Tổng quan luận án

Tuyến đường bộ ven biển từ Hải Phòng đến Nam Định là một hợp phần quan trọng thuộc Đề án quy hoạch tuyến đường bộ ven biển Việt Nam với tổng chiều dài 3.041 km kéo dài từ cảng Núi Đỏ (tỉnh Quảng Ninh) đến Hà Tiên (tỉnh Kiên Giang). Toàn tuyến nghiên cứu Hải Phòng – Nam Định có tổng chiều dài 64,1 km, được chia thành hai phân đoạn:

  1. Đoạn Hải Phòng – Thái Bình: Dài 29,7 km, trong đó có 20,7 km thuộc địa phận thành phố Hải Phòng (điểm đầu tại phường Minh Đức, quận Đồ Sơn) và 9,0 km thuộc địa phận tỉnh Thái Bình (điểm cuối tại Km29+700 thuộc xã Thụy Liên, huyện Thái Thụy).
  2. Đoạn Thái Bình – Nam Định: Dài 34,4 km, điểm cuối tại Km64+100 kết nối với điểm đầu tuyến đường ven biển Nam Định – Ninh Bình. Tuyến được thiết kế theo tiêu chuẩn đường cấp III đồng bằng, mặt đường cấp cao A1, vận tốc thiết kế 80 km/h, trên tuyến xây dựng 8 cầu vượt sông các loại.

Khu vực tuyến đi qua thuộc đồng bằng ven biển Bắc Bộ, có điều kiện địa chất công trình phức tạp. Tầng trầm tích Đệ Tứ chứa nhiều lớp đất yếu có bề dày lớn (từ vài mét đến hơn 20 m), phân bố ngay sát bề mặt hoặc dưới sâu, bao gồm bùn sét, sét pha, cát pha ở trạng thái chảy, dẻo chảy thuộc hai hệ tầng Hải Hưng ($Q_{2}^{1-2}hh$) và Thái Bình ($Q_{2}^{3}tb$). Các lớp đất này có sức chịu tải thấp, tính nén lún cao và biến dạng kéo dài, tiềm ẩn nguy cơ mất ổn định và lún quá mức cho nền đắp mặt đường.

Các giải pháp xử lý nền đất yếu truyền thống bộc lộ những hạn chế cụ thể khi áp dụng cho công trình dạng tuyến hẹp kéo dài ven biển:

  • Bấc thấm kết hợp gia tải trước: Thường gặp hiện tượng xáo trộn cấu trúc đất xung quanh bấc, gập hoặc đứt bấc khi lún lớn làm tắc nghẽn đường thoát nước cố kết, hiệu quả thoát nước phụ thuộc chặt chẽ vào lớp đệm cát.
  • Cọc cát, giếng cát, cọc cát đầm chặt: Yêu cầu khối lượng lớn cát sông hạt trung đến hạt thô đạt chuẩn. Nguồn tài nguyên cát sông ngày càng cạn kiệt, giá thành tăng cao, việc khai thác gây sạt lở bờ sông và tác động xấu đến môi trường sinh thái, đồng thời bị siết chặt bởi khung pháp lý (Nghị định số 23/2020/NĐ-CP ngày 24/02/2020 của Chính phủ).
  • Cọc đất – xi măng (trộn sâu): Chi phí vật liệu và thiết bị thi công chuyên dụng tương đối cao.
  • Hút chân không: Kém hiệu quả và khó thi công cho nền đường có mặt cắt ngang hẹp, chiều dài kéo dài liên tục.

Khoảng trống nghiên cứu đặt ra là cần thiết lập cơ sở khoa học và thực tiễn để ứng dụng nguồn cát biển tại chỗ kết hợp chất kết dính vô cơ (xi măng) nhằm chế tạo cọc cát biển – xi măng xử lý nền đất yếu, kết hợp cải tiến thiết bị thi công sẵn có trong nước.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án:

  1. Làm sáng tỏ đặc điểm và phân chia các kiểu cấu trúc nền đất yếu dọc tuyến đường giao thông ven biển từ Hải Phòng đến Nam Định.
  2. Đề xuất phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát biển – xi măng phù hợp với điều kiện cấu trúc nền khu vực nghiên cứu, xác lập cơ sở lý thuyết, kết quả thực nghiệm trong phòng, quy trình tính toán thiết kế và công nghệ thi công cọc.
  3. Phân tích, đánh giá hiệu quả xử lý nền đất yếu của cọc cát biển – xi măng thông qua mô hình số mô phỏng tương tác hệ nền – cọc – tải trọng công trình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng: Cấu trúc nền đất yếu và phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát biển – xi măng.
  • Phạm vi không gian: Dọc tuyến đường bộ ven biển đoạn từ Hải Phòng đến Nam Định, chiều sâu khảo sát và tính toán địa kỹ thuật đến hết chiều dày tầng đất yếu (khoảng 30–40 m tính từ mặt đất).
  • Phạm vi vật liệu và thông số: Sử dụng cát biển khai thác tại khu vực ven biển Hải Phòng, xi măng pooc lăng PCB40 Nghi Sơn, mẫu đất sét yếu đại diện trên tuyến; mô hình hóa toán học và mô hình số 3D cho mặt cắt địa tầng đặc trưng.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy các hướng tiếp cận chính về đất yếu và xử lý nền đất yếu:

Nghiên cứu về phân loại và cấu trúc nền đất yếu

  • Quốc tế: Các hệ thống tiêu chuẩn như BS 5930 (Anh), ASTM D 2487 (Mỹ), và các trường phái phân loại địa chất công trình của Liên Xô/Nga xác lập phân loại đất yếu dựa trên các chỉ số trạng thái ($I_L > 1$), độ ẩm tự nhiên, hệ số rỗng ($e \ge 1,0$), cường độ kháng cắt không thoát nước ($S_u < 40\text{ kPa}$, $q_u < 50\text{ kPa}$, $N_{30} < 4$). Kamon và Bergado (1991), Omar và Jaafar (2000) nghiên cứu đất yếu ven biển Cyberjaya (Malaysia) chỉ ra bùn sét hữu cơ dày 2–10 m, có giới hạn Atterberg, hệ số nén lún $C_c$, $C_r$, $C_v$ biến đổi rõ rệt theo chiều sâu. Skempton (1953), Ma và nnk (2010), Zeng và nnk (2011), Ye và nnk (2015) phân tích khoáng vật đất yếu ven biển chủ yếu gồm kaolinite, illite, montmorillonite và chlorite qua phân tích nhiễu xạ tia X (XRD).
  • Việt Nam: Khái niệm cấu trúc nền và cấu trúc nền đất yếu được hoàn thiện dần qua các công trình của Nguyễn Thanh (1984), Lê Trọng Thắng (1998), Phạm Văn Tỵ và nnk (1999), Tạ Đức Thịnh (1990), Nguyễn Huy Phương và nnk (2004), Nguyễn Thị Nụ (2014), Nguyễn Văn Phóng và nnk (2016). Các tiêu chuẩn TCXDVN 5747:1993, TCVN 9355:2012, 22TCN 262-2000, TCVN 8217:2009, TCVN 9362:2012 quy định cụ thể ranh giới phân loại đất dính yếu, bùn và đất than bùn hóa.

Nghiên cứu về giải pháp xử lý nền đất yếu

  • Xử lý nông và cải tạo đất bằng chất kết dính: Các nghiên cứu gia cố đất bằng vôi, xi măng, tro xỉ của Nieminen (1977), Kujala và Lahtinen (1992), Kukko và Puohomaki (1995), Huat và nnk (2005), Ho và Chan (2011). Tại Việt Nam, hướng nghiên cứu này được thực hiện bởi Bộ môn Đường – ĐHBK Hà Nội (1967), Hồ Chất (1985), Đỗ Minh Toàn (1993, 2011), Phạm Minh Tuấn (2001), Lê Thị Phòng (2006), Nguyễn Thị Thắm (2008), Trịnh Thị Huế (2009), Nguyễn Thị Thu Quỳnh (2010), Viện Thủy Công (2013).
  • Xử lý sâu: Công nghệ cọc trộn sâu CDM (Cement Deep Mixing), DJM (Dry Jet Mixing) phát triển mạnh tại Nhật Bản (Kitazume, Chida, Terashi), Mỹ (Jasperse và Ryan, Walker, Taki và Yang), Trung Quốc (Tang) và Đông Nam Á. Tại Việt Nam, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (1980), Nguyễn Trấp, Tạ Đức Thịnh (2002) đã nghiên cứu giải pháp cọc cát – xi măng – vôi sử dụng máy khoan guồng xoắn UGB-50M cải tiến.

