I. Tổng quan dự án và thách thức xử lý nền đất yếu cao tốc
Dự án cao tốc Trung Lương - Mỹ Thuận là một công trình giao thông trọng điểm, đóng vai trò then chốt trong việc kết nối TP. Hồ Chí Minh với vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Tuyến đường này đi qua khu vực có điều kiện địa chất công trình vô cùng phức tạp, đặc trưng bởi các lớp đất yếu có chiều dày lớn, cường độ kháng cắt thấp và tính nén lún cao. Đây là thách thức lớn nhất đối với kỹ thuật thi công cao tốc tại Việt Nam. Nền đất yếu, chủ yếu là bùn sét hữu cơ, có độ ẩm tự nhiên cao (lên đến 72.35%) và hệ số rỗng lớn (e ≈ 2.1), dẫn đến sức chịu tải của đất cực kỳ thấp. Việc xây dựng nền đường đắp cao trên địa tầng này tiềm ẩn nguy cơ gây ra hiện tượng lún sụt và mất ổn định trượt, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn công trình và tiến độ dự án cao tốc. Theo luận văn của Trần Khắc Phú (2015), việc không đánh giá chính xác tính chất cơ lý của đất nền để lựa chọn giải pháp xử lý tối ưu đã gây ra nhiều sự cố cho các công trình giao thông trước đây. Vì vậy, việc nghiên cứu và áp dụng một công nghệ xử lý nền đất yếu hiệu quả là yêu cầu cấp bách, quyết định sự thành công của dự án BOT Trung Lương - Mỹ Thuận, một dự án được triển khai bởi các nhà đầu tư mà nổi bật là Tập đoàn Đèo Cả.
1.1. Bối cảnh dự án BOT Trung Lương Mỹ Thuận và tầm quan trọng
Cao tốc Trung Lương - Mỹ Thuận là một phần của tuyến cao tốc Bắc - Nam phía Đông, có vai trò chiến lược trong việc giảm tải cho Quốc lộ 1A và thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội cho toàn vùng. Tuy nhiên, việc thi công gặp nhiều khó khăn do nền đất yếu. Theo tài liệu khảo sát, lớp bùn sét bề mặt có chiều dày trung bình từ 5,6m đến 7,5m. Lớp đất này có chỉ số dẻo cao (IP ≈ 38.11) và độ sệt ở trạng thái chảy (IS ≈ 1.1), cho thấy khả năng biến dạng lớn khi chịu tải. Thách thức này đòi hỏi phải có các biện pháp thi công nền đường đặc thù để đảm bảo ổn định nền đường lâu dài, tránh các hư hỏng kết cấu mặt đường trong quá trình khai thác.
1.2. Đặc điểm địa chất công trình vùng Đồng bằng sông Cửu Long
Vùng Đồng bằng sông Cửu Long được hình thành từ các trầm tích Holocen sông - biển, tạo nên một địa tầng yếu và không đồng nhất. Các lớp đất phổ biến bao gồm bùn sét, sét pha và cát mịn, có khả năng chịu lực kém. Mực nước ngầm trong khu vực thường nằm sát mặt đất tự nhiên và chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều, gây khó khăn cho công tác thi công và có thể ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu. Việc phân tích kỹ lưỡng các chỉ tiêu cơ lý của từng lớp đất là cơ sở quan trọng để lựa chọn giải pháp gia cố nền, từ đó tối ưu hóa chi phí xử lý nền đất yếu và đảm bảo chất lượng công trình.
