Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành giao thông vận tải Việt Nam, đặc biệt là tại khu vực Đồng Nai, việc sử dụng cấp phối đá dăm làm móng đường đã trở thành một giải pháp phổ biến và quan trọng. Theo ước tính, trong gần hai thập niên qua, cấp phối đá dăm được ứng dụng rộng rãi trong các công trình giao thông tại Đồng Nai, góp phần nâng cao chất lượng và tuổi thọ của đường bộ. Tuy nhiên, thực tế cho thấy vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại liên quan đến chất lượng và quy trình sử dụng loại vật liệu này, ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác và bảo trì công trình.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát, đánh giá chất lượng cấp phối đá dăm làm móng đường trên địa bàn tỉnh Đồng Nai, thông qua phân tích thành phần hạt, các chỉ tiêu cơ lý cơ bản trong phòng thí nghiệm và khảo sát thực tế các công trình đã thi công. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp sử dụng hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả và độ bền của móng đường. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các mỏ đá chính cung cấp cấp phối đá dăm tại Đồng Nai, các công trình thi công sử dụng vật liệu này, cùng với việc tổng hợp kinh nghiệm từ các địa phương lân cận như TP. Hồ Chí Minh và Bình Dương.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện chất lượng thiết kế, thi công và nghiệm thu công trình giao thông, góp phần giảm thiểu chi phí bảo trì và nâng cao an toàn giao thông. Các chỉ tiêu kỹ thuật như cường độ chịu tải CBR, độ mài mòn LA, mô đun đàn hồi và thành phần hạt được xem là các metrics quan trọng để đánh giá hiệu quả sử dụng cấp phối đá dăm trong thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về kết cấu áo đường mềm, trong đó cấp phối đá dăm được xem là vật liệu chủ yếu làm lớp móng trên và móng dưới. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  • Lý thuyết phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường mềm: Áp lực thẳng đứng do tải trọng xe truyền xuống nền đường và lực ngang tác động chủ yếu lên lớp mặt, ảnh hưởng đến sự ổn định và biến dạng của các lớp móng bên dưới.
  • Nguyên lý cấp phối chặt liên tục: Thành phần hạt của cấp phối đá dăm phải đảm bảo phân bố kích thước phù hợp để tạo sự liên kết chắc chắn, giảm độ rỗng và tăng cường khả năng chịu lực.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: cấp phối đá dăm loại I và II theo tiêu chuẩn 22 TCN 334-06, chỉ số dẻo IP, giới hạn chảy WL, chỉ số mài mòn LA, tỷ số chịu tải CBR, mô đun đàn hồi E, và thành phần hạt theo tiêu chuẩn TCVN 4198-95.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ các mỏ đá chính tại Đồng Nai như SokLu 6, Tân Cang 3, Đồi Chùa 2, Xuân Hòa, cùng với khảo sát thực tế tại các công trình sử dụng cấp phối đá dăm làm móng đường trên địa bàn tỉnh. Cỡ mẫu bao gồm hàng chục mẫu vật liệu được lấy từ các mỏ và công trình, đảm bảo tính đại diện.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Xác định thành phần hạt theo TCVN 4198-95.
  • Thí nghiệm độ mài mòn LA theo AASHTO T96-87.
  • Thí nghiệm tỷ số chịu tải CBR theo AASHTO T193-81.
  • Xác định độ chặt đầm nén tiêu chuẩn theo 22 TCN 333-06.
  • Đo mô đun đàn hồi trong phòng thí nghiệm theo 22 TCN 211-93.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, bao gồm giai đoạn thu thập mẫu, phân tích phòng thí nghiệm, khảo sát hiện trường và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng cấp phối đá dăm tại các mỏ đá Đồng Nai: Mỏ SokLu 6 có cường độ kháng nén trung bình ở trạng thái khô đạt khoảng 1.180 kG/cm², mô đun đàn hồi dao động từ 2.000 đến 3.000 daN/cm², đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn 22 TCN 334-06. Mỏ Tân Cang 3 và Đồi Chùa 2 cũng cho kết quả tương tự với cường độ kháng nén trung bình lần lượt là 794 kG/cm² và 1.110 kG/cm². Hàm lượng SO3 trong các mẫu đá đều dưới 1%, đảm bảo không ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu.

