Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Bối cảnh thực tiễn và lý do chọn đề tài

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Xây dựng cầu đường thực hiện thiết kế công trình giao thông tại khu vực Tây Nguyên: "Dự án đầu tư xây dựng tuyến đường T15-T16 thuộc Buôn Đrai, tỉnh Đắk Lắk".

Buôn Đrai là một buôn thuần nông trực thuộc huyện Krông Ana, nằm ở vị trí trung tâm tỉnh Đắk Lắk. Địa bàn này có vị trí tiếp giáp địa giới hành chính cụ thể:

  • Phía Bắc giáp thành phố Buôn Ma Thuột.
  • Phía Tây giáp huyện Krông Nô (tỉnh Đắk Nông).
  • Phía Nam giáp huyện Lắk.
  • Phía Đông giáp huyện Cư Kuin.

Thực trạng kinh tế - xã hội tại khu vực tuyến đi qua đặt ra yêu cầu cấp thiết về đầu tư hạ tầng:

  1. Buôn Đrai là một trong 7 buôn đặc biệt khó khăn của huyện Krông Ana với đa số là đồng bào dân tộc thiểu số sinh sống, tỷ lệ hộ nghèo ở mức cao.
  2. Khoảng 85% diện tích đất sản xuất nông nghiệp của buôn nằm trong diện quy hoạch vùng lòng hồ thủy điện Buôn Kuốp II, làm thu hẹp nghiêm trọng tư liệu sản xuất và gia tăng khó khăn cho đời sống nhân dân.
  3. Cơ cấu kinh tế địa phương chủ yếu là trồng lúa nước kết hợp xen canh cà phê, hồ tiêu, chế biến nông lâm sản và tiểu thủ công nghiệp (sửa chữa cơ khí, sản xuất gạch ngói thủ công).
  4. Mạng lưới giao thông hiện trạng chưa đáp ứng được nhu cầu vận chuyển hàng hóa, giao thương nông lâm sản và nhu cầu đi lại của người dân trong vùng.

Khảo sát giao thông năm đầu đưa vào khai thác ghi nhận lưu lượng thiết kế đạt $N_0 = 660\text{ xe/ngày}$, hệ số tăng trưởng giao thông hàng năm dự báo $q = 6%/\text{năm}$, đòi hỏi phải xây dựng một tuyến đường mới nhằm kết nối hạ tầng, thúc đẩy kinh tế - xã hội và bảo đảm quốc phòng - an ninh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của đồ án là lập báo cáo đầu tư xây dựng, thiết kế kỹ thuật và lập phương án tổ chức thi công hoàn chỉnh cho tuyến đường nối hai điểm khống chế T15 và T16 tại Buôn Đrai, huyện Krông Ana, tỉnh Đắk Lắk.

Các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể gồm:

  1. Thu thập, phân tích số liệu điều kiện tự nhiên (địa hình, địa chất, thủy văn, khí hậu) và hiện trạng kinh tế - xã hội khu vực tuyến đi qua.
  2. Dự báo lưu lượng xe tương lai, xác định cấp hạng kỹ thuật tuyến đường theo tiêu chuẩn hiện hành.
  3. Tính toán và xác lập các chỉ tiêu kỹ thuật hình học của tuyến đường (bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, tầm nhìn, độ dốc, siêu cao, mở rộng).
  4. Vạch các phương án tuyến trên bình đồ tỷ lệ 1:10.000, so sánh kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn phương án tuyến tối ưu.
  5. Tính toán thủy văn lưu vực, xác định lưu lượng lũ thiết kế và định khẩu độ hệ thống cống thoát nước ngang đường.
  6. Thiết kế chi tiết trắc dọc, trắc ngang, tính toán khối lượng đào đắp nền đường.
  7. Thiết kế và kiểm toán kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn cơ học - thực nghiệm, so sánh lựa chọn phương án tầng kết cấu hợp lý.
  8. Lập phương án tổ chức thi công chi tiết các hạng mục: công tác chuẩn bị, thi công nền đường, thi công cống thoát nước và thi công mặt đường bê tông nhựa.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Công trình đường giao thông nông thôn/miền núi nối 2 điểm T15 và T16.
  • Phạm vi không gian: Khu vực đồi núi thấp tại Buôn Đrai, huyện Krông Ana, tỉnh Đắk Lắk; phạm vi tuyến thiết kế dài hơn 5,6 km trên nền địa hình có cao độ trung bình từ 500 m đến 800 m so với mực nước biển.
  • Phạm vi thời gian: Kế hoạch đầu tư xây dựng tập trung dự kiến 6 tháng (từ tháng 10/2010 đến tháng 04/2011); thời hạn tính toán thiết kế khai thác áo đường là 15 năm (chu kỳ đại tu).

Cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn và phương pháp thiết kế

Khung tiêu chuẩn kỹ thuật và căn cứ pháp lý

Đồ án xây dựng dựa trên các quyết định hành chính và hệ thống quy trình, quy phạm kỹ thuật chuyên ngành đường bộ của Việt Nam:

  • Căn cứ pháp lý: Quy hoạch tổng thể mạng lưới giao thông tỉnh Đắk Lắk; Quyết định đầu tư số 3769/QĐ-UBND của UBND tỉnh Đắk Lắk; Kế hoạch đầu tư và định hướng quy hoạch của UBND huyện Krông Ana.
  • TCVN 4054:2005: Đường ô tô – Yêu cầu thiết kế.
  • 22 TCN 211-06: Quy trình thiết kế áo đường mềm.
  • 22 TCN 220-95: Quy trình tính toán thủy văn công trình cầu cống đường ô tô.
  • 22 TCN 27-84: Quy trình khảo sát thiết kế công trình giao thông.
  • 22 TCN 237-01: Điều lệ báo hiệu đường bộ.
  • Tài liệu chuyên khảo: "Thiết kế đường ô tô – Tập 3: Công trình vượt sông" (Nguyễn Xuân Trục, NXB Giáo dục, 1998) và Sổ tay thiết kế đường ô tô.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ xử lý

Tác giả sử dụng kết hợp các phương pháp thiết kế công trình giao thông kinh điển và hiện đại:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp số liệu khảo sát: Xử lý chuỗi số liệu điều tra giao thông, địa chất công trình và khí hậu thủy văn.
  • Phương pháp quy đổi dòng xe hỗn hợp: Chuyển đổi thành phần xe phức tạp về lưu lượng xe con tiêu chuẩn phục vụ phân cấp đường và quy đổi trục xe 100 kN phục vụ tính toán áo đường mềm.
  • Phương pháp vạch tuyến bước compa: Vạch đường hướng tuyến trên bản đồ địa hình đường đồng mức bằng compa dựa trên độ dốc dọc thiết kế khống chế $i_{tt} = i_{max} - i_p$.
  • Ứng dụng phần mềm chuyên ngành: Số hóa bình đồ tỷ lệ 1:10.000 với độ chênh cao đường đồng mức $\Delta H = 5\text{ m}$ và thực hiện vạch tuyến trên phần mềm thiết kế đường Nova.
  • Phương pháp giải tích và tra toán đồ: Sử dụng giải tích động lực học xe chạy để kiểm tra độ dốc, tầm nhìn, chiều dài đoạn nối siêu cao; tính toán thủy văn đỉnh lũ theo mô hình module dòng chảy cực đại; sử dụng phương pháp giải tích đàn hồi nhiều lớp kết hợp chuyển đổi hệ tương đương hai lớp theo toán đồ để tính toán cường độ áo đường mềm theo độ võng đàn hồi và ứng suất cắt trượt.

Nguồn dữ liệu sử dụng

  • Số liệu khảo sát địa hình: Bình đồ tỷ lệ 1:10.000 có chênh cao đường đồng mức 5 m.
  • Số liệu khảo sát địa chất - thủy văn: Đất nền thuộc nhóm đất đỏ Bazan và á sét loại 1 (trạng thái khô ráo), mô đun đàn hồi nền đất $E_0 = 42\text{ MPa}$; mực nước ngầm sâu $-3,7\text{ m}$; vùng thủy văn XV (Nam Tây Nguyên).
  • Số liệu điều tra thành phần dòng xe tại thời điểm bắt đầu khai thác.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Lập báo cáo đầu tư xây dựng tuyến đường

Chương 1: Giới thiệu chung và điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội

Chương này phân tích tổng quan các điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và kỹ thuật ảnh hưởng trực tiếp đến công trình:

  • Chủ đầu tư và nguồn vốn: Chủ đầu tư là UBND tỉnh Đắk Lắk ủy quyền cho Sở Giao thông Công chính tỉnh Đắk Lắk làm đại diện chủ đầu tư; tuyển chọn nhà thầu qua hình thức đấu thầu hạn chế. Nguồn vốn xây dựng từ ngân sách Nhà nước kết hợp vốn ODA; kinh phí duy tu hàng năm sau khi đưa vào vận hành dự kiến cấp bằng 5% kinh phí xây dựng.
  • Đặc điểm địa hình: Tuyến đi qua vùng đồi núi thấp, cao độ 500–800 m. Địa hình đồi bát úp chiếm 70% diện tích (cao trình 600–700 m), sườn dốc trung bình 19,6%; thung lũng hẹp dốc chữ V chiếm 8%. Địa hình chia cắt tương đối phức tạp.
  • Khí hậu - Thủy văn: Vùng chịu ảnh hưởng khí hậu Tây Trường Sơn với 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 (gió mùa Tây Nam), mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau (gió Đông Bắc). Lượng mưa trung bình năm đạt 1.800 mm, độ ẩm không khí trung bình 82%. Nền địa chất tương đối ổn định, ít phong hóa nứt nẻ, thoát nước nhanh.
  • Cung ứng vật liệu: Bán kính vận chuyển nguyên vật liệu ngắn ($< 5\text{ km}$); có mỏ cấp phối đá dăm trữ lượng dồi dào, các mỏ đất đồi đắp nền đạt yêu cầu kỹ thuật nằm cách tuyến từ 500 m đến 1.000 m.

Chương 2: Xác định cấp hạng đường và các chỉ tiêu kỹ thuật của đường

Tác giả tính toán dự báo lưu lượng giao thông quy đổi và xác lập hệ thống chỉ tiêu hình học:

  • Dự báo giao thông: Dòng xe ban đầu gồm 7 loại phương tiện: xe con (36%), xe bus nhỏ (20%), xe tải nhẹ (20%), xe tải trung (14%), xe tải nặng loại 1 (5%), xe tải nặng loại 2 (3%), xe tải nặng loại 3 (2%). Với hệ số tăng xe $q = 6%$, sau 15 năm khai thác, lưu lượng xe quy đổi ngày đêm đạt: $$N_{qđ(15)} = 3.140,27\text{ xe con quy đổi/ngày đêm}$$
  • Cấp hạng đường: Căn cứ mục 3.2 TCVN 4054:2005, với $N_{qđ} > 3.000\text{ xcqđ/ngđ}$ ở vùng núi, tuyến được xác định là Đường cấp III miền núi, tốc độ thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$.
  • Chỉ tiêu kỹ thuật tính toán và lựa chọn:
    • Quy mô mặt cắt ngang: Bề rộng nền đường $B_n = 9,0\text{ m}$; bề rộng mặt đường $B_m = 6,0\text{ m}$ (gồm 2 làn xe cơ giới, mỗi làn rộng 3,0 m); lề đường $2 \times 1,5\text{ m} = 3,0\text{ m}$ (phần lề gia cố rộng 1,0 m dốc 2%, lề đất rộng 0,5 m dốc 6%). Dốc ngang mặt đường $i_n = 2%$.
    • Tầm nhìn xe chạy: Tầm nhìn dừng xe $S_1 = 75\text{ m}$ (tính toán giải tích: xe con 60,67 m, xe tải 66,35 m); tầm nhìn hai chiều $S_2 = 150\text{ m}$ (tính toán giải tích: 123 m); tầm nhìn vượt xe $S_4 = 350\text{ m}$ (tính toán giải tích: 263,19 m).
    • Độ dốc dọc: Khống chế $i_{max} \le 7%$; trong thiết kế thực tế khống chế $i_d \le 5%$, chiều dài đoạn đổi dốc tối thiểu 150 m và tối đa 500 m.
    • Đường cong nằm: Bán kính đường cong nằm tối thiểu có siêu cao $R_{min} = 125\text{ m}$ (tính toán lý thuyết $128,84\text{ m}$ với độ dốc siêu cao lớn nhất $i_{sc} = 7%$); bán kính không bố trí siêu cao $R_{0sc} = 1.500\text{ m}$ (tính toán $283,46\text{ m}$). Chiều dài đoạn nối siêu cao và đường cong chuyển tiếp $L_{ct} = 24 - 84\text{ m}$ tùy bán kính $R$. Bán kính bảo đảm tầm nhìn ban đêm $R_{min} = 1.125\text{ m}$.
    • Đường cong đứng: Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu $R_{lồi} = 2.500\text{ m}$ (tính toán $2.343,75\text{ m}$); bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu $R_{lõm} = 1.000\text{ m}$ (tính toán $559,45\text{ m}$).
Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị tính Giá trị tính toán Tiêu chuẩn TCVN 4054:2005 Giá trị chọn thiết kế
Cấp hạng đường - - Cấp III Cấp III miền núi
Tốc độ thiết kế ($V_{tk}$) km/h - 60 60
Bề rộng 1 làn xe m 3,83 3,0 3,0
Bề rộng mặt đường m 7,66 6,0 6,0
Bề rộng nền đường m 9,00 9,0 9,0
Số làn xe cơ giới làn 0,553 2 2
Bán kính đường cong nằm tối thiểu ($R_{min}$) m 128,84 125 125
Bán kính đường cong nằm không siêu cao m 283,46 1.500 1.500
Tầm nhìn dừng xe một chiều ($S_1$) m 66,40 75 75
Tầm nhìn hai chiều ($S_2$) m 123,00 150 150
Tầm nhìn vượt xe ($S_4$) m 263,19 350 350
Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu m 2.343,75 2.500 2.500
Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu m 559,45 1.000 1.000
Độ dốc dọc lớn nhất ($i_{max}$) % - 7,0 7,0 (khống chế $\le 5,0$)
Độ dốc ngang mặt đường % - 2,0 2,0
Độ dốc ngang lề đất % - 6,0 6,0