II. Top 3 thách thức lớn khi xử lý nền đất yếu tại dự án
Việc thi công trên nền đất yếu của cao tốc Trung Lương - Mỹ Thuận đối mặt với ba thách thức cốt lõi: nguy cơ mất ổn định, lún cố kết kéo dài và bài toán kinh tế. Thứ nhất, sức chịu tải của đất không đủ để chống đỡ tải trọng của nền đường đắp cao, dễ gây ra hiện tượng trượt trồi, phá hoại toàn bộ kết cấu. Thứ hai, quá trình cố kết của lớp bùn sét diễn ra rất chậm, gây ra hiện tượng lún sụt kéo dài nhiều năm sau khi công trình đi vào hoạt động, làm hư hỏng mặt đường và ảnh hưởng đến an toàn giao thông. Thứ ba, việc lựa chọn giải pháp xử lý phải cân bằng giữa yếu tố kỹ thuật và hiệu quả kinh tế. Các giải pháp có hiệu quả cao thường đi kèm với chi phí lớn, đòi hỏi phải có sự phân tích, so sánh kỹ lưỡng để tối ưu hóa tổng mức đầu tư. Luận văn nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc áp dụng không đúng giải pháp có thể dẫn đến lãng phí và không giải quyết triệt để vấn đề, như các sự cố đã từng xảy ra trên đường Pháp Vân - Cầu Giẽ hay Đại lộ Thăng Long. Do đó, việc quan trắc lún và đánh giá hiệu quả giải pháp trong suốt quá trình thi công là cực kỳ quan trọng để điều chỉnh kịp thời và đảm bảo tiến độ dự án cao tốc.
2.1. Nguy cơ lún kéo dài và mất ổn định nền đường cao tốc
Đặc tính cố kết của lớp bùn sét tại dự án là vấn đề nan giải. Do hệ số thấm rất nhỏ, nước trong lỗ rỗng thoát ra rất chậm dưới tác dụng của tải trọng. Điều này dẫn đến độ lún có thể kéo dài hàng chục năm. Nếu không có biện pháp can thiệp, độ lún tổng cộng có thể vượt xa giới hạn cho phép, gây nứt vỡ mặt đường. Hơn nữa, việc đắp nền quá nhanh có thể làm tăng áp lực nước lỗ rỗng đột ngột, làm giảm sức kháng cắt của đất và gây mất ổn định trượt tổng thể, một sự cố đặc biệt nguy hiểm trong kỹ thuật thi công cao tốc.
2.2. Bài toán chi phí xử lý nền đất yếu và hiệu quả kinh tế
Chi phí xử lý nền đất yếu chiếm một tỷ trọng đáng kể trong tổng vốn đầu tư của dự án. Các phương pháp như cọc xi măng đất hay móng cọc có thể mang lại hiệu quả nhanh nhưng chi phí rất cao. Ngược lại, các giải pháp như gia tải chờ lún tự nhiên thì tốn nhiều thời gian, ảnh hưởng lớn đến tiến độ dự án cao tốc. Do đó, việc tìm ra một giải pháp dung hòa, vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về ổn định nền đường, vừa rút ngắn thời gian thi công mà vẫn nằm trong giới hạn chi phí cho phép là một bài toán phức tạp, đòi hỏi sự phân tích và luận chứng khoa học chặt chẽ.
III. Phương pháp bấc thấm PVD Giải pháp tối ưu cho nền đất yếu
Một trong những công nghệ xử lý nền đất yếu hiệu quả và được lựa chọn cho dự án cao tốc Trung Lương - Mỹ Thuận là sử dụng bấc thấm PVD kết hợp gia tải trước. Đây là giải pháp thoát nước thẳng đứng nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết của đất. Bấc thấm có cấu tạo gồm lõi nhựa và lớp vỏ bằng vải địa kỹ thuật không dệt. Khi được cắm sâu vào lớp đất yếu, chúng tạo ra các kênh thoát nước nhân tạo theo phương thẳng đứng. Dưới tác dụng của tải trọng đắp, nước trong lỗ rỗng của đất sẽ di chuyển theo phương ngang vào bấc thấm và thoát lên trên, rút ngắn đáng kể quãng đường thoát nước so với tự nhiên. Phương pháp này giúp nền đất đạt độ lún yêu cầu trong thời gian ngắn, tăng cường sức chịu tải của đất và đảm bảo ổn định nền đường trước khi thi công các lớp kết cấu áo đường. So với các giải pháp khác, bấc thấm PVD được đánh giá cao về hiệu quả kinh tế, thi công nhanh và phù hợp với điều kiện địa chất công trình phức tạp của Đồng bằng sông Cửu Long.
