Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng cầu đường của sinh viên Phạm Đức Thông (Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, năm 2010) thực hiện đề tài "Thiết kế tuyến đường qua 2 điểm K2_J1 thuộc địa phận huyện Bát Sát tỉnh Thái Nguyên". Bối cảnh thực tiễn được tác giả xác định xuất phát từ quá trình phát triển kinh tế thị trường, công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Nhu cầu giao lưu buôn bán, vận chuyển hàng hóa và đi lại của nhân dân, các cơ quan xí nghiệp trong khu vực ngày càng gia tăng, đòi hỏi hệ thống hạ tầng giao thông cơ sở phải được đầu tư xây dựng đồng bộ. Việc mở tuyến đường mới kết nối hai điểm khống chế K2 và J1 nhằm giải quyết tình trạng mạng lưới giao thông hiện trạng không đáp ứng được năng lực vận tải, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội địa phương, hỗ trợ các khu công nghiệp chế biến, dịch vụ và bảo đảm an ninh quốc phòng.

Nhiệm vụ nghiên cứu và cấu trúc của đồ án tốt nghiệp được xác lập gồm 4 phần chính:

  1. Phần 1: Lập dự án khả thi xây dựng tuyến đường K2_J1 (trong thuyết minh cụ thể hóa thành Báo cáo đầu tư xây dựng công trình).
  2. Phần 2: Thiết kế kỹ thuật tuyến đường.
  3. Phần 3: Tổ chức thi công công trình.
  4. Phần 4: Thiết kế tổ chức giao thông và thiết kế nút giao cho đường.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là công trình đường ô tô nối liền hai vị trí K2 và J1 đi qua địa hình miền núi phức tạp. Phạm vi không gian của tuyến thuộc địa phận huyện Bát Xát (trong văn bản tác giả ghi là huyện Bát Sát thuộc tỉnh Thái Nguyên, đồng thời dẫn căn cứ thỏa thuận giữa đơn vị khảo sát thiết kế và Sở Giao thông công chính Lào Cai). Tuyến có chiều dài thiết kế khoảng 5,6 km; phạm vi mỏ đá dăm và các đồi đất đắp phục vụ công trình nằm trong bán kính vận chuyển từ 500 m đến 5.000 m. Phạm vi thời gian đầu tư xây dựng tập trung dự kiến trong vòng 6 tháng (từ tháng 7/2010 đến tháng 2/2011), với thời hạn tính toán khai thác kỹ thuật là 15 năm (chu kỳ đại tu mặt đường), kèm kế hoạch cấp kinh phí duy tu bảo dưỡng hàng năm bằng 5% giá trị xây lắp.

Cơ sở lý thuyết và quy chuẩn thiết kế

Đồ án được xây dựng dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành giao thông vận tải hiện hành tại thời điểm thực hiện:

  • Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-05: Tiêu chuẩn bắt buộc dùng để phân cấp kỹ thuật đường, lựa chọn vận tốc thiết kế, xác định các chỉ tiêu hình học mặt bằng, trắc dọc, trắc ngang và tầm nhìn xe chạy.
  • Quy trình thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06 của Bộ Giao thông Vận tải: Khung lý thuyết và công thức toán đồ để tính toán kết cấu áo đường mềm theo 3 trạng thái giới hạn (độ võng đàn hồi, trượt dẻo trong nền đất và kéo uốn đáy tầng bê tông nhựa).
  • Quy trình tính toán thủy văn cầu cống 22 TCN 220-95: Cung cấp phương pháp xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế phục vụ lựa chọn khẩu độ cống thoát nước nhỏ.
  • Quy trình khảo sát đường bộ 22 TCN 27-84: Cơ sở quy định công tác khảo sát, đo đạc hướng tuyến.
  • Tài liệu chuyên khảo bổ trợ: "Thiết kế đường ô tô - Công trình vượt sông, Tập 3" và "Sổ tay thiết kế đường ô tô" của GS. TS. Nguyễn Xuân Trục (Nhà xuất bản Giáo dục, 1998).