Chương 3: Nội dung thiết kế tuyến trên bình đồ

Tác giả vạch 2 phương án tuyến trên bình đồ tỷ lệ 1:10.000 dựa trên nguyên tắc đi tuyến miền núi:

  • Phương án I: Hướng tuyến đi men dọc theo thung lũng suối, địa chất ổn định, tận dụng địa hình tương đối bằng phẳng. Tổng chiều dài tuyến $L_I = 5.608,53\text{ m}$; bố trí 8 đường cong nằm (không có đường cong nào sử dụng $R_{min}$); trên tuyến có 3 vị trí công trình cống thoát nước ngang.
  • Phương án II: Tuyến đi bám theo sườn núi, chạy song song với đường phân thủy, không đi ven sông suối. Tổng chiều dài tuyến $L_{II} = 6.332,05\text{ m}$; bố trí 7 đường cong nằm (không có $R_{min}$); số lượng công trình cống là 8 cống.

Bảng tổng hợp so sánh sơ bộ hai phương án tuyến:

Chỉ tiêu so sánh Đơn vị Phương án I Phương án II
Chiều dài tuyến m 5.608,53 6.332,05
Số lượng đường cong nằm đường cong 8 7
Số đường cong có bán kính $R_{min}$ đường cong 0 0
Số lượng công trình cống thoát nước vị trí 3 8

Kết quả so sánh sơ bộ cho thấy Phương án I ưu việt hơn hẳn về chiều dài xây dựng (ngắn hơn 723,52 m) và số lượng công trình thoát nước ngang ít hơn, giúp tiết kiệm chi phí xây lắp và quản lý khai thác.

Chương 4: Tính toán thủy văn và xác định khẩu độ cống

  • Tuyến nằm trong vùng thủy văn XV (các lưu vực sông Nam Tây Nguyên).
  • Tần suất lũ thiết kế công trình cống đường cấp III lấy $P = 4%$ theo TCVN 4054:2005. Lượng mưa ngày thiết kế tương ứng $H_{4%} = 353\text{ mm}$.
  • Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế $Q_{4%}$ theo quy trình 22 TCN 220-95 dựa trên công thức dòng chảy cực đại: $$Q_{P%} = A_P \cdot \alpha \cdot \delta \cdot \delta_{ls} \cdot F$$
  • Toàn bộ công trình thoát nước ngang được lựa chọn là loại cống tròn bê tông cốt thép (BTCT) chảy không áp có cửa cống thông thường.
  • Tính toán cao độ khống chế nền đường tại vị trí cống dựa trên 3 điều kiện:
    1. Khống chế nước dâng: $H_1 = H_d + 0,5\text{ m}$.
    2. Khống chế chịu lực: $H_2 = \text{Cao độ đỉnh cống} + 0,5\text{ m}$.
    3. Khống chế thiết kế kết cấu áo đường: $H_3 = H_đ + (0,3 - 0,5\text{ m}) + h_{mđ}$. Cao độ khống chế nền đường là giá trị lớn nhất: $H_n = \max(H_1, H_2, H_3)$.
  • Xác lập khẩu độ và vị trí cống cụ thể:
    • Phương án 1: Cống C1 tại Km0+500 ($Q_{4%} = 2,63\text{ m}^3/\text{s}$, chế độ chảy có áp/bán áp, đường kính D); Cống C3 tại Km3+100 ($Q_{4%} = 1,11\text{ m}^3/\text{s}$, không áp).
    • Phương án 2: 8 vị trí cống (C1 tại Km0+850 với $Q_{4%} = 1,42\text{ m}^3/\text{s}$; C2 tại Km1+100 với $Q_{4%} = 1,68\text{ m}^3/\text{s}$; các cống tiếp theo có lưu lượng từ $1,15$ đến $2,88\text{ m}^3/\text{s}$).

