Lưu ý trong sử dụng cát biển đắp nền đường cao tốc

Vấn đề thiếu hụt nguồn cát phục vụ cho san lấp nền đã và đang ảnh hưởng tới tiến độ của một số dự án xây dựng đường bộ cao tốc. Việc khó khăn trong tìm kiếm nguồn vật liệu thay thế dã ảnh hưởng trực tiếp tới thời điểm hoàn thành các dự án. Sử dụng cát biển trong đào đắp nền đường cao tốc đã được thử nghiệm tại một số dự án cho những tín hiệu tích cực. Sau đây là một số điểm cần lưu ý trong sử dụng cát biển đắp nền đường cao tốc.

Nghiên cứu sử dụng cát biển làm vật liệu đắp nền đường cao tốc:

Khi thực hiện dự án đường ô tô Tân vũ - Lạch Huyện (Hải Phòng) từ năm 2015 Ban QLDA 2 Công văn số 74/BQLDA2-PIT3 (ngày 12/01/2015) gửi Bộ GTVT đề xuất ngđhiên cứu nguồn cát khai thác ngoài biển sử dụng làm vật liệu đắp nền đường (cát A2). Sau đó, Bộ GTVT đã có Văn bản số 1812/BGTVT-KHCN ngày 09/02/2015 chấp thuận cho nghiên cứu đắp thử nghiệm.

Theo kết quả nghiên cứu thì loại cát A2 mà phái nhà thầu cung cấp có độ mịn khá tốt, tỉ lệ lọt sàng 0.15mm  dao động từ 85.11 - 97.44%, , hệ số không đồng đều Cu đạt từ 1.56 -1.74. Loại cát này thường có hình tròn, đều hạt nên khi sử dụng làm vạt liệu đắp nền thường khó lu lèn và khó đảm bảo tính ổn định của nền đường trong khi chịu tải trọng động nhất là khi bị ngập nước. Tuy nhiên việc sử dụng cát biển đào đắp nền đường vẫn là một giải pháp tiềm năng đem lại hiệu quả kinh tế cao, bảo vệ môi trường. Do vậy, việc nhà thầu tiến hành các thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường làm cơ sở cho đơn vị tư vấn giám sát xem xét đưa ra quyết định cuối cùng là cần thiết và phù hợp với quy định tại Chỉ dẫn kỹ thuật của dự án. Tuy nhiên, sau đó, do nhiều yếu tố tác động (các quy định về quản lý khai thác, môi trường, các yếu tố kiểm soát kỹ thuật...), dự án Tân Vũ - Lạch Huyện không sử dụng cát biển làm vật liệu đắp.

Tiềm năng kinh tế khi sử dụng cát biển đắp nền đường cao tốc

Tiếp tục công tác nghiên cứu vào năm 2020 một nhóm tác giá đến từ trường đại học Xây dựng Hà Nội đã tiến hành thực hiện công trình " Nghiên cứu khả năng sử dụng cát biển trong xây dựng đường bộ tại Việt Nam". và đã đưa ra một số nhận định. Cát biển cơ bản đáp ứng được các yêu cầu, tiêu chuẩn về vật liệu đầu vào của Tiêu chuẩn TCVN 9436:2012. Tuy nhiên, cát biển có những nhược điểm như hạt mịn, rời rạc, giảm thể tích khi tiếp xúc với hơi ẩm... nên phải có phương án xử lý thêm (đối với vật liệu hoặc thiết kế nền đường) thì mới áp dụng được.

Xem Thêm: Bảng báo giá vải địa kỹ thuật dệt và không dệt

Vấn đề sử dụng cát biển đắp nền đường cao tốc:

Về mặt pháp lý, hiện nay trong hệ thống tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5729:2012 "Đường ô tô cao tốc - Yêu cầu thiết kế" và TCVN 4054:2005 "Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế" chưa có các quy định riêng biệt cho việc thiết kế, tính toán nền đường sử dụng nguồn cát biển. Về thi công và nghiệm thu, các dự án ở Việt Nam đang áp dụng Tiêu chuẩn TCVN 9436:2012 "Nền đường ô tô - Thi công và nghiệm thu". Các quy định đối với vật liệu nền đường được quy định tại Điều 5 của TCVN 9436:2012. Ngoài các quy định về chỉ tiêu cơ lý, thành phần hạt đối với vật liệu đắp nền đường tại Điều này còn quy định không được sử dụng "đất lẫn các thành phần muối dễ hòa tan quá 5%".