Phương pháp thực hiện đồ án kết hợp giữa tính toán giải tích lý thuyết và ứng dụng công cụ phần mềm kỹ thuật:

  • Phương pháp phân tích động lực học đoàn xe: Xác định quan hệ giữa sức kéo, sức bám và lực cản chuyển động để tính toán độ dốc dọc lớn nhất ($i_{max}$), tầm nhìn xe chạy ($S_1$, $S_2$, $S_4$) và bề rộng phần xe chạy.
  • Phương pháp quy đổi lưu lượng giao thông: Chuyển đổi thành phần dòng xe hỗn hợp về xe con tiêu chuẩn theo TCVN 4054-05 và trục xe tiêu chuẩn 100 kN theo 22 TCN 211-06.
  • Phương pháp vạch tuyến trên bình đồ số hóa: Bình đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 (đường đồng mức chênh cao 5 m) được số hóa và thiết kế hình học trên phần mềm Nova 4.0; áp dụng phương pháp đi tuyến theo bước compa tương ứng với độ dốc kỹ thuật cho phép.
  • Phương pháp cơ học kết cấu nhiều lớp: Biến đổi hệ nhiều tầng vật liệu áo đường về hệ hai tầng tương đương để tra toán đồ đàn hồi và tính toán ứng suất.
  • Phương pháp phân đoạn lăng trụ: Tính khối lượng đào đắp nền đường theo diện tích mặt cắt ngang trung bình nhân với chiều dài cọc.

Nguồn dữ liệu đầu vào bao gồm: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 có khoảng cao đều $\Delta H = 5$ m; chuỗi số liệu điều tra lưu lượng và thành phần đoàn xe dự báo năm thứ 15; số liệu điều tra khí tượng thủy văn vùng Hoàng Liên Sơn; số liệu khảo sát hiện trạng địa chất, thủy văn lòng suối và trữ lượng các mỏ vật liệu địa phương.

Nội dung chính theo từng chương

Thuyết minh đồ án được trình bày qua 6 chương thuộc Phần I (Lập báo cáo đầu tư xây dựng tuyến đường) và Phần II (Thiết kế kỹ thuật):

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương này tổng hợp các thông tin pháp lý, điều kiện tự nhiên và cơ sở đầu tư dự án:

  • Tên công trình: Lập dự án đầu tư xây dựng tuyến đường qua 2 điểm K2 – J1 thuộc huyện Bát Sát tỉnh Thái Nguyên.
  • Chủ đầu tư: UBND tỉnh Thái Nguyên ủy quyền cho Ban Quản lý dự án huyện Bát Sát thực hiện; nguồn vốn xây dựng do Nhà nước cấp. Hình thức tuyển chọn nhà thầu là đấu thầu hạn chế nhằm lựa chọn đơn vị có đủ năng lực thiết bị, nhân lực và kỹ thuật.
  • Kế hoạch thực hiện: Đầu tư tập trung trong 6 tháng (từ tháng 7/2010 đến tháng 2/2011). Trong 15 năm vận hành khai thác, mỗi năm Nhà nước cấp kinh phí bằng 5% giá trị xây lắp cho công tác duy tu, bảo dưỡng định kỳ.
  • Điều kiện tự nhiên khu vực tuyến: Địa hình vùng đồi núi phức tạp, độ dốc tự nhiên lớn, địa hình chia cắt mạnh; chênh cao giữa hai đường đồng mức là 5 m; điểm đầu và điểm cuối tuyến nằm ở hai sườn dốc thoải của một dãy núi. Địa chất nền đường tương đối ổn định, ít phong hóa, không nứt nẻ sụt lở, đất nền chủ yếu là đất á sét; mực nước ngầm thấp, khả năng thoát nước tự nhiên nhanh. Khí hậu thuộc vùng nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, nhiệt độ trung bình năm $24^\circ\text{C}$ (mùa đông $18^\circ\text{C}$, mùa hè $28^\circ\text{C}$); lượng mưa trung bình 2.000 mm/năm, mùa mưa tập trung từ tháng 8 đến tháng 10.
  • Nguồn cung cấp vật liệu: Tuyến có khả năng tận dụng mỏ cấp phối đá dăm địa phương với cự ly vận chuyển dưới 5 km; các đồi đất đắp phục vụ nền đường có cự ly vận chuyển 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 tính toán quy đổi dòng xe hỗn hợp về xe con tiêu chuẩn theo lưu lượng dự báo ở năm thứ 15 ($N_{15} = 1.420$ xe/ngày đêm):

