Tôi sử dụng đất rất nhão với độ ẩm trên 100% và có khá nhiều mùn hữu cơ ở Cần Giờ. Kết quả cho thấy nhờ các phản ứng của chất kết dính (vôi và xi-măng),ếucátthìđắpbằnggìlich thi dau bong da ngoại hang anh độ ẩm của đất giảm rất nhiều và cường độ của đất gia cố tăng lên đáng kể. Tro trấu với tỷ lệ silica cao cũng góp phần làm tăng độ ổn định của đất.

Ở một thực nghiệm khác tôi sử dụng cát sa mạc ở Dubai không qua xử lý, thay thế cho cát thạch anh thông thường để chế tạo bê-tông siêu hiệu năng (UHPC) có gia cố sợi thép. Kết quả cường độ chịu nén của vật liệu cao trên 6-7 lần so với vật liệu bê-tông thông thường mác 200. Cần nói thêm, cát sa mạc còn được gọi một cách không chính thức là "cát mềm". Cát sa mạc có trữ lượng rất lớn ở UAE, nhưng chưa được sử dụng trong bê-tông và vữa xây tô. Trong khi đó, cát phải nhập khẩu với giá cao từ các nước khác như Arab Saudi, Oman, Ai Cập, và các nước châu Âu.

Hiện nay rất nhiều dự án đường cao tốc tại Việt Nam bị đình trệ do thiếu cát đắp. Theo quy hoạch, Việt Nam cần xây dựng thêm gần 8.000 km đường cao tốc tới năm 2030. Giả sử bề rộng nền đường đắp trung bình kể cả vai đường và mái taluy là 30 m cho đường sáu làn xe, và chiều cao đắp trung bình là 3 m thì nhu cầu vật liệu đắp ước tính khoảng 720 triệu m3. Con số này sẽ tăng đáng kể nếu tính đến các yếu tố như nhu cầu mở rộng đường trong tương lai, sự lún sụt lớn lên đến hàng mét khi xây dựng đường qua các vùng đất yếu ở ĐBSCL, và nhu cầu xây dựng đường cho các đô thị.

Giả sử mỗi m3 cát đắp có giá tháng 12/2023 là 250 nghìn đồng thì ước tính tổng chi phí cho vật liệu cát đắp nền đường cao tốc ở nước ta sẽ là 180 nghìn tỷ đồng. Dễ thấy chi phí vật liệu đắp nền sẽ tăng theo thời gian vì nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt.

Vì vậy chúng ta rất cần các loại vật liệu khác thay thế cát, cũng như cần cách suy nghĩ và tiếp cận khác trong việc thiết kế và quy hoạch.

Ở một bài khác trên mục Góc nhìn, tôi đã chia sẻ vật liệu nạo vét bùn cát biển có thể được sử dụng để san lấp thay vì phải nhấn chìm ở ngoài biển khơi vừa tốn kém vừa gây tác hại môi trường. Gần đây, cát biển đã bắt đầu được sử dụng thí điểm thành công cho đắp nền Đường Tỉnh 978, thuộc dự án cao tốc Bắc - Nam đoạn Cà Mau - Hậu Giang.

Theo tôi, ngoài cát, chúng ta còn có thể sử dụng một cách hiệu quả đất sét, đất bụi sét, đất pha cát, đất laterite... để đắp nền đường. So với cát, nhìn chung các vật liệu này có các khuyết điểm lớn như khả năng chịu tải thấp hơn, độ lún cao hơn, độ thấm nhỏ, và có tính trương nở. Tuy vậy các khuyết điểm này hoàn toàn có thể khắc phục bằng biện pháp kỹ thuật. Tại bang Ohio của Mỹ, nền đường được xây dựng bằng các loại đất sét và đất bụi (đất bụi - hay silt trong tiếng Anh - là đất có cỡ hạt nhỏ hơn cát nhưng lớn hơn hạt sét). Các vật liệu này sẵn có và được đào lên tại các mỏ đất sát vị trí công trường. Tương tự, nền đường đắp được xây dựng bằng đét sét đầm chặt ở Hà Lan, các nước vùng Scandinavia như Thụy Điển và Nauy, và ở Đông Nam Á như Thái Lan và Indonesia...

