Nghiên cứu sử dụng vật liệu EPS trong thi công nền đường đắp ở Việt Nam

Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-90- 
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU EPS TRONG THI CÔNG NỀN 
ĐƯỜNG ĐẮP Ở VIỆT NAM 
Phạm Hoàng Kiên1,2*, Vũ Anh Tuấn3, Trương Quốc Bảo3 
1 Trường Đại học Giao thông Vận tải, số 3 Cầu Giấy, Hà Nội 
2 Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Việt – Nhật, số 3 Cầu Giấy, Hà Nội 
3 Học viện Kỹ thuật Quân sự, số 236 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội 
* Tác giả liên hệ: Email: phkien@utc.edu.vn; Tel: 0975474828 
Tóm tắt. EPS (Expanded Poly-Styrol) là vật liệu nhẹ có tỷ trọng chỉ bằng khoảng 
1/100 của đất. EPS được sử dụng trong các ngành công nghiệp từ những năm 1950. 
Tuy nhiên, phải đến năm 1972, EPS mới được lần đầu tiên sử dụng trong lĩnh vực xây 
dựng cầu đường (dùng làm vật liệu cho một nền đường đắp tại Na Uy). EPS còn có ưu 
điểm là có thể thi công nhanh và dễ dàng chỉ bằng sức người mà không cần đến các 
máy móc thi công phức tạp. Ngoài việc rút ngắn thời gian thi công, sử dụng vật liệu 
nhẹ EPS còn có ưu điểm là không ảnh hưởng đến xung quanh, giảm được các chi phí 
quản lý, duy tu bảo trì kết cấu trong giai đoạn khai thác. Khi sử dụng EPS thay nền đất 
đắp sau mố, do vật liệu có tính tự ổn định cao nên nó không gây ra áp lực ngang lên 
mố cầu. Bài viết này giới thiệu về một dự án áp dụng thử nghiệm EPS trong thi công 
nền đường đắp ở Việt Nam Một số quy định chung trong quản lý chất lượng đối với 
vật liệu nhẹ EPS và các kết quả thí nghiệm vật liệu cũng sẽ được trình bày. 
Từ khóa: thi công nền đường đắp, vật liệu nhẹ, EPS, thí nghiệm vật liệu. 
1. MỞ ĐẦU 
Ở một số nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Đức, Na Uy, Niu Di-lân, 
Malaysia..., khi phải xây dựng công trình trong điều kiện địa chất yếu hoặc tại một số 
“hạng mục kỹ thuật đặc biệt” như đường đầu cầu, ngoài biện pháp xử lý nền đất yếu 
bằng công nghệ cọc đất xi măng, công nghệ cọc cát đầm chặt hoặc giếng cát, để xử lý 
triệt để tình trạng lún người ta có thể dùng một loại vật liệu rất nhẹ EPS (Expanded 
Poly-Styrol construction method) để thay nền đất đắp (Hình 1) [1]. 
EPS là vật liệu nhẹ có tỷ trọng chỉ bằng khoảng 1/100 của đất. EPS được sử dụng 
trong các ngành công nghiệp từ những năm 1950. Tuy nhiên, phải đến năm 1972, EPS 
mới được lần đầu tiên sử dụng trong lĩnh vực xây dựng cầu đường (dùng làm vật liệu 
cho một nền đường đắp tại Na Uy) (Hình 2) [2]. Tại công trình này, đầu tiên người ta 
xây dựng nền đắp bằng vật liệu đất thông thường. Trước khi vật liệu EPS được sử 
dụng, độ lún trung bình hàng năm của nền đường (trong suốt khoảng thời gian từ 1950 
đến 1972) là trên 10cm. Đến năm 1972, người ta quyết định thử nghiệm thay thế vật 
liệu đấp đắp thông thường bằng vật liệu nhẹ EPS. Kết quả là độ lún của công trình đã 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-91- 
hoàn toàn được khống chế (từ năm 1972 đến năm 1995, tổng độ lún chỉ là 15cm, tức là 
độ lún trung bình hàng năm chưa đến 1cm). Kết quả này cho thấy rõ hiệu quả của việc 
sử dụng vật liệu nhẹ EPS khi xây dựng công trình trên nền địa chất yếu. Sử dụng vật 
liệu nhẹ EPS không chỉ giải quyết tốt bài toán lún theo phương thẳng đứng mà còn 
giúp giảm tải trọng ngang tác dụng lên kết cấu phần dưới (kết cấu mố trụ). Ngoài ra, 
khi cần giảm tải trọng tác dụng lên các công trình ngầm được chôn trong đất, người ta 
có thể thay thế lớp đất phía trên công trình bằng vật liệu nhẹ EPS. 