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết: Hầu hết các nghiên cứu trước đây phân chia cấu trúc nền thuần túy theo góc độ địa chất khu vực mà chưa gắn với tương tác tải trọng của công trình giao thông dạng tuyến. Mặt khác, các phương pháp gia cố sâu bằng cọc cát truyền thống sử dụng cát sông đang gặp trở ngại lớn về nguồn cung và quy định bảo vệ lòng dẫn sông. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống: Phân loại chi tiết cấu trúc nền đất yếu dọc tuyến Hải Phòng – Nam Định và thiết lập giải pháp cọc cát biển – xi măng sử dụng vật liệu cát biển địa phương kết hợp thiết bị khoan guồng xoắn cơ động.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

  • Lý thuyết địa chất công trình và thành tạo trầm tích Đệ Tứ: Phân tích tướng – nguồn gốc trầm tích, quy luật biến đổi không gian của các tầng đất mềm yếu thuộc các hệ tầng Hải Hưng ($Q_{2}^{1-2}hh$) và Thái Bình ($Q_{2}^{3}tb$).
  • Khái niệm mở rộng về "Cấu trúc nền đất yếu": Hệ thống sắp xếp không gian của các lớp đất nền được phân chia theo quan điểm địa chất công trình tương tác với công trình, phản ánh nguồn gốc, chiều dày, trạng thái, tính chất cơ lý và phản ứng cơ học dưới tác dụng của tải trọng ngoài.
  • Cơ học đất và tương tác nền – móng: Cơ chế truyền ứng suất trong khối đắp – đệm cát – cọc – đất yếu; cơ chế gia tăng sức kháng cắt, giảm độ lún thông qua tăng cường độ thân cọc, lực ma sát bên cọc – đất và giảm áp lực nước lỗ rỗng.
  • Lý thuyết tính toán độ lún và sức chịu tải: Sử dụng phương pháp cộng lún từng lớp với khái niệm chiều dày lớp đất tương đương ($h_s$), xác định sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc bố trí theo mạng lưới tam giác đều.

Phương pháp nghiên cứu

  1. Phương pháp tổng hợp và hệ thống hóa tài liệu: Phân tích dữ liệu khảo sát địa kỹ thuật dọc tuyến Hải Phòng – Nam Định từ HECO-TEDI, Ban QLDA Giao thông Nam Định, Công ty CP Tư vấn Thiết kế - Kiểm định và Địa kỹ thuật.
  2. Phương pháp khảo sát và thí nghiệm thực địa: Khảo sát thực địa, lấy mẫu cát biển Hải Phòng, lấy mẫu nguyên dạng và không nguyên dạng đất sét yếu dọc tuyến.
  3. Phương pháp thực nghiệm trong phòng:
    • Xác định thành phần hạt, thành phần hóa học, tính chất cơ lý của cát biển Hải Phòng.
    • Thí nghiệm kiểm tra chỉ tiêu kỹ thuật xi măng PCB40 Nghi Sơn.
    • Đúc mẫu kích thước $40 \times 40 \times 160\text{ mm}$ với các tỷ lệ cấp phối cát biển – xi măng khác nhau; xác định cường độ kháng nén ($q_u$), mô đun biến dạng ($E_{50}$) theo thời gian bảo dưỡng.
    • Thí nghiệm mô hình vật lý thu nhỏ: Mô phỏng làm việc của cọc đơn (SP) và nhóm cọc (PG) cát biển – xi măng trong đất sét yếu dưới tác dụng của tải trọng gia tải tĩnh và đo độ lún.
  4. Phương pháp mô hình số (Mô hình hóa 3D):
    • Xây dựng mô hình 3D phân tích ứng xử của hệ nền đắp – cọc cát biển – xi măng – đất nền.
    • Áp dụng mô hình vật liệu đàn dẻo Mohr-Coulomb và các mô hình liên tục tương ứng cho nền đất, cọc và đệm cát.
    • Mô phỏng các cấp tải trọng ngoài ($p = 10\text{ kPa}$, $15\text{ kPa}$, $20\text{ kPa}$) cùng tải trọng bản thân nền đắp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan nghiên cứu về cấu trúc nền đất yếu và phương pháp xử lý nền đất yếu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về đất yếu và cấu trúc nền đất yếu trên phạm vi thế giới và Việt Nam.