  2. Thành phần hạt và chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm: Các mẫu cấp phối đá dăm lấy từ mỏ và công trình có tỷ lệ lọt qua sàng 0,075 mm dao động trong khoảng 2-12%, chỉ số dẻo IP ≤ 6%, độ mài mòn LA ≤ 35%, tỷ số chịu tải CBR ≥ 100%, phù hợp với tiêu chuẩn loại I và II. Tuy nhiên, sự không đồng nhất trong thành phần hạt giữa các mỏ gây khó khăn trong kiểm soát chất lượng.

  3. Khó khăn trong phân loại và sử dụng cấp phối đá dăm: Trên địa bàn Đồng Nai, cấp phối đá dăm thường được gọi chung là “cấp phối đá (0x4)cm” mà không phân biệt rõ loại I hay II theo tiêu chuẩn, dẫn đến việc thiết kế, thi công và nghiệm thu gặp nhiều khó khăn. Sự khác biệt về dây chuyền sản xuất và tỷ lệ phối trộn giữa các xí nghiệp làm giảm tính đồng nhất của vật liệu.

  4. Hiệu quả sử dụng cấp phối đá dăm trong công trình: Các công trình sử dụng cấp phối đá dăm làm móng đường như đường cao tốc Long Thành - Dầu Giây, nâng cấp QL51, đường song hành QL1A tại Đồng Nai cho thấy tuổi thọ và chất lượng phục vụ cao hơn so với vật liệu truyền thống như đá dăm Macadam hay cấp phối thiên nhiên. Việc cơ giới hóa thi công cũng được thực hiện hiệu quả, giảm thời gian và chi phí.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của những tồn tại trong sử dụng cấp phối đá dăm là do thiếu sự thống nhất trong phân loại và kiểm soát chất lượng vật liệu. So với các nghiên cứu trong ngành giao thông vận tải tại các tỉnh lân cận, Đồng Nai có sự đa dạng về nguồn cung cấp và công nghệ sản xuất, dẫn đến sự biến động về chỉ tiêu kỹ thuật. Việc áp dụng tiêu chuẩn 22 TCN 334-06 chưa được đồng bộ hoàn toàn, gây khó khăn trong quản lý và nghiệm thu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố thành phần hạt, bảng so sánh chỉ tiêu cơ lý giữa các mỏ và công trình, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt và mức độ phù hợp với tiêu chuẩn. Kết quả nghiên cứu khẳng định vai trò quan trọng của cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường mềm, đồng thời nhấn mạnh nhu cầu cải tiến quy trình sản xuất và quản lý chất lượng để phát huy tối đa hiệu quả sử dụng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng quy chuẩn phân loại cấp phối đá dăm thống nhất: Đề nghị các cơ quan quản lý ban hành hướng dẫn chi tiết về phân loại cấp phối đá dăm theo tiêu chuẩn 22 TCN 334-06, áp dụng đồng bộ cho tất cả các mỏ và công trình trên địa bàn Đồng Nai. Mục tiêu đạt 100% vật liệu cấp phối đá dăm được phân loại rõ ràng trong vòng 12 tháng.

  2. Tăng cường kiểm soát chất lượng tại nguồn cung cấp: Yêu cầu các xí nghiệp khai thác và sản xuất cấp phối đá dăm áp dụng quy trình kiểm tra nghiêm ngặt về thành phần hạt, chỉ tiêu cơ lý và độ ẩm trước khi xuất xưởng. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý khoáng sản và doanh nghiệp khai thác, với mục tiêu giảm tỷ lệ vật liệu không đạt chuẩn xuống dưới 5% trong 1 năm.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực thi công, nghiệm thu: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho cán bộ kỹ thuật, nhà thầu thi công và tư vấn thiết kế về quy trình thi công, đầm nén và nghiệm thu cấp phối đá dăm. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, nhằm nâng cao chất lượng thi công và giảm thiểu sai sót.

  4. Khuyến khích ứng dụng công nghệ hiện đại trong sản xuất và thi công: Đề xuất đầu tư trang thiết bị nghiền đá hiện đại, hệ thống trộn đồng nhất và công nghệ kiểm soát độ ẩm tự động. Đồng thời, áp dụng công nghệ cơ giới hóa toàn diện trong thi công để đảm bảo độ chặt và đồng nhất của lớp móng. Chủ thể là doanh nghiệp khai thác và nhà thầu thi công, với lộ trình 2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý ngành giao thông vận tải và khoáng sản: Giúp hiểu rõ về chất lượng vật liệu cấp phối đá dăm, từ đó xây dựng chính sách quản lý và quy chuẩn kỹ thuật phù hợp.

