Ứng dụng vật liệu Geofoam xây đường đầu cầu trên nền đất yếu

Đường dẫn vào cầu làm nhiệm vụ kết nối và chuyển tiếp độ cứng giữa đường và cầu thông qua kết cấu mố cầu, đảm bảo sự êm thuận cho người và phương tiện giao thông. Tuy nhiên, phần đất đắp ngay sau mố, thường xảy ra độ lún lớn, gây chênh lệch cao giữa đỉnh mố và đường sau khi công trình đưa vào khai thác. Điều này gây bất tiện cho các phương tiện giao thông khi qua lại, và tăng kinh phí bảo trì sửa chữa cầu, đường.

Theo PGS.TS Trần Nguyễn Hoàng Hùng, tại Việt Nam, lún đường đầu cầu xảy ra ở toàn khu vực miền Nam. Nguyên nhân là do chưa xử lý triệt để, phù hợp nền đất yếu bên dưới đường đầu cầu. Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu bên dưới đường đầu cầu như làm tăng nhanh quá trình cố kết trong nền đất bằng bấc thấm hoặc giếng cát kết hợp gia tải trước; gia cố nền đất yếu bằng cọc đất trộn xi măng, cọc cát đầm, cọc đá;… Tuy nhiên, các phương pháp này đòi hỏi đội ngũ kỹ sư có nhiều kinh nghiệm, máy móc thiết bị hiện đại, tiêu tốn phần lớn kinh phí và thời gian thi công của công trình.

Geofoam là vật liệu nhựa tổng hợp từ polystyrene, xốp nhẹ, có khối lượng riêng từ 12 – 35kg/m³, nhỏ hơn từ 30 đến 100 lần so với các vật liệu đắp truyền thống như cát, đất, sét,…, làm giảm đáng kể tải trọng truyền xuống nền đường bên dưới, dẫn đến giảm độ lún nền đường. Vật liệu này được ứng dụng rộng rãi cho nhiều dạng công trình xây dựng như làm đắp nền đường ô tô, đường sắt, đường đầu cầu, thân đê bao, nền móng nhà,… Trong xây dựng đường đầu cầu trên nền đất yếu. Geofoam được đặt trực tiếp lên nền đất mà không cần xử lý nền. Quá trình thi công để nâng cao mặt đường chỉ sử dụng nhân công vận chuyển và lắp đặt bằng thủ công, không cần sử dụng các loại thiết bị đặc biệt, rút ngắn thời gian thi công.

Nhiều quốc gia trên thế giới đã sử dụng Geofoam thay thế vật liệu đắp truyền thống cho các công trình giao thông. Tuy nhiên, ở Việt Nam chưa có nghiên cứu khoa học và ứng dụng Geofoam vào xây dựng công trình giao thông. Trước thực tế đó, nhóm nghiên cứu Trường ĐH Bách khoa TPHCM đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Geofoam xây dựng đường đầu cầu trên đất yếu ở TPHCM”.

Vật liệu Geofoam sản xuất trong nước được nhóm nghiên cứu thử nghiệm các tính chất cơ-lý-hóa. Kết quả cho thấy, Geofoam có khả hấp thụ hơn 60% lượng nước trong 7 ngày đầu, hấp thụ hơn 90% lượng nước trong 35 ngày kế tiếp, và dưới 10% lượng nước hấp thụ ở thời gian còn lại; có khả năng thoát lượng nước đã hấp thụ nhanh, hơn 90% lượng nước đã hấp thụ thoát ra trong 3 ngày; bị hòa tan nhanh trong xăng, dầu hỏa và không bị hòa tan trong dầu nhớt; là vật liệu dễ cháy khi tiếp xúc trực tiếp với lửa;… Nghiên cứu cũng cho thấy, Geofoam sản xuất trong nước phù hợp để ứng dụng xây dựng đường đầu cầu trên nền đất yếu.

Vật liệu Geofoam sản xuất trong nước (khối lượng riêng 21kg/m3) đã được thử nghiệm làm đường đầu cầu có độ cao đường 2,3m, độ dốc 10% trên nền đất yếu ở Khu Công nghiệp Hiệp Phước, huyện Nhà Bè, TPHCM. Kết quả, đường ổn định dưới tác dụng của xe tải 12 tấn, đảm bảo khả năng chịu tải và biến dạng nằm trong giai đoạn đàn hồi của vật liệu.

Theo nhóm nghiên cứu, Geofoam trước khi đưa vào thiết kế cần có đầy đủ các thông số kỹ thuật như khối lượng riêng, cường độ nén, mô đun đàn hồi. Các thông số này đảm bảo không nhỏ hơn thông số tối thiểu theo ASTM D6817 (Tiêu chuẩn quốc tế của Hiệp hội thí nghiệm và vật lý Hoa Kỳ trong ngành vật liệu). Vị trí xây dựng đường đầu cầu phải khảo sát kỹ điều kiện địa chất, đặc biệt là thủy văn để tính toán phương án xử lý áp lực nước đẩy nổi vật liệu. Ngoài ra, Geofoam phải được bọc kín bằng vải hoặc bạt nhựa, xây dựng tường chắn kín xung quanh để hạn chế tiếp xúc với xăng, lửa, axit, mối, chuột gặm nhấm,…

Kết quả nghiên cứu đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu trong năm qua, là cơ sở khoa học để các đơn vị đầu tư có thể áp dụng rộng rãi vật liệu nhẹ Geofoam trong xây đường đầu cầu trên nền đất yếu.