Tổng quan nghiên cứu

Mạng lưới giao thông đường bộ tỉnh Bình Thuận có tổng chiều dài 5.280,906 km, giữ vai trò huyết mạch kết nối vùng kinh tế trọng điểm phía Nam với các tỉnh Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Trong đó, tuyến Quốc lộ 1 chạy dọc tỉnh dài 181,434 km và các trục ven biển như ĐT.716 đóng vai trò xương sống cho giao lưu kinh tế, phát triển đô thị du lịch và đảm bảo quốc phòng an ninh. Giai đoạn 2011 - 2015, tổng sản phẩm trên địa bàn tỉnh đạt tốc độ tăng trưởng bình quân 6,79%/năm, kéo theo nhu cầu vận tải hàng hóa và hành khách tăng vọt. Tuy nhiên, công tác lập dự án đầu tư xây dựng công trình giao thông tại địa phương đang đối mặt với những bất cập lớn trong việc xác định tốc độ tăng trưởng giao thông.

Vấn đề cốt lõi nảy sinh từ việc thiếu hụt quy trình dự báo chuẩn xác: các dự án sử dụng vốn ngân sách nhà nước thường bị tư vấn thiết kế phóng đại mức tăng trưởng, làm quy mô mặt cắt ngang và chiều dày kết cấu áo đường tăng quá mức cần thiết, gây lãng phí hàng trăm tỷ đồng vốn đầu tư công. Ngược lại, các dự án đầu tư theo hình thức hợp đồng BOT lại có xu hướng dự báo mức tăng trưởng thấp hơn thực tế nhằm kéo dài thời gian thu phí, gây thất thoát ngân sách và tạo gánh nặng chi phí xã hội. Nghiên cứu tập trung làm rõ tác động của việc lựa chọn sai mức tăng trưởng giao thông đến quy mô hình học, chiều dày áo đường, tuổi thọ công trình và an toàn giao thông trên tuyến Quốc lộ 1 (đoạn Km 1661+500 đến Km 1725+250) và tuyến ĐT.716. Kết quả phân tích cung cấp cơ sở khoa học để chuẩn hóa quy trình dự báo, tối ưu hóa chi phí xây lắp và kéo giảm nguy cơ tai nạn giao thông, vốn từng ghi nhận tới 124 người tử vong trên tuyến Quốc lộ 1 vào năm 2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết cơ học kết cấu áo đường mềm theo Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06 của Bộ Giao thông Vận tải và lý thuyết đàn hồi nhiều lớp. Hệ thống tính toán tập trung vào xác định mô đun đàn hồi yêu cầu của nền mặt đường dưới tác dụng của tải trọng trục tiêu chuẩn 100 kN và 120 kN.

Bên cạnh đó, nghiên cứu sử dụng hệ thống lý thuyết dự báo nhu cầu giao thông hiện đại với hai mô hình toán học cốt lõi:

  • Mô hình tuyến tính xác định lưu lượng tương lai dựa trên tốc độ tăng trưởng cố định hàng năm theo công thức liên hệ với tăng trưởng kinh tế.
  • Mô hình hàm số mũ phản ánh sự gia tăng nhu cầu vận tải theo quy luật tích lũy nhiều năm, phù hợp với các trục giao thông đối ngoại có tốc độ đô thị hóa nhanh.

Các khái niệm chính được làm rõ bao gồm: lưu lượng xe con quy đổi (PCU/ngày đêm), năng lực thông hành thiết kế, hệ số phân bố làn xe, chỉ số độ gồ ghề quốc tế (IRI) và hệ số bám bánh xe mặt đường.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được tổng hợp từ số liệu quan trắc thực tế tại 2 trạm thu phí lớn trên Quốc lộ 1 (Trạm BOT Km 1661+600 và Trạm Sông Phan Km 1725+252) kết hợp với các đợt đếm xe liên tục 24/24 giờ trong tháng 6/2017 tại các mặt cắt Km 1709+000 (Quốc lộ 1) và Km 5+100 (ĐT.716). Tổng cỡ mẫu thu thập trực tiếp đạt 17.962 phương tiện/ngày đêm trên Quốc lộ 1 và hơn 17.000 phương tiện/ngày đêm trên tuyến ĐT.716. Phương pháp chọn mẫu theo mặt cắt không gian đại diện tại các vị trí phân lưu và trạm kiểm soát tải trọng giúp thu thập đầy đủ 9 nhóm phương tiện cơ giới.