Chương 5: Thiết kế trắc dọc, trắc ngang và tính khối lượng đào đắp

  • Thiết kế trắc dọc (đường đỏ): Thiết kế bám sát cao độ tự nhiên nhằm cân đối khối lượng đào đắp kinh tế, bảo đảm cao độ khống chế tại các cống và đoạn đầu/cuối tuyến. Bố trí đường cong đứng tại các điểm đổi dốc có đại số góc chuyển dốc $|\Delta i| \ge 1%$.
  • Thiết kế trắc ngang:
    • Bề rộng mặt đường $B = 6,0\text{ m}$, dốc ngang 2,0%; bề rộng lề đường mỗi bên 1,5 m (lề gia cố 1,0 m dốc 2%, lề đất 0,5 m dốc 6%).
    • Mái dốc ta luy nền đắp thiết kế $1:1,5$; mái dốc ta luy nền đào thiết kế $1:1$.
    • Rãnh biên thiết kế dạng hình thang định hình, chiều sâu rãnh $h_r = 0,4\text{ m}$, bề rộng đáy rãnh $b_r = 0,4\text{ m}$.
  • Khối lượng đào đắp: Tính toán chia nhỏ theo từng cọc trắc ngang lăng trụ: $$F_{đào}^{tb} = \frac{F_i^{đào} + F_{i+1}^{đào}}{2}; \quad V_{đào} = F_{đào}^{tb} \cdot L_{i-(i+1)}$$

Chương 6: Thiết kế kết cấu áo đường

Thiết kế kết cấu áo đường mềm cấp cao A1 theo tiêu chuẩn 22 TCN 211-06 với thời hạn khai thác 15 năm:

  • Thông số đầu vào:
    • Đất nền á sét nhóm 1 (trạng thái khô ráo): $E_0 = 42\text{ MPa}$.
    • Trục xe tiêu chuẩn: Trục đơn $P = 100\text{ kN}$ (áp lực bánh xe $p = 0,6\text{ MPa}$, đường kính vệt bánh $D = 33\text{ cm}$).
    • Lưu lượng xe tích lũy sau 15 năm trên 1 làn xe: xác định được mô đun đàn hồi yêu cầu $E_{yc} = 154,2 - 169,62\text{ MPa}$ (tính với hệ số độ tin cậy $K_{cđdv} = 1,1$ ứng với độ tin cậy thiết kế $0,90$).
  • Đề xuất 2 phương án kết cấu áo đường:
    • Phương án I: Lớp 1: Bê tông nhựa chặt hạt mịn dày 4 cm ($E_1 = 420\text{ MPa}$); Lớp 2: Bê tông nhựa chặt hạt thô dày 7 cm ($E_2 = 350\text{ MPa}$); Lớp 3: Cấp phối đá dăm loại I ($E_3 = 300\text{ MPa}$); Lớp 4: Cấp phối đá dăm loại II / sỏi cuội ($E_4 = 250\text{ MPa}$ hoặc $200\text{ MPa}$).
    • Phương án II: Lớp 1: Bê tông nhựa chặt hạt mịn dày 4 cm ($E_1 = 420\text{ MPa}$); Lớp 2: Bê tông nhựa chặt hạt thô dày 6 cm ($E_2 = 350\text{ MPa}$); Lớp 3: Cấp phối đá dăm loại I ($E_3 = 300\text{ MPa}$); Lớp 4: Cấp phối đá dăm loại II ($E_4 = 250\text{ MPa}$).
  • So sánh kinh tế các giải pháp chiều dày lớp móng: Căn cứ đơn giá vật liệu (CPĐD loại I: 145.000 đ/m³, CPĐD loại II: 135.000 đ/m³, Cấp phối sỏi cuội: 120.000 đ/m³):
Phương án Giải pháp Chiều dày lớp 3 ($h_3$) Chiều dày lớp 4 ($h_4$) Tổng giá thành vật liệu móng (đồng/m²)
Phương án I GP 1 14 cm (CPĐD I) 45 cm (Sỏi cuội) 74.300
GP 2 15 cm (CPĐD I) 43 cm (Sỏi cuội) 73.350
GP 3 16 cm (CPĐD I) 40 cm (Sỏi cuội) 71.200
GP 4 17 cm (CPĐD I) 36 cm (CPĐD II/Sỏi) 67.850 (Thấp nhất)
Phương án II GP 1 14 cm (CPĐD I) 56 cm (CPĐD II) 95.900
GP 2 15 cm (CPĐD I) 53 cm (CPĐD II) 93.300
GP 3 16 cm (CPĐD I) 50 cm (CPĐD II) 90.700
GP 4 17 cm (CPĐD I) 46 cm (CPĐD II) 86.750

Tác giả lựa chọn Giải pháp 4 của Phương án I vì có chi phí vật liệu thấp nhất ($67.850\text{ đ/m}^2$).

