Đoạn tuyến thi công thử nghiệm lấy cát biển làm vật liệu đắp nền

Hiện nay, ở nước ta nhu cầu đầu tư phát triển cơ sở hạ tầng là rất lớn, trong đó việc xây dựng các công trình hạ tầng (công trình xây dựng, công trình giao thông) luôn đòi hỏi một khối lượng lớn vật liệu, trong đó có vật liệu cát dùng để đắp nền đường, san lấp, làm vữa xây dựng và bê tông.

Với thực tế nguồn tài nguyên cát sông ngày càng khan hiếm, đặc biệt là trong bối cảnh ngành GTVT đang triển khai các dự án xây dựng đường ô tô trên cả nước (nhất là tại khu vực đồng bằng Sông Cửu Long), việc cung ứng kịp thời vật liệu cát sông phục vụ cho các dự án đang gặp nhiều khó khăn, vì vậy yêu cầu cấp bách là cần phải nghiên cứu, thử nghiệm nhằm tìm ra loại vật liệu thay thế cho cát sông (trong đó có vật liệu cát biển) nhằm đáp ứng nhu cầu trong tương lai.

Tại Chỉ thị số 06/CT-TTg ngày 15/2/2024 về việc đôn đốc thực hiện nhiệm vụ trọng tâm sau kỳ nghỉ Tết Giáp Thìn 2024, Thủ tướng Phạm Minh Chính đã yêu cầu Bộ GTVT chủ trì, phối hợp với các cơ quan, địa phương báo cáo Thủ tướng Chính phủ kết quả đánh giá thử nghiệm sử dụng cát biển làm vật liệu đắp nền đường, kết luận rõ việc sử dụng cát biển đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đối với đường ô tô cao tốc để đề xuất nhân rộng cho các dự án giao thông trọng điểm, quan trọng quốc gia, nhất là tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

Trước đó, trong nhiều cuộc họp và các công điện về các công trình, dự án hạ tầng giao thông, Thủ tướng Chính phủ cũng đã nhiều lần nhắc các bộ nghiên cứu việc sử dụng cát biển cho các dự án xây dựng hạ tầng.

Trao đổi với Báo điện tử Chính phủ, ông Nguyễn Phú Hùng, Vụ trưởng Vụ KH&CN các ngành kinh tế - kỹ thuật (Bộ KHCN) cho biết, với chức năng, nhiệm vụ của Bộ KH&CN, Bộ đã xem xét, hỗ trợ các tổ chức nghiên cứu trong nước triển khai các nhiệm vụ KH&CN nghiên cứu, sử dụng cát mặn làm vật liệu xây dựng trong xử lý, sử dụng cát mặn thay thế cát tự nhiên trong xây dựng giao thông, san lấp mặt bằng, xây dựng công trình xây dựng dân dụng.

Cụ thể là cụm nhiệm vụ: Nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn san nền, đắp nền đường; nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn trong bê tông xi măng cho kết cấu bê tông cốt thép dân dụng; nghiên cứu công nghệ cứng hóa đất bùn nạo vét để sử dụng trong san lấp mặt bằng thay thế cát. 

Chủ nhiệm đề tài, PGS.TS Văn Viết Thiên Ân, cho biết, nhóm đề tài đã thực hiện khảo sát, đánh giá các tính chất cơ lý hóa của 6 mẫu cát nhiễm mặn đại diện cho khu vực phía bắc (Hải Phòng, Nam Định), Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa và Quảng Bình) và Nam Trung Bộ (Đà Nẵng và Khánh Hòa) để nhằm đánh giá khả năng sử dụng làm vật liệu san đắp nền đường.

Kết quả phân tích thành phần hạt cho thấy cấp phối thành phần hạt chủ yếu tập trung ở cấp hạt từ 0,25 đến 0,425 mm cho các mẫu cát ở miền Trung. Trong khi đó các mẫu cát ở miền Bắc thì tập trung ở cấp hạt dưới 0,25 mm, và đặc biệt hàm lượng hạt mịn. Hàm lượng clorua hòa tan trong các mẫu cát biển đều thấp hơn 5% (là giá trị yêu cầu của vật liệu đắp nền đường theo TCVN 9436:2012 về Nền đường ô tô – Thi công và nghiệm thu).