  • Thành phần dòng xe: Xe con Volga M21 chiếm 24% (341 xe/ngày đêm, hệ số quy đổi bằng 1); xe tải nhẹ GAZ 53 tải trọng trục 6,5T chiếm 25% (355 xe/ngày đêm, hệ số quy đổi bằng 2); xe tải trung ZIL 130 trục 8,5T chiếm 37% (525 xe/ngày đêm, hệ số quy đổi bằng 2); xe tải nặng MAZ 500 trục 10T chiếm 14% (199 xe/ngày đêm, hệ số quy đổi bằng 3). Hệ số tăng trưởng xe hàng năm $q = 6%$.
  • Tổng lưu lượng xe quy đổi ra xe con năm thứ 15 đạt $N_{15qđ} = 3.138$ xe con quy đổi/ngày đêm. Đối chiếu Mục 3.2 TCVN 4054-05 ($N_{15qđ} > 3.000$ xe/ngày đêm trên địa hình miền núi), tuyến được xác định là đường cấp III miền núi, tốc độ thiết kế $V_{tk} = 60$ km/h.
  • Kết quả tính toán và lựa chọn các chỉ tiêu kỹ thuật chính:
    • Tầm nhìn dừng xe một chiều $S_1$: Tính toán cho xe tải đạt 66,35 m; chọn thiết kế 75 m.
    • Tầm nhìn hai chiều ngược nhau trên cùng làn $S_2$: Tính toán đạt 122,7 m; chọn thiết kế 150 m.
    • Tầm nhìn vượt xe $S_4$: Tính toán đạt 240 m (xe con) và 263,19 m (xe tải); chọn thiết kế 350 m.
    • Độ dốc dọc lớn nhất: Kiểm tra theo điều kiện sức kéo và sức bám với hệ số bám $\varphi = 0,2$ khi đường trơn ướt; quy chuẩn khống chế $i_{max} = 7%$; thiết kế khống chế $i_d \le 5%$ với chiều dài đổi dốc tối thiểu 150 m và tối đa 800 m.
    • Bán kính đường cong nằm: Tính toán giới hạn có siêu cao đạt 128,85 m, tiêu chuẩn quy định 125 m, chọn thiết kế $R_{min} = 150$ m; bán kính không bố trí siêu cao quy chuẩn là 1.500 m.
    • Kích thước mặt cắt ngang: Bề rộng phần xe chạy 2 làn x 3,0 m = 6,0 m; lề đường 2 x 1,5 m = 3,0 m (lề gia cố 1,0 m dốc 2%, lề đất 0,5 m dốc 6%); tổng bề rộng nền đường đạt $B_n = 9,0$ m.
STT Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị Giá trị tính toán Giá trị quy phạm Giá trị chọn thiết kế
1 Cấp hạng kỹ thuật - - Cấp III Cấp III
2 Vận tốc thiết kế km/h - 60 60
3 Bề rộng một làn xe cơ giới m 3,89 3,0 3,0
4 Bề rộng mặt đường (phần xe chạy) m 7,78 6,0 6,0
5 Bề rộng nền đường m 10,78 9,0 9,0
6 Số làn xe cơ giới làn 0,51 (tính n) 2 2
7 Bán kính đường cong nằm tối thiểu ($R_{min}$) m 128,85 125 150
8 Bán kính cong nằm không làm siêu cao m 473 1.500 1.500
9 Tầm nhìn dừng xe 1 chiều ($S_1$) m 66,35 75 75
10 Tầm nhìn tránh nhau 2 chiều ($S_2$) m 122,7 150 150
11 Tầm nhìn vượt xe ($S_4$) m 240 350 350
12 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu m 874 1.500 1.500
13 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu m 2.344 2.500 2.500
14 Độ dốc dọc lớn nhất ($i_{max}$) % - 7 7
15 Độ dốc ngang mặt đường % - 2 2
16 Độ dốc ngang lề đường đất % - 6 6

