Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng kinh tế trọng điểm của Việt Nam, đóng góp lớn vào sản xuất lúa gạo và thủy sản. Tuy nhiên, hệ thống giao thông nông thôn (GTNT) tại đây còn nhiều hạn chế với tổng chiều dài khoảng 38.943 km, trong đó chỉ khoảng 4.735 km đạt tiêu chuẩn, còn lại hơn 25.700 km chưa đạt chuẩn, gây khó khăn cho giao thương và phát triển kinh tế. Các loại mặt đường GTNT hiện có như bê tông xi măng (BTXM), cán đá láng nhựa, đá dăm, cấp phối sỏi đỏ đều chưa đáp ứng được yêu cầu về bền vững và kinh tế do chi phí cao, vật liệu khan hiếm và kỹ thuật thi công phức tạp.

Luận văn tập trung nghiên cứu công nghệ đất trộn xi măng bằng phương pháp trộn khô-nông (Soil Cement Shallow Mixing - SCSM) nhằm xây dựng mặt đường GTNT phù hợp với điều kiện địa chất và kinh tế vùng ĐBSCL. Mục tiêu cụ thể là thử nghiệm thi công đoạn đường dài 350 m tại xã Mỹ Hòa, tỉnh An Giang với ba hàm lượng xi măng khác nhau (12,5%, 15%, 20%) để đánh giá tính khả thi, từ đó đề xuất quy trình công nghệ hướng dẫn thiết kế, thi công và nghiệm thu sản phẩm. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện hệ thống GTNT, thúc đẩy phát triển kinh tế nông thôn và tiêu thụ xi măng trong nước với chi phí xây dựng thấp hơn các phương pháp truyền thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Công nghệ đất trộn xi măng nhằm cải thiện tính chất vật lý của đất, tăng cường độ chịu lực, kiểm soát biến dạng và giảm tính thấm. Phương pháp trộn khô-nông (SCSM) là kỹ thuật trộn xi măng khô với đất tại chỗ ở độ sâu nhỏ (< 0,5 m), sử dụng gầu trộn đặc biệt để tạo hỗn hợp đồng đều. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Soilcrete: hỗn hợp đất trộn xi măng có cường độ cao.
  • Độ chặt (K): tỷ lệ khối lượng thể tích khô ngoài hiện trường so với khối lượng thể tích khô tối đa trong phòng thí nghiệm.
  • Môđun biến dạng (Es): chỉ số đo độ cứng của hỗn hợp đất-xi măng.
  • Cường độ nén nở hông tự do (UCS): sức kháng nén của mẫu đất-xi măng không chịu áp lực bên.

Ngoài ra, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đất trộn xi măng gồm hàm lượng xi măng, độ pH đất, hàm lượng hữu cơ, phương pháp thi công và thiết bị trộn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích kết quả thử nghiệm hiện trường. Đoạn đường thử nghiệm dài 350 m tại ấp Tây Huế 2, xã Mỹ Hòa, TP. Long Xuyên, An Giang được thi công bằng công nghệ SCSM với ba hàm lượng xi măng 12,5%, 15% và 20%. Vật liệu chính là cát đen san lấp địa phương và xi măng PCB40 sản xuất tại An Giang.

Thiết bị trộn là gầu trộn dung tích 0,3 m³ do tập đoàn Tenox Kyusyu (Nhật Bản) thiết kế, thay thế gầu máy đào truyền thống để đảm bảo trộn đều hỗn hợp. Quá trình thi công gồm các bước: chuẩn bị mặt bằng, phân ô trộn, phân bố xi măng, trộn đất-xi măng, tưới nước bổ sung, lu lèn bằng xe lu 4 tấn, trải đá mi bảo vệ và phủ bạt ni-lon bảo dưỡng.

Cỡ mẫu lấy khoảng 120 mẫu đất-xi măng ngoài hiện trường để kiểm tra cường độ nén, môđun biến dạng và độ chặt theo tiêu chuẩn ASTM D2166, ASTM D2216 và TCVN 9403-2012. Phân tích số liệu nhằm đánh giá tính đồng đều, cường độ và độ bền của mặt đường, từ đó đề xuất quy trình công nghệ phù hợp với điều kiện ĐBSCL.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hoàn thiện đoạn đường thử nghiệm 334 m tại ấp Tây Huế 2, Mỹ Hòa, An Giang, đảm bảo kỹ thuật và an toàn giao thông, phục vụ xe tải nhẹ dưới 2,5 tấn. Thời gian thi công chỉ 11 ngày, thể hiện tính khả thi và hiệu quả của công nghệ SCSM.

  2. Cường độ nén mẫu đất-xi măng đạt khoảng 100 MPa sau 21 ngày bảo dưỡng với hàm lượng xi măng từ 12% trở lên, vượt yêu cầu kỹ thuật cho mặt đường GTNT. Môđun biến dạng Es trung bình đạt 11,43 MPa, đảm bảo độ cứng và ổn định mặt đường.

  3. Độ chặt mặt đường đạt trên 90% so với khối lượng thể tích khô tối đa trong phòng thí nghiệm, cho thấy hiệu quả công tác lu lèn và thi công đồng đều. Độ chặt cao giúp giảm biến dạng và tăng tuổi thọ mặt đường.

  4. Ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến cường độ và độ bền: hàm lượng xi măng tăng từ 12,5% lên 20% làm tăng cường độ nén và môđun biến dạng, tuy nhiên chi phí cũng tăng theo. Hàm lượng 12,5-15% được đánh giá là tối ưu về mặt kỹ thuật và kinh tế.

