Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Xây dựng cầu đường do sinh viên Trần Viết Công (MSSV: 100171, lớp CĐ1001, Bộ môn Xây dựng, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng) thực hiện vào tháng 07/2010 dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Thanh. Đề tài tập trung vào nhiệm vụ: "Lập báo cáo đầu tư và thiết kế kỹ thuật tuyến đường qua 2 điểm T3-T4" (đoạn tuyến nối giữa hai điểm Đ22 và C2).

Bối cảnh thực tiễn của đồ án xuất phát từ yêu cầu phát triển hạ tầng giao thông cơ sở phục vụ công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa và lưu thông hàng hóa ngày càng tăng. Tuyến đường được quy hoạch xây dựng qua địa phận huyện Tỏng lềa, một huyện miền núi nằm ở phía Tây tỉnh Đắk Lắk có tổng diện tích tự nhiên là 843 km². Ranh giới hành chính tiếp giáp của khu vực gồm: phía Bắc giáp huyện Ba Lơn, phía Tây giáp thị xã Brang, phía Nam giáp huyện Tlong và phía Đông giáp huyện Tam Thanh (trong văn bản có liên hệ thực tế tới địa bàn Hoành Bồ). Đây là địa bàn tập trung đông dân cư, có tốc độ đô thị hóa nhanh và nhu cầu giao thương lớn nhưng mạng lưới giao thông hiện trạng chưa đáp ứng được năng lực vận tải.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu trong đồ án được xác định theo văn bản giao nhiệm vụ gồm các phần chính:

  1. Lập báo cáo đầu tư xây dựng tuyến đường nối hai điểm T3 - T4: phân tích điều kiện tự nhiên, khảo sát nhu cầu vận tải và tính toán cấp hạng kỹ thuật tuyến.
  2. Thiết kế tuyến trên bình đồ: vạch các phương án tuyến trên nền bản đồ địa hình tỉ lệ 1:10.000, cắm cong và so sánh lựa chọn phương án tối ưu.
  3. Tính toán thủy văn và thiết kế công trình thoát nước: xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế, định khẩu độ cống tròn bê tông cốt thép và cầu bản.
  4. Thiết kế trắc dọc và trắc ngang: thiết kế đường đỏ, bố trí đường cong đứng, tính toán khối lượng đào đắp nền đường.
  5. Thiết kế kết cấu áo đường: tính toán kết cấu áo đường mềm cấp cao A1 theo tải trọng trục tiêu chuẩn 100 kN cho thời hạn khai thác 15 năm.
  6. Lập phương án tổ chức thi công: thiết kế biện pháp thi công cống, nền đường và mặt đường bê tông nhựa.

Đối tượng nghiên cứu là công trình đường ô tô cấp III miền núi. Phạm vi không gian là hành lang tuyến nối hai điểm Đ22 - C2 qua huyện Tỏng lềa, tỉnh Đắk Lắk với chiều dài tuyến xấp xỉ 6,8 km. Phạm vi thời gian nghiên cứu bao gồm tiến độ đầu tư xây dựng tập trung trong 6 tháng (từ tháng 09/2010 đến tháng 03/2011) và chu kỳ khai thác - bảo dưỡng tính toán trong 15 năm (ngân sách dự kiến cấp 5% kinh phí xây dựng hàng năm cho công tác duy tu).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và hệ thống văn bản quy chuẩn kỹ thuật được tác giả áp dụng đồng bộ trong đồ án gồm:

  • Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô: TCVN 4054-05.
  • Quy trình thiết kế áo đường mềm: 22 TCN 211-06.
  • Quy trình khảo sát thủy văn cầu cống: 22 TCN 220-95 của Bộ Giao thông Vận tải.
  • Quy trình khảo sát xây dựng: 22 TCN 27-84.
  • Điều lệ báo hiệu đường bộ: 22 TCN 237-01.
  • Cơ sở pháp lý địa phương: Quy hoạch tổng thể mạng lưới giao thông tỉnh Đắk Lắk và Quyết định đầu tư số 3769/QĐ-UBND của Ủy ban nhân dân tỉnh Đắk Lắk.
  • Giáo trình và tài liệu tính toán chuyên ngành: "Thiết kế đường ô tô - Công trình vượt sông (Tập 3)" của GS. TS. Nguyễn Xuân Trục (NXB Giáo dục, 1998) và Sổ tay thiết kế đường ô tô.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được thực hiện qua các quy trình tính toán kỹ thuật chuyên ngành công trình giao thông:

  • Phương pháp vạch tuyến trên bình đồ số hóa: Số hóa bản đồ địa hình tỉ lệ 1:10.000 có chênh cao đường đồng mức $\Delta H = 5\text{ m}$, thực hiện vạch tuyến trên phần mềm thiết kế chuyên dụng Nova3 theo phương pháp đường dốc chủ đạo và bước compa dốc $\lambda$.
  • Phương pháp giải tích động học và động lực học dòng xe: Tính toán các cự ly tầm nhìn (dừng xe, hai chiều, vượt xe) theo thời gian phản xạ và quãng đường phanh hãm; tính toán độ dốc dọc cực đại $i_{max}$ dựa trên hai điều kiện giới hạn: điều kiện sức kéo ($D \ge f + i$) và điều kiện bám ($D' \le \varphi \cdot \frac{G_k}{G} - \frac{P_w}{G}$).
  • Phương pháp thủy văn công trình: Xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế $Q_{2%}$ theo mô hình cường độ mưa cực đại của vùng VII mưa lớn Tây Nguyên với chu kỳ tràn lụt thiết kế ứng với tần suất $P = 2%$.
  • Phương pháp cơ học kết cấu nhiều lớp: Tính toán áo đường mềm theo lý thuyết đàn hồi tương đương, chuyển đổi hệ nhiều tầng lớp vật liệu về hệ hai lớp để kiểm tra mô đun đàn hồi yêu cầu $E_{yc}$ tại bề mặt kết cấu.
  • Phương pháp phân đoạn hình lăng trụ: Tính toán khối lượng đào đắp nền đường từ diện tích mặt cắt ngang trung bình giữa các cọc trắc dọc lân cận ($F_{tb}$) nhân với khoảng cách cọc ($L$).

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng trong đồ án gồm: tài liệu khảo sát địa hình tỉ lệ 1:10.000; số liệu điều tra đếm xe ban đầu tại khu vực đạt 900 xe/ngày-đêm; số liệu khí hậu - thủy văn vùng VII Tây Nguyên (lượng mưa ngày ứng với tần suất 2% là $H_{2%} = 383\text{ mm}$, lượng mưa trung bình năm 1.700 - 2.400 mm); số liệu địa chất nền đường là đất á sét nhóm 1 luôn khô ráo có mô đun đàn hồi $E_0 = 44\text{ MPa}$, lực dính $C = 0$; số liệu mỏ vật liệu địa phương (mỏ cấp phối đá dăm, đồi đất đắp) trong cự ly vận chuyển dưới 5 km.

Nội dung chính theo từng chương

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

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương này thuyết minh tên công trình, chủ thể quản lý và điều kiện khu vực tuyến. 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, lựa chọn nhà thầu qua hình thức đấu thầu hạn chế. Nguồn vốn xây dựng kết hợp giữa ngân sách nhà nước và nguồn vốn hỗ trợ ODA.

Dữ liệu điều tra giao thông ghi nhận lưu lượng năm đầu đưa vào khai thác là 900 xe/ngày-đêm với tỷ lệ tăng trưởng xe $q = 6%/\text{năm}$. Cơ cấu phương tiện ban đầu gồm 7 loại: xe con (47%), xe bus nhỏ (19%), xe tải nhẹ (23%), xe tải trung (2%), xe tải nặng loại 1 (3%), xe tải nặng loại 2 (2%), và xe tải nặng loại 3 (4%).

Đặc điểm tự nhiên khu vực thể hiện rõ tính chất địa hình vùng núi thấp (cao độ 780 - 1.090 m, chiếm 12% diện tích, sườn dốc $> 35^\circ$), địa hình đồi bát úp bằng đá lục nguyên (cao độ 20 - 500 m, chiếm 70% diện tích, sườn dốc $12 - 35^\circ$), địa hình thung lũng hẹp chữ V (8%) và đồng bằng canh tác lúa (10%). Độ dốc sườn núi trung bình dọc tuyến khoảng 19,6%. Mực nước ngầm xuất hiện ở cao độ -3,7 m. Mỏ vật liệu cấp phối đá dăm và các đồi đất đắp nằm cách công trình từ 500 m đến 1.000 m.

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

Tác giả tiến hành quy đổi lưu lượng các loại xe về xe con tiêu chuẩn theo Mục 3.2 của TCVN 4054-05, tính toán cho năm tương lai thứ 15 đạt trên 3.000 xe quy đổi/ngày-đêm. Tuyến đường được xác định là đường cấp III miền núi, tốc độ thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$.