Về phương pháp phân tích, tác giả sử dụng phương pháp thống kê toán học kết hợp phân tích độ nhạy với dải biến thiên tốc độ tăng trưởng từ 5% đến 20%. Phần mềm mô phỏng động lực học 3D-Move được ứng dụng để kiểm toán trạng thái ứng suất - biến dạng trượt và độ võng đàn hồi của kết cấu mặt đường dưới tác dụng của các dòng xe tải nặng. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này là nhằm đánh giá chính xác tác động phi tuyến của tải trọng trùng phục đến sự suy giảm cường độ mặt đường trong vòng đời thiết kế từ 10 đến 15 năm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tốc độ tăng trưởng giao thông có tác động lũy thừa đến lưu lượng thiết kế cuối thời kỳ khai thác. Khi tốc độ tăng trưởng thay đổi từ 8% lên 12% (kịch bản tính đến sự xuất hiện của các đại dự án như Sân bay Phan Thiết), lưu lượng xe con quy đổi sau 15 năm thiết kế tăng từ 3,17 lần lên 5,47 lần so với năm đầu khai thác (tăng 72,5%). Điều này làm thay đổi căn bản quy mô công trình, đòi hỏi nâng số làn xe chạy từ 4 làn lên 6 làn cơ giới để tránh hiện tượng mãn tải cục bộ.

Thứ hai, tốc độ tăng trưởng giao thông chi phối trực tiếp đến mô đun đàn hồi yêu cầu và chiều dày các lớp kết cấu áo đường. Khi mức tăng trưởng trên tuyến Quốc lộ 1 tăng từ 6% lên 10%/năm, giá trị mô đun đàn hồi yêu cầu tăng từ 140 MPa lên 185,4 MPa (tăng 32,4%). Sự gia tăng này buộc chiều dày tầng mặt bê tông nhựa cấp cao A1 (gồm lớp bê tông nhựa C12.5 và C19) phải tăng thêm từ 4 cm đến 7 cm, làm tổng mức đầu tư xây lắp tăng thêm từ 25% đến 35% cho mỗi km đường.

Thứ ba, việc đánh giá thấp mức tăng trưởng giao thông làm suy giảm nghiêm trọng tuổi thọ công trình và an toàn giao thông. Kết quả kiểm toán cho thấy khi lưu lượng xe tải 3 trục và xe đầu kéo rơ-moóc thực tế vượt 3% so với dự báo, tuổi thọ mỏi của mặt đường bị rút ngắn từ 15 năm xuống còn 8,2 năm. Chỉ số độ gồ ghề quốc tế (IRI) tăng vọt từ mức 2,0 m/km ban đầu lên trên 4,5 m/km sau 5 năm khai thác, làm hệ số bám giảm từ 0,60 xuống dưới 0,38, khiến xác suất tai nạn giao thông tăng 38,5% trên mỗi 1 triệu xe-km lăn bánh.

Thứ tư, nghiên cứu chỉ ra sự bất cập lớn tại các dự án BOT. Tại trạm thu phí Sông Phan Km 1725+252, hồ sơ dự án của nhà đầu tư chỉ dự báo mức tăng trưởng 5,5%/năm, trong khi số liệu đếm xe thực tế đạt 9,2%/năm. Sự sai lệch này dẫn đến việc tính toán thời gian hoàn vốn bị kéo dài thêm từ 3 đến 5 năm so với thực tế thu phí.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các sai lệch bắt nguồn từ việc các đơn vị tư vấn áp dụng máy móc phương pháp ngoại suy chuỗi thời gian đơn giản hoặc chỉ căn cứ định tính vào quy hoạch phát triển kinh tế địa phương mà bỏ qua bước điều tra lượng xuất hành - thu hút giữa các phân khu giao thông. Khi dữ liệu được trực quan hóa qua biểu đồ tương quan giữa tốc độ tăng trưởng và mô đun đàn hồi yêu cầu, đường cong biểu diễn cho thấy xu hướng dốc đứng rõ rệt ở dải tăng trưởng trên 8%, chứng minh rằng kết cấu mặt đường cực kỳ nhạy cảm với sự gia tăng của dòng xe thương mại.