Mặt khác theo các nghiên cứu trên thé giới thì các hạt cát được khai thác ngoài khơi thường có dạng tròn đều. Loại cát này khi sử dụng làm vật liệu đắp nền đường bộ thường rất khó lèn chặt và khó đảm bảo tính ổn định lâu dài khi chịu tải trọng động đặc biệt trong diều kiện ngập nước. Chính vì vậy hiện nay trên thế giới việc sử dụng cát biển độc lập để đào đắp nền đường bộ là gàn như không có. Khi sử dụng cát biển thì người ta sẽ phải xử lý bằng cách trộn với xi măng và đá dăm hoặc các vật liệu có tính chất tương đương để đảm bảo chất lượng cho công trình.

Khi sử dụng cát biển đắp nền đường cao tốc cũng rất càn quan tâm đến vấn dề bảo vẹ môi trường xung quanh công trình. Trong thành phần cát biển có lượng muối hòa tan nhất định. Khi sử dụng cát biển đắp nền đường cao tốc có nguy cơ ảnh hưởng đến đất đai và nguồn nước xung quanh. Dưới tác động của các yếu tố thời tiết, lượng mưa thì muối hòa tan có thể theo dòng chảy gây nhiễm mặn cho khu vực sản xuất nông nghiệp xung quanh. Vì vạy càn phải có giải pháp tưới tiêu phù hợp để giảm thiểu tác động này. Ngoài ra do cát biển thường là loại hạt mịn nên trong quá trình vận chuyển và thi công đào đắp nền đường cao tốc thì có thể bay ra các khu dân cư xung quanh. Lượng cát này có thẻ làm ảnh hưởng tới nguồn nước mặt, đát đai và qua đó ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của dân cư.

>>>>> Tại sao nên sử dụng vải địa trong thi công đường cao tốc

Ngoài ra, về đơn giá, định mức kinh tế - kỹ thuật, đến thời điểm hiện nay chưa có hệ thống đơn giá, định mức đặc thù cho việc khai thác, sàng tuyển, vận chuyển và thi công, nghiệm thu hạng mục; chưa có các đánh giá về khoảng cách hiệu quả kinh tế (một số khu vực biển phải ở độ sâu ngoài 22 m nước mới có cát, từ 20 m nước trở vào bờ chủ yếu là bùn cát) để phục vụ xây dựng nền đường.

Nghiên cứ ứng dụng cát biển đắp nền đường cao tốc hiệu quả kinh tế

Để sử dụng cát biển làm vật liệu đào đắp cho các dự án cao tốc thì theo cục Đầu tư xây dựng Bộ GTVT cần lựa chọn những đoạn tuyến đặc trưng để thi công thí điểm. Có thể thí điểm sử dụng cát biển đắp nền đường cao tốc tại một số đoạn tuyến đi qua vùng đất yếu tại khu vực ĐBSCL. Cùng với đó cần có thêm những nghiên cứu đánh giá về việc sử dụng cát biển phối hợp với các loại vật liệu khác để dào đắp nền đường cao tốc. Một số loại vật liệu có thể qua tâm nghiên cứu như cát biển với đá mi, cát biển phối hợp với tro xỉ và xi măng...Các nghiên cứ và thí ngheiemj cần được tuân thủ theo quy định của Nhà nước. Cùng với đó phải có lộ trình rõ ràng để quan trắc, thu thập số liệu và đánh giá các phương án cụ thẻ.

PGS. TS Nguyễn Thanh Sang cho biết một trong những biện pháp để tăng tính ổn định cơ học của lớp vật liệu đào đắp là sử dụng lèn đầm. Phương pháp này sử dụng tác động cơ học (tính hoặc động) để làm chặt lớp vật liệu đào đắp. Đây là nguyên tắc được sử dụng trong xử lý các loại vật liệu đào đắp đường giao thông. Với các loại vật liệu trầm tích được nạo vét từ biển thường có lẫn các loại bùn ở cửa sông, lẫn các loại hóa chất trong đó có các loại muối clorua, sunphat . Để sử dụng loại vật liệu này trong đào đắp nền đường trước tiên cần đảm bảo kết cấu về hạt.