Vật liệu nhẹ EPS cũng đã được sử dụng từ khá sớm tại Mỹ. Mỹ cũng là nước có 
dự án đã sử dụng khối lượng vật liệu EPS lớn nhất cho một công trình xây dựng 
(khoảng 100,000 m3 tại dự án xây dựng lại đường liên bang I-15 ở thành phố Salt 
Lake) [3]. Tại Đức, vật liệu nhẹ EPS lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1995 để xử lý 
lún đường đầu cầu của một cầu được xây dựng trên đường cao tốc. Vật liệu nhẹ EPS 
cũng đã được giới thiệu và được sử dụng tại Malaysia từ năm 1992. 
Hình 1. Sử dụng vật liệu nhẹ EPS thay nền đất đắp (trong điều kiện địa chất yếu) 
Hình 2. Sử dụng vật liệu nhẹ EPS tại nền đường đắp ngoại ô Oslo, Nauy 
Hình 3. Thí nghiệm ngoài hiện trường với mô hình 1:1 tại Nhật Bản 
Thay đất đắp thông thường bằng 
vật liệu nhẹ EPS (năm 1972) 
Năm 
Từ năm 1972 –năm 1995 tổng độ lún chỉ là 15cm 
Đ
ộ
 l
ú
n
 (
cm
) 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-92- 
2. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU NHẸ EPS 
Vật liệu nhẹ nói chung có khối lượng thể tích thông thường bằng khoảng 1% - 
70% so với đất hoặc đá. Trên thực tế, có nhiều loại vật liệu nhẹ khác nhau được sử 
dụng, bao gồm vật liệu có khả năng chịu nén như xốp EPS, bê tông bọt, vật liệu dạng 
hạt xỉ lò, gốm nở... Ở một số nước phát triển, EPS là loại vật liệu nhẹ được sử dụng 
khá phổ biến trong ngành công nghiệp xây dựng. EPS được sản xuất công nghiệp và 
được đúc thành các khối có kích thước tiêu chuẩn ở trong nhà máy. EPS là loại vật liệu 
“siêu nhẹ” với khối lượng thể tích chỉ bằng 1% ~ 2% so với đất đá hoặc bê tông nhưng 
lại có khả năng chịu được ứng suất nén khá lớn. Ngoài ra, EPS còn có ưu điểm là dễ 
gia công và bảo quản. Vì vậy, sử dụng EPS làm vật liệu đắp cho công trình sẽ làm 
giảm tĩnh tải của nền đắp đi rất nhiều và cả trong trường hợp địa chất yếu cũng sẽ 
không cần xử lý nền bằng các phương pháp như gia tải trước, trụ đất xi măng, cọc cát 
đầm chặt hoặc giếng cát... Điều này làm giảm giá thành và thời gian thi công. Hình 4 
thể hiện những đặc điểm chung, tiêu biểu của giải pháp xây dựng sử dụng vật liệu nhẹ 
EPS. 
Vật liệu EPS rất nhẹ và được sản xuất trong nhà máy ở nhiều hình dạng khác 
nhau với trọng lượng riêng rất nhỏ, ρ= 0.12 – 0.45 kN/m3. Các khối EPS sử dụng cho 
công trình xây dựng và công trình giao thông thường có kích thước 0.5m×1.0m×2.0m 
– 3.0 m, khối lượng 20 – 40 kg. Theo công bố của Aabøe cùng cộng sự [1] và Padade 
A. H cùng cộng sự [4, 5], cường độ của vật liệu EPS có quan hệ rất chặt chẽ với trọng 
lượng riêng của nó, thậm chí có thể nói hai đại lượng này có quan hệ tuyến tính. Bảng 
1 trình bày các đặc tính cơ học cơ bản của vật liệu EPS [6]. Hình 5 trình bày đường 
cong quan hệ ứng suất - biến dạng của một số loại vật liệu EPS thông dụng [6]. Chúng 
ta thấy khi biến dạng dọc trục nhỏ hơn 2% thì quan hệ ứng suất - biến dạng về cơ bản 
là tuyến tính. Sau đó, ứng suất có xu hướng tăng chậm và giữ ổn định ở giá trị cực đại 
trong khi đó biến dạng tiếp tục tăng. 
