Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng Cầu đường với đề tài "Thiết kế tuyến đường qua hai điểm Đ22 – C2 thuộc tỉnh Quảng Ninh" do sinh viên Nguyễn Sĩ Thắng thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Hữu Khải và KS. Hoàng Xuân Trung (Khoa Xây dựng, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, năm 2010). Đồ án tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật và tổ chức thi công một tuyến đường mới nhằm hoàn thiện mạng lưới hạ tầng giao thông đường bộ khu vực miền núi.

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, vận chuyển hành khách và trao đổi hàng hóa giữa các khu vực kinh tế ngày càng gia tăng. Tại tỉnh Quảng Ninh – một cực tăng trưởng thuộc tam giác kinh tế trọng điểm phía Bắc (Hà Nội – Hải Phòng – Quảng Ninh), hệ thống hạ tầng giao thông cơ sở giữ vai trò quyết định đối với tốc độ đô thị hóa và phát triển kinh tế - xã hội.

Khu vực tuyến đường dự kiến đi qua nằm trên địa bàn huyện Hoành Bồ, một huyện miền núi phía Tây tỉnh Quảng Ninh có diện tích tự nhiên $843\text{ km}^2$, tiếp giáp huyện Sơn Động (Bắc Giang), huyện Ba Chẽ, thị xã Uông Bí, thị xã Cẩm Phả và vịnh Cửa Lục (thành phố Hạ Long). Địa bàn này tập trung nhiều điểm du lịch sinh thái và văn hóa tâm linh như khu vực hồ Yên Lập và chùa Lôi Âm, thu hút lượng lớn khách tham quan trong mùa lễ hội. Hiện trạng mạng lưới giao thông kết nối giữa hai điểm Đ22 và C2 chưa đáp ứng được nhu cầu vận tải ngày một tăng. Việc đầu tư xây dựng tuyến đường là yêu cầu cấp thiết nhằm:

  • Hoàn thiện mạng lưới giao thông đối nội và đối ngoại của địa phương;
  • Phục vụ phát triển các ngành kinh tế công nghiệp, chế biến, dịch vụ - thương mại và du lịch;
  • Khai thác hiệu quả tiềm năng tài nguyên, vị trí địa lý và các nguồn lực đầu tư bên ngoài;
  • Đảm bảo các yêu cầu cơ động về an ninh, chính trị và quốc phòng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của đồ án là thiết lập hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh và lập biện pháp tổ chức thi công công trình đường ô tô đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cấp III miền núi cho đoạn tuyến nối hai điểm Đ22 – C2.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân định thành 3 nhóm nội dung chính:

  1. Lập báo cáo đầu tư xây dựng tuyến đường: Điều tra, thu thập điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội; tính toán dự báo lưu lượng giao thông; xác định cấp hạng kỹ thuật tuyến; vạch và so sánh các phương án tuyến trên bình đồ số hóa; tính toán thủy văn xác định khẩu độ công trình thoát nước; thiết kế trắc dọc, trắc ngang, tính toán khối lượng đào đắp và thiết kế kết cấu áo đường mềm theo các quy trình hiện hành.
  2. Thiết kế tổ chức thi công: Lập kế hoạch chuẩn bị mặt bằng; thiết kế quy trình công nghệ và tổ chức thi công công trình cống thoát nước; lập bảng điều phối đất và biện pháp thi công nền đường (đào, đắp, vận chuyển ngang/dọc bằng máy ủi, máy đào, ô tô tự đổ); thiết kế dây chuyền công nghệ thi công các lớp móng và mặt đường bê tông nhựa.
  3. Thiết kế kỹ thuật chi tiết: Hoàn thiện các bản vẽ và thuyết minh chi tiết về bình đồ tuyến, trắc dọc, trắc ngang điển hình, cấu tạo công trình thoát nước và các yếu tố kỹ thuật hình học (đường cong nằm, đường cong đứng, vuốt nối siêu cao, mở rộng phần xe chạy).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Tuyến đường giao thông cơ sở nối hai điểm khống chế Đ22 và C2 thuộc huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh.
  • Phạm vi không gian: Đoạn tuyến đi qua địa hình đồi núi dốc phức tạp của huyện Hoành Bồ với độ dốc sườn tự nhiên trung bình khoảng 19,6%, độ chênh cao giữa các đường đồng mức $\Delta H = 5\text{ m}$.
  • Phạm vi thời gian và khai thác: Thời gian thi công xây dựng dự kiến tập trung trong 6 tháng (từ tháng 9/2010 đến tháng 3/2011). Thời hạn tính toán thiết kế kỹ thuật và khai thác công trình là 15 năm kể từ khi đưa vào sử dụng, với kinh phí cấp hàng năm cho công tác duy tu, bảo dưỡng bằng 5% kinh phí xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn kỹ thuật và căn cứ pháp lý

