Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tuyến đường qua 2 điểm T2 – T18 thuộc địa phận tỉnh Cao Bằng" được thực hiện bởi sinh viên Phạm Ngọc Hưng (MSV: 110990, Lớp CĐ1101, Bộ môn Xây dựng, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng) dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Hữu Khải, ThS. Nguyễn Văn Thanh và ThS. Đinh Duy Phúc vào tháng 10 năm 2011.

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Trong giai đoạn đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và phát triển kinh tế thị trường, nhu cầu lưu thông, trao đổi hàng hóa của người dân, cơ quan, xí nghiệp và các tổ chức kinh tế ngày càng gia tăng. Việc phát triển hạ tầng giao thông cơ sở, đặc biệt là mạng lưới đường bộ, giữ vai trò then chốt đối với sự phát triển kinh tế quốc dân, củng cố an ninh quốc phòng và nâng cao năng lực đi lại của nhân dân.

Tại tỉnh Cao Bằng, hiện trạng mạng lưới giao thông trong vùng chưa đáp ứng được nhu cầu vận chuyển ngày càng lớn giữa hai điểm khống chế T2 và T18. Theo số liệu điều tra, lưu lượng xe thiết kế đến năm thứ 15 đạt 1.436 xe/ngày đêm, lượng xe quy đổi tương đương trên 3.000 xe con quy đổi/ngày đêm. Do đó, việc lập dự án đầu tư và thiết kế kỹ thuật xây dựng tuyến đường mới nối hai điểm T2 – T18 là yêu cầu thực tế cấp thiết nhằm hoàn thiện mạng lưới giao thông địa phương, khai thác tiềm năng tài nguyên thiên nhiên, hỗ trợ phát triển nông - lâm nghiệp, công nghiệp chế biến và các ngành dịch vụ trong vùng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đồ án giải quyết 4 nhiệm vụ kỹ thuật tương ứng với 4 phần nội dung chính:

  1. Lập dự án khả thi (báo cáo đầu tư) xây dựng tuyến đường T2 – T18: Đánh giá điều kiện tự nhiên, khảo sát kinh tế - kỹ thuật, tính toán lưu lượng giao thông và xác định cấp kỹ thuật của tuyến đường.
  2. Thiết kế kỹ thuật tuyến đường: Vạch phương án tuyến trên bình đồ, thiết kế trắc dọc, thiết kế trắc ngang, tính toán thủy văn - thủy lực công trình thoát nước và tính toán kết cấu áo đường mềm.
  3. Tổ chức thi công: Đề xuất giải pháp và quy trình thi công các hạng mục công trình nền, mặt đường và công trình thoát nước.
  4. Thiết kế tổ chức giao thông, nút giao cho đường: Bố trí hệ thống báo hiệu, an toàn giao thông và xử lý các điểm giao cắt trên tuyến.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Tuyến đường ô tô chạy qua 2 điểm khống chế T2 và T18 (tài liệu bình đồ số hóa thể hiện đoạn tuyến nối điểm Đ1 – C2 thuộc địa phận huyện Ngân Sơn, khu vực tiếp giáp giữa Bắc Kạn và Cao Bằng).
  • Phạm vi không gian: Khu vực miền núi có địa hình chia cắt mạnh, chênh cao giữa các đường đồng mức $\Delta H = 5\text{ m}$; địa chất nền đường chủ yếu là đất á sét khô ráo (loại 1); mạng lưới thủy văn thuộc vùng lưu vực sông Kỳ Cùng, sông Bằng Giang và thượng nguồn sông Hồng.
  • Phạm vi thời gian: Dự án dự kiến thi công tập trung trong 7 tháng (từ tháng 10/2010 đến tháng 5/2011). Thời hạn tính toán khai thác của công trình là 15 năm, với nguồn vốn bảo dưỡng định kỳ hàng năm do Nhà nước cấp bằng 5% kinh phí xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế kỹ thuật

Khung tiêu chuẩn và quy phạm kỹ thuật

Tác giả triển khai các nội dung tính toán thiết kế dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn ngành hiện hành của Bộ Giao thông Vận tải và Nhà nước:

  • TCVN 4054-05: Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô (phân cấp kỹ thuật, tính toán hình học mặt cắt ngang, bình đồ, trắc dọc và tầm nhìn).
  • 22 TCN 211-06: Quy phạm thiết kế áo đường mềm (xác định mô đun đàn hồi yêu cầu, tính toán cường độ chịu cắt trượt và kéo uốn theo tải trọng trục xe tiêu chuẩn 100 kN).
  • 22 TCN 27-84: Quy trình khảo sát đường ô tô.
  • 22 TCN 220-95: Quy trình tính toán thủy văn công trình cầu cống đường ô tô của Bộ Giao thông Vận tải.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật

  • Phương pháp dự báo lưu lượng và quy đổi dòng xe: Áp dụng hệ số chuyển đổi các loại xe tải (nhẹ, trung, nặng) về xe con tiêu chuẩn theo TCVN 4054-05; tính toán số trục tích lũy quy đổi về trục tiêu chuẩn 100 kN với áp lực bánh xe $p = 0{,}6\text{ MPa}$ ($6{,}0\text{ daN/cm}^2$), vệt bánh xe $D = 33\text{ cm}$.
  • Phương pháp phân tích động lực học xe chạy: Thiết kế trắc dọc dựa trên điều kiện sức kéo chủ động ($D \ge f + i$) và điều kiện sức bám chống trượt bánh xe ($i_{bmax} = D' - f$) với hệ số bám dọc bất lợi $\varphi = 0{,}2$.
  • Phương pháp vạch tuyến trên bình đồ: Áp dụng kết hợp phương pháp định tuyến gò bó và đường dẫn hướng tuyến; trên các sườn dốc hiểm trở vạch tuyến bằng phương pháp bước compa ($R_{compa} = 0{,}83\text{ cm}$ trên bản đồ 1:10.000 với độ dốc kỹ thuật nâng $i_{maxtt} = 6%$).
  • Phương pháp thủy văn - thủy lực: Phương pháp mô đun dòng chảy đỉnh lũ $Q_{2%}$ theo 22 TCN 220-95 dựa trên diện tích lưu vực ($F$), hệ số dòng chảy lũ ($\alpha$), thời gian tập trung nước sườn dốc ($t_s$) và lượng mưa ngày thiết kế ($H_{2%}$).
  • Phương pháp giải tích áo đường đàn hồi: Ứng dụng lý thuyết hệ nhiều lớp quy đổi về hệ hai lớp tương đương để tra toán đồ giải tích theo quy phạm 22 TCN 211-06.
  • Công cụ hỗ trợ: Phần mềm chuyên ngành Nova 4.0 trên nền bản đồ số hóa tỷ lệ 1:10.000.

Nguồn dữ liệu sử dụng

  • Số liệu khảo sát địa hình từ bản đồ tỷ lệ 1:10.000 với khoảng cao đều đường đồng mức 5 m.
  • Dữ liệu khảo sát lưu lượng và cơ cấu phương tiện giao thông giữa hai điểm T2 – T18.
  • Số liệu địa chất công trình: Địa tầng ổn định, đất nền nhóm á sét có mô đun đàn hồi tự nhiên $E_0 = 42\text{ MPa}$, không nứt nẻ, không trượt sạt lở.
  • Số liệu khí tượng thủy văn vùng IV: Lượng mưa trung bình năm $2.000\text{ mm}$, mùa mưa kéo dài từ tháng 8 đến tháng 10, nhiệt độ trung bình năm $24^\circ\text{C}$ (biên độ dao động mùa đông $18^\circ\text{C}$ và mùa hè $28^\circ\text{C}$), lượng mưa ngày ứng với tần suất lũ $P = 2%$ là $H_{2%} = 190\text{ mm}$.
  • Nguồn cung cấp vật liệu xây dựng: Các mỏ đá dăm, mỏ đất đắp dọc tuyến có cự ly vận chuyển ngắn từ $500\text{ m}$ đến $5\text{ km}$.

