Giải cơn khát thiếu cát đắp nền cao tốc

Khi tham gia dự án mở rộng sân bay Heathrow (Anh Quốc) năm 2017-2018, tôi có dịp tham quan hầu hết các hồ nước đẹp gần đó, chẳng hạn như Bedfont Lakes, Wraybury W1 lake, little Britain Lake... Hỏi ra mới biết đây từng là các mỏ vật liệu được khai thác từ cuối thế kỷ 19 cho đến những năm 1920.

Bất cứ quốc gia nào trong quá trình phát triển, đẩy mạnh xây dựng hạ tầng đều phải giải bài toán vật liệu. Việt Nam không là ngoại lệ. Nhu cầu cát rất cao để đắp đường cao tốc ở nước ta đã dẫn đến một thực tế là cát bị khai thác quá mức (chưa kể đến số cát xuất khẩu). Các đồi cát bị san phẳng, các mỏ cát cạn kiệt, các lòng sông bị khoét sâu. Tình trạng hút cát tại các dòng sông đã dẫn đến sạt lở diện rộng, phá hoại công trình hai bên bờ sông, và có thể ảnh hưởng đến quá trình bồi lắng phù sa tương lai. Ai cũng thấy rằng cách làm đi ngược nguyên tắc hài hòa thiên nhiên cần được hạn chế, sớm chấm dứt.

Nhưng, câu hỏi lớn đặt ra, nếu không tiếp tục khai thác cát hoặc không còn cát để khai thác thì lấy gì để đắp nền đường?

Dùng đất đắp đường

Không còn cát là một thực tế cần được chấp nhận trong tương lai gần. Với thực tiễn này, chúng ta cần thay đổi cách nghĩ và cách làm. Việc sử dụng các loại "vật liệu khác" sẵn có để đắp đường đã trở nên bắt buộc phải tính đến.

Muốn vậy, quy trình từ thiết kế đến thi công phải được thay đổi và bổ sung, thêm bước khảo sát các mỏ đất dọc tuyến. Tài liệu khảo sát cần nêu rõ các vị trí cụ thể các mỏ đất, đánh giá trữ lượng, và chi phí khai thác. Vị trí mỏ đất khai thác cần phù hợp quy hoạch và được chấp thuận của địa phương.

Theo quan điểm cá nhân, hầu hết các loại đất đều có thể sử dụng, kể cả các đất hạt rất mịn như sét, đất bụi, đất có độ ẩm cao, và ngay cả đất lẫn một tỷ lệ mùn hữu cơ. Áp dụng giải pháp gia cường sẽ biến các vật liệu này phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia (TCVN 9436:2012 về Nền đường ô tô - Thi công và Nghiệm thu) và quốc tế.

Từ đó, người thiết kế có cơ sở chỉ định vật liệu đất đắp, tiêu chí kỹ thuật, nguồn vật liệu, tổ chức vận chuyển, và biện pháp gia cường. Thiết kế phải được điều chỉnh nếu vật liệu đắp không tồn tại hoặc giá vật liệu thực tế quá đắt so với đơn giá thiết kế.

Về quy hoạch và tổ chức thi công, các mỏ đất sau khi khai thác xong sẽ được thiết kế thành các hồ sinh thái bảo tồn đa dạng sinh học, không gian xanh, hồ điều tiết chống ngập, hồ chứa nước sinh hoạt (để cấp nước cho thành phố), hay hồ thủy lợi.

Sử dụng cát biển và vật liệu nạo vét từ biển

Ngoài mỏ đất, cát biển và vật liệu nạo vét từ biển có thể dùng để đắp đường. Gần đây, cát biển đã được thực nghiệm sử dụng để đắp tại Việt Nam. Theo các số liệu thực nghiệm, cát biển khi ráo nước thì độ mặn đã giảm rất nhiều với nước biển. Muối biển có tính kết tinh (và cả vôi hóa) khi ráo, cho nên muối trong cát biển không gây tác hại môi trường xung quanh. Cát biển có cường độ cao hơn cát sông, kể cả khả năng kháng tải trọng động, nếu so sánh với cùng độ đầm chặt và cỡ hạt.

