Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển hạ tầng giao thông tại huyện Tân Thạnh, tỉnh Long An, hiện tượng hư hỏng nhanh chóng của các công trình đường bộ đã trở thành vấn đề cấp thiết. Theo khảo sát thực tế, các tuyến đường nhựa xuất hiện hiện tượng rạn nứt, xô dồn mặt đường và tạo thành các lỗ hỏng; đường đan bê tông bị nứt kéo dài và bể thành từng mảng; đường cấp phối đá dăm hư hỏng theo các vệt xe, lâu dài hình thành ổ gà, ổ voi. Những hiện tượng này không chỉ gây mất an toàn giao thông mà còn làm tăng chi phí duy tu sửa chữa hàng năm. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng sản phẩm địa kỹ thuật tổng hợp trong xử lý nền đường trên nền đất yếu nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ công trình, đồng thời so sánh hiệu quả kinh tế với phương pháp thi công truyền thống. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống giao thông đường bộ trên địa bàn huyện Tân Thạnh, đặc biệt là tuyến đường cặp kênh Bảy Thước (ĐT.837B) dài 27 km, với nền đất yếu đặc trưng bởi trầm tích phù sa non trẻ Holocene và Pleistocene. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tham mưu cho cấp quản lý về đầu tư xây dựng hệ thống giao thông, góp phần thực hiện chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2016-2020, đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong lĩnh vực xây dựng nền đường trên đất yếu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về ổn định và biến dạng công trình đường trên nền đất yếu, trong đó nổi bật là:

  • Lý thuyết chảy dẻo Mohr-Coulomb: Được sử dụng để mô hình hóa trạng thái ứng suất và biến dạng của đất yếu, giúp xác định các điểm chảy dẻo và mặt trượt phá hoại trong nền đường.
  • Phương pháp cân bằng giới hạn (Limit Equilibrium Method): Áp dụng để tính toán hệ số an toàn ổn định mái dốc và nền đường, dựa trên giả thiết mặt trượt cung tròn, phẳng hoặc hỗn hợp.
  • Mô hình gia cố nền bằng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp: Bao gồm vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật và cọc xi măng đất, với các chức năng chính như gia cường, phân cách, lọc và tiêu thoát nước.
  • Khái niệm về biến dạng dẻo và đàn hồi của đất: Giúp đánh giá khả năng chịu tải và độ lún của nền đường sau khi gia cố.

Các khái niệm chính bao gồm: sức chịu tải của nền đất yếu, biến dạng dẻo, mặt trượt ổn định, vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp, và phương pháp gia cố cọc xi măng đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ các báo cáo kỹ thuật, số liệu khảo sát hiện trạng, kết quả thí nghiệm cơ lý đất nền tại xã Bắc Hòa, huyện Tân Thạnh, cùng các tài liệu chuyên ngành và tiêu chuẩn thiết kế xây dựng nền đường. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ các tuyến đường chính trên địa bàn huyện, trong đó tập trung phân tích chi tiết tuyến đường cặp kênh Bảy Thước dài 27 km.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm PLAXIS để mô phỏng biến dạng và ổn định nền đường, kết hợp với phương pháp tính toán cân bằng giới hạn để đánh giá hệ số an toàn mái dốc và nền đường. Các phương án gia cố được so sánh bao gồm: sử dụng vải địa kỹ thuật tổng hợp, lưới địa kỹ thuật, và cọc xi măng đất. Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2019, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, khảo sát hiện trạng, tính toán mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng hư hỏng nền đường: Các tuyến đường trên địa bàn huyện Tân Thạnh có tỷ lệ hư hỏng cao, với hơn 70% mặt đường cấp phối xuất hiện ổ gà và ổ voi sau vài năm sử dụng. Đường nhựa bị rạn nứt và xô dồn mặt đường chiếm khoảng 65% tổng chiều dài khảo sát.

  2. Hiệu quả gia cố bằng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp: Sử dụng vải và lưới địa kỹ thuật làm lớp gia cố nền đường giúp giảm độ lún không đều xuống khoảng 30% so với phương pháp truyền thống. Hệ số an toàn mái dốc tăng từ 1,2 lên 1,5 khi áp dụng gia cố bằng lưới địa kỹ thuật hai trục.

  3. So sánh phương án cọc xi măng đất và vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp: Phương án cọc xi măng đất nâng cao sức chịu tải nền đường lên 40% so với nền đất tự nhiên, tuy nhiên chi phí đầu tư cao hơn khoảng 25% so với phương án sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp. Thời gian thi công phương án cọc xi măng đất giảm 20% so với phương án truyền thống.

  4. Hiệu quả kinh tế: So với phương pháp thi công truyền thống, việc ứng dụng sản phẩm địa kỹ thuật tổng hợp giúp tiết kiệm chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm khoảng 15-20%, đồng thời kéo dài tuổi thọ công trình thêm 5-7 năm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng hư hỏng nhanh chóng nền đường là do đặc tính cơ lý yếu của đất nền thuộc trầm tích Holocene với độ nén lún cao và sức chịu tải thấp (khoảng 0,5 – 1 kg/cm²). Việc áp dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp giúp gia tăng khả năng chịu kéo và phân bố ứng suất đều hơn, từ đó giảm biến dạng dẻo và nguy cơ trượt mái dốc. Kết quả mô phỏng bằng phần mềm PLAXIS cho thấy sự giảm chuyển vị đứng của nền đất sau khi gia cố, minh họa qua biểu đồ biến dạng giảm khoảng 35% so với nền không gia cố.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành xây dựng giao thông tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, kết quả này phù hợp với xu hướng ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật nhằm nâng cao độ bền và ổn định nền đường trên đất yếu. Phương án cọc xi măng đất tuy có hiệu quả kỹ thuật cao nhưng chi phí và yêu cầu thiết bị thi công phức tạp hơn, do đó cần cân nhắc lựa chọn phù hợp với điều kiện kinh tế địa phương.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao chất lượng công trình giao thông mà còn góp phần thực hiện hiệu quả chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn mới, thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội huyện Tân Thạnh.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp trong gia cố nền đường: Khuyến khích sử dụng vải và lưới địa kỹ thuật cho các tuyến đường cấp IV và cấp phối trên nền đất yếu nhằm giảm chi phí bảo dưỡng và tăng tuổi thọ công trình. Thời gian thực hiện trong vòng 2 năm, chủ thể thực hiện là Ban quản lý dự án giao thông huyện.

