ĐẶT VẤN ĐỀ Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) thuộc hạ lƣu sông Mê Kông, có địa hình thấp, bằng phẳng, và phần lớn diện tích có cao độ nhỏ hơn +2 m so với mực nƣớc biển (Lƣơng Quang Xô 2012, Trần Nhƣ Hối 2005a). Chế độ thủy văn hàng năm của sông Mê Kông chia thành 2 mùa rõ rệt, mùa lũ từ tháng 9 đến tháng 12 với lƣợng dòng chảy chiếm 90% tổng lƣợng dòng chảy năm và mùa khô từ tháng 1 đến tháng 5 (Ủy ban sông Mê Kông Việt Nam 2014). ĐBSCL có diện tích khoảng 40.000 km2, chỉ chiếm hơn 5% tổng diện tích toàn lƣu vực sông Mê Kông nhƣng là nơi tập trung toàn bộ lƣu lƣợng nƣớc còn lại của nó trƣớc khi thoát ra biển. Do đó, lũ lụt trong mùa mƣa hàng năm là hiện tƣợng tự nhiên gắn liền với lịch sử hình thành và phát triển ĐBSCL.
Đồng Tháp là tỉnh đầu nguồn ĐBSCL, chịu ảnh hƣởng trực tiếp bởi chế độ thủy văn sông Mê Kông, vào mùa lũ phần lớn diện tích đất ở Đồng Tháp bị ngập trong nƣớc gây khó khăn và chia cắt sự lƣu thông giữa các khu vực trong tỉnh, ảnh hƣởng đến đời sống sản xuất và sinh hoạt của ngƣời dân trong vùng. Hệ thống đƣờng giao thông nông thôn (GTNT) ở Đồng Tháp không những có vai trò quan trọng trong việc phục vụ vận tải hàng nông sản, vật tƣ nông nghiệp, và giao thông xe cơ giới sản xuất nông nghiệp (máy cày, máy gặt, v.) mà còn giúp giải quyết ách tắc trong việc đi lại giữa các vùng và kết hợp làm đê bao bảo vệ hoa màu trong mùa lũ (Trần Nhƣ Hối 2005a, UBND tỉnh Đồng Tháp 2009, UBND tỉnh Đồng Tháp 2012). Đến năm 2009, tỉnh Đồng Tháp đã xây dựng đƣợc khoảng 2.188 km đƣờng GTNT - bề rộng mặt đƣờng từ 4 đến 7 m (UBND tỉnh Đồng Tháp 2009). Trong đó, các tuyến đƣờng GTNT chủ yếu đƣợc xây dựng kết hợp làm đƣờng giao thông và đê bao chống lũ bảo vệ hoa màu (UBND tỉnh Đồng Tháp 2009, UBND tỉnh Đồng Tháp 2012).
Tuy nhiên, hầu hết các tuyến đƣờng có chất lƣợng còn thấp, đƣợc xây dựng trong thời gian ngắn, phƣơng pháp thi công đơn giản, và kết cấu nền đƣờng chủ yếu là đất đắp tại chỗ (UBND tỉnh Đồng Tháp 2012) - thƣờng 2 là đất bùn sét cố kết tự nhiên đƣợc lấy từ quá trình nạo vét các kênh dọc theo tuyến đƣờng nên chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu đi lại của xe cơ giới phục vụ sản xuất nông nghiệp và thƣờng xuyên bị sạt lở vào mùa lũ hàng năm (UBND tỉnh Đồng Tháp 2009, UBND tỉnh Đồng Tháp 2012, Trần Nhƣ Hối 2005b) (Hình 1). Theo thống kê của Uỷ ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp (2014), từ năm 2000 đến 2013 toàn tỉnh có khoảng 84 điểm sạt lở, tổng chiều dài đƣờng giao thông và đê bao bị sạt lở khoảng 163 km. Tổng thiệt hại về tài sản hơn 2. Nhƣ vậy, nghiên cứu các giải pháp xây dựng đảm bảo yêu cầu kinh tế và kỹ thuật để phòng tránh thiệt hại do sạt lở đƣờng GTNT kết hợp đê bao (hay đƣờng GTNT trên đê) ở Đồng Tháp là yêu cầu cấp thiết để bảo vệ tài sản trong mùa lũ và phục vụ ngƣời dân phát triển sản xuất.
