Mục lục

1. Đặt vấn đề

Độ chặt của nền đường có ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ, độ cứng và biến dạng của kết cấu nền – mặt đường. Đối với nền đường đắp, việc kiểm soát độ chặt tương đối thuận lợi vì vật liệu được rải và đầm theo từng lớp.

Đối với nền đường đào, vấn đề phức tạp hơn. Sau khi đào đến cao độ thiết kế, phần đất ngay dưới đáy áo đường về bản chất là đất tự nhiên, không phải lớp đất được rải và đầm trong quá trình thi công.

Do đó nảy sinh câu hỏi:

Nếu tiêu chuẩn yêu cầu một phạm vi đất tự nhiên dưới đáy áo đường phải đạt hệ số đầm chặt nhất định thì kiểm tra và xử lý như thế nào khi đất nguyên trạng không đạt yêu cầu?

Có thể làm rõ vấn đề này bằng cách so sánh cách tiếp cận của TCVN 9436:2012 với FHWA FP-24 (2024).

2. Hệ số đầm chặt K theo TCVN

TCVN 9436:2012 – Nền đường ô tô – Thi công và nghiệm thu quy định độ chặt của nền đường thông qua hệ số đầm chặt $K$ .

Về nguyên tắc: $K=\frac{\rho_{d,\text{hiện trường}}}{\rho_{d,\max}}$

trong đó:

$\rho_{d,\text{hiện trường}}$ : khối lượng thể tích khô của đất tại hiện trường;
$\rho_{d,\max}$ : khối lượng thể tích khô lớn nhất xác định từ thí nghiệm đầm nén quy định.

TCVN 9436:2012 xác định khu vực tác dụng của nền đường trong phạm vi khoảng 80–100 cm kể từ đáy kết cấu áo đường trở xuống. Phần trên cùng 30 cm được xem là lớp nền trên cùng; phía dưới là phần còn lại của khu vực tác dụng. (TaiLieu.VN)

3. Yêu cầu đối với nền đường đào theo TCVN 9436:2012

Đối với nền đào và nền không đào, không đắp, Bảng 2 của TCVN 9436:2012 quy định độ chặt theo cấp đường.

Ví dụ đối với đường cấp I đến cấp IV:

30 cm trên cùng dưới đáy áo đường:

$\boxed{K\ge0.98}$

từ 30 cm đến 80 cm:

$\boxed{K\ge0.90}$

Đối với đường cao tốc và đường cấp V–VI, các trị số yêu cầu khác tương ứng theo Bảng 2. Vì vậy không nên áp dụng một cặp K98/K93 chung cho mọi cấp đường. (Văn Bản Pháp Luật)

Một nội dung đặc biệt quan trọng nằm ở chú thích của Bảng 2:

Nếu nền thiên nhiên không đạt độ chặt yêu cầu thì phải đào phạm vi không đạt và đầm nén lại cho đạt yêu cầu. (TaiLieu.VN)

Như vậy, TCVN không mặc nhiên giả định đất tự nhiên tại nền đào đã đạt K yêu cầu.

Logic thực hiện là: $\text{Đào đến nền thiết kế}$ $\downarrow$ $\text{Kiểm tra đất nền tự nhiên}$ $\downarrow$ $\begin{cases} \text{Đạt yêu cầu} &\rightarrow \text{chấp nhận}\\[4pt] \text{Không đạt} &\rightarrow \text{đào/xử lý và đầm lại} \end{cases}$

Đây là điểm rất quan trọng khi áp dụng yêu cầu độ chặt cho nền đường đào.

4. Cách tiếp cận của FHWA FP-24

FHWA sử dụng cách quy định khá khác.