Chương 3: Thiết kế tuyến trên bình đồ

Tác giả sử dụng bình đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 có khoảng cao đều $\Delta H = 5$ m, số hóa và đưa vào phần mềm Nova 4.0 để vạch tuyến. Nguyên tắc định tuyến kết hợp giữa kiểu tuyến gò bó và tuyến dẫn hướng; đối với đoạn sườn dốc núi, tác giả áp dụng phương pháp bước compa với độ dốc kỹ thuật $i_{maxtt} = i_{max} - i_{nâng} = 7% - 1% = 6%$, tương đương độ mở compa trên bản đồ là 0,83 cm.

Hai phương án tuyến được vạch ra để so sánh:

  • Phương án I: Tuyến vượt đèo tại cao độ +260 m, sau đó đi hoàn toàn bên phải sườn núi, vượt suối nhỏ tại cao độ +262,14 m; chiều dài tuyến 5.594,09 m; bố trí 7 đường cong nằm (không có bán kính tối thiểu giới hạn); tổng số công trình cống là 8 cống.
  • Phương án II: Tuyến vượt đèo tại cao độ +260 m, đi bên phải sườn núi, vượt suối nhỏ tại cao độ +280,14 m; chiều dài tuyến 5.615 m; bố trí 7 đường cong nằm (không có bán kính tối thiểu giới hạn); tổng số công trình cống là 11 cống.
Chỉ tiêu so sánh sơ bộ Phương án I Phương án II
Chiều dài tuyến (m) 5.594,09 5.615,00
Số đường cong nằm 7 7
Số đường cong có $R_{min}$ giới hạn 0 0
Số công trình cống thoát nước 8 11

Tác giả thiết lập hệ thống cắm cọc tim đường gồm cọc điểm đầu S9, cọc điểm cuối E1, các cọc lý trình (H1, H2, K1, K2), cọc công trình cống (C1, C2), cọc địa hình tự nhiên và cọc yếu tố đường cong (tiếp đầu TĐ, phân cự P, tiếp cuối TC).

Chương 4: Quy hoạch thoát nước cho đường

Công tác thủy văn cống nhỏ được thực hiện theo tiêu chuẩn 22 TCN 220-95 nhằm xác định vị trí, lưu lượng dòng chảy và khẩu độ cống:

  • Tuyến đi qua khu vực thuộc Vùng mưa III (tâm mưa Hoàng Liên Sơn hữu ngạn sông Thao, từ biên giới đến Ngòi Bút). Tần suất lũ thiết kế quy định cho cống trên đường cấp III là $P = 2%$, tương ứng lượng mưa ngày thiết kế $H_{2%} = 185$ mm.
  • Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất $Q_{P%}$ được tính theo công thức dòng chảy cực đại lũ mưa rào: $Q_{P%} = A_P \cdot H_P \cdot \varphi \cdot \delta \cdot F$, trong đó $F$ là diện tích lưu vực xác định qua đường phân thủy và tụ thủy trên bình đồ, $\varphi$ là hệ số dòng chảy, $A_P$ là mô đun dòng chảy đỉnh lũ phụ thuộc thời gian tập trung nước sườn dốc $t_s$ và đặc trưng lòng suối $l_s$.
  • Lựa chọn loại cống: Toàn bộ cống trên tuyến đều sử dụng cống tròn bê tông cốt thép (BTCT) chảy không áp, cửa cống loại thông thường. Phương án I bố trí 8 cống (cống C1 tại lý trình Km0+604.50, cống tròn loại 1 không áp, đường kính $D = 1,0$ m...). Phương án II bố trí 11 cống (cống C1 tại Km0+326.93...).
  • Cao độ khống chế nền đường tại cống được xác định theo giá trị lớn nhất của 3 điều kiện:
    • Khống chế theo điều kiện nước dâng: $H_1 = H_d + 0,5$ m (với $H_d$ là cao độ mực nước dâng trước cống).
    • Khống chế theo điều kiện chịu lực tĩnh và động: $H_2 = \text{Cao độ đỉnh cống} + 0,5$ m.
    • Khống chế theo điều kiện thi công áo đường: $H_3 = \text{Cao độ đáy cống} + (0,3 \div 0,5)\text{ m} + h_{mđ}$.