Bảng 1. Đặc tính cơ học cơ bản của vật liệu EPS 
Phương pháp chế 
tạo khối EPS 
Đúc trong khuôn (EPS) Phương pháp ép đẩy (XPS) 
Loại vật liệu D-12 D-16 D-20 D-25 D-30 
DX-
24 
DX-
24H 
DX-29 DX-35 DX-45 
Trọng lượng thể 
tích (kN/m3) 
0.12 0.16 0.20 0.25 0.30 0.24 0.24 0.29 0.35 0.45 
Ứng suất nén cho 
phép (kN/m2) 
20 35 50 70 90 60 100 140 200 350 
Mô đun đàn hồi 
(kN/m2) 
2,000 3,500 5,000 7,000 9,000 6,000 10,000 14,000 20,000 35,000 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-93- 
Hình 4. Đặc điểm của giải pháp xây dựng sử dụng vật liệu nhẹ EPS 
Hình 5. Đường cong quan hệ ứng suất - biến dạng của một số loại vật liệu EPS 
3. NHỮNG QUY ĐỊNH TRONG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG ĐỐI VỚI VẬT 
LIỆU NHẸ EPS 
Mặc dù đều có thể dùng một tên gọi chung là vật liệu nhẹ EPS nhưng ở một số 
nước như Nhật Bản, Na Uy (những nước đi đầu trong việc áp dụng EPS trong lĩnh 
vực xây dựng hạ tầng), tùy theo cách chế tạo khối EPS mà người ta lại chia thành hai 
loại với hai tên gọi cụ thể khác nhau: khối EPS được đúc trong khuôn (vẫn dùng tên 
gọi là EPS) và tấm EPS được chế tạo bằng phương pháp ép đẩy (được gọi là XPS). 
Biến dạng ε (%) 
Biến dạng ε (%) 
Ứ
n
g
 s
u
ất
 n
én
 (
k
N
/m
2
) 
 Ứ
n
g
 s
u
ất
 n
én
 (
k
N
/m
2
) 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-94- 
Kích thước tiêu chuẩn của hai loại này được thể hiện trong Hình 6. Các tấm XPS 
thường được chế tạo với chiều dày 10cm. Để tạo ra khối XPS có cùng chiều dày với 
khối EPS (50cm) người ta thường dán 5 tấm XPS lại với nhau. Bằng việc thay đổi số 
tấm XPS, người ta cũng có thể tạo ra các khối XPS có chiều dày khác nhau (bước thay 
đổi là 10cm). Tùy theo trọng lượng thể tích mà EPS lại được chia thành 5 loại khác 
nhau: D-12, D-16, D-20, D-25 và D-30. Tương tự như vậy, XPS cũng được chia thành 
5 loại khác nhau tùy theo trọng lượng thể tích: DX-24, DX-24H, DX-29, DX-35 và 
DX-45 [6]. Các khối EPS được chế tạo trong nhà máy trước khi sử dụng ở công trường 
phải trải qua 4 công tác kiểm tra và thí nghiệm bao gồm: (1) Kiểm tra kích thước; (2) 
Kiểm tra trọng lượng thể tích; (3) Thí nghiệm cường độ chịu nén và (4) Thí nghiệm 
đốt cháy. Kết quả kiểm tra và thí nghiệm phải thỏa mãn các quy định trong Bảng 2. 