Hiện tại, đã có nhiều phƣơng pháp chống sạt lở đƣờng GTNT trên đê đƣợc đề xuất nhƣ (Trịnh Công Vấn 2007, Lê Xuân Việt 2011, Tran-Nguyen & Nguyen 2012, Tran-Nguyen & Nguyen 2013): (1) Đóng cừ tràm, trải bạt nhựa, và kết hợp trải bao tải cát. (2) Sử dụng kè đứng để tăng ổn tổng thể nền đƣờng nhƣ cọc bê-tông cốt thép dự ứng lực và tƣờng cừ larsen. (3) Bảo vệ bề mặt bằng tấm đan bê-tông xi-măng đúc sẵn, thảm rọ đá, đá hộc xây, hay đá hộc đổ rối. Giải pháp đóng cừ tràm, trải bạt nhựa, và kết hợp trải bao tải cát có ƣu điểm giá thành rẻ, thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh, và các đơn vị tại địa phƣơng có thể thực hiện nên đƣợc ứng dụng để gia cố cho hầu hết các tuyến GTNT trên đê ở Đồng Tháp.
Tuy nhiên, đây là giải pháp chỉ mang tính tạm thời, chất lƣợng nền đƣờng sau gia cố còn thấp nên chi phí duy tu, bảo dƣỡng hàng năm lớn, và chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu đi lại của xe cơ giới phục vụ sản xuất nông nghiệp. 3 Khu vực Đồng Tháp là nơi khan hiếm đá xây dựng, khả năng cung cấp vật liệu khó khăn (UBND tỉnh Đồng Tháp 2009) nên giải pháp bảo vệ mái taluy bằng thảm rọ đá, đá hộc xây, hay đá hộc đổ rối khó mang lại hiệu quả kinh tế. Việc ứng dụng kè đứng bằng cọc bê-tông cốt thép dự ứng lực, hay tƣờng cừ larsen để chống sạt lở đƣờng GTNT trên đê có ƣu điểm là khả năng chịu lực lớn, không chiếm dụng diện tích lòng sông, chống đƣợc xói lở và trƣợt sâu, và đảm bảo mỹ quan công trình. Tuy nhiên, ứng dụng phƣơng án này trong điều kiện đƣờng GTNT trên đê ở Đồng Tháp là khó khả thi vì nền đất trong khu vực là đất yếu, bề mặt đê chỉ từ 2-5 m, cấu trúc thân đê chủ yếu là đất đắp có hệ số rỗng và độ nén lún cao nên không phù hợp với các thiết bị thi công cồng kềnh hoặc/và tải trọng lớn.
Ngoài ra, theo nghiên cứu của Trịnh Công Vấn (2007) khả năng chế tạo các cọc bản bê-tông cốt thép ứng suất trƣớc và cừ thép trong nƣớc còn hạn chế nên giá thành cao và vận chuyển khó khăn đối với cấu kiện lớn; hơn nữa, việc neo giữ các hàng cừ cọc bản khó khăn vì các điểm neo là đất yếu, phạm vi khối trƣợt lớn nên khó xác định điểm neo ngoài cung trƣợt. Trong khi đó, công nghệ đất trộn xi măng bằng phƣơng pháp trộn ƣớt - trộn sâu (SCDM - Soil Cement Deep Mixing) có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với các phƣơng án gia cố nền hiện có nhƣ khả năng xử lý sâu (đến 40 m), thích hợp gia cố cho nhiều loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội, thiết bị thi công nhỏ gọn nên thích hợp thi công trong điều kiện hiện trƣờng chật hẹp hay xử lý gia cố các công trình trên nền đất yếu ở khu vực ĐBSCL lại chƣa đƣợc phân tích đánh giá một cách toàn diện về hiệu quả ứng dụng trong điều kiện gia cố đƣờng GTNT trên đê khu vực ĐBSCL nói chung và Đồng Tháp nói riêng. Vì vậy, nghiên cứu này tập trung phân tích và đánh giá ứng xử của đất Đồng Tháp trộn xi măng bằng phƣơng pháp trộn ƣớt-trộn sâu trong phòng thí nghiệm từ đó đề xuất các thông số kỹ thuật cần thiết (hàm lƣợng xi măng, cƣờng độ soilcrete, mô đun đàn hồi, v.), và mối quan hệ giữa chúng để làm cơ sở cho việc thiết kế và nghiên cứu thi công thử nghiệm hiện trƣờng công nghệ SCDM. Hình 1: Đƣờng GTNT kết hợp đê bao bị phá hoại trong mùa lũ ở Đồng Tháp 5 2.
TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Nghiên cứu tổng quan đƣa ra bức tranh khái quát các cơ sở lý thuyết và các kết quả nghiên cứu đã đƣợc công bố liên quan đến đề tài đang thực hiện. Kết quả ban đầu của nghiên cứu tổng quan là cơ sở cần thiết để xác định mục tiêu, xây dựng cơ sở lý thuyết, và lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu tổng quan của luận văn đƣợc trình bày chi tiết ở Phụ lục A bao gồm hai phần: (1) tổng quan về công nghệ đất trộn xi măng, và (2) tổng quan về đƣờng GTNT kết hợp đê bao chống lũ ở Đồng Tháp. Một số kết quả nổi bật rút ra từ các nghiên cứu tổng quan đƣợc trình bày tóm tắt trong mục này.
Tổng quan về công nghệ đất trộn xi măng Công nghệ trộn sâu tạo cọc đất xi măng (CDM - Cement Deep Mixing) là kỹ thuật sử dụng xi măng làm chất kết dính có hoặc không có chất phụ gia trộn với đất tại chỗ dƣới sâu để tạo ra vật liệu đất-xi măng (hay soilcrete) có các tính chất kỹ thuật đƣợc cải thiện đáng kể so với đất nguyên dạng. Hiện nay, công nghệ CDM đang đƣợc ứng dụng phổ biến khắp các nƣớc Châu Âu, Châu Á, và Mỹ. Phân loại công nghệ CDM (1) Phân loại theo vật liệu trộn có hai phƣơng pháp chính là trộn ƣớt (Wet Mixing) và trộn khô (Dry Mixing). (2) Phân loại theo phƣơng pháp trộn có phƣơng pháp trộn bằng cánh trộn cơ khí (Mechanical Mixing), trộn bằng tia vữa hoặc nƣớc áp lực cao (Jet Grouting), và phƣơng pháp trộn kết hợp cánh trộn cơ khí và tia áp lực cao đƣợc gọi là công nghệ Hybrid.
(3) Phân loại theo vị trí trộn có hai phƣơng pháp cơ bản là trộn đất với xi măng ở vị trí cuối và dọc trục trộn. Phạm vi ứng dụng (1) Tƣờng ngăn nƣớc (chống nƣớc thấm vào hố đào, chống nƣớc thấm qua thân đê, ngăn dòng thấm ô nhiễm, v.) (2) Tƣờng chắn ổn định vách hố đào, tăng ổn định mái dốc do trƣợt sâu, v. 6 (3) Chống hoá lỏng đất nền (4) Gia cố nền đất yếu dƣới móng công trình (5) Xử lý dòng nƣớc thấm lan truyền trong đất 2. Ƣu điểm của công nghệ CDM (1) Thích hợp gia cố cho nhiều loại đất khác nhau.
(2) Có thể thi công xử lý với năng suất cao nên giá thành thấp hơn so với các phƣơng án xử lý nền khác, đặc biệt trong trƣờng hợp thi công gia cố cho các công trình lớn. (3) Có thể thi công xử lý trên đất liền, ven bờ sông, hoặc khu vực ngập sâu dƣới nƣớc. (4) Quá trình thi công ít gây chấn động, ít tiếng ồn, và ít ảnh hƣởng đến kết cấu các công trình xung quanh. (5) Các đặc tính kỹ thuật của soilcrete có thể đƣợc thay đổi dễ dàng trong quá trình thi công.
(6) Khoảng cách cọc và kiểu bố khối gia cố có thể đƣợc thay đổi để phù hợp với các phƣơng án gia cố đa dạng. (7) Ít gây ô nhiễm môi trƣờng. Nhƣợc điểm của công nghệ CDM (1) Chiều sâu xử lý bị hạn chế (nhỏ hơn hoặc bằng 40 m). (2) Không có khả năng ứng dụng gia cố các loại đất có độ cứng, độ chặt cao, hoặc đất có lẫn đá lớn.
(4) Đối với phƣơng pháp trộn ƣớt cần có biện pháp xử lý phần đất trồi dƣ sau khi xử lý. Nguyên lý hình thành cƣờng độ soilcrete Khi trộn xi măng với đất thì các phản ứng hóa học giữa đất và xi măng sẽ xảy ra ngay lập tức làm thay đổi các tính chất cơ-lý-hóa của đất.