Dự án đường cao tốc Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây là một phần của đường cao tốc Bắc Nam, nằm trong khu vực kinh tế trọng điểm phía nam, là một trong những khu vực phát triển năng động nhất và góp phần lớn vào nền kinh tế của cả nước. Khu vực kinh tế trọng điểm này là một trung tâm giao thông đường bộ, đường biển, đường thủy nội địa, đường không, sự trao đổi quốc tế lớn và là địa điểm thu hút đầu tư nước ngoài trong cả nước. Do vậy phát triển khu vực này là rất quan trọng đối với sự phát triển của khu vực phía nam nói riêng và sự phát triển của cả nước nói chung. Đường cao tốc Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây là một trục xương sống rất quan trọng trong chỉnh thể đó

Bản đồ vị trí của Dự án

Dự án có tổng chiều dài 51Km và được chia thành 6 gói thầu (1a, 1b, 2, 3, 5, 6), trong đó phạm vi đất yếu chủ yếu nằm ở 4 gói thầu đầu đi qua địa phận các quận 2, quận 9 TP.Hồ Chí Minh và huyện Long Thành tỉnh Đồng Nai.

Theo khảo sát địa chất, phần đầu của dự án (từ Km4+00 đến Km23+900) bao gồm gói thầu 1a/1b, 2, 3 chủ yếu nằm trên nền địa chất yếu và chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước sông Sài gòn và sông Đồng Nai. Phần cuối của dự án (từ Km24+00 đến Km55+00) gồm gói thầu 5, 6 nằm trong khu vực đồng bằng đồi núi thấp và có điều kiện địa chất tốt hơn. Do đó, đối với đoạn đầu của dự án cần phải có các biện pháp cải tạo hay xử lý nền đất yếu.

Trong bước Nghiên cứu khả thi (NCKT) do TEDI South lập, các giải pháp thiết kế cho đoạn đầu của dự án bao gồm 2 phương án:

Phương án 1: Sử dụng nền đường đắp thông thường có kết hợp các giải pháp xử lý nền đất yếu và kết cấu cầu vượt qua các kênh rạch.

Phương án 2: Đoạn từ Km4+234 đến Km10+751 là trắc dọc đi cao sử dụng cầu vượt cạn. Đoạn từ Km11+00 đến Km23+900 sử dụng nền đường đắp có kết hợp với các giải pháp xử lý nền đất yếu và cầu vượt kênh rạch.

Sau khi phân tích và so sánh, Tư vấn chỉ ra rằng phương án trắc dọc đi thấp có nhiều hạn chế về sự chia cắt cộng đồng dân cư 2 bên tuyến (Khu vực quận 2, quận 9 đang là ruộng trũng sẽ được quy hoạch thành khu vực nội đô với cao độ nền +2,4m, trong khi đó cao độ nền đường là 3,0~3,5m), về sự phức tạp của xử lý nền đường trên đất yếu, đảm bảo tính kế thừa nhiều nhất trong xây dựng cho giai đoạn sau mà Tư vấn kiến nghị chọn phương án 2 để đầu tư xây dựng công trình.

Trong bước Thiết kế kỹ thuật (TKKT), Tư vấn đã áp dụng quy mô và tiêu chuẩn như trong bước NCKT. Như vậy đoạn từ Km4+234 đến Km10+751 là sự dụng kết cấu cầu vượt để vượt qua vùng đất yếu, đoạn tiếp theo sẽ sử dụng nền đắt trên nền tự nhiên kết hợp với các biện pháp xử lý nền đất yếu. Tuy nhiên, trong bước TKKT, do có một số thay đổi lớn về cao độ thiết kế, chiều dày lớp đất yếu lớn hơn, giới hạn về lộ giới, yêu cầu về khai thác … so với NCKT, nên các phương pháp xử lý nền có nhiều khác biệt lớn so với các đề xuất trong NCKT.

Việc lựa chọn giải pháp xử lý nền đường trên đất yếu trong dự án được dựa trên các tiêu chí: Độ lún; Hệ số an toàn; Giới hạn lộ giới

Tiêu chuẩn thiết kế nền đường đắp của dự án

Có nhiều phương pháp cải tạo đất nhằm giảm thiểu độ lún sau thi công hoặc gia tăng tính ổn định nền đường đắp trong hoặc sau thi công. Nếu không, đoạn đường đắp sẽ có tính ổn định thấp trong thi công và độ lún dư sau khi khai thác do cố kết của lớp đất có tính nén lún cao. Phần lớn các phương pháp cải tạo đất yếu đều có chi phí cao hơn so với công tác đắp đất thông thường, do dó khi áp dụng bất kỳ giải pháp nào cũng phải dựa trên cả hai khía cạnh kỹ thuật và tài chính của dự án. Dưới đây là lưu đồ thiết kế xử lý đất yếu áp dụng cho dự án dựa trên kỹ thuật và chi phí thi công, bắt đầu bằng việc không tiến hành cải tạo đất, tiếp theo là xử lý bằng bấc thấm, cố kết chân không, phương pháp trộn sâu và sàn giảm tải.

Lưu đồ thiết kế cải tạo đất

Các phương pháp cải tạo đất yếu thành công có thể áp dụng cho địa chất ở khu vự này như sau:

Gia tải trước kết hợp với bấc thấm

Cố kết chân không kết hợp gia tải trước

Phương pháp trộn sâu

Hệ thống sàn giảm tải trên móng cọc

Thay đất kết hợp gia tải trước

Việc lựa chọn phương pháp xử lý nền đất yếu được thực hiện có xét đến cả khía cạnh kinh tế lẫn kỹ thuật, điều kiện địa chất, điều kiện thi công, yêu cầu về lộ giới, địa hình khu vực và chi phí đầu tư.