  • Kiểm tra cường độ kết cấu đã chọn:
    • Kiểm tra độ võng đàn hồi: Mô đun đàn hồi chung tính toán của kết cấu đạt $E_{ch} = 182,58\text{ MPa} > E_{yc} \times K_{cđdv} = 154,2 \times 1,1 = 169,62\text{ MPa}$ (thỏa mãn điều kiện).
    • Kiểm toán ứng suất cắt trượt trong nền đất: $\sigma_{ax} + \sigma_{av} \le \frac{C_{tt}}{K_{tr}^{cđ}}$.

Phần II: Tổ chức thi công công trình tuyến đường

Phần này lập kế hoạch biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công thực địa:

  • Chương 1: Công tác chuẩn bị: Thiết lập lán trại công trường; định vị khôi phục tim cọc, dời cọc mốc ra ngoài phạm vi thi công; lên khuôn đường; phát quang dọn dẹp mặt bằng trong phạm vi cọc giải phóng mặt bằng.
  • Chương 2: Thiết kế thi công cống: Trình tự đào hố móng cống, tính toán năng suất thiết bị nâng lắp ống cống bê tông đúc sẵn, thi công lớp đệm móng và gia cố thượng hạ lưu, tính toán khối lượng đất đắp đầu cống và điều phối xe máy vận chuyển.
  • Chương 3: Thiết kế thi công nền đường: Lập bảng điều phối đất dọc và ngang; phân đoạn thi công; tính toán số ca máy cho từng đoạn: vận chuyển ngang đào bù đắp bằng máy ủi, vận chuyển dọc bằng máy ủi D271A, đào đất bằng máy đào kết hợp ô tô tự đổ Maz-503 vận chuyển đất từ mỏ về nền đắp.
  • Chương 4: Thi công chi tiết mặt đường: Quy trình công nghệ rải và lu lèn móng cấp phối đá dăm; thi công tưới nhựa dính bám/thấm bám; thi công rải và lu lèn lớp bê tông nhựa chặt hạt thô (giai đoạn I) và lớp bê tông nhựa chặt hạt mịn (giai đoạn II); thành lập và biên chế đội thi công mặt đường chuyên trách.

Phần III: Thiết kế kỹ thuật

Phần này hệ thống hóa các bản vẽ kỹ thuật và quy cách cấu tạo:

  • Chương 1 - Chương 3: Chi tiết hóa các yếu tố bình đồ (đoạn chêm, đường cong tròn, bố trí siêu cao và vuốt nối siêu cao), các chỉ tiêu trắc dọc và đường cong đứng theo quy phạm TCVN 4054:2005.
  • Chương 4 - Chương 5: Chi tiết cấu tạo cửa cống, mối nối ống cống, tường đầu, tường cánh, rãnh dẫn dòng thoát nước; chi tiết cấu tạo nền đường đào, nền đường đắp và các lớp vật liệu kết cấu áo đường cấp cao A1.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

Đồ án đã hoàn thiện hồ sơ thiết kế kỹ thuật tuyến đường T15-T16 tại Buôn Đrai với các thông số cụ thể:

  1. Xác lập cấp kỹ thuật chuẩn xác: Tuyến đường được thiết kế đạt tiêu chuẩn Đường cấp III miền núi ($V_{tk} = 60\text{ km/h}$) theo TCVN 4054:2005 với quy mô mặt cắt ngang hoàn chỉnh: nền rộng 9,0 m, mặt đường bê tông nhựa rộng 6,0 m, lề gia cố $2 \times 1,0\text{ m}$, lề đất $2 \times 0,5\text{ m}$.
  2. Lựa chọn hướng tuyến tối ưu: Phương án tuyến I dài 5.608,53 m men theo suối được lựa chọn, giúp rút ngắn 723,52 m so với Phương án II, giảm số lượng cống từ 8 xuống 3 cống, bảo đảm các bán kính cong nằm nằm trong giới hạn an toàn ($R > R_{min}$).
  3. Giải pháp kết cấu áo đường kinh tế: Xác lập tầng kết cấu áo đường mềm 4 lớp tối ưu về chi phí vật liệu:
    • Lớp 1: Bê tông nhựa chặt hạt mịn dày 4 cm ($E = 420\text{ MPa}$).
    • Lớp 2: Bê tông nhựa chặt hạt thô dày 7 cm ($E = 350\text{ MPa}$).
    • Lớp 3: Cấp phối đá dăm loại I dày 17 cm ($E = 300\text{ MPa}$).
    • Lớp 4: Cấp phối đá dăm loại II dày 36 cm ($E = 250\text{ MPa}$).
    • Kết cấu đạt mô đun đàn hồi chung $E_{ch} = 182,58\text{ MPa}$, vượt yêu cầu kiểm toán ($E_{yc} \times K_{cđdv} = 169,62\text{ MPa}$).
  4. Hệ thống hóa quy trình thi công cơ giới: Đề xuất dây chuyền phối hợp máy móc cụ thể (máy ủi D271A, ô tô Maz-503, máy rải và lu chuyên dụng) phù hợp với bán kính vận chuyển vật liệu thực tế dưới 5 km.