Theo kết quả thí nghiệm ở Công văn số 1018/TEDIS-XNDC ngày 11/5/2022 của Công ty CP Tư vấn thiết kế GTVT phía Nam, cát biển Sóc Trăng, Trà Vinh đều có lượng lọt sàng 0,425 mm từ 99 - 100% và là cát không có nhiều bùn (không thí nghiệm được chỉ số độ dẻo). Để tạo được vật liệu đầm chặt phù hợp thì tỷ lệ hạt trên và lọt sàng 0,425 mm phải phù hợp. Do đó, với cát mịn như vậy, để đầm chặt cần phải phối trộn thêm các cỡ hạt lớn hơn ở mắt sàng 0,425 mm. Giải pháp đầm chặt sử dụng lớp đắp bao bằng sét sẽ khó thực hiện ở công trường, nên cần có bao tải cát làm khuôn hoặc có biện pháp thoát nước tốt trong quá trình lu lèn cát mịn.

Một trong những giải pháp khác có thể được sử dụng để tăng độ ổn định của lớp vật liệu đào đắp là sử dụng các loại hóa chất. Các loại hóa chất được trộn ddeuf vào trong lớp vật liệu đào đắp để làm tăng tính kết dính, tăng cường độ của lớp vật liệu đào đắp. Vật liệu dùng gia cố có thể là xi măng, vôi, xỉ lò cao nghiền mịn, tro bay, tro trấu, metakaolanh hoặc nước thủy tinh. Khi trộn vôi, xi măng cũng như một số chất kết dính phụ thêm là các vật liệu hút ẩm nhanh và tạo ra chất rắn liên kết được các hạt rời rạc của trầm tích biển. Đồng thời, với việc cho thêm xi măng hoặc vôi sẽ giảm mặn của trầm tích biển và tạo ra được những hợp chất hữu ích trong thành phần của hỗn hợp trầm tích biển và chất kết dính. Có thể dùng các hóa chất để gia cứng nền trầm tích biển, tuy nhiên phương pháp này thường có giá thành cao hơn so với các phương pháp khác. Việc tạo ra các khối rắn trong công nghệ đắp nền đường có ý nghĩa quan trọng trong xây dựng.

Ngoài ra phương án rửa cát được áp dụng cho các loại cát biển có lẫn bùn đất. Việc sàng rửa cát sẽ giúp phân loại và làm sạch cát để qua đó dễ dàng phối trộn các loại vật liệu khác vào. Phương pháp rửa tràm tích biển cần đảm bảo yêu cầu như với cát sử dụng cho cốt liệu bê tông do vậy rất tốt cho việc đào đắp nền

Trên thế giới, nhiều nước đã có các quy định và hướng dẫn về cát biển khử muối làm cốt liệu nhỏ cho bê tông, như tiêu chuẩn cốt liệu cho bê tông ở Anh Quốc (EN 12620); Tiêu chuẩn kiến trúc Nhật Bản quy định cho công tác bê tông (JASS 5); Hướng dẫn kỹ thuật ứng dụng cát biển cho bê tông (JGJ 206-2010) của Trung Quốc... Đây là nguồn tài liệu tham khảo hữu ích trong quá trình nghiên cứu dùng cát biển làm vật liệu đắp nên đường cao tốc tại Việt Nam

Sử dụng cát biển đắp nền đường cao tốc là phương pháp có tiềm năng đem lại lợi ích kinh tế cao. Tuy nhiên để có thể áp dụng rộng rãi đòi hỏi có thời gian nghiên cứu, thử nghiệm, quan trắc đánh giá chi tiết những tác động lâu dài đối với công trình cũng như môi trường xung quanh. Hi vong trong thời gian tới sẽ có các giải pháp phù hợp để sử dụng hiệu quả loại vật liệu này trong xây dựng các công trình giao thông.