Hồ sơ thiết kế của đồ án được xây dựng dựa trên các văn bản pháp lý và hệ thống quy trình, tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành giao thông vận tải của Việt Nam:

  • Căn cứ pháp lý: Quy hoạch tổng thể mạng lưới giao thông tỉnh Quảng Ninh; Quyết định đầu tư số 3769/QĐ-UBND của Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Ninh; Định hướng quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội của UBND huyện Hoành Bồ.
  • Tiêu chuẩn thiết kế hình học: TCVN 4054-05 – Đường ô tô – Yêu cầu thiết kế.
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường: 22 TCN 211-06 – Quy trình thiết kế áo đường mềm.
  • Tiêu chuẩn khảo sát và thủy văn: 22 TCN 220-95 – Quy trình tính toán thủy văn cầu cống; 22 TCN 27-84 – Quy trình khảo sát xây dựng.
  • Quy chuẩn báo hiệu đường bộ: 22 TCN 237-01 – Điều lệ báo hiệu đường bộ.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật

Đồ án áp dụng kết hợp các phương pháp tính toán kỹ thuật chuyên ngành đường bộ:

  • Phương pháp dự báo và quy đổi giao thông: Sử dụng công thức tăng trưởng lũy thừa $N_t = N_0(1+q)^t$ với tỷ lệ tăng trưởng $q = 7%/\text{năm}$. Áp dụng hệ số quy đổi dòng xe hỗn hợp về xe con tiêu chuẩn theo TCVN 4054-05 để xác định lưu lượng xe thiết kế ở năm thứ 15 ($N_{qđ(15)}$).
  • Phương pháp động lực học và chuyển động xe: Thiết lập các phương trình cân bằng lực kéo, lực cản và điều kiện bám để xác định độ dốc dọc cực đại cho phép ($i_{max}$), tầm nhìn an toàn (tầm nhìn dừng xe $S_1$, tầm nhìn hai chiều $S_2$, tầm nhìn vượt xe $S_4$), bán kính đường cong nằm tối thiểu có và không có siêu cao ($R_{min}^{sc}$, $R_{min}^0$), bán kính đường cong đứng lồi và lõm.
  • Phương pháp vạch tuyến trên bình đồ địa hình: Sử dụng phương pháp bước compa trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 ($\Delta H = 5\text{ m}$) đã được số hóa trên phần mềm chuyên ngành Nova, kết hợp định tuyến gò bó và đường dẫn hướng tuyến theo độ dốc thiết kế $i_{tt} = 6%$.
  • Phương pháp tính toán thủy văn lưu vực nhỏ: Áp dụng mô hình tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế $Q_{P%}$ (với tần suất thiết kế $P = 2%$) dựa trên diện tích lưu vực $F$, lượng mưa ngày thiết kế $H_{2%} = 383\text{ mm}$ (vùng thủy văn VII - dãy Yên Tử đổ ra biển), mô đun dòng chảy đỉnh lũ $A_p$ và các hệ số nhám sườn dốc, lòng suối theo tiêu chuẩn 22 TCN 220-95.
  • Phương pháp thiết kế áo đường nhiều lớp: Áp dụng lý thuyết hệ đàn hồi nhiều lớp quy đổi dần về hệ 2 lớp tương đương bằng toán đồ thực hành theo tiêu chuẩn 22 TCN 211-06; tính toán số trục xe tiêu chuẩn tích lũy 100 kN ($N_e$) trên làn xe thiết kế để xác định mô đun đàn hồi yêu cầu ($E_{yc}$).
  • Phương pháp tính khối lượng đào đắp: Sử dụng phương pháp phân đoạn theo cọc trắc ngang và tính thể tích hình lăng trụ dựa trên diện tích bình quân đầu cọc: $V = \frac{F_i + F_{i+1}}{2} \times L_{i-(i+1)}$.

