Xu hướng của nhiều quốc gia
EPS Geofoam là một trong số các loại vật liệu nhẹ, được Trung tâm Nghiên cứu GEOFOAM nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều ở Mỹ. EPS Geofoam được làm những hạt polyme có đường kính 0,5-1 mm, khi trương nở sẽ có đường kính 3,5 mm, được ép lại thành một khối có kích thước 0.6x1.2x4.8 m. EPS Geofoam là vật liệu nhựa tổng hợp từ polystyrene, xốp nhẹ, có khối lượng riêng thường sử dụng 12-35 kg/m3 (nhỏ hơn từ 30 đến 100 lần so với các vật liệu đắp truyền thống như cát, đất, sét…). EPS Geofoam làm giảm đáng kể tải trọng truyền xuống nền đường bên dưới, làm giảm độ lún nền đường; được ứng dụng rộng rãi cho đa dạng công trình xây dựng như làm vật liệu đắp nền đường ô tô, đường sắt, đường đầu cầu, thân đê bao, nền móng nhà… Geofoam được ứng dụng xây dựng đường đầu cầu trên nền đất yếu bằng cách đặt trực tiếp lên nền đất mà không cần phải 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. Dựa vào ưu điểm nêu trên, EPS Geofoam đã được ứng dụng trong các công trình giao thông (đường đầu cầu, đường đắp cao, ổn định mái dốc, đường trên nền đất yếu…) ở một số quốc gia trên thế giới.
Tuy nhiên, công nghệ xây dựng dùng vật liệu EPS Geofoam chưa được nghiên cứu và chưa có ứng dụng thành công vào thực tiễn xây dựng công trình giao thông ở Việt Nam. Vì vậy, việc tập trung nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu Geofoam, phương pháp luận thiết kế Geofoam cho đường đầu cầu, phương pháp xây dựng, phương pháp kiểm tra chất lượng, phương pháp nghiệm thu công trình… là yêu cầu cấp thiết trong bối cảnh hiện nay.
Hiện nay, nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu bên dưới đường đầu cầu được sử dụng 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, hoặc cọc đá. Tuy nhiên, các phương pháp này đòi hỏi đội ngũ kỹ sư phải có nhiều kinh nghiệm, máy móc thiết bị hiện đại, tiêu tốn phần lớn kinh phí và thời gian thi công của công trình.
Sự vào cuộc của các nhà khoa học trong nước
Trước thực trạng đó, PGS.TS Trần Nguyễn Hoàng Hùng đã đề xuất và được phê duyệt thực hiện nhiệm vụ cấp thành phố “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Geofoam xây dựng đường đầu cầu trên đất yếu ở TP Hồ Chí Minh”, qua đó chứng minh tính khả thi của vật liệu nhẹ Geofoam và đưa ra phương pháp luận ứng dụng trong việc xây dựng đường đầu cầu trên đất yếu một cách hệ thống, phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Kết quả nghiên cứu đã bao quát các đặc trưng tính chất cơ - lý - hóa của vật liệu Geofoam sản xuất ở trong nước. Tính chất cơ - lý - hóa của Geofoam đã được xác định thông qua việc thực hiện các thí nghiệm tiêu chuẩn ASTM trong 203 ngày với hơn 140 mẫu được tạo ra trong phòng từ 9 loại Geofoams sản xuất trong nước. Các thí nghiệm cường độ nén, hấp thụ nước, thoát nước, hòa tan trong dung môi gốc dầu hỏa, cháy đã được thực hiện và cho các kết luận sau: cường độ nén nở hông tự do (QU) ở từng cấp biến dạng tăng theo khối lượng riêng và tăng tuyến tính ở biến dạng dưới 1,14%; QU đạt từ 31,6-122,8 kPa ở tốc độ nén 1 mm/phút và 36,4-141,2kPa ở tốc độ nén 2,5 mm/phút theo khối lượng riêng từ 12,1-28,6 kg/m3; Geofoam có khả năng tự phục hồi khi gia tải và dỡ tải trong giai đoạn đàn hồi; Geofoam 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…
Sản phầm đã thi công thử nghiệm đường đầu cầu tại Khu Công nghiệp Hiệp Phước (xã Hiệp Phước, huyện Nhà Bè, TP Hồ Chí Minh). Kết quả cho thấy, Geofoam có khối lượng riêng 21 kg/m3 sản xuất trong nước phù hợp để ứng dụng xây dựng đường đầu cầu trên nền đất yếu. Hiện nay, các công trình cầu đường với yêu cầu đẩy nhanh tiến độ thi công, đặc biệt là các công trình trong nội thành có mật độ giao thông lớn cần rút thời gian xây dựng khá phổ biến ở TP Hồ Chí Minh. Do vậy, kết quả nghiên cứu của đề tài có khả năng ứng dụng rất cao bởi vật liệu nhẹ, hoàn toàn có thể sản xuất trong nước theo yêu cầu của đơn đặt hàng về các thông số kỹ thuật và khối lượng; công tác thi công đơn giản và nhanh chóng, không yêu cầu cao về thiết bị thi công. Ngoài ra, quy trình công nghệ ứng dụng Geofoam cũng đã được nhóm nghiên cứu xây dựng hoàn chỉnh nhằm hướng dẫn thiết kế, thi công, kiểm tra chất lượng và nghiệm thu đường đầu cầu bằng vật liệu nhẹ EPS Geofoam không xử lý nền đất yếu. Với những kết quả đã đạt được, có thể khẳng định việc nghiên cứu ứng dụng thành công vật liệu EPS Geofoam là cơ sở khoa học quan trọng giúp các cơ quan quản lý, các chủ đầu tư tự tin áp dụng rộng rãi vật liệu này trong xây dựng đường đầu cầu trên đất yếu, đặc biệt là tại các tỉnh thành phía Nam.
Hoàng Thạch