Tuy vậy, việc khai thác vật liệu từ biển cần tuân thủ các quy trình nghiêm ngặt về môi trường, bao gồm việc xác định vị trí "mỏ" cát biển hợp lý để khai thác cho từng công trình cụ thể, quy trình lưu chứa vật liệu, xử lý, và vận chuyển. Cần bảo tồn nghiêm ngặt các rạn san hô, đa dạng sinh học, ổn định đáy biển, nguồn thủy sản.

Đào kênh dọc tuyến để lấy vật liệu đắp

Việc đào kênh dọc đường để lấy đất làm đường cũng có thể được xem xét trong quy hoạch và thiết kế, đặc biệt cho các tỉnh miền Tây. Các con kênh sẽ có nhiệm vụ dẫn nước ngọt từ các sông đến nội đồng, hoặc trữ nước cho các tháng nắng, hoặc giao thông thủy. Cách "trị thủy" cổ truyền này đã được ông bà ta áp dụng từ nhiều thế kỷ trước. Việc này càng cần được cân nhắc trong bối cảnh khô hạn ở miền Tây, nguồn nước sông Mekong bị hạn chế do các đập thủy điện đầu nguồn, xâm nhập mặn, và Campuchia xây kênh đào Phù Nam.

Sẽ có quan ngại rằng đất đào kênh dọc tuyến có thể không phù hợp các tiêu chuẩn kỹ thuật. Vì vậy, một số biện pháp cần được áp dụng để cải tạo các tính chất cơ lý của vật liệu trước khi sử dụng.

Ngoài ra, theo nguyên tắc kinh tế tuần hoàn, các phế phẩm bao gồm (nhưng không giới hạn) tro bay núi lửa, xỉ đồng, xỉ kẽm, xỉ than, xỉ thép, đất thải khai thác mỏ (tailing material), tro nhà máy điện rác/ điện than, vỏ sò, mảnh sành, mảnh chai, xà bần… đều có thể được tận dụng để đắp nền.

Nếu các tiêu chuẩn Việt Nam chưa sẵn có để áp dụng cho các vật liệu đắp đường "không truyền thống" thì có thể áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế phù hợp hơn, đơn cử như Eurocode-7 về Gia cường đất hay BS 6031 Tiêu chuẩn thực hành công trình đất.

Các nguyên tắc gia cường vật liệu đất đắp

Các nguyên lý chính tăng cường tính chất cơ - lý của vật liệu có thể tóm tắt là làm khô, đầm lèn, cố kết/ gia tải, trộn với tỷ lệ nhỏ chất kết dính như xi măng hoặc vôi, trộn với một phần cốt liệu sỏi/ đá, và dùng vật liệu địa kỹ thuật nhân tạo. Các nguyên tắc này cũng có thể được kết hợp, ví dụ trộn đất với một tỷ lệ nhỏ xi măng, rồi đầm lèn, kết hợp lót vải địa kỹ thuật.

Nguyên tắc phổ biến và hiệu quả nhất là đầm lèn. Tất cả các loại đất và cát nhìn chung bao gồm các hạt rắn, không khí, và nước. Các hạt rắn có khả năng chịu lực, nhưng nước và không khí thì không. Dễ hình dung là cái gối bông nhiều không khí nên mềm, và bột nếp khi mới xay nhiều nước nên yếu. Việc loại bỏ thể tích rỗng này là kim chỉ nam. Các giải pháp bao gồm, phơi làm ráo nước nhờ ánh nắng mặt trời và gió, lèn bằng xe lu, đầm rơi, đầm rung, và cả đầm sâu cho các nền đất bên dưới, hoặc gia tải.

Giải pháp trộn với vôi và xi măng rất thường được áp dụng trong xây dựng đường, đặc biệt cho đất hạt mịn, đất có một tỷ lệ hữu cơ, hay có độ ẩm cao. Một tỷ lệ nhỏ ví dụ dưới 5% xi măng về thể tích có thể được trộn đều với đất trước khi đầm nén. Cường độ của đất được gia cố và đầm nén vì vậy tăng cao, có thể ngang với đá mềm.