Bảng 2. Quy định về quản lý chất lượng đối với vật liệu EPS 
Loại 
Kiểm tra kích thước 
Trọng lượng thể 
tích ρ (kg/m3) 
Cường độ 
chịu nén 
(kN/m2) 
Thí nghiệm 
đốt cháy 
Dài 
(mm) 
Rộng 
(mm) 
Cao 
(mm) 
D-12 
2,000±11 1,000±7 500±4 
 ρ≤12+2.0 
12-1.0≤ρ 
≥ 40 
Ngọn lửa tắt 
trong vòng 3 
giây, phạm vi 
cháy không 
lan quá phạm 
vi giới hạn 
D-16 
 ρ≤16+2.0 
16-1.0≤ρ 
≥ 70 
D-20 
 ρ≤20+2.0 
20-1.0≤ρ 
≥ 100 
D-25 
 ρ≤25+2.0 
25-1.5≤ρ 
≥ 140 
D-30 
 ρ≤30+3.0 
30-2.0≤ρ 
≥ 180 
DX-24 
2,000±11 
750±6 
100±2 
 ρ≤24+3.0 
24-1.0≤ρ 
≥ 120 
DX-24H 
1,000±7 
 ρ≤24+3.0 
24-1.0≤ρ 
≥ 200 
XD-29 
 ρ≤29+3.0 
29-2.0≤ρ 
≥ 280 
XD-35 
 ρ≤35+3.0 
35-3.0≤ρ 
≥ 400 
XD-45 
 ρ≤45+5.0 
45-5.0≤ρ 
≥ 700 
Hình 6. Kích thước tiêu chuẩn của vật liệu EPS 
Đơn vị: mm 
 Chế tạo bằng phương pháp đúc trong khuôn (EPS) 
Chế tạo bằng phương pháp ép đẩy (XPS) 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-95- 
4. ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM VẬT LIỆU EPS TRONG THI CÔNG NỀN 
ĐƯỜNG ĐẮP Ở VIỆT NAM 
Ở Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu đối với vật liệu EPS. 
Để phục vụ cho việc xây dựng tiêu chuẩn, đồng thời kiểm chứng các tính năng của vật liệu 
EPS và nghiên cứu khả năng áp dụng loại vật liệu này trong lĩnh vực xây dựng hạ tầng ở Việt 
Nam, một nền đắp bằng vật liệu EPS với tổng chiều dài 39,8m (bao gồm cả phần nền đắp có 
dốc 15% để các xe thí nghiệm lên và xuống), chiều cao 3,9m và chiều rộng 4,0m đã được xây 
dựng tại thị xã Phú Mỹ, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu (Hình 7). Đây là mô hình thí nghiệm 1:1 và 
đồng thời cũng là công trình áp dụng EPS thử nghiệm thực tế đầu tiên ở Việt Nam. Trong dự 
án áp dụng thử nghiệm này có hai loại vật liệu EPS được sử dụng là DX-24H và D-20. Trong 
đó DX-24H được nhập từ Nhật Bản và D-20 được sản xuất tại một nhà máy ở Việt Nam (với 
nguyên liệu sản xuất là hạt nhựa polystyrene được nhập từ Nhật Bản). Tuy là dự án thử 
nghiệm nhưng các thí nghiệm vật liệu vẫn được tiến hành. Hình 8 thể hiện vị trí lấy mẫu thí 
nghiệm từ các khối EPS. 
Hình 7. Công trình áp dụng EPS thử nghiệm thực tế tại thị xã Phú Mỹ 
Hình 8. Vị trí lấy mẫu thí nghiệm từ các khối EPS 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-96- 
Hình 9. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén 
Hình 10. Kết quả thí nghiệm đốt cháy 
Kết quả thí nghiệm vật liệu được thể hiện trong các Hình 9 và Hình 10. Trong thí 
nghiệm cường độ, mẫu thí nghiệm được cắt nhỏ thành những khối có kích thước 
50mm × 50mm × 50mm. Tỷ lệ nén (tốc độ gia tải) được đặt làm sao để biến dạng tuyệt 
đối trong thời gian 1 phút bằng khoảng 10% chiều dầy của mẫu thí nghiệm. Trong thí 
nghiệm đốt cháy, mẫu thí nghiệm được cắt theo kích thước chiều dầy 10mm × chiều 
dài 200mm × chiều rộng 25mm. Bố trí của thí nghiệm đốt cháy được thể hiện trong 
Hình 10. Yêu cầu đối với thí nghiệm đốt cháy là sau khi mẫu thí nghiệm đã bắt lửa và 
chúng ta dời nguồn lửa ra khỏi mẫu thí nghiệm, ngọn lửa tắt trong vòng 3 giây và 
phạm vi cháy không lan quá phạm vi giới hạn. Kết quả thí nghiệm vật liệu cho thấy 
các khối D-20 (được sản xuất tại một nhà máy ở Việt Nam với nguyên liệu được nhập 
từ Nhật Bản) có tính năng thỏa mãn các yêu cầu của thiết kế. Hay nói cách khác, các 
khối EPS sản xuất tại Việt Nam cũng có tính năng tương đương với vật liệu sản xuất 
tại Nhật Bản. 