Chương này trình bày chi tiết các công thức giải tích tính toán và đối chiếu với bảng quy phạm:

  • Tầm nhìn dừng xe một chiều: tính toán cho xe con là 60,67 m; xe tải là 66,35 m; chọn theo tiêu chuẩn là 75 m.
  • Tầm nhìn hai chiều: tính toán cho xe tải đạt 123 m; tiêu chuẩn chọn 150 m.
  • Tầm nhìn vượt xe: tính toán đạt 263,19 m; tiêu chuẩn chọn 350 m.
  • Bán kính đường cong nằm: tính toán bán kính tối thiểu có siêu cao $R_{min} = 123\text{ m}$ (chọn $125\text{ m}$ ứng với siêu cao cực đại $i_{sc} = 7%$, hệ số lực ngang $\mu = 0,16$); bán kính tối thiểu không làm siêu cao $R_{0min} = 283\text{ m}$ (chọn theo tiêu chuẩn là $1.500\text{ m}$); bán kính đường cong nằm tối thiểu đảm bảo tầm nhìn ban đêm $R_{min} = 1.125\text{ m}$.
  • Bán kính đường cong đứng: bán kính cong lồi tối thiểu tính toán 2.343,75 m (chọn $2.500\text{ m}$); bán kính cong lõm tối thiểu tính toán 559,45 m (chọn $1.000\text{ m}$).
  • Mặt cắt ngang: tính toán bề rộng một làn xe cho hai xe tải chạy ngược chiều là 3,83 m; bề rộng mặt đường tính toán 7,66 m; tiêu chuẩn lựa chọn mặt đường rộng 6,0 m (gồm 2 làn xe cơ giới $\times 3,0\text{ m}$). Lề đường rộng $2 \times 1,5\text{ m} = 3,0\text{ m}$ (trong đó lề gia cố rộng 1,0 m dốc 2%, lề đất rộng 0,5 m dốc 6%). Bề rộng nền đường tiêu chuẩn là 9,0 m. Độ dốc dọc tối đa cho phép $i_{max} = 7%$, thực tế thiết kế khống chế $i_d \le 5%$. Chiều dài đổi dốc quy định từ 150 m đến 500 m.

Chương 3: Nội dung thiết kế tuyến trên bình đồ

Tác giả triển khai số hóa bản đồ địa hình 1:10.000 đưa vào phần mềm Nova3. Quá trình vạch tuyến áp dụng bước compa dốc $\lambda = \frac{\Delta H}{i_{tt}} \times \mu$. Với độ dốc dọc tính toán $i_{tt} = i_{max} - i_p = 7% - 1% = 6%$ và chênh cao đường đồng mức $\Delta H = 5\text{ m}$, bước compa tính ra là $\lambda = 0,833\text{ cm}$. Đồ án đưa ra hai phương án vạch tuyến để phân tích:

  • Phương án I: Vượt đèo ở cao độ +675 m, đi dốc liên tục, sử dụng bán kính đường cong nằm lớn. Chiều dài tuyến là 6.797,98 m; bố trí 6 đường cong nằm; 5 công trình cống; 1 công trình cầu.
  • Phương án II: Đi bám sát khu dân cư Hoành Bồ, đoạn đầu nằm trên sườn đỉnh núi cao độ +306,97 m, vượt đèo ở cao độ +670 m rồi hạ dốc men theo sườn núi. Chiều dài tuyến là 6.850 m; bố trí 7 đường cong nằm; 8 công trình cống; 2 công trình cầu; khối lượng đất đào ghi nhận là 77.150,94 m³.

Công tác cắm cọc tim đường trên bình đồ được phân bố chi tiết từ điểm đầu Đ22 đến điểm cuối C2, bao gồm hệ thống cọc lý trình (H, Km), cọc địa hình, cọc cống và các cọc yếu tố đường cong (tiếp đầu TĐ, tiếp cuối TC, phân cự P).

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

Căn cứ tiêu chuẩn TCVN 4054-05 và 22 TCN 220-95, với đường cấp III miền núi ($V_{tk} = 60\text{ km/h}$), tần suất lũ thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ được chọn là $P = 2%$. Khu vực tuyến thuộc vùng khí tượng VII có lượng mưa ngày thiết kế $H_{2%} = 383\text{ mm}$. Tác giả vạch đường phân thủy, tụ thủy trên bình đồ để tính diện tích lưu vực $F$ và tính toán lưu lượng đỉnh lũ $Q_{2%}$ cho từng vị trí cống.

