẩn thiết kế cột điện phải xem xét các yếu tố như tốc độ gió, độ gồ ghề của mặt đất, địa hình, độ cao, tải trọng, loại dây nối đất. Nói chung, cột điện xi măng cốt thép thường được sử dụng cho đường dây từ 10kV trở xuống. Cột sắt sừng sững như tháp Eiffel, nhưng tôi ấn tượng nhất thời ấu thơ là cột Chèm bắc ngang sông Hồng, thường sử dụng cho đường dây từ 35 kV trở lên.

Khắp thế giới không đâu có cột điện kì lạ như ở Việt Nam. Đặc biệt ở thành phố, tôi vô cùng ấn tượng với những chiếc cột điện bê tông cốt thép thông thường, nó đứng hàng ngày ở mọi cung đường, phải chịu rất nhiều sức nặng không thể chịu nổi của cuộc sống, ví dụ như phải tốn nhiều công sức để chống đỡ dây rợ và đủ thứ trên đó, bản thân cột có trọng lượng, sẽ bị gió, mưa, nóng và lạnh tấn công. Hãy hình dung hệ thống cột điện cũng giống những người đang đứng trên xe buýt. Với tác động ngoại lực, như gió bão hay cây đổ chẳng hạn, nếu đứt dây sẽ xảy ra hiện tượng căng giật giống như chiếc xe buýt phanh gấp, quán tính sẽ làm người trên xe bị ngã.

Bão số 5 khiến cột điện ở Đà Nẵng bị gãy đổ.

Các lực khác nhau tác động lên cột điện được chuyên ngành gọi chung là "tải trọng”. Khả năng chịu tải của bản thân cột không chỉ liên quan đến vật liệu và chiều cao mà còn liên quan nhiều đến hình dạng mặt cắt ngang của cột. Về nguyên tắc vật lý, tiết diện tròn, đối xứng mọi phương, đẳng hướng, có khả năng chịu lực cao. Theo đó, các đặc điểm của cột điện có ưu thế từ tiết diện tròn, rồi đến đa giác đều như bát giác hoặc lục giác, sau cùng là hình vuông.

Với những ưu điểm vượt trội, cột điện tiết diện tròn bê tông dự ứng lực đã nhanh chóng trở nên nổi tiếng và dần thay thế các loại cột điện khác. Bê tông dự ứng lực được được kĩ sư người Pháp Eugene Freyssinet thiết kế.

Vào những năm 1930, người Đức chuẩn bị cho Chiến tranh Thế giới thứ 2, một cuộc chiến trong đó có sự chống lại cả nước Pháp của Freyssinet. Quân đội Đức rất quan tâm đến việc tiết kiệm thép và xi măng, những nguyên liệu quan trọng để làm boongke, làm cầu tạm bắc qua sông.

Pháp lại không chú ý đến điều đó. Ý tưởng sản xuất bê tông dự ứng lực đã có từ lâu, được Eugene Freyssinet ấp ủ nhưng chưa thực sự triển khai, bỗng có cơ hội đưa vào thực tế.

Vào đầu những năm 1920, Freyssinet được giao trách nhiệm xây 3 cây cầu bắc ngang qua dòng sông Allier. Là người đặt niềm tin mãnh liệt vào bê tông dự ứng lực, Freyssinet đã cho xây thử nghiệm một dầm cầu hình vòm có chiều dài 50 mét, kết quả thu được quá bất ngờ. Đến năm 1928, sau khi đã tổng kết và xây dựng cơ sở lí thuyết, Freyssinet chính thức đăng kí cấp bằng sáng chế bê tông dự ứng lực.

Ở thời điểm năm 1928, không một ai tìm hiểu và tin rằng bê tông dự ứng lực có giá trị, ý tưởng của Freyssinet không có vai trò thương mại, nó chỉ được sử dụng sản xuất cột điện.

Đến năm 1933, bằng tất cả sự liều lĩnh và tuyệt vọng, Eugene Freyssinet đã liên hệ với quân đội Đức quốc xã, triển khai xây dựng boongke và cầu theo kĩ thuật bê tông dự ứng lực, từ đó tạo nên bước đột phá thu hút sự quan tâm của các kĩ sư xây dựng hàng đầu. Sự bùng nổ của bê tông ứng suất trước đã tạo nên hàng trăm cây cầu và các công trình kiến trúc đồ sộ, nó tồn tại sừng sững theo thời gian, cho đến tận hôm nay là minh chứng cho tính ưu việt của kĩ thuật này.

Điện lực Thừa Thiên Huế đang khẩn trương dựng lại cột điện bị đổ.

Vậy bê tông dự ứng lực là gì? Thuật ngữ này có vẻ mới lạ, tiếng Anh "pre-stress" có nghĩa là chuẩn bị sẵn một lực tương thích từ trước, rất khó để tìm ra tiếng Việt tương đồng, nên các tài liệu chuyên môn sử dụng nghĩa Hán Việt là "dự ứng lực" rồi sửa thêm chút cho thuần Việt là "ứng suất trước".

Kĩ thuật sản xuất cột điện bê tông dự ứng lực, được sử dụng phương pháp đúc li tâm, hay còn gọi là đúc quay. Trong phương pháp này, bê tông được lấp vào khuôn thép trong máy kéo sợi. Máy này sẽ thực hiện quay trong vài phút, bê tông li tâm ra ngoại vi ép chặt lại tạo hình trụ, nước dư thừa sẽ tập trung vào phần rỗng ở trung tâm, các sợi thép được kéo giãn tạo ra ứng suất trước.