Đóng góp thực tiễn của đồ án

  • Cung cấp một phương án thiết kế hoàn chỉnh, có tính khả thi cao phục vụ kết nối giao thông liên buôn và tiếp cận vùng sản xuất nông lâm nghiệp tại huyện Krông Ana.
  • Đề xuất giải pháp giao thông góp phần tháo gỡ khó khăn về sinh kế cho nhân dân Buôn Đrai trong bối cảnh 85% diện tích đất sản xuất nông nghiệp bị thu hồi phục vụ dự án thủy điện Buôn Kuốp II.
  • Tận dụng tối đa nguồn vật liệu địa phương (mỏ đá, mỏ đất đắp cách tuyến 0,5–1 km) giúp tối ưu hóa tổng mức đầu tư xây dựng công trình.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án

  • Tỷ lệ bản đồ địa hình: Nghiên cứu thiết kế tuyến dựa trên bình đồ số hóa tỷ lệ 1:10.000 với khoảng cao đều đường đồng mức 5 m; mức độ chi tiết chưa cao so với yêu cầu khảo sát bước thiết kế bản vẽ thi công (thường yêu cầu 1:1.000 hoặc 1:2.000).
  • Phạm vi khảo sát địa chất: Số liệu mô đun đàn hồi nền đất ($E_0 = 42\text{ MPa}$) và chỉ tiêu địa chất được xác định dựa trên tài liệu khảo sát sơ bộ vùng đất đỏ Bazan/á sét, chưa có chuỗi hố khoan địa chất công trình dày đặc dọc tuyến.
  • Tính toán kinh tế xây dựng: Đồ án mới chỉ so sánh kinh tế cục bộ giữa các lớp vật liệu móng áo đường theo đơn giá định mức cơ bản, chưa lập dự toán tổng mức đầu tư chi tiết và phân tích dòng tiền tài chính (NPV, IRR) trọn đời dự án.

Hướng phát triển tiếp

  • Thực hiện công tác đo đạc khảo sát địa hình chi tiết tỷ lệ lớn (1:1.000) tại hiện trường kết hợp cắm tuyến ngoài thực địa.
  • Khoan khảo sát địa chất công trình, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) và lấy mẫu đất thí nghiệm độ ẩm, dung trọng, sức chịu tải CBR tại từng lý trình cụ thể.
  • Lập mô hình tính toán thoát nước chi tiết cho hệ thống rãnh đỉnh, rãnh biên và công trình xử lý xói lở ta luy tại các đoạn đào sâu/đắp cao trên sườn dốc đồi núi.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo chuyên môn thiết thực trong các lĩnh vực:

  1. Sinh viên ngành Xây dựng Cầu đường và Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông: Nguồn tài liệu mẫu hoàn chỉnh về cấu trúc và phương pháp thực hiện đồ án tốt nghiệp công trình đường bộ miền núi; bao quát từ khâu lập báo cáo đầu tư, vạch tuyến bình đồ trên phần mềm Nova, tính thủy văn cống đến kiểm toán kết cấu áo đường mềm theo 22 TCN 211-06.
  2. Kỹ sư khảo sát, thiết kế đường giao thông nông thôn/miền núi: Cung cấp phương pháp tính toán giải tích chi tiết các yếu tố hình học (tầm nhìn dừng xe, vượt xe, độ dốc dọc, bán kính cong đứng/nằm) và quy trình so sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương án tuyến bám suối và bám sườn đồi.
  3. Cán bộ quản lý dự án giao thông địa phương: Cung cấp tài liệu tham khảo về quy mô kỹ thuật, các điểm khống chế thủy văn và phương án tổ chức thi công cơ giới hóa đối với các dự án đường ô tô cấp III kết nối vùng kinh tế đặc biệt khó khăn tại khu vực Tây Nguyên.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tuyến đường T15-T16 lại được thiết kế theo tiêu chuẩn cấp III miền núi mà không phải cấp đường khác?

