Công nghệ mới

Lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu cho cao tốc Bắc - Nam

Lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu cho cao tốc Bắc - Nam

Tạp chí Xây dựng - Bộ xây dựngBài viết giới thiệu một số giải pháp xử lý nền đất yếu đường cao tốc có tham khảo kinh nghiệm thế giới để lựa chọn giải pháp tối ưu cho tuyến đường cao tốc Bắc - Nam.

TÓM TẮT: Cao tốc Bắc - Nam phía Đông và phía Tây đã được quy hoạch trong mạng lưới đường bộ quốc gia thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050. Một số đoạn của cao tốc phía Đông đã hoàn thành cũng đem lại nhiều bài học kinh nghiệm về xử lý nền đất yếu. Tuy nhiên, việc xây dựng các đoạn còn lại của cao tốc phía Đông và tuyến cao tốc phía Tây vẫn còn nhiều thách thức về lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả, có tính kinh tế - kỹ thuật. Bài viết giới thiệu một số giải pháp xử lý nền đất yếu đường cao tốc có tham khảo kinh nghiệm thế giới để lựa chọn giải pháp tối ưu cho tuyến đường cao tốc Bắc - Nam.
Từ khóa: cao tốc, Bắc - Nam, đất yếu, xử lý, lựa chọn. 

ABSTRACT: The East-side and West-side North-South Expressway have been planned in National Road Network Master Plan for the period of 2021-2030, vision to 2050. Several sections of the East-side North-South Expressway has been completed gaining valuable lessons in soft soil improvement. Nonetheless, there are many challenges to select the effective and technical-economic soft soil improvement for the construction of remaining sections of the East-side North-South Expressway and the West-side North-Sounth Expressway. This article presents some expressways’ soft soil improvement with referance to international experience to help to select the optimized method for the North-South Expressway.
Keywords: expressway, North-South, soft soil, improvement, selection. 

1. Đặt vấn đề

Ngày 01/9/2021, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 1454/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch mạng lưới đường bộ thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050. Theo quy hoạch này, cả nước có 41 tuyến cao tốc với tổng chiều dài khoảng 9.014 km, trong đó hai tuyến cao tốc Bắc - Nam phía Đông (ký hiệu CT.01) và tuyến cao tốc Bắc - Nam phía Tây (ký hiệu CT.02) có chiều dài lớn nhất, lần lượt là 2.063 km và 1.205 km (Hình 1). 

Đến hết năm 2022, tuyến cao tốc Bắc - Nam phía Đông đã hoàn thành một số đoạn: Chi Lăng (Lạng Sơn) - Bắc Giang, Bắc Giang - cầu Phù Đổng (Hà Nội), cầu Phù Đổng - Pháp Vân (Hà Nội), Pháp Vân - Cầu Giẽ (Hà Nội), Cầu Giẽ (Hà Nội) - Cao Bồ (Ninh Bình), Cao Bồ - Mai Sơn (Ninh Bình), Cam Lộ (Quảng Trị) - La Sơn (TT-Huế), La Sơn (TT-Huế) - Hòa Liên (Đà Nẵng), Đà Nẵng - Quảng Ngãi, Dầu Giây - Long Thành (Đồng Nai), TP.HCM - Trung Lương (Tiền Giang), Trung Lương - Mỹ Thuận (Tiền Giang).
Tuyến cao tốc Bắc - Nam phía Tây dự kiến triển khai ngay sau khi hoàn thành tuyến phía Đông. 

Ngoài các đoạn cao tốc được thiết kế sử dụng kết cấu cầu hay hầm, một số đoạn còn lại đi trên mặt đất đối mặt với vấn đề xử lý nền đất yếu để bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật của đường cao tốc. 

Về phân bố đất yếu trong khu vực Đông Nam Á, đất yếu tại Việt Nam tập trung chủ yếu tại đồng bằng sông Hồng - sông Thái Bình và khu vực Nam Bộ (theo Hình 2). Đối chiếu Hình 1 và tiến độ thực tế thi công cao tốc phía Đông thì các phân đoạn cao tốc tại đồng bằng sông Hồng cơ bản đã hoàn thành, các phân đoạn cao tốc Bắc - Nam phía Đông và phía Tây đi qua khu vực Nam Bộ đã, đang và sắp triển khai xây dựng sẽ đối mặt với vấn đề xử lý nền đất yếu. 

