Dùng cát biển đắp nền cao tốc được không? - Bài 4: Một số lưu ý

Năm 2015, khi triển khai thi công dự án đường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện tại TP. Hải Phòng, Ban QLDA 2 đã có Công văn số 74/BQLDA2-PIT3 (ngày 12/01/2015) gửi Bộ GTVT đề xuất nghiên cứu nguồn cát khai thác ngoài biển sử dụng làm vật liệu đắp nền đường (cát A2). Sau đó, Bộ GTVT đã có Văn bản số 1812/BGTVT-KHCN ngày 09/02/2015 chấp thuận cho nghiên cứu đắp thử nghiệm.

Theo kết quả nghiên cứu, loại cát biển A2 do nhà thầu đệ trình là loại cát tương đối mịn, có tỷ lệ lọt sàng 0,15 mm, dao động từ 85,11% đến 97,44%, hệ số không đồng đều Cu dao động từ 1,56 đến 1,77. Loại cát này thường tròn, đều hạt nên khi sử dụng làm vật liệu đắp nền đường sẽ khó lu lèn và khó đảm bảo tính ổn định lâu dài của nền đường khi chịu tác động của tải trọng động, nhất là trong điều kiện bị ngập nước. Tuy nhiên, việc sử dụng cát biển làm vật liệu đắp nền đường có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế cao. Do vậy, việc nhà thầu tiến hành các thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường làm cơ sở cho đơn vị tư vấn giám sát xem xét đưa ra quyết định cuối cùng là cần thiết và phù hợp với quy định tại Chỉ dẫn kỹ thuật của dự án. Tuy nhiên, sau đó, do nhiều yếu tố tác động (các quy định về quản lý khai thác, môi trường, các yếu tố kiểm soát kỹ thuật...), dự án Tân Vũ - Lạch Huyện không sử dụng cát biển làm vật liệu đắp.

Năm 2020, nhóm tác giả của Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã triển khai nghiên cứu Đề tài "Nghiên cứu khả năng sử dụng cát biển trong xây dựng đường bộ tại Việt Nam" và đã đưa ra một số nhận định: Cát biển cơ bản đáp ứng được các yêu cầu, tiêu chuẩn về vật liệu đầu vào của Tiêu chuẩn TCVN 9436:2012. Tuy nhiên, cát biển có những nhược điểm như hạt mịn, rời rạc, giảm thể tích khi tiếp xúc với hơi ẩm... nên phải có phương án xử lý thêm (đối với vật liệu hoặc thiết kế nền đường) thì mới áp dụng được.

Về mặt pháp lý, hiện nay trong hệ thống tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5729:2012 "Đường ô tô cao tốc - Yêu cầu thiết kế" và TCVN 4054:2005 "Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế" chưa có các quy định riêng biệt cho việc thiết kế, tính toán nền đường sử dụng nguồn cát biển. Về thi công và nghiệm thu, các dự án ở Việt Nam đang áp dụng Tiêu chuẩn TCVN 9436:2012 "Nền đường ô tô - Thi công và nghiệm thu". Các quy định đối với vật liệu nền đường được quy định tại Điều 5 của TCVN 9436:2012. Ngoài các quy định về chỉ tiêu cơ lý, thành phần hạt đối với vật liệu đắp nền đường tại Điều này còn quy định không được sử dụng "đất lẫn các thành phần muối dễ hòa tan quá 5%".

Bên cạnh đó, các nghiên cứu trên thế giới cũng có đánh giá rằng, vật liệu cát khai thác ngoài biển thường tròn, đều hạt nên khi sử dụng làm vật liệu đắp nền đường sẽ khó lu lèn và khó đảm bảo tính ổn định lâu dài của nền đường khi chịu tác động của tải trọng động, nhất là trong điều kiện bị ngập nước. Vì vậy, trên thế giới hiện nay nhìn chung không sử dụng độc lập cát biển để xây dựng nền đường (nếu sử dụng phải được xử lý ổn định bằng xi măng, trộn với đá dăm hoặc các vật liệu tương đương).

Về tác động môi trường, trong cát biển có chứa một lượng nhất định muối hòa tan. Vì vậy, sử dụng cát biển làm nền đường sẽ có một số tác động đến đất ruộng. Trong quá trình xây dựng và hoạt động, do ảnh hưởng của thời tiết, khí hậu, điều kiện thủy văn, các muối hòa tan và các ion sẽ có thể cuốn theo dòng nước ảnh hưởng đến xung quanh, đặc biệt là đất nông nghiệp. Độ mặn có thể ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và năng suất của cây trồng, vì vậy cần có các biện pháp tưới tiêu phù hợp để giảm thiểu ảnh hưởng của độ mặn đối với đất canh tác. Ngoài ra, hầu hết cỡ hạt của cát biển là hạt mịn, trong quá trình vận chuyển vật liệu và nền đường thi công chịu tác động của thời tiết (gió, nắng) sẽ gây bụi ra xung quanh môi trường và khu dân cư. Tương tự với môi trường đất, nước mặt tự nhiên và nước ngầm cũng có thể bị nhiễm mặn bởi sử dụng cát biển trong thi công nền đường. Độ mặn sẽ ảnh hưởng đến chất lượng nước tưới cũng như cuộc sống của người dân trong khu vực dự án.