Ưu điểm của cột điện bê tông dự ứng lực so với cột thông thường: Cứng hơn, chống nứt tốt hơn, chịu được tải trọng tốt hơn. Nhẹ hơn, tiết kiệm thép và xi măng hơn, dễ sản xuất hơn. Vận chuyển và lắp đặt dễ dàng hơn. Bền hơn do khả năng chống thấm tốt hơn, chống ăn mòn dây kim loại tốt hơn, phù hợp hơn với điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Chịu nắng nóng và chịu băng tuyết tốt hơn. Chống cháy tốt hơn. Yêu cầu bảo trì ít hơn. Sạch và đẹp hơn.

Chính vì những ưu điểm vượt trội, cột điện tròn bê tông dự ứng lực đã trở nên phổ biến, các quốc gia trên thế giới đều lựa chọn để thay thế cho các loại cột điện khác.

Vậy tại sao cột điện bê tông dự ứng lực lại đổ gãy hàng loạt?

Trên thế giới, những trận bão lịch sử gây đổ gãy cột điện không có gì lạ, bởi những nguyên nhân như gió quá lớn, mưa làm tổn thương nền đất, cây đổ đè vào đường dây, đứt cáp tạo nên các xung lực kéo.

Lấy ví dụ gần đây nhất, đó là cơn bão Hurricane Laura càn quét khắp bờ Đông nước Mỹ vào đầu tháng 9/2020, riêng tiểu bang Louisiana có số cột điện bị gãy đổ lên tới hơn 500. Đó là những nguyên nhân bất khả kháng.

Tôi đã xem nhiều hình ảnh cột điện bê tông dự ứng lực bị gãy đổ do mưa bão ở những quốc gia trên thế giới, hình ảnh phổ biến vẫn là đổ bật cả gốc, trường hợp bị gãy vẫn có khung cốt thép rất rõ và phần nhiều sợi thép bị uốn cong thay vì đứt hoàn toàn.

Tôi cũng đọc một loạt các bản thông số kĩ thuật cột điện bê tông dự ứng lực, đọc cả những nghiên cứu về cơ chế hư hỏng, rạn nứt, vỡ, đổ gãy loại cột điện này. Có thể nói, những nghiên cứu thực nghiệm hết sức bài bản, đã giúp ngành khoa học điện rút ra được nhiều bài học vô cùng giá trị để thiết kế những đường dây đảm bảo an toàn. Nhưng thật tiếc tôi chưa đọc được nghiên cứu nào của Việt Nam.

Cơn bão số 5 đổ bộ vào tỉnh Thừa Thiên Huế sáng 18/9 đã làm cho 408 cột điện bị gãy đổ, Đà Nẵng 3 cột; mạng xã hội chia sẻ hình ảnh đường gãy gọn tiện mía, dây thép bị đứt hoàn toàn và được các chuyên gia giải thích bị co rút vào trong đến 1cm nên không thấy bằng mắt thường. Đó là hình ảnh lạ so với hiện tượng gãy đổ cột điện do mưa bão ở các quốc gia khác.

Đây không phải là lần đầu tiên cột điện bị gãy đổ nhiều như vậy. Ví dụ giữa tháng 9/2017, cơn bão số 10 càn quét qua huyện Kỳ Anh ở Hà Tĩnh, đã làm gãy đổ 400 cột điện tròn cốt thép là sắt chữ V.

Rõ ràng, gãy đổ cột điện với số lượng nhiều như vậy là sự cố nghiêm trọng, cần phải có câu trả lời không chỉ dựa trên lí thuyết tiêu chuẩn nọ kia, cũng không thể chỉ dựa trên kiểm tra xem cột điện có đạt Tiêu chuẩn Việt Nam hay không, mà còn phải dựa trên chứng cứ nghiên cứu khoa học thực nghiệm.

Ấn Độ cũng xảy ra hiện tượng đổ cột điện hàng loạt sau mưa bão, năm 2017, chính quyền quận Unnao của Uttar Pradesh đã phải thực hiện nghiên cứu thực nghiệm để tìm nguyên nhân, phát hiện ra kết cấu nền đất không đảm bảo, từ đó có biện pháp khắc phục.

Tôi cho rằng, ngành điện và các cơ quan chức năng ngoài việc điều tra sự cố, nên thực hiện những nghiên cứu đầy đủ, có thể đó là những nguyên nhân khách quan bất khả kháng, nhưng cũng có thể do lỗi kĩ thuật khi đúc cột điện, lỗi lắp đặt trồng cột, thậm chí Tiêu chuẩn Việt Nam cho cột điện chưa thực sự khoa học.

Bài học từ thất bại luôn là bài học vô cùng quan trọng. Là người không có kiến thức về ngành điện và cột điện, nhưng sự cố hơn 400 cột điện bị gãy đổ sau 30 phút mưa bão không thể coi là sự cố đơn giản, nên tôi rất quan tâm đến những câu trả lời của cơ quan chức năng, của người có trách nhiệm, đặc biệt là của các nhà khoa học; giúp cho tôi có thêm được những hiểu biết quý giá về lĩnh vực khó khăn này./.

Bác sĩ Trần Văn Phúc