Hình 2. Phân bố đất yếu tại Đông Nam Á và Việt Nam [1].

Theo Tiêu chuẩn TCVN 5729:2012 “Đường ô tô cao tốc - Yêu cầu thiết kế” về yêu cầu thiết kế đối với nền đường cao tốc đắp trên đất yếu hoặc vùng than bùn: trước khi xây dựng kết cấu mặt đường hoàn chỉnh thì phải áp dụng các biện pháp để độ lún của nền đắp trong thời hạn 15 năm phải ≤10cm tại vị trí gần mố cầu,  ≤20cm tại chỗ có cống hoặc cống chui, ≤30cm tại các đoạn nền đắp thông thường; đối với đoạn nền đắp trên đất yếu ở đầu cầu, cống, cống chui thì phải thiết kế để nền lún đạt 90% mức độ cố kết trước khi thi công móng các bộ phận mố, tường cánh…

Vấn đề đặt ra cần lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu đạt hiệu quả cao, thỏa mãn tiêu chí kinh tế - kỹ thuật và tiết kiệm chi phí.

2. So sánh một số giải pháp xử lý nền đất yếu

2.1. Trên cơ sở Hình 2 khu vực đất yếu tập trung phần lớn tại Nam Bộ, nghiên cứu của dự án kết nối vùng trung tâm đồng bằng Mê kông đã tổng hợp một số giải pháp xử lý nền đất yếu, ưu nhược điểm và chi phí điển hình tại Bảng 1.

Bảng 1. So sánh một số giải pháp xử lý nền đất yếu [2]

2.2. Ngoài ra, trong trường hợp thiếu hụt lượng cát đắp nền, gần đây đã xuất hiện giải pháp sử dụng xốp địa kỹ thuật (geofoam) để thay thế cát đắp. Ưu điểm của geofoam là nhẹ (12 - 35 kg/m3), làm giảm tải trọng và giảm áp lực xuống nền bên dưới; thi công nhanh, gồm xếp các khối chồng lên. 

Nhược điểm là có chi phí cao, tổng chi phí vật liệu, thi công gấp khoảng 6 lần cát đắp thông thường, trong trường hợp xét tổng thể về giải pháp xử lý nền đất yếu thì chi phí cao hơn các phương pháp khác từ 1,2 - 1,5 lần [3]; đồng thời tính chịu nhiệt, chịu hóa chất kém; và hiện tại Việt Nam chưa hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn thiết kế, thi công, nghiệm thu giải pháp này.

3. Lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu

3.1. Phương pháp thay thế lớp đất yếu sử dụng hiệu quả khi chiều dày lớp đất yếu nhỏ từ 3 - 4m. Đây là phương pháp khá quen thuộc, có chi phí thấp và thường ưu tiên sử dụng giải pháp này hoặc kết hợp sử dụng với giải pháp xử lý đất yếu khác. Ngoài các vấn đề liên quan đến môi trường thì chiều sâu tác dụng nhỏ đã giới hạn việc sử dụng phương pháp này.

3.2. Đối với các phương pháp đơn thuần sử dụng bấc thấm và giếng cát thì thời gian cố kết lâu, thường kéo dài trên 12 tháng để chờ lún, làm chậm tiến độ thi công và kéo theo giảm hiệu quả của đầu tư [4].

3.3. Các phương pháp như cọc cát đầm chặt hoặc cọc xi măng đất đều rút ngắn được thời gian thi công, tuy nhiên có chi phí cao, liên quan đến bài toán hiệu quả kinh tế nên ít được xem xét sử dụng cho các tuyến đường cao tốc. 
Một ví dụ về công trình trong khu vực có đất yếu theo Hình 2, tuyến đường Kayu Agung - Palembang - Betung (Indonesia) dài 111,6 km, gồm 4 làn xe, có tốc độ thiết kế 100 km/h chỉ sử dụng các biện pháp: thay thế đất, cố kết hút chân không, sàn giảm tải để xử lý nền đất yếu [5]

3.4. Phương pháp cố kết hút chân không dường như thỏa mãn được các tiêu chí về kinh tế - kỹ thuật, khi có chi phí không quá cao, đồng thời rút ngắn được thời gian chờ lún của đất yếu từ 6 - 12 tháng [6], đẩy nhanh được tiến độ thi công.