Nguồn dữ liệu sử dụng

  • Số liệu khảo sát địa hình: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 có khoảng cao đều đường đồng mức $\Delta H = 5\text{ m}$.
  • Số liệu khảo sát địa chất và đất nền: Đất nền thuộc nhóm đất á sét (đất loại 1, trạng thái luôn khô ráo) có mô đun đàn hồi $E_0 = 42\text{ MPa}$, lực dính $C = 0$; địa tầng ổn định, ít phong hóa; mực nước ngầm thấp ở cao độ $-3,7\text{ m}$.
  • Số liệu khảo sát khí hậu: Khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình năm $21^\circ\text{C}$, lượng mưa hàng năm $1700 - 2400\text{ mm}$ (tập trung cao nhất vào tháng 7 và 8).
  • Số liệu khảo sát mỏ vật liệu: Tuyến nằm gần mỏ cấp phối đá dăm trữ lượng lớn, cự ly vận chuyển dưới $5\text{ km}$; các đồi đất dọc tuyến cách công trình $500 - 1000\text{ m}$ đáp ứng đủ yêu cầu đắp nền đường.
  • Số liệu điều tra lưu lượng giao thông: Lưu lượng thiết kế ở năm thứ 15 đạt 1690 xe/ngày đêm, gồm: xe con (30%), xe tải nhẹ Taz53 (28%), xe tải trung Zil 130 (32%), xe tải nặng Maz 500 (10%).

Nội dung chính theo từng chương

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

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương này tổng quan về dự án đầu tư xây dựng tuyến đường Đ22 – C2 do UBND tỉnh Quảng Ninh làm chủ đầu tư (ủy quyền cho Sở Giao thông Công chính tỉnh Quảng Ninh thực hiện), nguồn vốn từ ngân sách Nhà nước kết hợp vốn hỗ trợ phát triển chính thức (ODA). Tác giả trình bày vị trí địa lý, đặc điểm tự nhiên, địa hình, khí hậu, địa chất thủy văn và tình hình kinh tế - xã hội của huyện Hoành Bồ. Dữ liệu đếm xe cho thấy lưu lượng ban đầu quy đổi đạt mức cao, đòi hỏi phải xây dựng một tuyến đường đạt chuẩn kỹ thuật nhằm thay thế hệ thống đường mòn cũ vốn không đáp ứng được yêu cầu lưu thông.

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

Dựa trên lưu lượng xe thiết kế quy đổi ở năm thứ 15 đạt $N_{qđ(15)} = 3549\text{ xe con qđ/ngày đêm}$ ($> 3000\text{ xe/ngày đêm}$), theo mục 3.2 tiêu chuẩn TCVN 4054-05, tuyến đường được phân cấp kỹ thuật là đường cấp III miền núi, vận tốc thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$.

Tác giả tiến hành tính toán chi tiết các chỉ tiêu kỹ thuật theo công thức lý thuyết cơ học chuyển động xe và đối chiếu với bảng quy phạm:

  • Tầm nhìn xe chạy: Tầm nhìn dừng xe tính toán đạt $66,35\text{ m}$ (chọn theo tiêu chuẩn $75\text{ m}$); tầm nhìn 2 chiều tính toán đạt $123\text{ m}$ (chọn $150\text{ m}$); tầm nhìn vượt xe tính toán đạt $263,19\text{ m}$ (chọn $350\text{ m}$).
  • Độ dốc dọc lớn nhất ($i_{max}$): Tính toán theo điều kiện sức kéo lớn hơn sức cản ($i_{max} = D - f$) và điều kiện chống trượt ($i'{max} = D' - f$ với $\varphi = 0,2$, $f = 0,02$). Tiêu chuẩn quy định $i{max} = 7%$; trong thiết kế thực tế tác giả khống chế $i_d \le 5%$ với chiều dài đổi dốc từ $150\text{ m}$ đến $500\text{ m}$.
  • Bán kính đường cong nằm: Bán kính tối thiểu có siêu cao ($i_{sc} = 7%$, $\mu = 0,15$) tính được $R_{min}^{sc} = 128,84\text{ m}$ (chọn $125\text{ m}$); bán kính tối thiểu không làm siêu cao tính được $R_{min}^0 = 283,46\text{ m}$ (chọn $1500\text{ m}$); bán kính đảm bảo tầm nhìn ban đêm $R_{min} = 1125\text{ m}$.
  • Đoạn nối chuyển tiếp và siêu cao: Bố trí đường cong chuyển tiếp kết hợp đoạn vuốt nối siêu cao trùng nhau với chiều dài $L_{max} = 50 - 84\text{ m}$ tùy bán kính cong. Độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong nằm bố trí từ $0,4\text{ m}$ đến $0,9\text{ m}$.
  • Bán kính đường cong đứng: Bán kính cong đứng lồi tối thiểu tính toán $2343,75\text{ m}$ (chọn $2500\text{ m}$); bán kính cong đứng lõm tối thiểu tính toán $559,45\text{ m}$ (chọn $1000\text{ m}$).
  • Quy mô mặt cắt ngang: Tính toán độ rộng phần xe chạy theo sơ đồ xếp xe 2 làn đạt $7,66\text{ m}$ (chọn theo quy chuẩn đường cấp III miền núi: bề rộng mặt đường $B_m = 6,0\text{ m}$, gồm 2 làn xe $\times 3,0\text{ m}$; bề rộng lề đường $B_l = 2 \times 1,5\text{ m} = 3,0\text{ m}$; tổng bề rộng nền đường $B_n = 9,0\text{ m}$). Độ dốc ngang mặt đường $2%$, lề đất $6%$, lề gia cố rộng $1,0\text{ m}$ dốc $2%$.
Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị Giá trị tính toán Tiêu chuẩn TCVN 4054-05 Giá trị chọn thiết kế
Cấp hạng kỹ thuật - - Cấp III Cấp III miền núi
Vận tốc thiết kế ($V_{tk}$) km/h - 60 60
Số làn xe cơ giới Làn 0,553 2 2
Chiều rộng một làn xe m 3,83 3,0 3,0
Chiều rộng mặt đường ($B_m$) m 7,66 6,0 6,0
Chiều rộng nền đường ($B_n$) m 9,0 9,0 9,0
Chiều rộng lề đường ($B_l$) m - $2 \times 1,5$ $2 \times 1,5$
Độ dốc dọc lớn nhất ($i_{max}$) % 7,0 7,0 7,0 (khống chế $\le 5,0$)
Bán kính cong nằm tối thiểu ($R_{min}$) m 128,84 125 125
Bán kính cong nằm không siêu cao m 283,46 1500 1500
Bán kính cong đứng lồi tối thiểu m 2343,75 2500 2500
Bán kính cong đứng lõm tối thiểu m 559,45 1000 1000
Tầm nhìn dừng xe (1 chiều) m 66,4 75 75
Tầm nhìn 2 chiều m 123,0 150 150
Tầm nhìn vượt xe m 263,19 350 350
Độ dốc ngang mặt đường % - 2,0 2,0
Độ dốc ngang lề đường đất % - 6,0 6,0

Chương 3: Nội dung thiết kế tuyến trên bình đồ

Tác giả tiến hành số hóa bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 đưa vào phần mềm Nova, áp dụng phương pháp bước compa với độ dốc thiết kế $i_{tt} = 6%$ (tính từ $i_{max} = 7%$ trừ độ dốc nâng siêu cao $i_p = 1%$). Hai phương án tuyến được vạch và so sánh sơ bộ:

Chỉ tiêu so sánh Phương án I Phương án II
Chiều dài tuyến ($L$) 5400 m 5758,98 m
Vị trí vượt đèo Cao độ +315 m Vượt đèo cao độ +315 m (đầu tuyến trên sườn đỉnh +306,97 m)
Hướng tuyến Tuyến hoàn toàn dốc, bán kính lớn Bám sát khu dân cư Hoành Bồ
Số lượng đường cong nằm 7 8
Số đường cong có $R_{min}$ 0 0
Số lượng công trình cống 10 10

Chương này cũng thiết lập các công thức hình học và quy trình cắm cọc tim đường (Đ22, C2, H1, H2, cọc cống, cọc địa hình) và cắm cọc đường cong tròn có đường cong chuyển tiếp (tiếp tuyến $T$, phân cự $P$, chiều dài cong $K$, góc ngoặt $\alpha$).

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

Dựa trên bản đồ địa hình, tác giả phân chia đường phân thủy và tụ thủy để xác định diện tích lưu vực ($F$) của từng vị trí cống. Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế $Q_{2%}$ theo tiêu chuẩn 22 TCN 220-95 với tần suất $P = 2%$, lượng mưa ngày $H_{2%} = 383\text{ mm}$.

Toàn bộ các công trình thoát nước trên tuyến được chọn thống nhất là cống tròn bê tông cốt thép không áp, miệng cống loại thông thường. Cao độ thiết kế nền đường qua cống được khống chế theo công thức $H_n = \max(H_1, H_2, H_3)$ đảm bảo các yêu cầu: nước dâng trước cống ($H_1 = H_d + 0,5\text{ m}$), chịu lực tĩnh và động ($H_2 = \text{Cao độ đỉnh cống} + 0,5\text{ m}$) và cấu tạo áo đường ($H_3$).

Đồ án bố trí hệ thống cống trên tuyến gồm:

  • Phương án 1: C1 (Km0+650, $Q_{2%} = 0,67\text{ m}^3/\text{s}$), C2 (Km1+50, $Q_{2%} = 0,65\text{ m}^3/\text{s}$), C4 (Km4+50, $Q_{2%} = 0,71\text{ m}^3/\text{s}$), C5 (Km4+450, $Q_{2%} = 0,65\text{ m}^3/\text{s}$), C6 (Km5+50, $Q_{2%} = 0,63\text{ m}^3/\text{s}$)...
  • Phương án 2: C1 (Km0+650, $Q_{2%} = 0,67\text{ m}^3/\text{s}$), C2 (Km1+50, $Q_{2%} = 0,78\text{ m}^3/\text{s}$), C3 (Km1+500, $Q_{2%} = 0,04\text{ m}^3/\text{s}$), C4 ($Q_{2%} = 1,55\text{ m}^3/\text{s}$), C5 (Km3+400, $Q_{2%} = 1,00\text{ m}^3/\text{s}$), C6 (Km5+600, $Q_{2%} = 0,65\text{ m}^3/\text{s}$)...

Chương 5: Thiết kế trắc dọc & trắc ngang

  • Thiết kế trắc dọc (đường đỏ): Đường đỏ được vạch theo nguyên tắc bám sát địa hình tự nhiên, thỏa mãn các cao độ khống chế (điểm đầu Đ22, điểm cuối C2, cao độ cống $H_n$) và các điểm mong muốn kinh tế về đào đắp. Bố trí đường cong đứng tại các vị trí đổi dốc có hiệu đại số độ dốc $\Delta i \ge 1%$, áp dụng bán kính cong đứng lồi $R = 2500\text{ m}$ và cong đứng lõm $R = 1000\text{ m}$.
  • Thiết kế trắc ngang: Mặt cắt ngang chuẩn hóa với bề rộng mặt đường $6\text{ m}$ (bê tông nhựa dốc 2%), lề đường $2 \times 1,5\text{ m}$ (lề đất dốc 6%, lề gia cố 1m dốc 2%). Mái dốc ta luy nền đắp thiết kế tỷ lệ $1:1,5$; mái dốc ta luy nền đào tỷ lệ $1:1$. Rãnh biên dạng hình thang được bố trí cấu tạo với chiều sâu $0,4\text{ m}$ và bề rộng đáy $0,4\text{ m}$.
  • Khối lượng đào đắp: Tính toán diện tích đào, đắp trung bình đầu cọc và nhân với khoảng cách cọc để xác định tổng thể tích đào đắp cho từng phương án tuyến.