Hiện nay, nhiều công trình đường ở nước ta đã sử dụng cát sông hạt mịn (cát đen) đắp nền, thậm chí các nền đường cao tốc chất lượng cao như Dự án Đường ô tô cao tốc Hà Nội - Hải Phòng đã sử dụng cát đen để đắp nền đường với khối lượng rất lớn. Nhóm đề tài so sánh với các số liệu yêu cầu kỹ thuật và số liệu thí nghiệm thực tế của cát sông đã sử dụng đắp nền đường cho Dự án Đường ô tô cao tốc Hà Nội - Hải Phòng.

Các kết quả cho thấy thành phần hạt của cát sông khu vực miền Bắc thuộc nhóm A-3, gần tương tự như các mẫu cát biển Nam Trung Bộ với hàm lượng hạt mịn < 0,075 mm dưới 10%. Chỉ số CBR và khối lượng thể tích đầm chặt lớn nhất của cát sông và cát biển là tương đương nhau. Điều khác biệt rõ nét giữa cát sông và cát biển chính là độ ẩm tối ưu để đầm chặt của cát sông lớn hơn cát biển (Khoảng 16-18% so với 12,5-14,4%). Điều này có thể do đặc tính hạt cát biển tròn và bề mặt trơn nhẵn hơn so với cát sông. Và tất nhiên, hàm lượng muối hòa tan trong mẫu cát biển sẽ cao hơn nhiều so với cát sông nhưng vẫn thấp hơn mức 5% theo qui định của TCVN 9436:2012. Điều này cho thấy có thể xem cát nhiễm mặn là vật liệu đắp nền đường thông thường có tính đặc thù.

Thử nghiệm các phương án đắp nền đường sử dụng cát nhiễm mặn trong bãi thử nhỏ để bước đầu đánh giá khả năng sử dụng cát nhiễm mặn làm vật liệu đắp nền đường thay thế vật liệu đắp truyền thống, đề tài đã đắp thử nền đường trong bãi thử với bề rộng nền đường 7m bao gồm lớp mái taluy bằng đất đắp rộng 1m, chiều cao nền đắp trung bình 1,5m, mái taluy 1:1. Nền đường được chia làm 3 phân đoạn như sau: Phân đoạn 1 dài 10m: Nền đường được đắp 100% cát nhiễm mặn; Phân đoạn 2 dài 10m: Nền đường đắp 100% cát nhiễm mặn có gia cố tấm Geocell; Phân đoạn 3 dài 10m: Đắp xen kẹp cát nhiễm mặn và đất đắp truyền thống.

Ở cả ba phân đoạn, toàn bộ đoạn nền đường thử nghiệm trong bãi thử sẽ được phủ 200 mm bề mặt cấp phối đá dăm và đắp mái taluy bằng đất đắp. Trong quá trình thi công, độ chặt của các lớp vật liệu đắp được kiểm tra đạt yêu cầu thiết kế. Nền đường sau khi thi công xong được thực hiện đo mô đun đàn hồi E của nền đắp.

Đối với thử nghiệm các phương án giải pháp kết cấu gia cường bảo vệ mái taluy trong bãi thử nhỏ, nhóm nghiên cứu cũng đã tiến hành thử nghiệm quy mô nhỏ giải pháp bảo vệ mái taluy nền đường đắp với các giải pháp: đắp bao bằng đất dính; bê tông hóa bằng các viên lát lắp ghép; trồng cỏ. Kết quả thử nghiệm và theo dõi, đánh giá chất lượng cho thấy sự bảo đảm ổn định công trình.

Tuy nhiên, một số khó khăn khi thực hiện đề tài, đó là: Hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn áp dụng cho việc sử dụng cát nhiễm mặn làm vật liệu đắp nền đường; việc đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng muối đến môi trường xung quanh cần có những nghiên cứu chi tiết và lâu dài ở các điều kiện cụ thể của công trình. Việc tìm kiếm địa điểm thi công xây dựng thí điểm 01 công trình nền đường dài 500 m đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của loại đường cấp 3 và thực hiện chi phí đối ứng gặp nhiều khó khăn và kéo dài…

Trong khuôn khổ các nội dung nghiên cứu của đề tài có thể bước đầu cho thấy khả năng có thể sử dụng cát nhiễm mặn thay thế vật liệu đắp truyền thống cho nền đường, đặc biệt là các khu vực ít hoặc không bị ngập nước. Tùy theo các yêu cầu thiết kế cụ thể có thể sử dụng các biện pháp gia cố nền đường sử dụng cát nhiễm mặn như các phương án sử dụng vải địa kỹ thuật, ô địa kỹ thuật (geocell) kết hợp với phương án bảo vệ mái taluy nhằm tăng cường sức chịu tải cũng như độ ổn định của nền đường.