Trong quy trình khảo sát thiết kế, một thực nghiệm nhỏ trong phòng là cần thiết để biết chính xác các chỉ tiêu cơ - lý của vật liệu gia cố làm số liệu đầu vào cho tính toán.

Kỹ thuật xi măng vi sinh (biocement) đã được nghiên cứu trên thế giới với nhiều thành tựu. Kỹ thuật này cũng cần được nghiên cứu và áp dụng tại Việt Nam để áp dụng cho xử lý nền đất yếu.

Giải pháp cầu cạn

Cầu cạn có ưu điểm chính là giao thông khác mức, không giao cắt, tiết kiệm đáng kể thời gian. Nhiều nước đã áp dụng giải pháp này. Còn nhớ trong dịp dự hội thảo sát bờ sông Nile (Ai Cập), khi bắt taxi từ sân bay Cairo về đến khách sạn, xe chạy trên tuyến "6 Tháng 10" và tôi có dịp trải nghiệm cầu cạn (elevated road) dài 20,5km. Cầu bắt đầu được xây dựng năm 1973, hoàn thành năm 1996, để giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông. Ước tính khoảng nửa triệu phương tiện sử dụng chiếc cầu này mỗi ngày.

Tại Việt Nam cầu cạn với quy mô nhỏ và vừa cũng đã được sử dụng, ví dụ tại TPHCM, Hà Nội và một số tuyến đường bộ. Với môi trường xây chen dày đặc tại các thành phố lớn, chi phí cao của cầu cạn có thể rẻ hơn chi phí đền bù giải tỏa. Vì vậy cầu cạn rất thích hợp trong đô thị. Để tiết kiệm kinh phí đền bù giải tỏa, cầu cạn có thể kết hợp đường bộ và đường sắt đô thị, cũng như ưu tiên cho bố trí giao thông công cộng.

Cầu cạn rất thích hợp khi độ cao đất đắp lớn. Ví dụ thay vì thiết kế đường cong "con rắn" đi qua các thung lũng, thì cần cạn sẽ rút ngắn đáng kể chiều dài tuyến.

Tuy vậy, giải pháp cầu cạn có phạm vi áp dụng và nhiều thử thách, chẳng hạn như vẻ đẹp đô thị và tầm nhìn có thể bị ảnh hưởng. Vì lý do này, sau 43 năm được sử dụng, cầu cạn Alaskan Way (Seattle, thành phố Washington, Hoa Kỳ) dài 3,5km đã được thay thế bởi đường hầm 4 làn xe năm 1996.

Mặt khác, cầu cạn nếu được thiết kế tốt, hài hòa thiên nhiên, sẽ tạo thành các công trình kiến trúc đẹp với thời gian. Chẳng hạn như cầu cạn cho đường sắt Thames Link với kết cầu cầu vòm độc đáo.

Theo quan điểm cá nhân, cầu cạn là giải pháp cần thiết cho trường hợp cần giao nhau khác mức hay chiều cao đắp quá cao, hay chi phí đền bù giải tỏa quá lớn ở đô thị. Trong trường hợp nền đắp thông thường, nếu đã sử dụng phương án đất đắp kết hợp với các biện pháp gia cường đất, thì việc sử dụng cầu cạn là giải pháp không hiệu quả kinh tế và không đảm bảo mỹ quan.

Với quy mô hơn 9.000 km đường cao tốc được quy hoạch trên toàn quốc, nhu cầu vật liệu đắp là rất lớn. Chúng ta cần cách suy nghĩ mới và áp dụng cách làm mới để đảm bảo phát triển bền vững, hài hòa thiên nhiên.

Chuyên mục TÂM ĐIỂM mong nhận được ý kiến của bạn đọc về nội dung bài viết. Hãy vào phần Bình luận và chia sẻ suy nghĩ của mình. Xin cảm ơn!