Chương 6: Thiết kế kết cấu áo đường

Thiết kế kết cấu áo đường mềm cấp cao A1 phục vụ thời hạn khai thác 15 năm theo tiêu chuẩn 22 TCN 211-06. Tải trọng trục tiêu chuẩn tính toán là trục đơn bánh kép $100\text{ kN}$ áp lực $0,6\text{ daN/cm}^2$, đường kính vệt bánh $33\text{ cm}$. Đất nền á sét loại 1 có $E_0 = 42\text{ MPa}$.

Sau khi quy đổi thành phần dòng xe tải (xe nhẹ trục 6,5T, xe trung trục 8,8T, xe nặng trục 10T), số trục tiêu chuẩn tích lũy tính toán đạt $N_e > 2 \times 10^6\text{ trục}$, xác định mô đun đàn hồi yêu cầu có xét hệ số dự trữ $K_{dvdc} = 1,1$ (độ tin cậy $0,9$ cho đường cấp III) là $E_{ch} = 165\text{ MPa}$.

Tác giả đề xuất và tính toán chiều dày hai phương án kết cấu áo đường nhiều lớp:

Lớp kết cấu Phương án I Phương án II
Lớp 1 (Mặt trên) Bê tông nhựa chặt hạt mịn dày $4\text{ cm}$ ($E_1 = 420\text{ MPa}$) Bê tông nhựa chặt hạt mịn dày $4\text{ cm}$ ($E_1 = 420\text{ MPa}$)
Lớp 2 (Mặt dưới) Bê tông nhựa chặt hạt thô dày $7\text{ cm}$ ($E_2 = 350\text{ MPa}$) Bê tông nhựa chặt hạt thô dày $6-7\text{ cm}$ ($E_2 = 350\text{ MPa}$)
Lớp 3 (Móng trên) Cấp phối đá dăm loại I dày $13\text{ cm}$ ($E_3 = 300\text{ MPa}$) Cấp phối đá dăm loại I dày $13\text{ cm}$ ($E_3 = 300\text{ MPa}$)
Lớp 4 (Móng dưới) Cấp phối sỏi cuội ($E_4 = 220\text{ MPa}$) Cấp phối đá dăm loại II ($E_4 = 250\text{ MPa}$)
Đất nền Đất á sét ($E_0 = 42\text{ MPa}$) Đất á sét ($E_0 = 42\text{ MPa}$)

Dựa trên đơn giá vật liệu xây dựng (CPĐD loại I: 145.000 đ/$\text{m}^3$, CPĐD loại II: 135.000 đ/$\text{m}^3$), tác giả tính toán giá thành xây dựng trực tiếp của từng giải pháp để chọn phương án tối ưu về mặt kinh tế - kỹ thuật.

Phần II: Tổ chức thi công

Phần tổ chức thi công được cơ cấu thành 4 chương chuyên biệt trong thuyết minh đồ án:

  • Chương 1: Công tác chuẩn bị: Thiết lập mặt bằng lán trại thi công; khôi phục hệ thống cọc tim tuyến, cọc mốc và dời cọc ra ngoài phạm vi thi công nền; công tác lên khuôn đường; phát quang cây cỏ, dọn dẹp chướng ngại vật mặt bằng.
  • Chương 2: Thiết kế thi công công trình: Quy định trình tự công nghệ thi công cống tròn thoát nước; tính toán năng suất vận chuyển, lắp ghép ống cống bê tông cốt thép; xác định khối lượng đào đất hố móng, công tác đệm móng, gia cố thượng hạ lưu, khối lượng đất đắp đầu cống và số ca máy thi công.
  • Chương 3: Thiết kế thi công nền đường: Thiết lập bảng điều phối đất đào - đắp dọc tuyến; phân chia các đoạn thi công độc lập; tính toán lựa chọn tổ hợp máy thi công chủ đạo gồm: thi công vận chuyển ngang bằng máy ủi, vận chuyển đào bù đắp dọc bằng máy ủi D271A, đào đất bằng máy đào kết hợp ô tô tự đổ Maz 503 vận chuyển đất từ mỏ đất về nền đắp.
  • Chương 4: Thi công chi tiết mặt đường: Lập tiến độ thi công tổng thể theo phương pháp dây chuyền; tổ chức công nghệ thi công lớp móng cấp phối đá dăm (giai đoạn I) và lớp mặt đường bê tông nhựa chặt hạt thô, hạt mịn (giai đoạn II); thành lập biên chế đội thi công mặt đường chuyên nghiệp.

Phần III: Thiết kế kỹ thuật

Phần này hệ thống hóa toàn bộ các căn cứ, quy chuẩn và giải pháp kỹ thuật công trình:

  • Chương 1: Những vấn đề chung: Tổng hợp cơ sở pháp lý, nhiệm vụ kỹ thuật và điều kiện địa hình đoạn tuyến.
  • Chương 2: Thiết kế tuyến trên bình đồ: Các nguyên tắc bố trí đường cong tròn, đường cong chuyển tiếp, tính toán vuốt nối siêu cao và mở rộng bụng đường cong.
  • Chương 3: Thiết kế trắc dọc: Bố trí trắc dọc đường đỏ và các đường cong đứng lồi, cong đứng lõm.
  • Chương 4: Thiết kế công trình thoát nước: Chi tiết cấu tạo, khẩu độ và gia cố các công trình cống trên tuyến.
  • Chương 5: Thiết kế nền, mặt đường: Cấu tạo chi tiết mặt cắt ngang nền đường và kết cấu áo đường mềm hoàn chỉnh.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

  1. Xác lập thông số hình học hoàn chỉnh cho tuyến đường cấp III miền núi:
    • Tuyến đường nối hai điểm Đ22 – C2 dài $5,4\text{ km}$ (Phương án I) hoặc $5,76\text{ km}$ (Phương án II) với vận tốc thiết kế $60\text{ km/h}$.
    • Nền đường rộng $9,0\text{ m}$, mặt đường rộng $6,0\text{ m}$ (2 làn xe), lề đường rộng $2 \times 1,5\text{ m}$.
    • Khống chế độ dốc dọc thực tế $i_d \le 5%$ (nhỏ hơn giới hạn tối đa $i_{max} = 7%$), bố trí bán kính đường cong nằm nhỏ nhất $R = 125\text{ m}$, bán kính cong đứng lồi $R = 2500\text{ m}$, cong đứng lõm $R = 1000\text{ m}$.
  2. Xác định hệ thống công trình thoát nước: Bố trí 10 vị trí cống tròn bê tông cốt thép không áp trên tuyến, tính toán lưu lượng lũ thiết kế tương ứng với tần suất $P = 2%$, đảm bảo cao độ khống chế nền đường không bị ngập úng.
  3. Thiết kế kết cấu áo đường mềm: Xác định kết cấu áo đường cấp cao A1 gồm 4 lớp (BTN hạt mịn $4\text{ cm}$, BTN hạt thô $7\text{ cm}$, móng trên CPĐD loại I $13\text{ cm}$, móng dưới CPĐD loại II/sỏi cuội) trên nền đất á sét $E_0 = 42\text{ MPa}$, đáp ứng mô đun đàn hồi yêu cầu $E_{ch} = 165\text{ MPa}$ cho thời hạn 15 năm.
  4. Lập giải pháp tổ chức thi công cơ giới hóa: Tính toán cụ thể định mức, số ca máy và dây chuyền phối hợp giữa máy ủi D271A, máy đào và ô tô tự đổ Maz 503 cho công tác nền và mặt đường.