  2. Các đơn vị tư vấn thiết kế kết cấu áo đường: Cung cấp cơ sở dữ liệu và phân tích kỹ thuật để lựa chọn vật liệu móng phù hợp, nâng cao hiệu quả thiết kế.

  3. Nhà thầu thi công và giám sát công trình: Hướng dẫn quy trình thi công, kiểm soát chất lượng và nghiệm thu cấp phối đá dăm, giảm thiểu rủi ro và tăng tuổi thọ công trình.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng đường bộ: Là tài liệu tham khảo khoa học, giúp hiểu sâu về vật liệu móng đường, phương pháp khảo sát và đánh giá chất lượng vật liệu trong thực tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Cấp phối đá dăm là gì và tại sao được sử dụng làm móng đường?
    Cấp phối đá dăm là hỗn hợp cốt liệu đá được nghiền và phối trộn theo nguyên lý cấp phối chặt liên tục, có cường độ cao và tính ổn định tốt. Nó được sử dụng làm móng đường vì khả năng chịu lực tốt, tính thấm nước thấp và dễ cơ giới hóa thi công.

  2. Tiêu chuẩn kỹ thuật nào áp dụng cho cấp phối đá dăm làm móng đường?
    Tiêu chuẩn chính là 22 TCN 334-06 của Việt Nam, quy định thành phần hạt, chỉ tiêu cơ lý như độ mài mòn LA ≤ 35%, tỷ số chịu tải CBR ≥ 100%, chỉ số dẻo IP ≤ 6%, và mô đun đàn hồi từ 2.000 đến 3.000 daN/cm².

  3. Những khó khăn phổ biến khi sử dụng cấp phối đá dăm tại Đồng Nai là gì?
    Khó khăn gồm sự không đồng nhất về thành phần hạt và chất lượng vật liệu giữa các mỏ, thiếu phân loại rõ ràng theo tiêu chuẩn, và khó khăn trong kiểm soát độ ẩm khi thi công dẫn đến chất lượng móng không đồng đều.

  4. Làm thế nào để nâng cao chất lượng cấp phối đá dăm trong thi công?
    Cần áp dụng quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt tại nguồn, đào tạo kỹ thuật thi công, sử dụng thiết bị cơ giới hiện đại và đảm bảo phối trộn, đầm nén đúng quy trình kỹ thuật.

  5. Cấp phối đá dăm có thể thay thế các vật liệu truyền thống như đá dăm Macadam không?
    Có, cấp phối đá dăm có nhiều ưu điểm như cường độ cao hơn, ổn định hơn với nước và dễ cơ giới hóa, do đó đang dần thay thế các vật liệu truyền thống trong nhiều công trình giao thông hiện đại.

Kết luận

  • Cấp phối đá dăm là vật liệu móng đường quan trọng, được sử dụng rộng rãi tại Đồng Nai với chất lượng tương đối cao và hiệu quả thi công tốt.
  • Các mỏ đá chính như SokLu 6, Tân Cang 3, Đồi Chùa 2 cung cấp vật liệu đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật theo tiêu chuẩn 22 TCN 334-06.
  • Tồn tại lớn nhất là sự thiếu đồng nhất trong phân loại và kiểm soát chất lượng cấp phối đá dăm, gây khó khăn trong thiết kế, thi công và nghiệm thu.
  • Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý, kiểm soát chất lượng và nâng cao năng lực thi công nhằm sử dụng hợp lý cấp phối đá dăm làm móng đường.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai quy chuẩn phân loại, đào tạo kỹ thuật và áp dụng công nghệ hiện đại trong sản xuất và thi công.

Hành động ngay hôm nay: Các cơ quan quản lý và doanh nghiệp liên quan cần phối hợp thực hiện các giải pháp đề xuất để nâng cao chất lượng và hiệu quả sử dụng cấp phối đá dăm, góp phần phát triển bền vững hệ thống giao thông Đồng Nai và khu vực lân cận.