So sánh với các nghiên cứu đường bộ tại các tỉnh lân cận như Đồng Nai hay Ninh Thuận, kết quả của luận văn hoàn toàn tương đồng về quy luật hư hỏng mặt đường sớm (như hiện tượng hằn lún vệt bánh xe trên đoạn đường Trường Chinh - Phan Thiết) do tỷ lệ xe đầu kéo chiếm tới 12,17% dòng xe nhưng không được tính toán đầy đủ trong mô hình tăng trưởng ban đầu.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, hoàn thiện và chuẩn hóa quy trình khảo sát dự báo nhu cầu vận tải. Sở Giao thông Vận tải Bình Thuận cần ban hành văn bản hướng dẫn bắt buộc các tổ chức tư vấn thiết kế áp dụng mô hình dự báo 4 bước (phát sinh chuyến đi, phân bố chuyến đi, lựa chọn phương thức và phân chia dòng xe lên mạng lưới). Mọi dự án đường bộ từ cấp III trở lên phải thực hiện phân tích độ nhạy với 3 kịch bản tăng trưởng: cơ sở (7,0% - 7,5%), kịch bản cao (9,0% - 11,0%) và kịch bản thấp (5,0% - 6,0%) trước năm 2018.

Thứ hai, tổ chức rà soát và kiểm toán lại phương án tài chính tại các dự án BOT. Tổng cục Đường bộ Việt Nam và Cục Quản lý đường bộ IV cần phối hợp với địa phương lắp đặt hệ thống đếm xe tự động tại Trạm thu phí Sông Phan và Trạm Km 1661+600, thực hiện đối soát lưu lượng thực tế định kỳ 6 tháng/lần. Cần điều chỉnh rút ngắn thời gian thu phí từ 2 đến 4 năm đối với các hợp đồng có lưu lượng thực tế vượt trên 15% so với phương án tài chính ban đầu.

Thứ ba, nâng cấp quy mô hình học tuyến ĐT.716 phù hợp với định hướng phát triển không gian du lịch và Sân bay Phan Thiết. Ủy ban nhân dân tỉnh Bình Thuận cần phê duyệt điều chỉnh quy hoạch phân kỳ đầu tư, mở rộng mặt cắt ngang đoạn Hòa Thắng - Liên Hương lên 4 đến 6 làn xe cơ giới (bề rộng nền đường từ 45,5 m đến 50,0 m) trong giai đoạn 2018 - 2020 để đón đầu lưu lượng du khách tăng trưởng trên 15%/năm.

Thứ tư, thiết lập hệ thống kiểm soát tải trọng xe tự động liên tục 24/7. Công an tỉnh phối hợp với Thanh tra giao thông bố trí các trạm cân tải trọng tốc độ cao (WIM) trên tuyến Quốc lộ 1 qua các huyện Hàm Thuận Nam và Tuy Phong, hướng tới mục tiêu giảm 90% số lượng xe quá tải trọng, bảo vệ cường độ kết cấu áo đường và duy trì hệ số bám mặt đường an toàn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm cơ quan quản lý nhà nước (Sở Giao thông Vận tải, Sở Kế hoạch và Đầu tư các tỉnh Duyên hải miền Trung): Luận văn cung cấp khung phương pháp luận khoa học để thẩm định quy mô dự án đầu tư công, phê duyệt dự toán thiết kế kết cấu mặt đường chính xác và quản lý chặt chẽ các hợp đồng dự án BOT đường bộ.

Nhóm các đơn vị tư vấn thiết kế và thẩm tra giao thông: Kỹ sư có thể sử dụng trực tiếp các biểu đồ tương quan giữa tốc độ tăng trưởng, số làn xe và mô đun đàn hồi yêu cầu để tối ưu hóa giải pháp kết cấu áo đường mềm, lựa chọn chiều dày bê tông nhựa hợp lý nhằm giảm chi phí xây dựng.

Nhóm doanh nghiệp đầu tư hạ tầng giao thông và ngân hàng tài trợ vốn: Tài liệu hỗ trợ xây dựng mô hình tài chính hoàn vốn chuẩn xác, đánh giá đúng rủi ro suy giảm doanh thu hoặc rủi ro pháp lý phát sinh từ chênh lệch lưu lượng xe thực tế so với dự báo.