Toàn bộ các cống trên tuyến đều được chọn là cống tròn bê tông cốt thép chảy không áp có cửa cống hình thức thông thường:

  • Phương án 1 (5 cống và 1 cầu): C1 tại Km0+250 ($Q_{2%} = 0,67\text{ m}^3/\text{s}$, cao độ tự nhiên 493,77 m); C2 tại Km2+100 ($Q_{2%} = 0,78\text{ m}^3/\text{s}$); C3 tại Km2+450 ($Q_{2%} = 0,12\text{ m}^3/\text{s}$); C4 ($Q_{2%} = 0,71\text{ m}^3/\text{s}$); C5 tại Km5+250 ($Q_{2%} = 0,65\text{ m}^3/\text{s}$); 1 cầu bản nhịp 12 m bố trí từ Km3+444 đến Km3+456.
  • Phương án 2 (8 cống): C1 tại Km0+250 ($Q_{2%} = 0,67\text{ m}^3/\text{s}$, cao độ tự nhiên 481,95 m); C2 tại Km1+700 ($Q_{2%} = 0,78\text{ m}^3/\text{s}$); C3 tại Km2+750 ($Q_{2%} = 0,43\text{ m}^3/\text{s}$); C4 ($Q_{2%} = 1,55\text{ m}^3/\text{s}$); C5 tại Km3+350 ($Q_{2%} = 1,00\text{ m}^3/\text{s}$); C6 tại Km4+500 ($Q_{2%} = 0,65\text{ m}^3/\text{s}$); C7 tại Km5+950 ($Q_{2%} = 0,78\text{ m}^3/\text{s}$); C8 tại Km6+550 ($Q_{2%} = 0,92\text{ m}^3/\text{s}$).

Cao độ nền đường thiết kế được kiểm tra khống chế theo điều kiện nước dâng và chiều dày kết cấu: $H_n = \max(H_1, H_2, H_3)$, trong đó $H_1$ khống chế theo mực nước dềnh, $H_2$ khống chế chịu lực trên đỉnh cống ($H_2 = \text{Cao độ đỉnh cống} + 0,5\text{ m}$), $H_3$ khống chế theo cấu tạo chiều dày áo đường.

Chương 5: Thiết kế trắc dọc & trắc ngang

Đường đỏ trên trắc dọc được vạch bám sát địa hình tự nhiên, kết hợp hài hòa với bình đồ và thỏa mãn các cao độ khống chế (điểm đầu Đ22, điểm cuối C2, cao độ vượt cống, cầu). Quy định bố trí đường cong đứng tại các điểm đổi dốc có đại số hiệu độ dốc $|\Delta i| \ge 1%$. Bán kính cong đứng sử dụng theo quy chuẩn: cong lồi tối thiểu $R_{lồi} = 2.500\text{ m}$, cong lõm tối thiểu $R_{lõm} = 1.000\text{ m}$.

Mặt cắt ngang điển hình có quy mô:

  • Chiều rộng mặt đường xe chạy: $B = 6,0\text{ m}$, dốc ngang mặt đường $2%$.
  • Chiều rộng lề đường: $2 \times 1,5\text{ m} = 3,0\text{ m}$ (lề đất dốc $6%$).
  • Mái dốc ta luy nền đắp: $1:1,5$.
  • Mái dốc ta luy nền đào: $1:1$.
  • Kích thước rãnh biên hình thang thoát nước: chiều sâu $0,4\text{ m}$, bề rộng đáy rãnh $0,4\text{ m}$.
  • Khối lượng đào đắp được tính toán theo phương pháp hình lăng trụ giữa hai mặt cắt liền kề; riêng Phương án tuyến II ghi nhận khối lượng đào đất là $77.150,94\text{ m}^3$.

Chương 6: Thiết kế kết cấu áo đường

Thiết kế kết cấu áo đường mềm tuân thủ Tiêu chuẩn 22 TCN 211-06 cho mặt đường cấp cao A1 với thời hạn sử dụng 15 năm. Nền đất á sét tự nhiên có mô đun đàn hồi $E_0 = 44\text{ MPa}$. Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn là trục xe đơn $100\text{ kN}$, áp lực bánh xe lên mặt đường $p = 0,6\text{ MPa}$ ($6,0\text{ daN/cm}^2$), đường kính vệt tiếp xúc tương đương $D = 33\text{ cm}$.