Căn cứ vào kết quả điều tra và dự báo giao thông sau 15 năm khai thác, lưu lượng xe quy đổi ngày đêm đạt $N_{qđ(15)} = 3.140,27\text{ xe con quy đổi/ngày đêm}$. Đối chiếu với mục 3.2 của tiêu chuẩn TCVN 4054:2005, tuyến đường qua địa hình vùng đồi núi có lưu lượng thiết kế $> 3.000\text{ xcqđ/ngđ}$ bắt buộc phải chọn cấp kỹ thuật là cấp III miền núi với tốc độ thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$.

2. Hai phương án tuyến trên bình đồ khác nhau như thế nào và vì sao Phương án I được chọn?

Phương án I đi men theo thung lũng suối với chiều dài $5.608,53\text{ m}$, có 8 đường cong nằm và 3 công trình cống. Phương án II đi bám theo sườn núi song song đường phân thủy với chiều dài $6.332,05\text{ m}$, có 7 đường cong nằm và 8 công trình cống. Phương án I được chọn vì chiều dài tuyến ngắn hơn $723,52\text{ m}$ và số lượng cống thoát nước ít hơn đáng kể (3 cống so với 8 cống), giúp giảm khối lượng thi công và chi phí đầu tư.

3. Tần suất lũ và mô hình tính toán thủy văn cống trong đồ án được xác định ra sao?

Công trình cống trên tuyến đường cấp III được tính toán với tần suất lũ thiết kế $P = 4%$ theo TCVN 4054:2005, tương ứng lượng mưa ngày thiết kế $H_{4%} = 353\text{ mm}$ (vùng thủy văn XV - Nam Tây Nguyên). Lưu lượng đỉnh lũ $Q_{4%}$ được tính toán theo tiêu chuẩn 22 TCN 220-95 dựa trên diện tích lưu vực $F$, mô đun dòng chảy đỉnh lũ $A_P$, hệ số dòng chảy lũ $\alpha$ và các đặc trưng địa mạo lòng suối.

4. Kết cấu áo đường mềm được lựa chọn có cấu tạo và chiều dày cụ thể như thế nào?

Kết cấu áo đường mềm được chọn (Giải pháp 4 của Phương án I) gồm 4 tầng lớp vật liệu:

  • Mặt trên: Bê tông nhựa chặt hạt mịn dày 4 cm ($E_1 = 420\text{ MPa}$).
  • Mặt dưới: Bê tông nhựa chặt hạt thô dày 7 cm ($E_2 = 350\text{ MPa}$).
  • Móng trên: Cấp phối đá dăm loại I dày 17 cm ($E_3 = 300\text{ MPa}$).
  • Móng dưới: Cấp phối đá dăm loại II dày 36 cm ($E_4 = 250\text{ MPa}$). Toàn bộ kết cấu đặt trên nền đất á sét có mô đun đàn hồi $E_0 = 42\text{ MPa}$, bảo đảm mô đun đàn hồi chung đạt $E_{ch} = 182,58\text{ MPa} > E_{yc} \times 1,1 = 169,62\text{ MPa}$.

5. Dự án sử dụng chủng loại máy móc chủ đạo nào trong công tác thi công nền đường?

Trong công tác thi công nền đường, đồ án bố trí dây chuyền thi công cơ giới gồm máy ủi để vận chuyển ngang đào bù đắp, máy ủi D271A để vận chuyển dọc, và tổ hợp máy đào kết hợp ô tô tự đổ Maz-503 để vận chuyển đất đắp từ các mỏ đất lân cận (cự ly 500–1.000 m) về nền đắp.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Tiến Dũng (Trường Đại học Dân lập Hải Phòng) đã giải quyết toàn diện bài toán thiết kế kỹ thuật tuyến đường T15-T16 tại Buôn Đrai, huyện Krông Ana, tỉnh Đắk Lắk theo tiêu chuẩn đường cấp III miền núi ($V_{tk} = 60\text{ km/h}$). Công trình đưa ra giải pháp vạch tuyến bám suối dài 5,6 km tối ưu về chiều dài và công trình cống, đồng thời xác lập kết cấu áo đường bê tông nhựa 4 lớp đạt chuẩn cường độ với chi phí vật liệu tiết kiệm nhất. Hồ sơ thiết kế kết hợp chặt chẽ giữa tính toán lý thuyết, tiêu chuẩn quy phạm và giải pháp tổ chức thi công thực địa, mang lại giá trị tham khảo học thuật và thực tiễn cao cho công tác phát triển hạ tầng giao thông miền núi.