  2. Ưu tiên phương án kết hợp cọc xi măng đất cho các công trình trọng điểm: Đối với các tuyến đường có tải trọng lớn hoặc nền đất yếu sâu, áp dụng phương án cọc xi măng đất để đảm bảo ổn định lâu dài. Thời gian thi công dự kiến 1-1,5 năm, chủ thể là các nhà thầu xây dựng chuyên nghiệp.

  3. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ cho cán bộ kỹ thuật địa phương: Tổ chức các khóa đào tạo về thiết kế, thi công và giám sát sử dụng vật liệu địa kỹ thuật nhằm nâng cao năng lực quản lý và thi công. Thời gian triển khai 6-12 tháng, chủ thể là Sở Giao thông Vận tải phối hợp với các trường đại học.

  4. Xây dựng hệ thống giám sát và bảo trì định kỳ nền đường: Thiết lập quy trình kiểm tra, đánh giá hiện trạng nền đường sau khi gia cố để kịp thời xử lý các hư hỏng nhỏ, tránh phát sinh chi phí lớn. Thời gian thực hiện liên tục, chủ thể là UBND huyện và các đơn vị quản lý đường bộ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý giao thông và xây dựng địa phương: Giúp hoạch định chính sách đầu tư, lựa chọn giải pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện địa phương, nâng cao hiệu quả sử dụng ngân sách.

  2. Các nhà thầu và tư vấn thiết kế công trình giao thông: Cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để áp dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp và phương pháp gia cố nền đất yếu trong thi công thực tế.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng, địa kỹ thuật: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết ổn định nền đường, phương pháp tính toán và ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật trong xử lý nền đất yếu.

  4. Chính quyền địa phương và các tổ chức phát triển nông thôn: Hỗ trợ trong việc triển khai các chương trình xây dựng nông thôn mới, nâng cao chất lượng hạ tầng giao thông, góp phần phát triển kinh tế xã hội bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp là gì và có những loại nào?
    Vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp bao gồm vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, màng chống thấm, và cọc xi măng đất. Chúng có chức năng gia cường, phân cách, lọc và tiêu thoát nước, giúp nâng cao độ ổn định và tuổi thọ nền đường trên đất yếu.

  2. Tại sao nền đất yếu lại gây ra nhiều vấn đề cho công trình giao thông?
    Nền đất yếu có sức chịu tải thấp, độ nén lún cao và dễ biến dạng dẻo, dẫn đến hiện tượng lún không đều, trượt mái dốc và hư hỏng mặt đường, ảnh hưởng đến an toàn và chi phí bảo trì.

  3. Phương pháp gia cố nào hiệu quả nhất cho nền đường trên đất yếu?
    Phương pháp kết hợp sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp và cọc xi măng đất được đánh giá là hiệu quả, vừa nâng cao sức chịu tải, vừa giảm biến dạng và chi phí thi công so với phương pháp truyền thống.

  4. Chi phí đầu tư cho các giải pháp gia cố nền đường có cao không?
    So với phương pháp truyền thống, sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp giúp tiết kiệm chi phí duy tu bảo dưỡng khoảng 15-20%. Phương án cọc xi măng đất có chi phí đầu tư cao hơn khoảng 25% nhưng mang lại hiệu quả kỹ thuật cao hơn.

  5. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng thi công khi sử dụng vật liệu địa kỹ thuật?
    Cần có quy trình giám sát chặt chẽ, đào tạo kỹ thuật cho công nhân và cán bộ quản lý, đồng thời sử dụng thiết bị và vật liệu đạt tiêu chuẩn để đảm bảo hiệu quả gia cố và tuổi thọ công trình.

Kết luận

  • Ứng dụng sản phẩm địa kỹ thuật tổng hợp trong xử lý nền đường trên nền đất yếu tại huyện Tân Thạnh giúp nâng cao độ ổn định và giảm biến dạng nền đường.
  • Phương pháp gia cố kết hợp giữa vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật và cọc xi măng đất mang lại hiệu quả kỹ thuật và kinh tế vượt trội so với phương pháp truyền thống.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để tham mưu cho cấp quản lý trong công tác đầu tư xây dựng hệ thống giao thông trên địa bàn huyện.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và chính sách hỗ trợ nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi vật liệu địa kỹ thuật trong xây dựng nền đường trên đất yếu.
  • Tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi và ứng dụng các công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nền đất yếu trong tương lai.

Để nâng cao chất lượng công trình giao thông trên nền đất yếu, các đơn vị quản lý và thi công cần phối hợp triển khai các giải pháp gia cố phù hợp, đồng thời tăng cường đào tạo và giám sát kỹ thuật. Hành động ngay hôm nay sẽ góp phần phát triển bền vững hạ tầng giao thông, thúc đẩy kinh tế xã hội địa phương.