Căn cứ lưu lượng trục xe tích lũy trong 15 năm với hệ số tăng trưởng $q = 6%/\text{năm}$, tác giả lựa chọn hệ số độ tin cậy thiết kế $K_{dvdc} = 1,1$ (ứng với độ tin cậy 0,9 cho đường cấp III miền núi). Đồ án đưa ra hai phương án tầng lớp áo đường để tính toán mô đun đàn hồi:

  • Phương án I:
    1. Lớp mặt trên: Bê tông nhựa chặt hạt mịn dày 4 cm ($E_1 = 420\text{ MPa}$).
    2. Lớp mặt dưới: Bê tông nhựa chặt hạt thô dày 7 cm ($E_2 = 350\text{ MPa}$).
    3. Lớp móng trên: Cấp phối đá dăm loại I ($E_3 = 300\text{ MPa}$).
    4. Lớp móng dưới: Cấp phối sỏi cuội ($E_4 = 220\text{ MPa}$).
    5. Đất nền: Đất á sét ($E_0 = 44\text{ MPa}$).
  • Phương án II:
    1. Lớp mặt trên: Bê tông nhựa chặt hạt mịn dày 4 cm ($E_1 = 420\text{ MPa}$).
    2. Lớp mặt dưới: Bê tông nhựa chặt hạt thô dày 6 cm hoặc 7 cm ($E_2 = 350\text{ MPa}$).
    3. Lớp móng trên: Cấp phối đá dăm loại I ($E_3 = 300\text{ MPa}$).
    4. Lớp móng dưới: Cấp phối đá dăm loại II ($E_4 = 250\text{ MPa}$).
    5. Đất nền: Đất á sét ($E_0 = 44\text{ MPa}$).

Phần II: Tổ chức thi công

Nội dung tổ chức thi công được trình bày trong đề cương kỹ thuật gồm 4 chương chuyên trách:

  • Chương 1: Công tác chuẩn bị: Lập mặt bằng lán trại chỉ huy công trường; khôi phục cọc tim, dẫn cọc mốc ra ngoài phạm vi thi công nền đường; công tác lên khuôn đường; phát quang cây cỏ, dọn dẹp mặt bằng thi công trong phạm vi tuyến.
  • Chương 2: Thiết kế thi công công trình: Trình tự đào hố móng cống; tính toán năng suất máy cẩu vận chuyển và hạ đặt ống cống bê tông cốt thép; xác định khối lượng đất đào hố móng và tính số ca máy công tác; thi công lớp đệm móng và sân cống gia cố; kỹ thuật đắp đất đối xứng hai bên mang cống và tính số ca xe vận chuyển vật liệu.
  • Chương 3: Thiết kế thi công nền đường: Lập bảng điều phối đất dọc và ngang; phân đoạn thi công nền đường; tính toán khối lượng và số ca máy cho từng đoạn; tổ chức thi công vận chuyển ngang bằng máy ủi; thi công vận chuyển bù đắp dọc bằng máy ủi D271A; thi công nền đường bằng tổ hợp máy đào kết hợp ô tô tự đổ; thi công vận chuyển đất từ mỏ vật liệu vào nền đắp bằng ô tô Maz-503.
  • Chương 4: Thi công chi tiết mặt đường: Xác định điều kiện thi công và tiến độ thi công tổng thể; phân chia dây chuyền công nghệ thi công mặt đường thành hai giai đoạn (giai đoạn thi công các lớp móng cấp phối và giai đoạn rải bê tông nhựa); quy trình rải, lu lèn lớp bê tông nhựa hạt mịn; biên chế tổ chức đội thi công mặt đường chuyên trách.

Phần III: Thiết kế kỹ thuật

Phần này hoàn thiện hồ sơ thiết kế kỹ thuật chi tiết của công trình theo 5 chương chuyên biệt:

  • Chương 1: Những vấn đề chung: Tổng hợp các căn cứ pháp lý, quy chuẩn xây dựng, nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật và điều kiện tự nhiên đoạn tuyến Đ22 - C2.
  • Chương 2: Thiết kế tuyến trên bình đồ: Chi tiết hóa nguyên tắc thiết kế bình đồ; tính toán tọa độ và cắm đường cong tròn; cấu tạo và cắm đường cong chuyển tiếp dạng clothoid; tính toán chiều dài đoạn nối vuèt siêu cao và độ mở rộng phần xe chạy $E$ trong đường cong nằm.
  • Chương 3: Thiết kế trắc dọc: Thiết kế chi tiết đường đỏ, xác định cao độ thiết kế tại từng vị trí cọc; tính toán các yếu tố hình học đường cong đứng lồi và đường cong đứng lõm.
  • Chương 4: Thiết kế công trình thoát nước: Hoàn thiện hồ sơ thiết kế cấu tạo chi tiết cống tròn bê tông cốt thép, cửa thu, cửa xả, mối nối ống cống và công trình cầu bản 12 m tại lý trình Km3+444.
  • Chương 5: Thiết kế nền, mặt đường: Lập hồ sơ chi tiết các mặt cắt ngang chuẩn, cấu tạo các tầng lớp áo đường mềm cấp cao A1, chi tiết đắp ta luy và hệ thống gia cố rãnh biên thoát nước dọc.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật tuyến đường ô tô cấp III miền núi nối hai điểm T3 - T4 qua huyện Tỏng lềa với các kết quả cụ thể:

Hạng mục kỹ thuật Giá trị tính toán lý thuyết Giá trị quy chuẩn (TCVN 4054-05) Giá trị lựa chọn thiết kế
Cấp hạng kỹ thuật - Cấp III miền núi Cấp III miền núi
Vận tốc thiết kế ($V_{tk}$) - $60\text{ km/h}$ $60\text{ km/h}$
Bề rộng một làn xe cơ giới $3,83\text{ m}$ $3,0\text{ m}$ $3,0\text{ m}$
Bề rộng phần xe chạy ($B$) $7,66\text{ m}$ $6,0\text{ m}$ (2 làn xe) $6,0\text{ m}$
Bề rộng lề đường ($B_{lề}$) - $2 \times 1,5\text{ m}$ $3,0\text{ m}$ (lề gia cố $1\text{ m}$)
Bề rộng nền đường ($B_n$) - $9,0\text{ m}$ $9,0\text{ m}$
Bán kính cong nằm tối thiểu ($R_{min}$) $128,84\text{ m}$ (hoặc $123\text{ m}$) $125\text{ m}$ $125\text{ m}$
Bán kính không làm siêu cao ($R_{0min}$) $283,46\text{ m}$ $1.500\text{ m}$ $1.500\text{ m}$
Tầm nhìn dừng xe 1 chiều $66,4\text{ m}$ $75\text{ m}$ $75\text{ m}$
Tầm nhìn 2 chiều $123\text{ m}$ $150\text{ m}$ $150\text{ m}$
Tầm nhìn vượt xe $263,19\text{ m}$ $350\text{ m}$ $350\text{ m}$
Bán kính cong đứng lõm tối thiểu $559,45\text{ m}$ $1.000\text{ m}$ $1.000\text{ m}$
Bán kính cong đứng lồi tối thiểu $2.343,75\text{ m}$ $2.500\text{ m}$ $2.500\text{ m}$
Độ dốc dọc tối đa ($i_{max}$) - $70\text{ ‰}$ ($7%$) Khống chế $i_d \le 50\text{ ‰}$ ($5%$)
Độ dốc ngang mặt đường - $20\text{ ‰}$ ($2%$) $20\text{ ‰}$ ($2%$)
Độ dốc ngang lề đất - $60\text{ ‰}$ ($6%$) $60\text{ ‰}$ ($6%$)

Về so sánh và lựa chọn phương án tuyến:

Chỉ tiêu so sánh Phương án I Phương án II
Chiều dài tuyến ($L$) $6.797,98\text{ m}$ $6.850\text{ m}$
Số lượng đường cong nằm 6 đường cong 7 đường cong
Số đường cong có bán kính $R_{min}$ 0 0
Số lượng công trình cống 5 cống tròn BTCT 8 cống tròn BTCT
Số lượng công trình cầu 1 cầu bản ($12\text{ m}$) 2 cầu
Cao độ vượt đèo khống chế $+675\text{ m}$ $+670\text{ m}$
Khối lượng đào đất ghi nhận Trình bày tại phụ lục $77.150,94\text{ m}^3$

Các giải pháp kỹ thuật do tác giả đề xuất:

  • Giải pháp hình học tuyến: Giảm độ dốc dọc thiết kế xuống mức $i_d \le 5%$ (thay vì dùng mức tối đa $7%$ của quy phạm) nhằm tạo thuận lợi cho khả năng vận hành của đoàn xe nặng, đồng thời đảm bảo chiều dài đổi dốc từ 150 m đến 500 m.
  • Giải pháp áo đường: Thiết kế kết cấu tầng mặt bê tông nhựa chặt hai lớp (4 cm hạt mịn bên trên và 6 - 7 cm hạt thô bên dưới) kết hợp các lớp móng cấp phối đá dăm và cấp phối sỏi cuội để tận dụng nguồn mỏ vật liệu tại chỗ có cự ly vận chuyển ngắn dưới 5 km.
  • Giải pháp tổ chức thi công: Đề xuất dây chuyền cơ giới hóa đồng bộ sử dụng máy ủi chuyên dụng D271A đào đắp đất dọc, tổ hợp máy đào kết hợp ô tô tự đổ Maz-503 vận chuyển đất từ mỏ đắp nền, chia tiến độ mặt đường thành hai giai đoạn để ổn định nền móng trước khi thảm lớp bê tông nhựa mặt trên.

Đóng góp tự nêu của đồ án là việc thiết lập được một quy trình tính toán kỹ thuật hoàn chỉnh cho một cung đường miền núi có địa hình chia cắt phức tạp: từ bước quy hoạch, vạch tuyến bằng công cụ số hóa Nova3, tính toán thủy văn theo mô hình dòng chảy lũ vùng VII, đến lập hồ sơ thiết kế chi tiết và thiết kế biện pháp tổ chức thi công cơ giới cho toàn bộ công trình.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án được tác giả trình bày trong phần lời cảm ơn và thuyết minh:

  • Do điều kiện thực tế và hạn chế về thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, công tác khảo sát địa hình và địa chất công trình chủ yếu dựa trên bình đồ số hóa 1:10.000 và các tài liệu khảo sát vùng có sẵn mà chưa tiến hành khoan thăm dò địa chất chi tiết tại từng vị trí xây dựng cống và mố cầu bản.
  • Hồ sơ tính toán khối lượng đào đắp chi tiết từng cọc của Phương án tuyến I và các bảng số liệu chi tiết của một số cống chưa được tích hợp hoàn toàn trong văn bản chính mà phải chuyển sang phần phụ lục.
  • Việc so sánh lựa chọn phương án tuyến mới dừng ở các chỉ tiêu kỹ thuật - hình học và khối lượng sơ bộ, chưa phân tích tổng mức đầu tư kinh tế và chi phí khai thác chi tiết của từng phương án.

Hướng nghiên cứu và hoàn thiện tiếp theo gồm:

  • Tiến hành khảo sát địa chất công trình chi tiết bằng phương pháp khoan lấy mẫu tại các vị trí dự kiến xây dựng cầu bản Km3+444 và các cống có lưu lượng lớn để chuẩn hóa kết cấu móng.
  • Khảo sát trữ lượng và tính chất cơ lý chi tiết của các mỏ cấp phối đá dăm và mỏ đất đắp địa phương dọc tuyến trong cự ly 500 m đến 1.000 m.
  • Ứng dụng các thuật toán tối ưu hóa điều phối đất đào đắp để giảm cự ly vận chuyển trung bình của máy ủi và ô tô tự đổ Maz-503.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo chuyên ngành thiết thực cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Xây dựng cầu đường, Kỹ thuật công trình giao thông đang thực hiện đồ án môn học Thiết kế đường ô tô, đồ án tốt nghiệp kỹ sư cầu đường.
  • Kỹ sư thiết kế công trình giao thông đang tìm kiếm tài liệu đối chiếu thực tế về quy trình tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật đường cấp III miền núi theo TCVN 4054-05.

Các nội dung và bảng tính mẫu có giá trị tham khảo cao nhất trong đồ án bao gồm:

  • Bảng tổng hợp tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật lý thuyết (tầm nhìn dừng xe, tầm nhìn hai chiều, tầm nhìn vượt xe, bán kính đường cong nằm, bán kính đường cong đứng) so sánh trực tiếp với tiêu chuẩn TCVN 4054-05 (Bảng 2.8).
  • Phương pháp khoanh lưu vực và các công thức tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế $Q_{2%}$ cho hệ thống cống tròn thoát nước vừa và nhỏ theo 22 TCN 220-95 và giáo trình Thủy văn công trình vượt sông.
  • Quy trình tính đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp tương đương để xác định mô đun đàn hồi yêu cầu $E_{yc}$ của kết cấu áo đường mềm theo 22 TCN 211-06.