Chương 5: Thiết kế trắc dọc và trắc ngang

  • Thiết kế trắc dọc đường đỏ: Tuân thủ nguyên tắc bám sát địa hình tự nhiên, nâng cao điều kiện xe chạy, phối hợp hài hòa bình đồ - trắc dọc - trắc ngang, khống chế cao độ tại các điểm cống $H_{nmin}$ và các điểm đào đắp kinh tế. Tại các vị trí đổi dốc có hiệu đại số độ dốc $|i_1 - i_2| \ge 1%$, đồ án bố trí đường cong đứng với bán kính tối thiểu: cong lồi $R_{lồi} = 2.500$ m, cong lõm $R_{lõm} = 1.500$ m.
  • Thiết kế trắc ngang: Bề rộng mặt đường $B = 6,0$ m; lề đường $2 \times 1,5 = 3,0$ m; mái dốc taluy nền đắp thiết kế 1:1,5; mái dốc taluy nền đào thiết kế 1:1; rãnh biên bố trí hình thang có chiều sâu 0,4 m và bề rộng đáy rãnh 0,4 m.
  • Khối lượng đào đắp: Được tính toán trên nguyên tắc chia nhỏ tuyến thành các đoạn hình lăng trụ khống chế bởi các cọc địa hình, cọc cong, cọc H100 và cọc Km. Diện tích đào đắp trung bình giữa hai cọc ($F_{tb} = (F_i + F_{i+1})/2$) nhân với cự ly cọc $L_{i-(i+1)}$ để xác định thể tích đào ($V_{đào}$) và thể tích đắp ($V_{đắp}$).

Chương 6: Thiết kế kết cấu áo đường

Tác giả thiết kế kết cấu áo đường mềm theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN 211-06:

  • Thông số đầu vào: Tải trọng trục tiêu chuẩn $P = 100$ kN, áp lực bánh xe lên mặt đường $p = 0,6$ MPa, đường kính vệt bánh xe tương đương $D = 33$ cm. Đất nền thuộc loại đất á sét nhóm 1 (trạng thái luôn khô ráo), có mô đun đàn hồi $E_0 = 42$ MPa, lực dính $C = 0,032$ MPa, góc nội ma sát $\varphi = 24^\circ$.
  • Lưu lượng trục tính toán tích lũy trong 15 năm đạt $N_e = 0,73 \times 10^6$ trục tiêu chuẩn; yêu cầu mô đun đàn hồi $E_{yc} = 174,8$ MPa. Với cấp đường III miền núi, đồ án chọn độ tin cậy thiết kế $P = 0,90$ (hệ số độ tin cậy $K_{cđ}^{dv} = 1,10$), mô đun đàn hồi yêu cầu tính toán đạt $E_{ch} = 191,8$ MPa.
  • So sánh kinh tế - kỹ thuật 2 phương án áo đường:
    • Phương án I: Lớp mặt bê tông nhựa (BTN) chặt hạt mịn dày 4 cm ($E_1 = 420$ MPa) + BTN chặt hạt thô dày 6 cm ($E_2 = 350$ MPa) + Móng cấp phối đá dăm (CPĐD) loại I dày 14 cm ($E_3 = 300$ MPa) + Móng dưới cấp phối sỏi cuội dày 34 cm ($E_4 = 220$ MPa).
    • Phương án II: Lớp mặt BTN chặt hạt mịn dày 4 cm ($E_1 = 420$ MPa) + BTN chặt hạt thô dày 6 cm ($E_2 = 350$ MPa) + Móng trên CPĐD loại I dày 15 cm ($E_3 = 300$ MPa) + Móng dưới CPĐD loại II dày 30 cm ($E_4 = 250$ MPa).
  • Căn cứ đơn giá vật liệu địa phương (CPĐD loại I: 150.000 đồng/$\text{m}^3$, CPĐD loại II: 135.000 đồng/$\text{m}^3$), tác giả lựa chọn Phương án II vì có chi phí xây dựng hợp lý nhất và chiều dày các lớp bảo đảm điều kiện lu lèn kỹ thuật.
Lớp kết cấu áo đường (Phương án II được chọn) Chiều dày $h_i$ (cm) Mô đun đàn hồi $E_i$ (MPa)
1. Bê tông nhựa chặt hạt mịn 4 420
2. Bê tông nhựa chặt hạt thô 6 350
3. Cấp phối đá dăm loại I 15 300
4. Cấp phối đá dăm loại II 30 250
Nền đất á sét (độ ẩm khô ráo) Bán không gian $E_0 = 42$
  • Kết quả kiểm tra theo 3 trạng thái giới hạn:
    1. Tiêu chuẩn độ võng đàn hồi: Mô đun đàn hồi chung của kết cấu tính đổi đạt $E_{ch} = 211,98\text{ MPa} > E_{yc} \times K_{cđ}^{dv} = 191,8 \times 1,10 = 210,98$ MPa (Đạt yêu cầu).
    2. Tiêu chuẩn trượt dẻo nền đất: Tổng ứng suất cắt hoạt động và chủ động thỏa mãn điều kiện chống trượt dưới tác dụng của tải trọng lặp trục xe tiêu chuẩn ($T_{ax} + T_{av} \le C_{tt} / K_{cđ}^{tr}$).
    3. Tiêu chuẩn kéo uốn lớp vật liệu liền khối: Kiểm tra ứng suất kéo uốn lớn nhất tại đáy lớp BTN chặt hạt thô ($\sigma_{ku} \le R_{ku}^{tt} / K_{cđ}^{ku}$) bảo đảm không bị phá hoại mỏi dưới tác động của nhiệt độ và tải trọng xe lặp lại.

Kết quả và giải pháp kỹ thuật

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật công trình đường miền núi với các kết quả cụ thể:

  • Xác lập quy mô hình học tuyến đường: Tuyến đạt tiêu chuẩn kỹ thuật đường cấp III miền núi theo TCVN 4054-05, vận tốc thiết kế 60 km/h, lưu lượng quy đổi năm thứ 15 đạt 3.138 xe con quy đổi/ngày đêm. Quy mô nền đường rộng 9,0 m, mặt đường rộng 6,0 m gồm 2 làn xe cơ giới, lề đường mỗi bên rộng 1,5 m (trong đó có 1,0 m lề gia cố kết cấu như mặt đường).
  • Bình đồ hướng tuyến tối ưu: Tuyến Phương án I có chiều dài 5.594,09 m, bố trí 7 đường cong nằm với bán kính lựa chọn đều lớn hơn bán kính giới hạn tối thiểu ($R \ge 150$ m), bảo đảm tầm nhìn xe chạy an toàn và hạn chế tối đa các đoạn chêm ngắn giữa hai đường cong ngược chiều.
  • Hệ thống công trình thoát nước: Xác định khẩu độ và cao độ khống chế cho 8 công trình cống tròn BTCT không áp trên Phương án I (và 11 cống trên Phương án II) tương ứng tần suất lũ thiết kế $P = 2%$, bảo đảm khả năng thoát nước triệt để, không gây ngập tràn hay xói lở nền đường.
  • Kết cấu mặt đường cấp cao A1: Hoàn thành thiết kế kết cấu áo đường mềm mặt bê tông nhựa 2 lớp dày 10 cm trên móng cấp phối đá dăm 2 lớp dày 45 cm; mô đun đàn hồi chung tính toán đạt 211,98 MPa, vượt mô đun đàn hồi yêu cầu theo tiêu chuẩn 22 TCN 211-06.
  • Giải pháp kỹ thuật và đóng góp:
    • Tuyến được vạch men theo sườn đồi với độ dốc kỹ thuật hợp lý ($i_d \le 5%$), cân đối khối lượng đào đắp và giảm thiểu phá vỡ địa hình tự nhiên.
    • Tận dụng tối đa nguồn vật liệu cấp phối đá dăm và mỏ đất đắp địa phương trong bán kính 0,5 - 5 km, giúp giảm chi phí cung ứng vật liệu xây dựng.
    • Thiết kế trắc ngang bảo đảm ổn định mái taluy (1:1 cho nền đào và 1:1,5 cho nền đắp), kết hợp hệ thống rãnh biên và cống ngang để tăng cường độ ổn định cho nền đất á sét.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo tự nhận xét của tác giả trong đồ án, do hạn chế về thời gian thực hiện và điều kiện khảo sát thực địa, đồ án còn một số điểm giới hạn:

  • Toàn bộ dữ liệu bình đồ, địa chất và thủy văn được khai thác gián tiếp qua bản đồ tỷ lệ 1:10.000 và sổ tay quy hoạch vùng, chưa có điều kiện khoan thăm dò địa chất công trình chi tiết tại vị trí các công trình cống và các đoạn đào đắp sâu.
  • Thuyết minh đồ án trong phần văn bản trích xuất mới thể hiện chi tiết nội dung lập báo cáo đầu tư và thiết kế kỹ thuật tuyến (Chương 1 đến Chương 6); các nội dung về tổ chức thi công chi tiết (Phần 3) và thiết kế tổ chức giao thông, nút giao (Phần 4) chưa được trình bày đầy đủ trong tập văn bản này.

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài:

  • Tiến hành công tác khảo sát địa hình chi tiết ở tỷ lệ lớn hơn (1:1.000 hoặc 1:2.000) và khoan địa chất công trình tại hiện trường để chuẩn xác hóa tọa độ cọc và chiều sâu đặt móng cống.
  • Triển khai lập thiết kế tổ chức thi công chi tiết cho dây chuyền rải thảm bê tông nhựa và lu lèn móng cấp phối đá dăm; tính toán tiến độ thi công tổng thể bằng sơ đồ mạng hoặc biểu đồ tiến độ xiên.
  • Thiết kế hệ thống an toàn giao thông hoàn chỉnh gồm cọc tiêu, biển báo, hộ lan mềm tại các đoạn đèo dốc và đường cong bán kính nhỏ theo Quy chuẩn báo hiệu đường bộ.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Xây dựng cầu đường, Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông và Quản lý xây dựng công trình giao thông trong quá trình thực hiện đồ án môn học Thiết kế đường ô tô hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
  • Kỹ sư thiết kế cầu đường và cán bộ quản lý dự án giao thông nông thôn, miền núi cần tài liệu tham khảo thực tế về các bước tính toán thiết kế một tuyến đường cấp III miền núi.
  • Các phần có giá trị tham khảo cao nhất trong đồ án gồm:
    • Quy trình và bảng biểu tính toán quy đổi lưu lượng giao thông hỗn hợp theo TCVN 4054-05.
    • Phương pháp tính toán thủy văn lưu vực nhỏ xác định lưu lượng đỉnh lũ cống theo 22 TCN 220-95 và xác định các cao độ khống chế nền đường ($H_1, H_2, H_3$).
    • Phương pháp tính đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp tương đương để tra toán đồ đàn hồi và kiểm tra 3 trạng thái giới hạn của áo đường mềm theo 22 TCN 211-06.