Bên cạnh đó, cần có các nghiên cứu sâu rộng và chi tiết về ảnh hưởng của hàm lượng muối trong cát nhiễm mặn đến môi trường xung quanh theo thời gian, đặc biệt trong điều kiện ngập nước như đồng bằng sông Cửu Long.... Hàm lượng muối có trong cát nhiễm mặn biến động rất lớn, phụ thuộc vào địa điểm, công nghệ khai thác cát, phương án vận chuyển, bơm hút...

Sẽ phối hợp xây dựng các TCVN về cát nhiễm mặn

Cũng theo Bộ KH&CN, đối với hoạt động thẩm định tiêu chuẩn (TCVN), về quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) cho cát, trong hệ thống QCVN hiện hành có 01 QCVN 16:2023/BXD về quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về sản phẩm, hàng hóa vật liệu xây dựng ban hành kèm theo Thông tư số 04/2023/TT-BXD ngày 30/6/2023 có quy định cho đối tượng cát nghiền cho bê tông và vữa; cát tự nhiên dùng cho bê tông và vữa.

Về tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) cho cát, đối với cát thường (cốt liệu nhỏ), trong hệ thống tiêu chuẩn quốc gia hiện hành có 7 TCVN Cát thường (cốt liệu nhỏ) cho xây dựng do Bộ Xây dựng biện soạn và Bộ KH&CN công bố.

Đối với cát nhiễm mặn, hiện tại hệ thống tiêu chuẩn quốc gia có 01 TCVN về cát nhiễm mặn TCVN 13754:2023 Cát nhiễm mặn cho bê tông và vữa. Tiêu chuẩn này do Bộ Xây dựng tổ chức nghiên cứu, biên soạn dựa trên kết quả nghiên cứu khảo sát và thực nghiệm về cát nhiễm mặn, bê tông sử dụng cát nhiễm mặn trong và ngoài nước, đồng thời tham khảo nội dung các tiêu chuẩn khu vực (EN 12620:2008), tiêu chuẩn nước ngoài (JGJ 206-2010, JSCE No16), TCVN 7570:2006 và được Bộ KH&CN công bố kèm theo Quyết định số 1343/QĐ-BKHCN ngày 29/6/2023.

Theo kế hoạch xây dựng TCVN, Bộ Xây dựng sẽ xây dựng thêm 3 TCVN về cát nhiễm mặn như sau: Cát nhiễm mặn cho bê tông và vữa xây dựng - Yêu cầu kỹ thuật - Phần 1- Cát cho kết cấu bê tông; Cát nhiễm mặn cho bê tông và vữa xây dựng - Yêu cầu kỹ thuật - Phần 2 - Cát cho kết cấu bê tông cốt thép; Cát nhiễm mặn cho bê tông và vữa xây dựng - Yêu cầu kỹ thuật - Phần 3- Cát cho vữa xây dựng.

Trao đổi thêm về vấn đề thẩm định TCVN, ông Nguyễn Văn Khôi, Vụ trưởng Vụ Tiêu chuẩn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (Bộ KH&CN) cho biết, việc nghiên cứu sử dụng cát biển làm vật liệu đắp nền đường là rất quan trọng. Hiện nay, Bộ GTVT đang thí điểm ở diện hẹp. Sau khi có kết quả đánh giá thử nghiệm, thí điểm, các bộ chuyên ngành sẽ xây dựng dự thảo các hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn rồi chuyển sang Bộ KHCN để tổ chức thẩm định, ban hành. Trong thời gian tới, Bộ KH&CN sẽ tích cực phối hợp với các Bộ trong công tác này.