Ngoài ra, về đơn giá, định mức kinh tế - kỹ thuật, đến thời điểm hiện nay chưa có hệ thống đơn giá, định mức đặc thù cho việc khai thác, sàng tuyển, vận chuyển và thi công, nghiệm thu hạng mục; chưa có các đánh giá về khoảng cách hiệu quả kinh tế (một số khu vực biển phải ở độ sâu ngoài 22 m nước mới có cát, từ 20 m nước trở vào bờ chủ yếu là bùn cát) để phục vụ xây dựng nền đường.

Theo Cục Quản lý Đầu tư xây dựng (Bộ GTVT), để có thể sử dụng cát biển làm vật liệu đắp cho các dự án cao tốc thì cần lựa chọn mang tính đặc trưng thi công thí điểm như các đoạn có chiều cao thiết kế đắp trung bình dự kiến của dự án, ưu tiên thi công thí điểm đoạn nền đường đắp qua vùng đất yếu khu vực ĐBSCL. Bên cạnh đó, nghiên cứu bổ sung thêm phương án thí nghiệm cát biển với các vật liệu khác (đá mi, tro xỉ kết hợp với vôi, tro xỉ kết hợp với xi măng hoặc các vật liệu khác) để đánh giá kinh tế kỹ thuật. Quá trình nghiên cứu thí điểm cần quy định các phương pháp thí điểm, quan trắc, theo dõi... hợp chuẩn, làm cơ sở để đánh giá theo quy định.

Tương tự, theo PGS. TS. Nguyễn Thanh Sang - Trường Đại học GTVT, một trong những giải pháp làm ổn định cơ học của vật liệu đắp là tác dụng của đầm lèn - tác động cơ học (tĩnh, động) để làm chặt vật liệu đắp là nguyên tắc cơ bản được sử dụng trong vật liệu làm đường, với trầm tích biển nạo vét từ biển thường có lẫn bùn ở gần cửa sông, sỏi sạn, hàm lượng Cl (chủ yếu là do nước biển), Sunphat (SO₄) và vỏ sò để làm vật liệu đắp trước hết phải đảm bảo yêu cầu về thành phần hạt.

Theo kết quả thí nghiệm ở Công văn số 1018/TEDIS-XNDC ngày 11/5/2022 của Công ty CP Tư vấn thiết kế GTVT phía Nam, cát biển Sóc Trăng, Trà Vinh đều có lượng lọt sàng 0,425 mm từ 99 - 100% và là cát không có nhiều bùn (không thí nghiệm được chỉ số độ dẻo). Để tạo được vật liệu đầm chặt phù hợp thì tỷ lệ hạt trên và lọt sàng 0,425 mm phải phù hợp. Do đó, với cát mịn như vậy, để đầm chặt cần phải phối trộn thêm các cỡ hạt lớn hơn ở mắt sàng 0,425 mm. Giải pháp đầm chặt sử dụng lớp đắp bao bằng sét sẽ khó thực hiện ở công trường, nên cần có bao tải cát làm khuôn hoặc có biện pháp thoát nước tốt trong quá trình lu lèn cát mịn.

Bên cạnh đó, một trong những giải pháp làm ổn định hóa học của vật liệu đắp là đưa hóa chất hoặc các chất kết dính vào trong đất, trộn đều hỗn hợp để làm thay đổi tính chất cơ lý của đất nhằm làm tăng cường độ của đất. Vật liệu dùng gia cố có thể là xi măng, vôi, xỉ lò cao nghiền mịn, tro bay, tro trấu, metakaolanh hoặc nước thủy tinh. Khi trộn vôi, xi măng cũng như một số chất kết dính phụ thêm là các vật liệu hút ẩm nhanh và tạo ra chất rắn liên kết được các hạt rời rạc của trầm tích biển. Đồng thời, với việc cho thêm xi măng hoặc vôi sẽ giảm mặn của trầm tích biển và tạo ra được những hợp chất hữu ích trong thành phần của hỗn hợp trầm tích biển và chất kết dính. Có thể dùng các hóa chất để gia cứng nền trầm tích biển, tuy nhiên phương pháp này thường có giá thành cao hơn so với các phương pháp khác. Việc tạo ra các khối rắn trong công nghệ đắp nền đường có ý nghĩa quan trọng trong xây dựng.

Ngoài ra, giải pháp làm sạch cát (rửa cát) được dùng cho loại cát có nhiều bùn lẫn. Phương pháp sàng cát giúp phân loại, loại bỏ vỏ sò, cỡ hạt, tạo thuận lợi trong việc phối trộn. Đối với phương pháp rửa trầm tích biển đạt các yêu cầu kỹ thuật để làm cốt liệu cho bê tông, do vậy tốt cho vật liệu đắp nền.

Tiếp đó, đối với giải pháp phơi cát 0,5 - 1 tháng, cát bơm lên được phơi trên tấm vải địa kỹ thuật, để ráo hết nước biển để giảm nồng độ các loại muối trong cát, sau đó tiến hành phối trộn hoặc đắp thông thường nếu đủ yêu cầu về hạt lớn.

Trên thế giới, nhiều nước đã có các quy định và hướng dẫn về cát biển khử muối làm cốt liệu nhỏ cho bê tông, như tiêu chuẩn cốt liệu cho bê tông ở Anh Quốc (EN 12620); Tiêu chuẩn kiến trúc Nhật Bản quy định cho công tác bê tông (JASS 5); Hướng dẫn kỹ thuật ứng dụng cát biển cho bê tông (JGJ 206-2010) của Trung Quốc... Đây là nguồn tài liệu tham khảo hữu ích trong quá trình nghiên cứu dùng cát biển làm vật liệu đắp nên đường cao tốc tại Việt Nam.