FP-24 – Standard Specifications for Construction of Roads and Bridges on Federal Highway Projects được FHWA ban hành năm 2024 và thay thế FP-14. Đây là phiên bản FP hiện hành; FHWA cũng đang công bố các bản errata cập nhật cho FP-24. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

Đối với earth cuts – nền đào trong đất, Mục 204.06(b) quy định phải xới đất xuống: $6\text{ in}=152.4\text{ mm}\approx15.2\text{ cm}$

dưới cao độ subgrade trong phạm vi roadbed, sau đó đầm lại vật liệu đã xới theo Mục 204.11. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

Có thể biểu diễn: $\boxed{ \text{Đào đến subgrade} \rightarrow \text{xới sâu }15.2\text{ cm} \rightarrow \text{điều chỉnh độ ẩm} \rightarrow \text{đầm lại} }$

Điểm đáng chú ý là FP-24 quy định trực tiếp biện pháp xử lý lớp đất phía trên của nền đào, thay vì chỉ đưa ra một hệ số độ chặt cho đất nguyên trạng.

5. Nếu đất nền không thích hợp

Nếu gặp vật liệu không thích hợp (unsuitable material), FP-24 cho phép thực hiện subexcavation – đào thay đất.

Theo Mục 204.07:

đào bỏ vật liệu đến phạm vi yêu cầu;
loại bỏ vật liệu không thích hợp;
đắp trả bằng select borrow;
vật liệu đắp trả được thi công thành các lớp nằm ngang;
chiều dày mỗi lớp sau đầm không lớn hơn:

$12\text{ in}=304.8\text{ mm}\approx30.5\text{ cm}$

và được đầm theo Mục 204.11. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

Như vậy: $\boxed{ \text{Đất thích hợp} \rightarrow \text{xới và đầm lại} }$

trong khi: $\boxed{ \text{Đất không thích hợp} \rightarrow \text{đào bỏ + thay vật liệu + đầm lại} }$

6. FHWA không dùng một yêu cầu % Proctor duy nhất cho mọi loại vật liệu

Một điểm đáng chú ý của FP-24 là phương pháp kiểm soát đầm chặt phụ thuộc vào thành phần hạt của vật liệu.

FP-24 sử dụng sàng No.4: $\boxed{\text{No.4}=4.75\text{ mm}}$

để phân loại phương pháp đầm chặt. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

Trường hợp dưới 50% vật liệu bị giữ lại trên sàng No.4

Vật liệu được phân loại theo AASHTO M 145.

Đối với A-1 hoặc A-2-4, khối lượng thể tích khô lớn nhất được xác định theo:

AASHTO T 180 – Method D

Đối với các nhóm đất khác:

AASHTO T 99 – Method C

FP-24 yêu cầu: $\boxed{ \rho_{d,\text{field}}\ge0.95\rho_{d,\max} }$

hay tối thiểu 95% khối lượng thể tích khô lớn nhất theo phép thử tương ứng. Độ chặt và độ ẩm hiện trường được xác định theo AASHTO T 310 hoặc phương pháp được chấp thuận khác. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

7. Kiểm soát độ ẩm

FP-24 không chỉ kiểm soát độ chặt mà còn quy định về độ ẩm khi đầm.

Đối với đất thuộc nhóm A-1 đến A-5, độ ẩm phải được điều chỉnh đến mức thích hợp cho quá trình đầm.

Đối với đất A-6 và A-7: $\boxed{w=w_{\mathrm{opt}}\pm2\%}$

trong đó $w_{\mathrm{opt}}$ là độ ẩm tối ưu xác định theo phương pháp quy định. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

Điều này có ý nghĩa thực tế đối với nền đào: nếu đất tự nhiên quá khô hoặc quá ướt, việc chỉ tăng số lượt lu chưa chắc tạo được trạng thái nền mong muốn.

8. Đối với vật liệu rất thô, FHWA không áp dụng máy móc % Proctor

Nếu hơn 80% vật liệu bị giữ lại trên sàng No.4, việc xác định độ chặt bằng Proctor trở nên không thích hợp.

FP-24 chuyển sang kiểm soát bằng phương pháp thi công và năng lượng đầm.

Một trong các phương án được quy định là:

4 lượt lu rung;
lực ly tâm tối thiểu:

$40{,}000\text{ lbf}\approx178\text{ kN}$

tần số tối thiểu 1.000 dao động/phút.