Một ví dụ công trình khác trong khu vực có đất yếu theo Hình 2 là công trình đường lăn trong sân bay quốc tế Nakhon Si Thammarat (Thái Lan), biện pháp xử lý nền đất yếu là cố kết hút chân không và chỉ mất 135 ngày (4,5 tháng) để đạt độ lún mong muốn [7].

Tuy nhiên, cần lưu ý khi thực hiện phương pháp này gần các công trình khác thì tùy thuộc tầm quan trọng của công trình lân cận và phạm vi ảnh hưởng của hút chân không mà có biện pháp phù hợp để bảo vệ các công trình lân cận khỏi ảnh hưởng [8].

4. Kết luận

Bài viết đã giới thiệu và so sánh một số phương pháp xử lý nền đất yếu đã áp dụng tại Việt Nam và các nước có điều kiện địa chất tương đồng trong khu vực. Lựa chọn được giải pháp xử lý hiệu quả không những bảo đảm các tiêu chuẩn kỹ thuật mà còn rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí xây dựng. 

Trong số các giải pháp được giới thiệu, phương pháp cố kết hút chân không được nhiều nước trong khu vực có địa chất tương tự ưa thích sử dụng. Tuyến cao tốc Bắc - Nam cần tham khảo thực tiễn kinh nghiệm áp dụng tại Việt Nam và các nước trong khu vực để lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp, đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật lớn, vừa bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật và tiết kiệm ngân sách Nhà nước.

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Long. P.V, D.T. Bergado, L.V. Nguyen, A.S. Balasubramaniam, “Design and Performance of Soft Ground Improvement using PVD with and without Vacuum Consolidation”. Geotechnical Engineering Journal of the SEAGS & AGSSEA, Vol.44, No.4, 2013, ISSN 0046-5828.
[2] MoT, Cuulong CIPM, Central Mekong Delta Region Connectivity Project. Final Report - Detail Design (Road), Vol I, 2013, Table 4.6, p. 89 of 271.
[3] Bartlett. S, et al.  Instrumentation and Construction Performance Monitoring for I-15 Reconstruction Project in Salt Lake City, Utah, Journal of the Transportation Research Board, Volume 1772, Issue 1, 2001.
[4] Báo điện tử VOV (Online). Đẩy nhanh thi công cao tốc Mỹ Thuận - Cần Thơ sau chỉ đạo của Bộ GTVT. Bài đăng ngày 17/10/2022, truy cập tại: https://vov.vn/xa-hoi/day-nhanh-thi-cong-cao-toc-my-thuan-can-tho-sau-chi-dao-cua-bo-gtvt-post977701.vov
[5] Indonesia Toll Road Authority, Improving governance in the provision of tollroad in Indonesia - Annual Report 2021, April 2022, p.64.
[6] J. Racinais, Vacuum consolidation: Design and case studies, International Webinar - Ground Improvement Techniques for Highway Construction, May 29-30, 2020, Organized by Central Road Research Institute, New Delhi, India. 
[7] Teparaksa. W, Ngo. DT, Tanaka. H, Simulation of vacuum consolidation on soft ground by triaxial test and its application, ASEAN Engineering Journal Part C, Vol 1, No1 (2012), p.7-21.
[8] Nguyễn Chí Đạt, Vũ Minh Ngạn, Phạm Văn Hùng, Xác định vùng ảnh hưởng đến công trình lân cận của phương pháp cố kết hút chân không khi xử lý nền đường đất yếu, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, tập 61, kỳ 6 (2020), trang 33-39.
[9] TCVN 5729:2012 “Đường ô tô cao tốc - Yêu cầu thiết kế”.

Ý kiến của bạn