  • Khái niệm và phân loại: So sánh các tiêu chuẩn ASTM, BS, GOST và các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 9355:2012, 22TCN 262-2000, TCVN 8217:2009, TCVN 9362:2012). Đất yếu được phân loại thành đất dính dẻo mềm đến chảy, bùn khoáng, bùn hữu cơ và than bùn dựa trên hàm lượng hữu cơ ($q$), hệ số rỗng ($e$), độ sệt ($I_L$) và sức kháng cắt ($c, \varphi, S_u$).
  • Tổng hợp các công trình nghiên cứu cấu trúc nền đất yếu đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ của các tác giả Nguyễn Thanh, Lê Trọng Thắng, Phạm Văn Tỵ, Tạ Đức Thịnh, Đỗ Minh Toàn, Nguyễn Huy Phương, Nguyễn Văn Phóng.
  • Tổng quan các công nghệ xử lý nền: Phân tích ưu nhược điểm của các nhóm giải pháp xử lý nông (thay đất, đệm cát, gia cố bề mặt bằng vôi/xi măng/tro bay) và xử lý sâu (bấc thấm PVD, giếng cát, cọc cát đầm chặt, cọc đất – xi măng CDM/DJM, Jet-grouting, cọc PF).
  • Khái quát ứng dụng máy khoan UGB-50M trong công nghệ cọc cát – xi măng – vôi do Tạ Đức Thịnh nghiên cứu trước đây và chỉ ra yêu cầu bức thiết phải thay thế cát sông, vôi bột bằng cát biển và xi măng pooc lăng trong điều kiện hiện nay.

Chương 2. Đặc điểm cấu trúc nền đất yếu tuyến đường giao thông ven biển từ Hải Phòng đến Nam Định

Chương này phân tích các điều kiện tự nhiên, địa chất công trình và thiết lập bản đồ/sơ đồ phân chia cấu trúc nền đất yếu cho đoạn tuyến 64,1 km.

Đặc điểm tự nhiên và địa tầng Đệ Tứ vùng ven biển:

  • Khí hậu: Nhiệt đới gió mùa, lượng mưa bình quân 1077 mm/năm (tập trung vào tháng 8–9 với lượng mưa 819,2–1660,0 mm), số giờ nắng cao nhất vào tháng 7 (230,4 giờ), độ ẩm không khí 75–90%.
  • Địa tầng Đệ Tứ gồm 5 hệ tầng xếp chồng từ dưới lên:
    1. Hệ tầng Lệ Chi ($Q_1lc$): Sét bột hạt mịn phân bố cục bộ ở độ sâu trên 47–60 m.
    2. Hệ tầng Hà Nội ($Q_1^{2-3}hn$): Gồm trầm tích sông ($a$) và sông – biển ($am$), nằm ở độ sâu 15–90 m, chiều dày 7–40 m, thành phần bột sét lẫn sạn sỏi.
    3. Hệ tầng Vĩnh Phúc ($Q_1^3vp$): Nằm ở độ sâu 2,8–109 m; bề mặt bị phong hóa loang lổ mạnh tạo tầng laterit dày tới 1 m, có khả năng chịu tải tốt, đóng vai trò là tầng chịu lực.
    4. Hệ tầng Hải Hưng ($Q_2^{1-2}hh$): Gồm tập dưới $Q_2^{1-2}hh_1$ và tập trên $Q_2^{1-2}hh_2$, nguồn gốc sông – biển ($am$), biển – đầm lầy ($mb$), biển ($m$), trạng thái bùn sét, sét dẻo mềm đến chảy.
    5. Hệ tầng Thái Bình ($Q_2^3tb$): Phân bố trên cùng, gồm các phụ hệ tầng $Q_2^3tb_1$, $Q_2^3tb_2$, $Q_2^3tb_3$, thành phần sét, sét pha bão hòa nước.