Ngoài ra FP-24 còn cho phép các tổ hợp thiết bị và số lượt lu khác. Vật liệu phải được đầm đến trạng thái chắc và ổn định, không còn biểu hiện rõ ràng của sự lún chặt hoặc biến dạng tiếp tục. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

Đây là một điểm hợp lý đối với vật liệu nền đường chứa nhiều sỏi, cuội hoặc đá lớn, vì các vật liệu này không phù hợp để đánh giá chỉ bằng quan hệ Proctor truyền thống.

9. Không nên đồng nhất K98 của TCVN với 98% của FHWA

Thoạt nhìn có thể viết: $K98\;(\mathrm{TCVN})\leftrightarrow98\%\;(\mathrm{FHWA})$

nhưng cách hiểu này có thể gây nhầm lẫn.

Cả hai đều có dạng tỷ số giữa khối lượng thể tích khô hiện trường và giá trị chuẩn trong phòng thí nghiệm, nhưng giá trị chuẩn phụ thuộc phương pháp thí nghiệm đầm nén được viện dẫn.

FP-24 có thể sử dụng: $\text{AASHTO T99}$

hoặc: $\text{AASHTO T180}$

tùy loại vật liệu. Đặc biệt, T180 sử dụng năng lượng đầm lớn hơn T99 nên giá trị $\rho_{d,\max}$ thu được cũng có thể khác đáng kể.

Do đó: $\boxed{ 95\%\text{ T180}\ne95\%\text{ T99} }$

và tương tự, không nên so sánh trực tiếp K của TCVN với % Proctor của FHWA nếu chưa xác định phương pháp thí nghiệm tham chiếu.

10. So sánh cách tiếp cận

Nội dung	TCVN 9436:2012	FHWA FP-24
Nền đào	Quy định K theo chiều sâu và cấp đường	Quy định xử lý lớp trên của earth cut
Phạm vi trên cùng	Ví dụ đường cấp I–IV: 30 cm, K ≥ 0.98	Xới 6 in ≈ 15.2 cm và đầm lại
Phần sâu hơn	Tiếp tục có yêu cầu K theo phạm vi khu vực tác dụng	Không sử dụng cùng sơ đồ phân tầng K như TCVN
Đất tự nhiên không đạt	Đào phạm vi không đạt và đầm lại	Subexcavation/xử lý tùy điều kiện
Vật liệu không thích hợp	Phải xử lý theo yêu cầu thiết kế/tiêu chuẩn	Đào bỏ và đắp trả bằng vật liệu thích hợp
Đất thông thường	Kiểm soát bằng K	Có trường hợp ≥95% T99/T180
Đất rất thô	Có quy định riêng cho đất lẫn đá	Kiểm soát thiết bị, số lượt lu và trạng thái ổn định
Độ ẩm	Có yêu cầu thi công liên quan	Quy định cụ thể theo nhóm đất; A-6/A-7 trong ±2% $w_{opt}$

Điều quan trọng là không nên lấy các con số trong hai cột để quy đổi trực tiếp cho nhau. Hai hệ thống có cách phân loại vật liệu, thí nghiệm tham chiếu và triết lý kiểm soát thi công khác nhau. (TaiLieu.VN)

11. Nhận xét về nền đường đào

So sánh hai tiêu chuẩn cho thấy vấn đề quan trọng không chỉ là “K phải bằng bao nhiêu?”, mà còn là:

Phần đất đó được chuẩn bị như thế nào để đạt trạng thái thiết kế?

Đối với nền đắp, vật liệu được rải và đầm theo từng lớp nên việc kiểm soát K tương đối trực tiếp.

Đối với nền đào, đất tồn tại ở trạng thái tự nhiên. Nếu chỉ ghi yêu cầu K mà không xác định cách xử lý khi không đạt thì có thể gây khó khăn trong thi công và nghiệm thu.

TCVN 9436:2012 đã giải quyết vấn đề này bằng yêu cầu đào phạm vi đất nền thiên nhiên không đạt và đầm nén lại. FHWA FP-24 đi theo hướng quy định công nghệ rõ hơn cho lớp nền đào phía trên: earth cut phải được xới sâu 6 in (15.2 cm) rồi đầm lại; nếu gặp vật liệu không thích hợp thì thực hiện đào thay. (TaiLieu.VN)

Do đó, đối với hồ sơ thiết kế nền đường đào, ngoài việc quy định chỉ tiêu độ chặt, nên làm rõ cả:

phạm vi xử lý → phương pháp xử lý → độ ẩm → phương pháp đầm → tiêu chí nghiệm thu → biện pháp khi không đạt.