Nội dung chính theo từng chương

Báo cáo đầu tư xây dựng tuyến đường T2 – T18

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương này trình bày toàn diện thông tin quy hoạch và các điều kiện tự nhiên phục vụ lập dự án đầu tư:

  • Chủ thể quản lý và nguồn vốn: Chủ đầu tư là UBND tỉnh Cao Bằng ủy quyền cho Ban Quản lý dự án tỉnh Cao Bằng tổ chức đấu thầu hạn chế lựa chọn nhà thầu xây lắp. Nguồn vốn đầu tư xây dựng do ngân sách Nhà nước cấp.
  • Kế hoạch thực hiện: Thời gian thi công tập trung trong 7 tháng (từ tháng 10/2010 đến tháng 5/2011). Vòng đời tính toán ban đầu là 15 năm, ngân sách phân bổ hàng năm 5% chi phí xây lắp để phục vụ công tác duy tu bảo dưỡng.
  • Cơ sở pháp lý quy hoạch: Căn cứ văn bản thỏa thuận giữa Sở Giao thông Công chính và đơn vị khảo sát thiết kế trên cơ sở quy hoạch tổng thể mạng lưới giao thông đường bộ trong vùng đã được phê duyệt.
  • Đặc trưng dòng xe: Lưu lượng giao thông năm thứ 15 đạt $N_{15} = 1.436\text{ xe/ngày đêm}$, hệ số tăng trưởng giao thông bình quân hàng năm $q = 6%$. Cơ cấu phương tiện: xe con (Volga M21) chiếm 35%, xe tải nhẹ (Gaz 53, trọng tải trục 6,5 tấn) chiếm 20%, xe tải trung (Zil 130, trọng tải trục 8,5 tấn) chiếm 35%, xe tải nặng (Maz 500, trọng tải trục 10 tấn) chiếm 10%.
  • Điều kiện thi công: Nguồn cung ứng nguyên vật liệu địa phương dồi dào, phạm vi vận chuyển cấp phối đá dăm và các mỏ đồi đất đắp nền cách công trình từ 500 m đến 1.000 m, đường cự ly vận chuyển xa nhất dưới 5 km.

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

Chương 2 tập trung tính toán chuyển đổi lưu lượng giao thông và xác lập hệ thống chỉ tiêu kỹ thuật hình học cho tuyến:

  • Tính đổi lưu lượng xe: Áp dụng hệ số quy đổi theo TCVN 4054-05, xe con có hệ số $1{,}0$; xe tải nhẹ và xe tải trung có hệ số $2{,}5$; xe tải nặng có hệ số $3{,}0$. Tổng lưu lượng xe quy đổi năm thứ 15: $$N_{15}^{qđ} = 504 \times 1 + 288 \times 2{,}5 + 504 \times 2{,}5 + 140 \times 3 = 3.014\text{ xe quy đổi/ngày đêm}$$ Với $N_{15}^{qđ} > 3.000\text{ xcqđ/ngđ}$ ở vùng núi, tuyến được xác định đạt cấp kỹ thuật là Đường cấp III miền núi, vận tốc thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$.
Nhóm phương tiện Tỷ lệ (%) Lưu lượng thực tế (xe/ngđ) Hệ số quy đổi Lưu lượng quy đổi (xcqđ/ngđ)
Xe con (Volga M21) 35% 504 1,0 504
Xe tải nhẹ (Gaz 53 - 6,5T) 20% 288 2,5 720
Xe tải trung (Zil 130 - 8,5T) 35% 504 2,5 1.260
Xe tải nặng (Maz 500 - 10T) 10% 140 3,0 420
Tổng cộng 100% 1.436 — 3.014
  • Tính toán chỉ tiêu hình học và tầm nhìn:
    • Tầm nhìn dừng xe ($S_1$): Tính toán thực tế xe tải dừng đạt $66{,}35\text{ m}$; quy chuẩn quy định $S_1 = 75\text{ m}$ (chọn $75\text{ m}$).
    • Tầm nhìn hai chiều ($S_2$): Tính toán đạt $123\text{ m}$; theo tiêu chuẩn lựa chọn $S_2 = 150\text{ m}$.
    • Tầm nhìn vượt xe ($S_4$): Tính toán đạt $263{,}19\text{ m}$; tiêu chuẩn lựa chọn $S_4 = 350\text{ m}$.
    • Bán kính đường cong nằm: Bán kính tối thiểu có siêu cao tính toán $R_{min}^{sc} = 128{,}85\text{ m}$ (chọn theo quy phạm là $125\text{ m}$ và tổng hợp tuyến chọn $150\text{ m}$); bán kính tối thiểu không làm siêu cao tính toán $473\text{ m}$ (chọn theo quy phạm $1.500\text{ m}$).
    • Đường cong đứng: Bán kính đường cong lồi tối thiểu tính toán $2.344\text{ m}$ (chọn $2.500\text{ m}$); bán kính đường cong lõm tối thiểu tính toán $874\text{ m}$ (chọn $1.500\text{ m}$).
    • Bề rộng mặt cắt ngang: Tính toán theo sơ đồ xếp xe cho thấy bề rộng phần xe chạy khi 2 xe tải tránh nhau cần $7{,}78\text{ m}$ (mỗi làn $3{,}89\text{ m}$). Tiêu chuẩn TCVN 4054-05 quy định đường cấp III miền núi có 2 làn xe với bề rộng $3{,}0\text{ m}$/làn; bề rộng phần xe chạy cơ giới là $6{,}0\text{ m}$; lề đường $2 \times 1{,}5\text{ m} = 3{,}0\text{ m}$ (trong đó lề gia cố rộng $1{,}0\text{ m}$ dốc 2%, lề đất rộng $0{,}5\text{ m}$ dốc 6%); tổng bề rộng nền đường $B_n = 9{,}0\text{ m}$.
    • Độ dốc dọc: Độ dốc dọc cực đại cho phép $i_{max} = 7%$, thiết kế khống chế $i_d \le 5%$ với chiều dài đổi dốc từ $150\text{ m}$ đến $800\text{ m}$.