Sau đây là Bảng tóm tắt các phương pháp khả dụng trong việc cải tạo đất nền trong khu vực, nhấn mạnh ưu điểm và hạn chế của mỗi phương pháp.

Bảng 3.4. Các phương pháp xử lý đất yếu khả dụng

Như vậy, đối với đường cao tốc để đạt yêu cầu cao về kỹ thuật cũng như ảnh hưởng đối với khu dân cư khu đô thị, giải pháp cầu cạn luôn được ưu tiên hàng đầu. Tuy nhiên cần phải lưu ý rằng, giải pháp cầu cạn luôn đòi hỏi chi phí cao, thời gian thi công dài và đội thi công chuyên nghiệp. Do đó cần phải có những nghiên cứu so sánh cụ thể giữa các ưu nhược điểm và tiêu chí đặt ra để lựa chọn giải pháp cho phù hợp.

Khi không sử dụng phương án cầu cạn thì phương pháp xử lý đất yếu thông dụng nhất tại Việt Nam vào thời điểm này là gia tải trước kết hợp bấc thấm (PVD) nhờ vào tính tương thích và chi phí hợp lý, tuy nhiên vấn đề hiện nay là việc cung cấp vật liệu đệm cát làm lớp thoát nước. Đối với dự án này không thể áp dụng biện pháp bấc thấm thông thường do giới hạn lộ giới dành cho bệ phản áp. Phương pháp cố kết chân không là lựa chọn thay thế tốt nhất kế tiếp, nó làm giảm chiều cao gia tải tạm cũng như bề rộng bệ phản áp yêu cầu. Ứng dụng chân không thay thế cho nhu cầu gia tải tạm cao, và nguyên tắc xử lý tương tự với phương pháp bấc thấm thông thường. Với những đoạn đường đắp cần bệ phản áp lớn hơn dẫn đến có thể vượt qua lộ giới, phương pháp trộn sâu hay sàn giảm tải BTCT sẽ là lựa chọn tốt hơn. Các ưu điểm chính của phương pháp trộn sâu bao gồm giảm thiểu tối đa bề rộng đường đắp, lượng vật liệu sử dụng để đắp và thời gian thi công ngắn hơn, vv… Khuyết điểm chính của phương pháp này là phải kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt hơn và chi phí thi công cao hơn. Đối với các đoạn quan trọng gần cầu, kết cấu sàn giảm tải BTCT có thể được dùng nhằm chuyển đổi độ lún vào cầu tốt hơn.

Dựa theo các tiêu chí và thiết kế và phân tích các phương áp có thể áp dụng trong khu vự này, có thể đưa ra giải pháp tối ưu cho đoạn đường cao tốc nằm trên đất yếu như sau:

Đối với các gói thầu đầu (gồm gói 1a, 1b và gói 2) sử dụng kết cấu cầu vượt trên cao và một phần đường để kết nối với hệ thống giao thông của TP. Hồ Chí Minh và gói thầu tiếp theo. Chiều dài cầu được xác định phụ thuộc vào: Loại hình kết cấu nhịp thông thuyền và tĩnh không cần vượt; bán kính cong lồi mặt cầu theo tiêu chuẩn vận tốc của đường; độ dốc dọc tối đa của nền đường đầu cầu; chiều cao đất đắp sau mố khoảng 3,5m đến 4,0m. Thực tế xây dựng nền đường đắp cao trên đất yếu khu vực TP.Hồ Chí Minh cho thấy cần khống chế chiều cao đắp khoảng 4,0m để dung hòa các yêu cầu về kinh phí xây dựng, tiến độ thi công cũng như khống chế độ lún còn lại sau khi đưa công trình vào khai thác.

Đối với gói thầu 3, phương pháp xử lý nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện đất nền, cao độ thiết kế, chiều cao đất đắp, khả năng công nghệ hiện nay và giới hạn lộ giới. Không thể sử dụng phương pháp bấc thấm đứng thông thường do bị giới hạn lộ giới dành cho bệ phản áp. Phương pháp cố kết chân không là thay thế tốt nhất kế tiếp, giảm được chiều cao đường đắp cũng như bề rộng bệ phản áp cần thiết. Đối với đường đắp cao hơn yêu cầu bệ phản áp lớn hơn vượt quá lộ giới, sử dụng phương pháp trộn sâu hoặc sàn giảm tải BTCT. Ưu điểm của phương pháp trộn sâu gồm giảm tối đa chiều rộng đường đắp, lượng vật liệu đắp sử dụng và thời gian thi công ngắn hơn… Tổng chiều dài xử lý nền khoảng 6km, trong đó khoảng 4km được xử lý bằng phương pháp cố kết chân không, 2km sử dụng phương pháp trộn sâu và sàn giảm tải BTCT do đường đắp cao hơn đòi hỏi bệ phản áp lớn hơn. Phương pháp trộn sâu sử dụng cho 1,5km đường, tiếp đó là 0,5km cấu trúc sàn giảm tải BTCT trong các khu vực mố cầu nhằm chuyển tải tốt hơn.

Ghi chú: SGT: Sàn giảm tải, PPTS: Phương pháp trộn sâu, CKCK: Cố kết chân không

ThS Ngô Văn Cung – Trưởng nhóm kỹ sư cầu trong nước bước TKKT