Thảo luận kết quả

Kết quả thử nghiệm hiện trường khẳng định công nghệ SCSM phù hợp với điều kiện địa chất yếu, đất cát đen san lấp của ĐBSCL, khắc phục được nhược điểm của các loại mặt đường truyền thống như BTXM, đá dăm hay cấp phối sỏi đỏ. So với nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, cường độ ngoài hiện trường có giảm nhẹ do ảnh hưởng thất thoát xi măng và điều kiện thi công thực tế, nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

Việc sử dụng gầu trộn đặc biệt giúp tăng độ đồng đều hỗn hợp, giảm thời gian thi công và chi phí vận hành. Độ chặt cao sau lu lèn cho thấy công tác thi công được kiểm soát tốt, đảm bảo chất lượng mặt đường. So sánh với các nghiên cứu quốc tế về công nghệ trộn khô-nông, kết quả tương đồng và phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén, môđun biến dạng thể hiện xu hướng tăng rõ rệt, giúp lựa chọn hàm lượng xi măng tối ưu. Bảng số liệu phân tích độ chặt và cường độ mẫu ngoài hiện trường minh họa sự ổn định và bền vững của mặt đường SCSM.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng công nghệ SCSM đại trà cho GTNT vùng ĐBSCL nhằm cải thiện chất lượng mặt đường, giảm chi phí xây dựng và tận dụng vật liệu địa phương. Thời gian thực hiện trong vòng 2-3 năm, phối hợp giữa các sở giao thông và địa phương.

  2. Xây dựng quy trình thiết kế, thi công và nghiệm thu chuẩn dựa trên kết quả nghiên cứu, bao gồm hướng dẫn lựa chọn hàm lượng xi măng, thiết bị trộn, công tác lu lèn và bảo dưỡng mặt đường. Chủ thể thực hiện là các đơn vị thi công và quản lý dự án.

  3. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân thi công về công nghệ SCSM, sử dụng thiết bị gầu trộn và kiểm soát chất lượng vật liệu, đảm bảo thi công đúng quy trình và đạt hiệu quả cao. Thời gian đào tạo 6 tháng đến 1 năm.

  4. Khuyến khích sử dụng xi măng PCB40 sản xuất trong nước để tiêu thụ lượng xi măng dư thừa, giảm giá thành vật liệu và thúc đẩy phát triển ngành xi măng nội địa. Chính sách hỗ trợ từ Bộ Công Thương và các địa phương cần được triển khai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý giao thông và xây dựng cơ sở hạ tầng tại các tỉnh ĐBSCL, giúp hoạch định chính sách phát triển GTNT phù hợp với điều kiện địa phương.

  2. Các đơn vị thi công và tư vấn thiết kế đường giao thông nông thôn, cung cấp kiến thức kỹ thuật về công nghệ SCSM, quy trình thi công và kiểm soát chất lượng.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố, làm tài liệu tham khảo về công nghệ đất trộn xi măng và ứng dụng thực tiễn tại Việt Nam.

  4. Các doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, đặc biệt là ngành xi măng, giúp hiểu rõ tiềm năng tiêu thụ xi măng trong lĩnh vực GTNT và phát triển sản phẩm phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ SCSM là gì và ưu điểm chính của nó?
    SCSM là phương pháp trộn khô-nông xi măng với đất tại chỗ để gia cố mặt đường. Ưu điểm gồm thi công nhanh, tận dụng vật liệu địa phương, chi phí thấp và phù hợp với đất yếu vùng ĐBSCL.

  2. Hàm lượng xi măng tối ưu cho mặt đường GTNT là bao nhiêu?
    Theo kết quả nghiên cứu, hàm lượng xi măng từ 12,5% đến 15% là tối ưu, đảm bảo cường độ và độ bền mặt đường, đồng thời tiết kiệm chi phí.

  3. Thiết bị trộn sử dụng trong công nghệ SCSM có gì đặc biệt?
    Gầu trộn dung tích 0,3 m³ được thiết kế riêng với các mắt lưới và răng cào giúp trộn đều đất và xi măng, thay thế gầu máy đào truyền thống, tăng hiệu quả thi công.

  4. Cường độ nén mẫu đất-xi măng đạt được sau bao lâu?
    Mẫu đạt cường độ khoảng 100 MPa sau 21 ngày bảo dưỡng, đủ điều kiện chịu tải trọng xe nhẹ dưới 2,5 tấn.

  5. Công nghệ SCSM có thể áp dụng cho các vùng khác ngoài ĐBSCL không?
    Có thể áp dụng cho các vùng có điều kiện địa chất tương tự, đặc biệt là đất yếu và nguồn vật liệu cát san lấp dồi dào, tuy nhiên cần điều chỉnh quy trình phù hợp với từng địa phương.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công đoạn đường thử nghiệm dài 334 m bằng công nghệ đất trộn xi măng trộn khô-nông (SCSM) tại An Giang, phục vụ xe tải nhẹ an toàn.
  • Kết quả thử nghiệm hiện trường cho thấy cường độ nén mẫu đạt khoảng 100 MPa sau 21 ngày với hàm lượng xi măng từ 12,5%, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
  • Độ chặt mặt đường đạt trên 90%, chứng minh hiệu quả công tác lu lèn và thi công đồng đều.
  • Đề xuất quy trình công nghệ SCSM phù hợp với điều kiện địa chất và kinh tế vùng ĐBSCL, mở rộng ứng dụng cho các tỉnh khác.
  • Khuyến nghị triển khai áp dụng đại trà công nghệ SCSM trong 2-3 năm tới, đồng thời đào tạo nhân lực và hỗ trợ tiêu thụ xi măng nội địa.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và đơn vị thi công cần phối hợp triển khai quy trình công nghệ, tổ chức đào tạo và giám sát thi công để nâng cao chất lượng GTNT vùng ĐBSCL, góp phần phát triển kinh tế nông thôn bền vững.