Chương 3: Thiết kế tuyến trên bình đồ

Nội dung chương mô tả quá trình số hóa và so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa 2 phương án tuyến vạch trên bản đồ số hóa tỷ lệ 1:10.000 ($\Delta H = 5\text{ m}$) bằng phần mềm Nova 4.0:

  • Phương án tuyến I: Tuyến đi men theo khe phân thủy bảo đảm cao độ nền đường luôn cao hơn mực nước dâng lớn nhất, bám hoàn toàn vào sườn trái dãy núi, đoạn cuối tuyến men theo thung lũng suối. Tuyến có chiều dài $4.025\text{ m}$, bố trí 8 đường cong nằm, không có bán kính đường cong tối thiểu ($R_{min}$), số lượng công trình cống thoát nước ngang là 6 cống.
  • Phương án tuyến II: Tuyến vượt đèo tại cao trình $+260\text{ m}$, bám hoàn toàn theo sườn núi phía bên phải, vượt qua suối nhỏ ở cao độ $+280{,}14\text{ m}$. Chiều dài tuyến là $4.329\text{ m}$, bố trí 8 đường cong nằm, không dùng đường cong bán kính tối thiểu, số lượng cống thoát nước ngang là 5 cống.
Chỉ tiêu so sánh bình đồ Phương án I Phương án II
Chiều dài tuyến ($L$) $4.025\text{ m}$ $4.329\text{ m}$
Số lượng đường cong nằm 8 8
Số đường cong nằm có bán kính $R_{min}$ 0 0
Số lượng công trình cống thoát nước ngang 6 5
Địa hình khống chế Bám khe phân thủy, sườn trái Vượt đèo (+260m), sườn phải
  • Công tác cắm cọc tim tuyến và đường cong: Xác lập hệ thống cọc tim đường gồm cọc điểm đầu/cuối (T2, T18), cọc lý trình (cọc H, cọc Km), cọc công trình thoát nước (C1, C2), cọc địa hình và cọc đường cong (tiếp đầu TĐ, tiếp cuối TC, phân cự P). Tính toán các yếu tố đường cong nằm theo góc ngoặt $\alpha^\circ$ và bán kính $R$: tiếp đầu $T = R \tan(\alpha/2)$, chiều dài đường cong $K = R \alpha \pi / 180$, phân cự $P = R (1/\cos(\alpha/2) - 1)$, và độ giảm dài $D = 2T - K$. Bố trí đường cong chuyển tiếp chiều dài $L_{ct} = 50 - 70\text{ m}$ kết hợp đoạn vuốt nối siêu cao với độ dốc phụ thêm mép ngoài $i_{ph} = 0{,}5%$.