Câu hỏi thường gặp

Tuyến đường K2_J1 được xếp vào cấp hạng kỹ thuật nào và căn cứ vào tiêu chí cụ thể nào?
Tuyến đường được xếp vào cấp III miền núi với vận tốc thiết kế $V_{tk} = 60$ km/h. Việc xếp cấp căn cứ vào chức năng tuyến nối các trung tâm kinh tế, địa hình vùng đồi núi chia cắt mạnh và lưu lượng giao thông quy đổi ở năm thứ 15 đạt $N_{15qđ} = 3.138$ xe con quy đổi/ngày đêm (vượt mức 3.000 xe/ngày đêm quy định trong Mục 3.2 TCVN 4054-05).

Bề rộng nền đường và mặt đường được thiết kế với kích thước bao nhiêu?
Nền đường có tổng bề rộng $B_n = 9,0$ m. Trong đó, bề rộng phần xe chạy dành cho xe cơ giới là 6,0 m (gồm 2 làn xe, mỗi làn rộng 3,0 m); lề đường hai bên mỗi bên rộng 1,5 m (bao gồm 1,0 m lề gia cố có kết cấu như mặt đường và 0,5 m lề đất).

Hai phương án tuyến vạch trên bình đồ khác nhau như thế nào về các thông số hình học?
Phương án I có chiều dài tuyến 5.594,09 m, vượt suối nhỏ tại cao độ +262,14 m và bố trí 8 công trình cống. Phương án II có chiều dài tuyến 5.615,00 m, vượt suối nhỏ tại cao độ +280,14 m và bố trí 11 công trình cống. Cả hai phương án đều vượt đèo tại cao độ +260 m, đi bên phải sườn núi và có 7 đường cong nằm.

Loại cống thoát nước nào được lựa chọn trên toàn tuyến và tần suất lũ tính toán là bao nhiêu?
Tất cả các cống trên tuyến đều được chọn là cống tròn bê tông cốt thép chế độ chảy không áp, cửa cống loại thông thường. Tần suất lũ thiết kế tính toán cho cống trên đường cấp III theo quy chuẩn là $P = 2%$, tương ứng lượng mưa ngày thiết kế tại vùng Hoàng Liên Sơn là $H_{2%} = 185$ mm.

Kết cấu áo đường mềm được lựa chọn có cấu tạo các lớp như thế nào và mô đun đàn hồi chung đạt bao nhiêu?
Kết cấu áo đường được chọn (Phương án II) gồm 4 tầng lớp: Lớp mặt trên bê tông nhựa chặt hạt mịn dày 4 cm ($E = 420$ MPa); lớp mặt dưới bê tông nhựa chặt hạt thô dày 6 cm ($E = 350$ MPa); lớp móng trên cấp phối đá dăm loại I dày 15 cm ($E = 300$ MPa); lớp móng dưới cấp phối đá dăm loại II dày 30 cm ($E = 250$ MPa) đặt trên nền đất á sét ($E_0 = 42$ MPa). Tổng chiều dày kết cấu là 55 cm, mô đun đàn hồi chung tính đổi đạt $E_{ch} = 211,98$ MPa (lớn hơn mô đun đàn hồi yêu cầu tính toán 210,98 MPa).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tuyến đường qua 2 điểm K2_J1 thuộc địa phận huyện Bát Sát tỉnh Thái Nguyên" của sinh viên Phạm Đức Thông là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một tuyến đường ô tô cấp III miền núi có chiều dài khoảng 5,6 km. Tác giả đã vận dụng đúng các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành (TCVN 4054-05, 22 TCN 211-06, 22 TCN 220-95) để giải quyết đồng bộ từ khâu dự báo giao thông, vạch tuyến trên bình đồ số hóa Nova 4.0, tính toán thủy văn cống thoát nước đến thiết kế trắc dọc, trắc ngang và kiểm toán kết cấu áo đường mềm mặt bê tông nhựa. Kết quả tính toán có độ tin cậy kỹ thuật cao, tận dụng hiệu quả nguồn vật liệu địa phương và cung cấp tài liệu tham khảo bài bản cho sinh viên chuyên ngành công trình giao thông.