Câu hỏi thường gặp

Tuyến đường T3 - T4 được thiết kế theo cấp hạng kỹ thuật nào và tốc độ tính toán là bao nhiêu?

Tuyến đường được thiết kế theo tiêu chuẩn cấp III miền núi với tốc độ thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$. Cấp hạng này được xác định căn cứ vào ý nghĩa kết nối hai vùng kinh tế trọng điểm của tỉnh Đắk Lắk và lưu lượng xe quy đổi tính toán cho năm tương lai thứ 15 đạt trên 3.000 xe quy đổi/ngày-đêm theo quy định tại Mục 3.2 của TCVN 4054-05.

Lưu lượng xe ban đầu và thành phần dòng xe được tác giả khảo sát gồm những số liệu nào?

Theo số liệu điều tra trong đồ án, lưu lượng xe năm đầu tiên đưa vào khai thác là 900 xe/ngày-đêm, tỷ lệ tăng trưởng dự báo đạt $6%/\text{năm}$. Cơ cấu dòng xe gồm 7 nhóm phương tiện: xe con chiếm 47%, xe bus nhỏ chiếm 19%, xe tải nhẹ chiếm 23%, xe tải trung chiếm 2%, xe tải nặng loại 1 chiếm 3%, xe tải nặng loại 2 chiếm 2% và xe tải nặng loại 3 chiếm 4%.

Điểm khác nhau cơ bản giữa hai phương án vạch tuyến trên bình đồ là gì?

Phương án I có chiều dài 6.797,98 m, vượt đèo tại cao độ +675 m, đi dốc liên tục với các đường cong nằm bán kính lớn, gồm 6 đường cong nằm, 5 cống tròn và 1 cầu bản nhịp 12 m. Phương án II có chiều dài 6.850 m, đi bám sát khu dân cư Hoành Bồ, vượt đèo ở cao độ +670 m, gồm 7 đường cong nằm, 8 cống tròn, 2 công trình cầu và có khối lượng đào đất là 77.150,94 m³.

Tần suất lũ thiết kế và lượng mưa tính toán cho các công trình cống được xác định như thế nào?

Căn cứ TCVN 4054-05 ứng với đường cấp III miền núi, tần suất lũ thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ được chọn là $P = 2%$. Do tuyến đi qua khu vực huyện Tỏng lềa thuộc vùng khí hậu VII, lượng mưa ngày cực đại tương ứng với tần suất thiết kế $P = 2%$ được tra cứu là $H_{2%} = 383\text{ mm}$ theo Tiêu chuẩn 22 TCN 220-95 và tài liệu thiết kế công trình vượt sông.

Kết cấu áo đường mềm Phương án I được cấu tạo bởi những tầng lớp vật liệu nào?

Phương án I gồm 4 tầng lớp vật liệu đặt trên nền đất á sét ($E_0 = 44\text{ MPa}$):

  1. Lớp mặt trên: Bê tông nhựa chặt hạt mịn dày 4 cm có mô đun đàn hồi $E_1 = 420\text{ MPa}$.
  2. Lớp mặt dưới: Bê tông nhựa chặt hạt thô dày 7 cm có mô đun đàn hồi $E_2 = 350\text{ MPa}$.
  3. Lớp móng trên: Cấp phối đá dăm loại I có mô đun đàn hồi $E_3 = 300\text{ MPa}$.
  4. Lớp móng dưới: Cấp phối sỏi cuội có mô đun đàn hồi $E_4 = 220\text{ MPa}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trần Viết Công đã giải quyết hoàn chỉnh các nội dung kỹ thuật cốt lõi trong thiết kế công trình đường ô tô cấp III miền núi nối hai điểm T3 - T4 tại tỉnh Đắk Lắk. Tác giả đã kết hợp chặt chẽ giữa việc tính toán giải tích lý thuyết và áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành (TCVN 4054-05, 22 TCN 211-06, 22 TCN 220-95) trên nền tảng hỗ trợ của phần mềm Nova3. Các giải pháp kỹ thuật về tuyến, công trình thoát nước, kết cấu áo đường mềm hai lớp bê tông nhựa và biện pháp thi công cơ giới hóa mang tính thực tế cao, phù hợp với điều kiện địa hình đồi núi và nguồn vật liệu tại chỗ. Hồ sơ đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn đối với sinh viên và kỹ sư ngành Xây dựng cầu đường.