Tất cả vật liệu đều trở nên hữu dụng nếu được sử dụng đúng cách. Theo nguyên tắc kinh tế tuần hoàn thì xà bần, miểng chai, hoặc vỏ sò... cũng có thể làm vật liệu đắp một cách hiệu quả. Ngoài ra, còn có thể tận dụng sản phẩm phụ khai thác quặng mỏ gọi là tailings trong tiếng Anh, tro sỉ lò cao, tro cặn đáy nồi hơi, tro của các nhà máy điện than, hay tro bay núi lửa.

Chúng ta cần thay đổi thói quen trong thiết kế. Người thiết kế không nhất thiết chỉ định vật liệu đắp nền phải là cát, mà có thể là bất kỳ vật liệu gì miễn thỏa mãn được các tiêu chí và tiêu chuẩn kỹ thuật. Trong quy chuẩn Việt Nam cũng không nên bắt buộc sử dụng cát. Chẳng hạn trong tiêu chuẩn Vương Quốc Anh có hướng dẫn và phân loại nhiều cấp vật liệu đất đá khác nhau có thể được sử dụng để đắp.

Từ xa xưa, ông bà ta khi làm đường thì đào mương sát bên để lấy đất đắp. Cách làm này tuân thủ nguyên tắc sử dụng vật liệu địa phương, hài hòa thiên nhiên, mang lại đồng thời nhiều lợi ích. Nguyên tắc này giải quyết được nhu cầu vật liệu đất đắp, giảm chi phí, và giảm thời gian chuyên chở vật liệu. Một ưu điểm khác khi sử dụng vật liệu địa phương là giảm phát thải CO2, góp phần chống biến đổi khí hậu. Cách làm này còn giải quyết vấn đề thoát nước, chống lũ, tưới tiêu cho nông nghiệp, và vận chuyển đường thủy.

Khi nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày càng khan hiếm, thì nguyên tắc sử dụng vật liệu địa phương phải trở thành chủ trương lớn của Nhà nước, được quy hoạch, và được hướng dẫn chi tiết để áp dụng. Trong quy hoạch, việc đào kênh và các hồ điều tiết để lấy vật liệu đất đắp phải kết hợp với phát triển đô thị vì mặt nước sẽ làm tăng mỹ quan, tạo không gian công cộng, tăng giá trị của bất động sản, và góp phần đa dạng sinh học.

Ngoài ra, với việc đào kênh mương và các hồ điều tiết để lấy đất đắp, code vai đường thiết kế có thể được hạ xuống vì mực nước cao nhất được hạ thấp hơn. Điều này dẫn đến nhu cầu đất đắp nền đường giảm đi đáng kể.

Một câu hỏi lớn đặt ra là làm sao để các vật liệu thay thế cát đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và hiệu quả về chi phí.

Lời giải kỹ thuật cho các câu hỏi trên đã được nghiên cứu trên thế giới. Nhìn chung các nguyên tắc chính sau đây có thể được kết hợp áp dụng, đó là làm khô đất (giảm độ ẩm), tăng độ đầm chặt, trộn đất với một tỷ lệ nhỏ vật liệu kết dính (vôi/ xi-măng) để tăng ổn định, hoặc trộn đất với một tỷ lệ cát/đá. Trong thiết kế, nguyên tắc sử dụng vật liệu địa kỹ thuật nhân tạo (Geosynthetics) như vải địa kỹ thuật nên được sử dụng. Ngoài ra, biện pháp gia tải trước hay còn gọi là nén trước với áp lực lớn hơn tải trọng thiết kế có thể được xem xét áp dụng. Hay các lớp đắp bằng đất sét cũng có thể sử dụng xen kẽ các lớp đắp bằng cát.

Ở một thực nghiệm gần đây, tôi đã bắt đầu sử dụng kỹ thuật xi-măng vi sinh (biocement) với cát sa mạc để xây tường "đất nện" mà không cần dùng đến xi-măng thông thường. Kỹ thuật này dĩ nhiên có thể được áp dụng để gia cố nền đường và nền đất yếu.

Để giảm rủi ro, các cảm biến và thiết bị quan trắc cần được cài đặt để theo dõi sự làm việc của nền đường theo thời gian khi sử dụng các vật liệu thay thế cát. Kinh nghiệm của tôi, một chương trình thực nghiệm cũng sẽ cho biết làm sao tận dụng các vật liệu một cách hiệu quả.

Chủ trương tốt và quy hoạch có tầm nhìn trong việc sử dụng nguồn vật liệu địa phương sẵn có sẽ góp phần vào việc xây dựng hạ tầng đúng tiến độ, phục vụ phát triển bền vững.

Bùi Mẫn