4. KẾT LUẬN 
• Với ưu điểm là loại vật liệu “siêu nhẹ”, có chất lượng đồng nhất, có các đặc tính 
cơ học tốt, phù hợp cho xây dựng công trình trên nền đất yếu, EPS thường được 
Ứ
n
g
 s
u
ất
 n
én
 (
k
N
/m
2
) 
Ứ
n
g
 s
u
ất
 n
én
 (
k
N
/m
2
) 
Biến dạng ε (%) 
Biến dạng ε (%) 
Đường cong ứng suất – biến dạng (DX-24H) 
Đường cong ứng suất – biến dạng (D-20) 
Cường độ 
yêu cầu 
Cường độ 
yêu cầu 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-97- 
sử dụng với mục đích làm giảm độ lún của công trình và rút ngắn thời gian thi 
công. 
• Các khối EPS được chế tạo trong nhà máy trước khi sử dụng ở công trường phải 
trải qua 4 công tác kiểm tra và thí nghiệm bao gồm: (1) Kiểm tra kích thước; (2) 
Kiểm tra trọng lượng thể tích; (3) Thí nghiệm cường độ chịu nén và (4) Thí 
nghiệm đốt cháy. 
• Để phục vụ cho việc xây dựng tiêu chuẩn, đồng thời kiểm chứng các tính năng của 
vật liệu EPS và nghiên cứu khả năng áp dụng loại vật liệu này trong lĩnh vực xây 
dựng hạ tầng ở Việt Nam, một nền đắp bằng vật liệu EPS đã được xây dựng tại thị 
xã Phú Mỹ, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Kết quả thí nghiệm vật liệu tại dự án áp dụng 
thử nghiệm này cho thấy các khối EPS sản xuất tại Việt Nam cũng có tính năng 
tương đương với vật liệu sản xuất tại Nhật Bản. 
• Để áp dụng EPS trong điều kiện Việt Nam chúng tôi kiến nghị: 
 + Đánh giá đoạn thử nghiệm trên theo tiêu chuẩn thiết kế, thi công đường bộ. 
 + So sánh kinh tế, kỹ thuật với một số phương pháp xử lý nền đất yếu truyền thống 
khác để xác định phạm vi sử dụng EPS cho nền đường đắp. 
Hy vọng giải pháp này hiệu quả khi thiết kế, thi công nền đường đắp trên đất yếu. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Aabøe R., Barlett S.F., Duskov M., Frydenlund T.E., et al. (2018). Geofoam block 
in civil engineering applications, 5th International Conference on Geofoam Blocks in 
Construction Applications, pp. 3-38. 
[2]. Alfheim S., Flaate K., Refsdal G., et al. (2011). The first EPS geoblock road-
embankment-1972, 4th International Conference on Geofoam Blocks in Construction 
Applications, Lillestrom, Norway. 
[3]. Barlett S.F. and Lawton E. (2012). Design and Evaluation of Geofoam 
Embankment for the I-15 Reconstruction Project, Salt Lake City, Utah, Utah 
Department of Transportation - Research Division. 
[4]. Padade A. H. and Mandal J. N. (2012). Feasibility studies on expanded 
polystyrene (EPS) geofoam. International Conference on Ground Improvement and 
Ground Technique, IGCI-12, Oct 30 – Nov 2, 2012, University of Wollongong, 
Wollongong, Australia. 
[5]. Padade A. H. and Mandal J. N. (2012). Behavior of expanded polystyrene (EPS) 
geofoam under triaxial loading conditions. Electronic Journal of Geotechnical 
Engineering, 17, pp. 2543-2553. 
[6]. EPS Development Organization (2014), EDO-EPS Construction method – 
Standard plan of Design and Construction.