3.1. Nguyên lý hoạt động của công nghệ xử lý đất yếu bằng bấc thấm
Nguyên lý cơ bản của bấc thấm PVD là rút ngắn đường thoát nước của nước lỗ rỗng trong đất. Thay vì phải di chuyển một quãng đường dài theo phương thẳng đứng qua hết chiều dày lớp đất yếu, nước chỉ cần di chuyển một khoảng cách ngắn theo phương ngang đến bấc thấm gần nhất. Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài có chức năng lọc, cho phép nước đi qua nhưng ngăn các hạt đất mịn chui vào làm tắc lõi. Lõi nhựa có các rãnh dọc tạo thành kênh dẫn nước, giúp nước thoát nhanh lên lớp đệm cát phía trên và ra khỏi phạm vi nền đường. Quá trình này giúp giảm áp lực nước lỗ rỗng, làm tăng ứng suất hiệu quả và thúc đẩy nhanh quá trình cố kết.
3.2. Vai trò của gia tải trước trong việc ổn định nền đường
Biện pháp gia tải trước là một phần không thể thiếu khi áp dụng công nghệ bấc thấm PVD. Bằng cách đắp một lớp đất có tải trọng bằng hoặc lớn hơn tải trọng khai thác của công trình trong tương lai, nền đất sẽ bị ép lún trước. Lượng lún này tương đương với độ lún sẽ xảy ra trong suốt vòng đời của công trình. Việc kết hợp gia tải với bấc thấm giúp quá trình lún này diễn ra trong vài tháng thay vì hàng chục năm. Sau khi nền đất đạt độ cố kết yêu cầu (thường là trên 90%), lớp đất gia tải sẽ được dỡ bỏ và tiến hành thi công các hạng mục tiếp theo. Đây là một biện pháp thi công nền đường hiệu quả để kiểm soát hiện tượng lún sụt.
IV. Cách dùng giếng cát xử lý nền đất yếu cao tốc hiệu quả
Bên cạnh bấc thấm, giải pháp giếng cát kết hợp gia tải trước cũng được nghiên cứu và so sánh để xử lý nền đất yếu cao tốc Trung Lương - Mỹ Thuận. Về nguyên lý, giếng cát có chức năng tương tự bấc thấm PVD, đó là tạo ra các đường thoát nước thẳng đứng để đẩy nhanh quá trình cố kết. Giếng cát được thi công bằng cách tạo các lỗ trong nền đất yếu và lấp đầy bằng cát thô. Các giếng cát này có hệ số thấm lớn hơn nhiều so với đất xung quanh, cho phép nước lỗ rỗng thoát ra nhanh chóng khi chịu tải. Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng vật liệu địa phương (cát) nên có thể tiết kiệm chi phí vật tư. Tuy nhiên, việc thi công giếng cát thường phức tạp hơn và cần kiểm soát chất lượng chặt chẽ để tránh hiện tượng ống giếng bị đất sét thắt lại hoặc tắc nghẽn. Luận văn của Trần Khắc Phú đã tiến hành tính toán, so sánh cả hai giải pháp để đưa ra lựa chọn tối ưu nhất về cả phương diện kỹ thuật và kinh tế cho từng đoạn tuyến cụ thể, dựa trên kết quả quan trắc lún và phân tích ổn định.
4.1. So sánh kỹ thuật thi công cao tốc giữa giếng cát và bấc thấm
Về mặt kỹ thuật, cả giếng cát và bấc thấm PVD đều là những công nghệ xử lý nền đất yếu hiệu quả. Bấc thấm có ưu thế về tốc độ thi công nhanh do sử dụng máy móc chuyên dụng, chất lượng đồng đều và ít gây xáo trộn nền đất. Ngược lại, thi công giếng cát có thể làm tăng nhẹ độ chặt của đất xung quanh nếu dùng phương pháp đóng ống thép, nhưng đòi hỏi công tác giám sát chất lượng nghiêm ngặt hơn. Việc lựa chọn giữa hai giải pháp này phụ thuộc vào chiều dày lớp đất yếu, tính chất cơ lý của đất, và đặc biệt là sự sẵn có của vật liệu và thiết bị thi công tại địa phương.