Chương 4: Quy hoạch thoát nước cho đường

Chương này thực hiện tính toán thủy văn lưu vực và định kích thước khẩu độ cống thoát nước:

  • Thông số thủy văn thiết kế: Khu vực nghiên cứu thuộc vùng khí hậu - thủy văn IV (lưu vực sông Kỳ Cùng - Bằng Giang). Cấp đường III tương ứng tần suất lũ thiết kế $P = 2%$. Lượng mưa ngày thiết kế $H_{2%} = 190\text{ mm}$.
  • Phương pháp xác định lưu lượng lũ: Áp dụng tiêu chuẩn 22 TCN 220-95 xác định diện tích lưu vực gom nước ($F$), chiều dài sườn dốc bình quân ($b_{sd}$), hệ số nhám lòng suối ($m_{sd} = 0{,}15$), độ dốc sườn dốc ($i_{sd}$) để xác định thời gian tập trung nước $t_s$ và mô đun dòng chảy đỉnh lũ $A_p$, từ đó tính toán lưu lượng lũ thiết kế lớn nhất: $$Q_{2%} = A_p \cdot \alpha \cdot H_p \cdot \mu \cdot F$$
  • Lựa chọn kết cấu cống: Toàn tuyến áp dụng giải pháp cống tròn bê tông cốt thép (BTCT) đúc sẵn, chế độ chảy không áp, cửa cống loại thông thường. Chiều cao đắp khống chế nền đường tại vị trí cống bảo đảm 3 điều kiện: nước dâng trước cống ($H_1 = H_d + 0{,}5\text{ m}$), điều kiện chịu lực tĩnh/động ($H_2 = \text{Cao độ đỉnh cống} + 0{,}5\text{ m}$) và điều kiện thi công áo đường ($H_3$).
Tuyến Ký hiệu cống Lý trình Loại cống Chế độ thủy lực Khẩu độ/Đường kính ($D$) Mực nước trước cống ($H$)
PA I C1 Km0+100 Tròn BTCT Không áp $1{,}0\text{ m}$ $1{,}82\text{ m}$
C2 Km1+300 Tròn BTCT Không áp $1{,}0\text{ m}$ $1{,}23\text{ m}$
C3 Km2+300 Tròn BTCT Không áp $1{,}0\text{ m}$ $1{,}02\text{ m}$
C4 Km2+800 Tròn BTCT Không áp $1{,}0\text{ m}$ $0{,}04\text{ m}$
C5 Km3+400 Tròn BTCT Không áp $1{,}0\text{ m}$ $1{,}84\text{ m}$
C6 Km3+900 Tròn BTCT Không áp $2{,}0\text{ m}$ $1{,}91\text{ m}$
PA II C1 Km0+100 Tròn BTCT Không áp $1{,}0\text{ m}$ $0{,}81\text{ m}$
C2 — Tròn BTCT Không áp $1{,}0\text{ m}$ $1{,}07\text{ m}$
C3 — Tròn BTCT Không áp $1{,}0\text{ m}$ $0{,}95\text{ m}$
C4 Km2+200 Tròn BTCT Không áp $1{,}0\text{ m}$ $1{,}84\text{ m}$
C5 Km3+500 Tròn BTCT Không áp $1{,}0\text{ m}$ $0{,}06\text{ m}$

Chương 5: Thiết kế trắc dọc, trắc ngang và kết cấu áo đường

Chương 5 trình bày thiết kế chi tiết đường đỏ, mặt cắt ngang điển hình và tính toán cường độ kết cấu mặt đường mềm:

  • Thiết kế đường đỏ (trắc dọc): Đường đỏ được vạch dựa trên nguyên tắc bám sát địa hình tự nhiên, giảm thiểu khối lượng đào đắp, đáp ứng các cao độ khống chế (điểm đầu T2, điểm cuối T18, cao độ khống chế mực nước lũ tại các cống). Tại các vị trí đổi dốc có hiệu đại số $|\Delta i| \ge 1%$, bố trí đường cong đứng tròn: bán kính đường cong lồi $R_{lồi}^{min} = 2.500\text{ m}$, bán kính đường cong lõm $R_{lõm}^{min} = 1.500\text{ m}$.
  • Thiết kế trắc ngang điển hình:
    • Bề rộng mặt đường $B = 6{,}0\text{ m}$ dốc ngang 2% về hai phía.
    • Lề đường rộng $3{,}0\text{ m}$ (mỗi bên $1{,}5\text{ m}$), bao gồm $1{,}0\text{ m}$ lề gia cố dốc 2% và $0{,}5\text{ m}$ lề đất dốc 6%.
    • Mái dốc ta luy nền đắp thiết kế tỷ lệ $1:1{,}5$; ta luy nền đào thiết kế tỷ lệ $1:1$.
    • Hệ thống rãnh biên hình thang đặt ở chân mái đào có chiều sâu $0{,}4\text{ m}$, bề rộng đáy $0{,}4\text{ m}$.
    • Tính toán khối lượng đào đắp áp dụng công thức diện tích trung bình hai mặt cắt nhân với cự ly cọc: $V = F_{tb} \times L_{i-(i+1)}$.
  • Tính toán kết cấu áo đường mềm: Áp dụng quy phạm 22 TCN 211-06 với tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn 100 kN, đất nền á sét có mô đun đàn hồi tính toán $E_0 = 42\text{ MPa}$. Thời hạn thiết kế 15 năm, hệ số độ tin cậy của tuyến đường cấp III miền núi chọn bằng $0{,}90$. Mặt đường thuộc tầng mặt cấp cao A1 bê tông nhựa, tác giả so sánh hai phương án kết cấu:
Lớp kết cấu vật liệu Chiều dày ($h$) Phương án I ($E_i$) Phương án II ($E_i$)
Bê tông nhựa chặt hạt mịn $5\text{ cm}$ $420\text{ MPa}$ $420\text{ MPa}$
Bê tông nhựa chặt hạt thô $7\text{ cm}$ $350\text{ MPa}$ $350\text{ MPa}$
Cấp phối đá dăm loại I Thay đổi ($H_3$) $300\text{ MPa}$ $300\text{ MPa}$
Cấp phối sỏi cuội cát (PA I) / CP đá dăm loại II (PA II) Thay đổi ($H_4$) $200 - 220\text{ MPa}$ $250\text{ MPa}$
Đất nền (á sét loại 1) $\infty$ $E_0 = 42\text{ MPa}$ $E_0 = 42\text{ MPa}$

Quá trình tính lặp chiều dày các lớp móng móng trên ($H_3$) và móng dưới ($H_4$) được đối chiếu dựa trên đơn giá vật liệu xây dựng: Cấp phối đá dăm loại I đơn giá $186.000\text{ đồng/m}^3$, cấp phối đá dăm loại II đơn giá $176.000\text{ đồng/m}^3$, làm cơ sở lựa chọn phương án có tổng chi phí xây dựng ban đầu thấp nhất mà vẫn đảm bảo mô đun đàn hồi yêu cầu ($E_{yc}$).

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả kỹ thuật cụ thể

  • Quy mô và cấp hạng: Luận chứng thành công cấp kỹ thuật tuyến đường đạt chuẩn Đường cấp III miền núi ($V_{tk} = 60\text{ km/h}$) trên cơ sở xử lý số liệu dự báo giao thông năm thứ 15 đạt $1.436\text{ xe/ngđ}$ (tương đương $3.014\text{ xcqđ/ngđ}$).
  • Quy mô mặt cắt ngang: Nền đường rộng $B_n = 9{,}0\text{ m}$; mặt đường xe chạy cơ giới rộng $B_m = 6{,}0\text{ m}$; lề đường rộng $2 \times 1{,}5\text{ m}$ (kết hợp gia cố $1{,}0\text{ m}$).
  • So sánh tuyến trên bình đồ:
    • Tuyến phương án I có chiều dài ngắn hơn ($4.025\text{ m}$ so với $4.329\text{ m}$ của phương án II), giảm thiểu $304\text{ m}$ chiều dài xây dựng.
    • Tuyến phương án I tận dụng đi men theo thung lũng và sườn thoải, hạn chế việc phải đào sâu vượt đèo cao như phương án II (vượt đèo tại cao trình $+260\text{ m}$).
  • Quy hoạch thủy văn: Tính toán chi tiết khẩu độ 6 vị trí cống tròn BTCT thoát nước ngang cho phương án I (trong đó 5 cống đường kính $D = 1{,}0\text{ m}$ và 1 cống lớn $D = 2{,}0\text{ m}$) đảm bảo thoát lũ tần suất $P = 2%$.
  • Kết cấu áo đường: Đưa ra giải pháp kết cấu áo đường mềm tầng mặt cấp cao A1 gồm 2 lớp bê tông nhựa rải nóng (5 cm hạt mịn + 7 cm hạt thô) đặt trên móng cấp phối đá dăm, bảo đảm cường độ trên nền đất á sét $E_0 = 42\text{ MPa}$.