Nhóm giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Xây dựng đường ô tô - thành phố: Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị với nguồn số liệu thực chứng chi tiết, phương pháp kiểm toán kết cấu bằng phần mềm chuyên dụng và quy trình phân tích lưu lượng giao thông thực tế.

Câu hỏi thường gặp

Việc lựa chọn sai mức tăng trưởng giao thông gây ra hậu quả gì cho các dự án BOT? Khi dự báo mức tăng trưởng thấp hơn thực tế từ 3% đến 4%, lưu lượng xe qua trạm sẽ đạt điểm hoàn vốn sớm hơn dự kiến. Nếu không có cơ chế kiểm toán và điều chỉnh kịp thời, thời gian thu phí sẽ bị kéo dài thêm nhiều năm, gây thiệt hại kinh tế cho xã hội và tạo dư luận xấu về tính minh bạch của dự án.

Tại sao tốc độ tăng trưởng giao thông lại ảnh hưởng mạnh đến chiều dày lớp bê tông nhựa? Lưu lượng giao thông quyết định số lượt trục xe tiêu chuẩn 100 kN tích lũy qua mặt đường trong suốt thời hạn thiết kế 15 năm. Khi lưu lượng tăng cao, mô đun đàn hồi yêu cầu của toàn bộ kết cấu tăng từ 140 MPa lên 185 MPa, đòi hỏi tầng mặt bê tông nhựa phải dày hơn để phân bố đều ứng suất xuống nền đất.

Mô hình tăng trưởng hàm số mũ phù hợp áp dụng cho loại tuyến đường nào? Mô hình hàm số mũ phản ánh chính xác quy luật gia tăng giao thông tại các trục đường chính đi qua vùng kinh tế phát triển năng động, có các dự án động lực như khu công nghiệp, cảng biển hoặc sân bay. Các tuyến đường có lưu lượng tăng trưởng trên 7%/năm cần ưu tiên sử dụng mô hình này thay vì hàm tuyến tính.

Mức độ tăng trưởng giao thông ảnh hưởng như thế nào đến tình hình tai nạn giao thông? Lưu lượng xe tăng vượt thiết kế làm mặt đường nhanh chóng xuất hiện lún vệt bánh xe và tăng độ gồ ghề quốc tế (IRI vượt 4,5 m/km). Điều này làm suy giảm nghiêm trọng hệ số bám giữa lốp xe và mặt đường (giảm xuống dưới 0,38), làm quãng đường phanh dài hơn và làm tăng 38,5% nguy cơ xảy ra tai nạn giao thông nghiêm trọng.

Các yếu tố đặc thù nào tại Bình Thuận làm biến động tốc độ tăng trưởng giao thông? Sự phát triển mạnh mẽ của ngành du lịch Mũi Né theo Nghị quyết 09-NQ/TU, việc xây dựng Sân bay Phan Thiết và đường cao tốc Bắc - Nam nhánh Dầu Giây - Phan Thiết là những yếu tố tạo ra bước nhảy vọt về lưu lượng xe khách và xe container, đòi hỏi dự báo riêng biệt cho từng tiểu vùng.

Kết luận

  • Tốc độ tăng trưởng giao thông là tham số đầu vào then chốt, quyết định trực tiếp đến quy mô số làn xe, chiều dày tầng mặt bê tông nhựa và tuổi thọ công trình đường bộ.
  • Nghiên cứu đã lượng hóa thành công tác động phi tuyến của tham số tăng trưởng giao thông đến mô đun đàn hồi yêu cầu và độ bằng phẳng mặt đường trên các trục giao thông trọng điểm tỉnh Bình Thuận.
  • Luận văn chỉ rõ các bất cập thực tế trong công tác dự báo tại các dự án BOT thu phí và dự án vốn ngân sách, cung cấp căn cứ điều chỉnh thời gian hoàn vốn công bằng.
  • Hệ thống giải pháp đề xuất bao gồm ứng dụng quy trình dự báo 4 bước, hoàn thiện quy hoạch mặt cắt tuyến ĐT.716 từ 45,5 m đến 50,0 m và kiểm toán tải trọng tự động 24/7.
  • Các cơ quan quản lý và đơn vị tư vấn cần khẩn trương áp dụng khung đánh giá độ nhạy đa kịch bản trong giai đoạn 2018 - 2020 nhằm tối ưu hóa nguồn vốn đầu tư hạ tầng giao thông.