Phân chia cấu trúc nền đất yếu: Dựa trên nguyên tắc vị trí phân bố của lớp đất yếu (trên mặt hay dưới sâu), chiều dày tầng đất yếu và đặc tính của lớp đất tựa bên dưới, tuyến Hải Phòng – Nam Định được phân chia thành các kiểu và dạng cấu trúc nền đặc trưng:

Kiểu cấu trúc Dạng Bề dày đất yếu Vị trí lý trình điển hình trên tuyến
Kiểu I (Đất yếu phân bố ngay trên bề mặt) Ia Dày $> 20\text{ m}$ Km1+250 – Km1+760
Ib Dày $10 - 20\text{ m}$ Km16+400 – Km16+698
Ic Dày $5 - 10\text{ m}$ Km20+326 – Km20+406
Kiểu II (Đất yếu phân bố dưới lớp phủ cơ học tốt hơn) IIa Dày $> 20\text{ m}$ Km9+390
IIb Dày $10 - 20\text{ m}$ Km8+461
IIc Dày $5 - 10\text{ m}$ Km31+255 – Km31+645

Chương 3. Nghiên cứu đề xuất phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát biển – xi măng

Chương 3 trình bày toàn bộ kết quả thực nghiệm chế tạo vật liệu, thí nghiệm mô hình vật lý và xây dựng quy trình thiết kế, thi công:

Nghiên cứu thực nghiệm vật liệu cọc:

  • Cát biển Hải Phòng: Xác định thành phần hạt (chủ yếu hạt mịn đến trung), thành phần hóa học ($SiO_2$ chiếm chủ đạo, hàm lượng muối hòa tan nằm trong ngưỡng cho phép đối với hỗn hợp gia cố xi măng).
  • Xi măng: PCB40 Nghi Sơn.
  • Thí nghiệm nén mẫu hỗn hợp cát biển – xi măng ($40 \times 40 \times 160\text{ mm}$): Xác định tốc độ phát triển cường độ chịu nén ($q_u$) và mô đun đàn hồi biến dạng ($E_{50}$) theo các tỷ lệ phối trộn (hàm lượng xi măng) ở các ngày tuổi 7, 14, 28 ngày. Kết quả khẳng định $q_u$ và $E_{50}$ tăng tỷ lệ thuận theo hàm lượng xi măng và ngày tuổi bảo dưỡng.

Nghiên cứu mô hình vật lý thu nhỏ:

  • Thực hiện trong phòng thí nghiệm với đất sét yếu đồng nhất.
  • Kiểm tra ứng xử gia tải tĩnh của cọc đơn (SP) và nhóm cọc (PG). Kết quả chỉ ra nhóm cọc liên kết qua đệm cát phân phối lại ứng suất vượt trội, giảm rõ rệt độ lún so với nền đất tự nhiên chưa gia cố.

Xây dựng phương pháp tính toán, thiết kế và thi công:

  • Phương pháp tính toán: Thiết lập công thức xác định ứng suất truyền trong hệ khối đắp – đệm cát – cọc – đất yếu, phương pháp cộng lún từng lớp với chiều dày lớp tương đương $h_s$, xác định sức chịu tải của nền gia cố theo mạng lưới cọc tam giác đều.
  • Công nghệ thi công: Sử dụng máy khoan guồng xoắn cải tiến UGB-50M với lưỡi khoan chuyên dụng để tạo lỗ, đưa hỗn hợp cát biển – xi măng xuống lỗ cọc và đầm chặt theo chu trình công nghệ định sẵn.
  • Quy trình kiểm tra, nghiệm thu chất lượng cọc tại hiện trường.