Đóng góp thực tiễn của đồ án

  • Tận dụng triệt để nguồn vật liệu địa phương (mỏ đá dăm, mỏ đất đắp có cự ly vận chuyển ngắn từ $500\text{ m}$ đến $1.000\text{ m}$) giúp hạ giá thành xây dựng công trình.
  • Thiết kế kết hợp hài hòa các yếu tố hình học bình đồ, trắc dọc và trắc ngang; hạn chế tối đa việc chiếm dụng đất canh tác nông nghiệp và hạn chế phá vỡ cảnh quan sinh thái tự nhiên vùng đồi núi Cao Bằng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế trong văn bản

  • Phạm vi khảo sát địa hình: Đồ án thiết kế tuyến dựa trên bình đồ số hóa tỷ lệ 1:10.000 với khoảng cao đều $\Delta H = 5\text{ m}$, do tỷ lệ bản đồ địa hình còn nhỏ nên việc xác định vi địa hình tại các vị trí đặt công trình thoát nước và xác định khối lượng đào đắp chi tiết còn mang tính sơ bộ.
  • Dữ liệu địa chất - địa kỹ thuật: Chỉ tiêu đất nền mới chỉ giả định đồng nhất một loại đất á sét trạng thái khô ráo ($E_0 = 42\text{ MPa}$), chưa xét đến sự biến thiên trạng thái ẩm theo mùa hoặc xuất hiện các địa tầng đá phong hóa cục bộ trên tuyến miền núi.
  • Giới hạn nội dung hiển thị: Các tính toán chi tiết về tổ chức thi công, tiến độ thi công chi tiết và thiết kế tổ chức giao thông chi tiết (biển báo, vạch sơn, nút giao) được bố trí ở các phần sau và tập bản vẽ đính kèm, chưa được trình bày đầy đủ trong thuyết minh báo cáo đầu tư.

Hướng mở rộng tiếp theo

  • Khảo sát địa hình chi tiết ở tỷ lệ lớn hơn (1:2.000 hoặc 1:1.000) tại các vị trí đường cong gấp, sườn dốc hiểm trở và vị trí xây dựng cống ngang để chuẩn xác hóa bình đồ và trắc dọc.
  • Khoan khảo sát địa chất công trình chi tiết dọc tuyến để đánh giá chính xác chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất đá, từ đó thiết kế gia cố ổn định mái ta luy đào/đắp và xử lý nền đất yếu nếu có.
  • Hoàn thiện phương án kinh tế so sánh chi tiết chi phí xây lắp toàn diện giữa Phương án I và Phương án II bao gồm cả chi phí giải phóng mặt bằng và chi phí bảo dưỡng trong chu kỳ 15 năm khai thác.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo chuyên ngành thiết thực cho:

  1. Sinh viên chuyên ngành Xây dựng Cầu đường, Công trình Giao thông: Nắm bắt quy trình hoàn chỉnh lập dự án đầu tư và thiết kế kỹ thuật tuyến đường ô tô ngoài đô thị; phương pháp chuyển đổi lưu lượng dòng xe và tra cứu các tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 4054-05, 22 TCN 211-06, 22 TCN 220-95).
  2. Kỹ sư thiết kế đường giao thông miền núi: Tham khảo phương pháp vạch tuyến trên bình đồ bằng compa theo độ dốc kỹ thuật nâng ($i_{maxtt}$), cách thức bố trí đoạn chêm, đoạn cong chuyển tiếp ($L_{ct}$), đoạn vuốt nối siêu cao ($L_{sc}$) và mở rộng phần xe chạy trong đường cong nằm ($E$).
  3. Người thực hiện các đề tài tính toán thủy văn - áo đường: Cung cấp trình tự tính toán lưu lượng lũ theo phương pháp mô đun dòng chảy đỉnh lũ vùng núi và quy trình tính lặp chiều dày các lớp móng kết cấu áo đường mềm theo mô đun đàn hồi yêu cầu ($E_{yc}$).