4.2. Quan trắc lún Đánh giá hiệu quả của biện pháp xử lý nền
Hoạt động quan trắc lún là công cụ không thể thiếu để đánh giá hiệu quả của cả hai giải pháp. Các mốc quan trắc được lắp đặt trên bề mặt nền đắp để theo dõi độ lún theo thời gian. Dữ liệu thu thập được sẽ được so sánh với kết quả tính toán lý thuyết để kiểm chứng mô hình, xác định mức độ cố kết của nền đất. Dựa trên tốc độ lún, các kỹ sư có thể quyết định thời điểm dỡ tải hoặc điều chỉnh tốc độ đắp đất cho phù hợp, đảm bảo ổn định nền đường và tối ưu hóa tiến độ dự án cao tốc. Đây là bước kiểm chứng thực tế quan trọng nhất đối với mọi biện pháp thi công nền đường trên đất yếu.
V. Thực tiễn áp dụng và kinh nghiệm từ Tập đoàn Đèo Cả
Thực tế tại dự án BOT Trung Lương - Mỹ Thuận, giải pháp bấc thấm PVD kết hợp gia tải trước đã được lựa chọn và áp dụng rộng rãi. Quyết định này dựa trên các phân tích chi tiết về kinh tế - kỹ thuật, cho thấy phương pháp này tối ưu hơn về tổng thể so với giếng cát trong điều kiện cụ thể của dự án. Tập đoàn Đèo Cả và các nhà thầu đã triển khai thi công với quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Kết quả quan trắc lún thực tế cho thấy độ cố kết của nền đất đạt trên 90% trong thời gian dự kiến, đảm bảo nền đường đủ ổn định để thi công các lớp mặt. Sức chịu tải của đất sau khi xử lý đã tăng lên đáng kể, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thiết kế. Thành công của việc xử lý nền đất yếu cao tốc Trung Lương - Mỹ Thuận không chỉ giải quyết được bài toán kỹ thuật phức tạp mà còn cung cấp nhiều bài học kinh nghiệm quý báu cho các dự án hạ tầng tương lai tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là kinh nghiệm trong quản lý tiến độ dự án cao tốc và tối ưu hóa chi phí xử lý nền đất yếu.
5.1. Lựa chọn giải pháp tối ưu dựa trên phân tích kinh tế kỹ thuật
Luận văn "Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu..." đã thực hiện phân tích chi phí chi tiết cho cả hai phương án. Kết quả cho thấy, mặc dù chi phí vật liệu bấc thấm nhập khẩu cao hơn cát, nhưng chi phí thi công, thời gian hoàn thành và hiệu quả tổng thể của phương án bấc thấm PVD lại vượt trội. Tốc độ thi công nhanh hơn giúp rút ngắn đáng kể tiến độ dự án cao tốc, giảm các chi phí quản lý và chi phí tài chính gián tiếp. Đây là yếu tố quyết định giúp giải pháp này được lựa chọn làm biện pháp thi công nền đường chủ đạo.
5.2. Kết quả thực tiễn về ổn định nền đường và sức chịu tải
Sau giai đoạn gia tải và chờ cố kết, các kết quả kiểm tra hiện trường cho thấy nền đất đã được cải thiện rõ rệt. Các chỉ số như cường độ kháng cắt không thoát nước (Su) và mô đun biến dạng (E0) đều tăng lên. Độ lún còn lại của nền đường được dự báo nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo không gây ra hiện tượng lún sụt bất thường sau khi đưa vào khai thác. Điều này khẳng định sự thành công của công nghệ xử lý nền đất yếu đã được áp dụng, mang lại một nền đường ổn định và bền vững.