12. Một điểm đáng tham khảo về nghiệm thu của FP-24

FP-24 còn quy định tần suất kiểm tra độ chặt.

Đối với top of subgrade, kiểm tra density theo AASHTO T 310 hoặc phương pháp được chấp thuận khác với tần suất: $1\text{ thí nghiệm}/2500\text{ yd}^2$

tương đương khoảng: $\boxed{1\text{ thí nghiệm}/2090\text{ m}^2}$

và không ít hơn 1 thí nghiệm cho mỗi lớp (lift). (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

Đối với earth embankment thông thường, FP-24 quy định khoảng 1 phép thử density trên 3.500 yd² (≈2.927 m²), nhưng không ít hơn 1 phép thử cho mỗi lớp. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

Điều này cho thấy FHWA không chỉ quy định trị số độ chặt mà còn gắn yêu cầu với quy trình kiểm tra và nghiệm thu tại hiện trường.

13. Kết luận

TCVN 9436:2012 và FHWA FP-24 đều yêu cầu nền đường phải được chuẩn bị và đầm chặt phù hợp trước khi thi công các lớp kết cấu phía trên, nhưng cách thể hiện khác nhau.

TCVN 9436:2012 nhấn mạnh hệ số đầm chặt $K$ theo vị trí, chiều sâu và cấp đường; khi nền thiên nhiên không đạt yêu cầu phải đào phần không đạt và đầm lại.

FHWA FP-24 nhấn mạnh hơn vào quy trình xử lý vật liệu: đối với nền đào trong đất, xới 15.2 cm dưới subgrade và đầm lại; phương pháp đầm và nghiệm thu thay đổi theo thành phần hạt của vật liệu. Với đất thích hợp có thể kiểm soát bằng % khối lượng thể tích khô lớn nhất; với vật liệu rất thô chuyển sang kiểm soát thiết bị và số lượt lu. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

Vì vậy, khi xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật cho nền đường đào, một yêu cầu đầy đủ không nên chỉ dừng ở: $\boxed{K\ge K_{\mathrm{yêu\ cầu}}}$

mà nên xác định cả cách xử lý nền tự nhiên để đạt yêu cầu đó.

Tài liệu tham khảo

[1] TCVN 9436:2012, Nền đường ô tô – Thi công và nghiệm thu.

[2] FHWA (2024), Standard Specifications for Construction of Roads and Bridges on Federal Highway Projects – FP-24, Section 204 – Excavation and Embankment. FP-24 hiện là phiên bản FP hiện hành của FHWA. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

[3] AASHTO T 99, Moisture-Density Relations of Soils Using a 2.5-kg Rammer and a 305-mm Drop.

[4] AASHTO T 180, Moisture-Density Relations of Soils Using a 4.54-kg Rammer and a 457-mm Drop.

[5] AASHTO T 310, phương pháp xác định độ ẩm và khối lượng thể tích của đất/vật liệu đất–cốt liệu tại hiện trường bằng thiết bị đo hạt nhân, được FP-24 viện dẫn cho kiểm tra hiện trường. (Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang)

FHWA – trang chính thức FP-24 và Errata

FHWA – FP-24 PDF chính thức

Một chỉnh sửa tôi đặc biệt khuyên bạn thực hiện: trong hồ sơ mà bạn chụp ban đầu có câu “nền đào: 30 cm K98; 50 cm tiếp theo K93”. Nếu bài Post này nhằm phân tích đúng TCVN 9436:2012, không nên ghi K93 cho 50 cm tiếp theo của đường cấp I–IV, vì Bảng 2 của TCVN 9436:2012 thể hiện 30–80 cm là K ≥ 0.90 đối với đường cấp I–IV. K93 xuất hiện ở các trường hợp khác trong bảng. (TaiLieu.VN)

So sánh yêu cầu độ chặt nền đường giữa TCVN 9436:2012 và FHWA FP-24