Câu hỏi thường gặp

1. Tuyến đường T2 – T18 được thiết kế theo cấp hạng kỹ thuật nào và tốc độ thiết kế là bao nhiêu?

Căn cứ lưu lượng xe quy đổi năm thứ 15 đạt $3.014\text{ xcqđ/ngđ}$ ($> 3.000\text{ xcqđ/ngđ}$), đối chiếu mục 3.2 tiêu chuẩn TCVN 4054-05, tuyến được thiết kế theo cấp kỹ thuật là Đường cấp III miền núi, với tốc độ thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$.

2. Mặt cắt ngang tuyến đường có các thông số kích thước cụ thể ra sao?

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường cấp III miền núi, mặt cắt ngang tuyến gồm 2 làn xe cơ giới, bề rộng mỗi làn là $3{,}0\text{ m}$ (tổng bề rộng mặt đường phần xe chạy $B_m = 6{,}0\text{ m}$); bề rộng lề đường mỗi bên là $1{,}5\text{ m}$ (trong đó lề gia cố rộng $1{,}0\text{ m}$, lề đất rộng $0{,}5\text{ m}$), tổng bề rộng lề $3{,}0\text{ m}$; tổng bề rộng nền đường $B_n = 9{,}0\text{ m}$. Độ dốc ngang mặt đường và lề gia cố là 2%, lề đất là 6%.

3. Phương án tuyến I và Phương án tuyến II khác nhau như thế nào về mặt hình học?

Phương án tuyến I có chiều dài ngắn hơn ($4.025\text{ m}$ so với $4.329\text{ m}$ của PA II), hướng tuyến đi men theo khe phân thủy và sườn trái núi, bố trí 8 đường cong nằm và 6 công trình cống. Phương án tuyến II phải vượt đèo tại cao độ $+260\text{ m}$, đi bên sườn phải núi, vượt suối nhỏ tại cao trình $+280{,}14\text{ m}$, bố trí 8 đường cong nằm và 5 công trình cống.

4. Tần suất lũ tính toán và giải pháp công trình thoát nước ngang trên tuyến được chọn là gì?

Tuyến đường cấp III áp dụng tần suất lũ thiết kế cho công trình cầu cống là $P = 2%$, lượng mưa ngày thiết kế tương ứng là $H_{2%} = 190\text{ mm}$ (vùng thủy văn IV). Toàn bộ các công trình thoát nước ngang được chọn là cống tròn bê tông cốt thép (BTCT) hoạt động ở chế độ chảy không áp, cửa cống loại thông thường với khẩu độ từ $1{,}0\text{ m}$ đến $2{,}0\text{ m}$.

5. Kết cấu tầng mặt áo đường được đề xuất sử dụng loại vật liệu nào và thời hạn thiết kế là bao lâu?

Mặt đường được thiết kế là mặt đường cấp cao A1 với kết cấu mềm, thời hạn tính toán sử dụng là 15 năm. Tầng mặt gồm 2 lớp: lớp trên là bê tông nhựa chặt hạt mịn dày $5\text{ cm}$ ($E_1 = 420\text{ MPa}$) và lớp dưới là bê tông nhựa chặt hạt thô dày $7\text{ cm}$ ($E_2 = 350\text{ MPa}$), đặt trên các lớp móng cấp phối đá dăm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phạm Ngọc Hưng đã hoàn thành đầy đủ các nội dung kỹ thuật cơ bản của bước lập báo cáo đầu tư và thiết kế kỹ thuật tuyến đường ô tô qua 2 điểm T2 – T18 tại tỉnh Cao Bằng theo quy chuẩn đường cấp III miền núi. Các thông số hình học tuyến, giải pháp quy hoạch cống thoát nước ngang và tính toán kết cấu áo đường mềm được triển khai chặt chẽ, tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành (TCVN 4054-05, 22 TCN 211-06 và 22 TCN 220-95). Bản thiết kế đã khai thác hiệu quả các điều kiện địa hình, địa chất ổn định và nguồn vật liệu đá dăm, đất đắp tại địa phương, đảm bảo tính khả thi về kinh tế - kỹ thuật cho công trình giao thông miền núi.