Chương 4. Xây dựng mô hình số phân tích hiệu quả xử lý nền đất yếu bằng cọc cát biển – xi măng

Chương 4 thực hiện mô phỏng số 3D đánh giá hiệu quả làm việc của hệ cọc cát biển – xi măng áp dụng cho điều kiện thực tế của tuyến đường:

  • Thông số đầu vào: Mặt cắt ngang đường cấp III đồng bằng, chiều cao đắp, các lớp địa tầng theo kết quả khảo sát tại vị trí thiết kế điển hình.
  • Phân tích độ lún: Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân nền đắp và tải trọng xe chạy ($p = 10\text{ kPa}, 15\text{ kPa}, 20\text{ kPa}$), nền sau khi gia cố bằng cọc cát biển – xi măng có độ lún tổng cộng giảm đáng kể so với nền tự nhiên chưa gia cố.
  • Phân tích chuyển vị ngang: Cọc cát biển – xi măng hạn chế sự đẩy trồi và chuyển vị ngang của chân taluy nền đắp khi chịu tải trọng ngoài.
  • Phân tích ảnh hưởng của độ cứng cọc ($E_{50}, q_u$) và chiều dài cọc: Độ cứng cọc tăng giúp giảm lún và tập trung ứng suất nhiều hơn lên đầu cọc, làm giảm ứng suất truyền trực tiếp vào đất yếu xung quanh. Chiều dài cọc cắm sâu vào tầng chịu lực (hệ tầng Vĩnh Phúc) phát huy tối đa hiệu quả kiểm soát lún và ổn định trượt.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

  1. Làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc địa chất công trình và phân chia chi tiết các kiểu cấu trúc nền đất yếu (Kiểu I, Kiểu II và các dạng a, b, c) dọc tuyến đường bộ ven biển đoạn Hải Phòng – Nam Định.
  2. Xây dựng cơ sở khoa học, phương pháp tính toán độ lún (theo phương pháp cộng lún từng lớp kết hợp chiều dày tương đương $h_s$) và sức chịu tải của nền đất yếu được gia cố bằng cọc cát biển – xi măng theo lưới tam giác đều.
  3. Bổ sung dữ liệu thực nghiệm về ứng xử cơ học của hỗn hợp cát biển – xi măng pooc lăng, mối quan hệ giữa mô đun biến dạng $E_{50}$, cường độ kháng nén một trục $q_u$ và hàm lượng chất kết dính.

Những đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất

  1. Đề xuất thành công giải pháp kỹ thuật cọc cát biển – xi măng xử lý nền đất yếu công trình giao thông ven biển, cho phép tận dụng nguồn cát biển tại chỗ, giải quyết bài toán khan hiếm cát sông và bảo vệ môi trường theo đúng định hướng quản lý khai thác khoáng sản.
  2. Hoàn thiện quy trình công nghệ thiết kế, thi công bằng máy khoan guồng xoắn UGB-50M cải tiến và quy trình kiểm tra nghiệm thu cọc tại hiện trường, đảm bảo tính khả thi và cơ động cho các phân đoạn nền đường hẹp.
  3. Cung cấp bộ thông số mô phỏng số 3D hoàn chỉnh làm tài liệu tham khảo tính toán thiết kế cho các dự án hạ tầng giao thông ven biển trong điều kiện tương tự.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Nghiên cứu thực nghiệm chủ yếu tập trung vào nguồn cát biển lấy tại khu vực Hải Phòng và loại xi măng PCB40 Nghi Sơn; chưa khảo sát đầy đủ tính chất của cát biển ở các độ mặn, thành phần khoáng và dải hạt khác nhau dọc toàn bộ bờ biển miền Bắc.
    • Mô hình vật lý mới dừng lại ở quy mô mô hình thu nhỏ trong phòng thí nghiệm, chưa triển khai thử nghiệm hiện trường quy mô đầy đủ (full-scale test) trên một đoạn tuyến thử nghiệm thực tế.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng nghiên cứu độ bền lâu dài của cọc cát biển – xi măng dưới tác động xâm thực của môi trường nước mặn ven biển theo thời gian nhiều năm.
    • Triển khai thi công thử nghiệm đoạn đường thực tế tại hiện trường dọc tuyến ven biển Bắc Bộ để quan trắc lún và chuyển vị dài hạn.

Giá trị tham khảo

  • Đối với các cơ quan quản lý, chủ đầu tư, đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu: Cung cấp thêm phương án xử lý nền đất yếu có tính khả thi cao, tận dụng vật liệu địa phương, giảm phụ thuộc vào cát sông, hỗ trợ lập biện pháp thiết kế – thi công hiệu quả cho tuyến đường ven biển Hải Phòng – Nam Định và các dự án ven biển tương tự.
  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông, Địa kỹ thuật Xây dựng: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp luận phân chia cấu trúc nền, thiết lập mô hình vật lý thu nhỏ và mô phỏng số 3D tương tác nền – cọc.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án nghiên cứu đoạn tuyến đường nào và có quy mô thiết kế ra sao?

Luận án nghiên cứu tuyến đường giao thông ven biển đoạn từ Hải Phòng đến Nam Định với tổng chiều dài 64,1 km, chia làm hai đoạn: Hải Phòng – Thái Bình (29,7 km) và Thái Bình – Nam Định (34,4 km). Tuyến được thiết kế theo tiêu chuẩn đường cấp III đồng bằng, mặt đường cấp cao A1, vận tốc 80 km/h, gồm 8 cầu vượt sông.

2. Tầng đất yếu khu vực Hải Phòng – Nam Định thuộc các phân vị địa tầng nào?

Tầng đất yếu dọc tuyến thuộc hai hệ tầng trầm tích Đệ Tứ là hệ tầng Hải Hưng ($Q_2^{1-2}hh$) và hệ tầng Thái Bình ($Q_2^3tb$). Các lớp đất yếu chủ yếu gồm bùn sét, sét pha, cát pha ở trạng thái chảy, dẻo mềm đến dẻo chảy, có độ ẩm cao, hệ số rỗng lớn và sức kháng cắt thấp.

3. Cấu trúc nền đất yếu dọc tuyến được phân chia thành những kiểu và dạng nào?

Được phân thành 2 kiểu chính và các dạng theo chiều dày:

  • Kiểu I: Đất yếu phân bố ngay trên mặt đất.
  • Kiểu II: Đất yếu phân bố dưới các lớp đất có đặc tính cơ học tốt hơn. Mỗi kiểu chia thành các dạng: dạng a (chiều dày $> 20\text{ m}$), dạng b (chiều dày $10 - 20\text{ m}$), dạng c (chiều dày $5 - 10\text{ m}$).

4. Thiết bị thi công nào được đề xuất sử dụng để chế tạo cọc cát biển – xi măng?

Luận án đề xuất sử dụng máy khoan guồng xoắn UGB-50M (nguồn gốc từ Nga) được cải tiến lưỡi khoan và hệ thống cấp liệu, giúp thi công cơ động, phù hợp với mặt bằng chật hẹp của công trình giao thông dạng tuyến.

5. Vì sao giải pháp cọc cát biển – xi măng được lựa chọn thay thế cọc cát truyền thống?

Cọc cát truyền thống sử dụng cát sông hạt trung đến thô hiện đang rất khan hiếm, giá thành cao và việc khai thác bị hạn chế nghiêm trọng theo Nghị định 23/2020/NĐ-CP do gây xói lở bờ sông và ô nhiễm môi trường. Việc dùng cát biển tại chỗ trộn xi măng giúp tận dụng vật liệu địa phương dồi dào, giảm giá thành xây dựng và bảo đảm phát triển bền vững.

Kết luận

Luận án của NCS. Nguyễn Thị Dịu đã giải quyết một vấn đề kỹ thuật và thực tiễn cấp bách trong xây dựng công trình giao thông vùng ven biển Bắc Bộ. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu lý thuyết, phân tích địa chất công trình, thí nghiệm cơ lý trong phòng, mô hình vật lý và mô phỏng số 3D, luận án đã làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc nền đất yếu đoạn Hải Phòng – Nam Định và xác lập hoàn chỉnh cơ sở khoa học, quy trình thiết kế, thi công cho phương pháp cọc cát biển – xi măng. Đây là công trình nghiên cứu chuyên khảo có độ tin cậy khoa học cao, đóng góp giá trị thực tiễn cho ngành xây dựng công trình giao thông và địa kỹ thuật Việt Nam.