Đóng góp thực tiễn của đồ án

  • Cung cấp phương án thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho tuyến đường Đ22 – C2 tại huyện Hoành Bồ, kết hợp chặt chẽ giữa tính toán lý thuyết cơ học đường bộ và các tiêu chuẩn hiện hành (TCVN 4054-05, 22 TCN 211-06, 22 TCN 220-95).
  • Đề xuất giải pháp tận dụng tối đa nguồn vật liệu địa phương (mỏ đá dăm, mỏ đất đắp cự ly gần dưới $5\text{ km}$) nhằm hạ giá thành xây dựng công trình mà vẫn đảm bảo cường độ khai thác.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án

  • Độ chính xác của dữ liệu địa hình: Việc vạch tuyến và tính toán khối lượng đào đắp dựa trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 có bước đường đồng mức $\Delta H = 5\text{ m}$, chưa phản ánh chi tiết các vi địa hình cục bộ phức tạp trên thực địa.
  • Phạm vi tính toán khối lượng: Khối lượng đào đắp trong thuyết minh mới dừng ở mức tính toán sơ bộ theo phân đoạn cọc chính, cần đối chiếu với hồ sơ trắc ngang chi tiết tại hiện trường.
  • Đánh giá ổn định mái dốc: Chưa đi sâu tính toán chi tiết ổn định trượt lở mái ta luy sâu ở các đoạn đào/đắp lớn trong điều kiện mưa lũ kéo dài của vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa miền núi.

Hướng nghiên cứu và hoàn thiện tiếp theo

  • Khảo sát địa hình chi tiết ở tỷ lệ lớn hơn (1:1000 hoặc 1:500) kết hợp trắc dọc - trắc ngang thực địa để tối ưu hóa đường đỏ và chính xác hóa khối lượng đào đắp.
  • Sử dụng các phần mềm mô hình hóa 3D tiên tiến để tự động hóa công tác điều phối đất và phân tích đa tiêu chí kinh tế - kỹ thuật trong so sánh tuyến.
  • Bổ sung tính toán các giải pháp gia cố mái ta luy nền đường (kè chắn đất, trồng cỏ chống xói mòn, rọ đá) tại các vị trí đi qua sườn dốc hiểm trở.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Xây dựng Cầu đường, Kỹ thuật Giao thông: Nắm bắt quy trình thực tế từ khâu lập báo cáo đầu tư, tính toán các yếu tố hình học tuyến đường, tính toán thủy văn cống nhỏ, thiết kế kết cấu áo đường mềm theo 22 TCN 211-06 đến lập biện pháp tổ chức thi công cơ giới.
  • Kỹ sư thiết kế đường ô tô vùng núi: Tham khảo phương pháp vạch tuyến bằng bước compa trên địa hình dốc, cách tính toán vuốt nối siêu cao, mở rộng trong đường cong nằm và nguyên tắc khống chế cao độ nền đường qua công trình thoát nước.
  • Các nội dung đáng tham khảo nhất:
    • Bảng tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật đường theo lý thuyết chuyển động xe kết hợp đối chiếu TCVN 4054-05 (Chương 2).
    • Quy trình phân tích thủy văn lưu vực nhỏ theo 22 TCN 220-95 và xác định cao độ khống chế cống (Chương 4).
    • Quy trình tính đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp để tính toán chiều dày kết cấu áo đường mềm (Chương 6).

Câu hỏi thường gặp

1. Tuyến đường Đ22 – C2 được thiết kế theo cấp hạng kỹ thuật nào và căn cứ vào chỉ tiêu lưu lượng nào?

Tuyến đường được thiết kế theo cấp kỹ thuật đường cấp III miền núi, vận tốc thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$. Căn cứ lựa chọn dựa trên dự báo lưu lượng xe ở năm thứ 15 đạt 1690 xe/ngày đêm, sau khi quy đổi về xe con tiêu chuẩn đạt $N_{qđ(15)} = 3549\text{ xe con quy đổi/ngày đêm}$ (vượt ngưỡng quy định $> 3000\text{ xe qđ/ngày đêm}$ theo mục 3.2 tiêu chuẩn TCVN 4054-05).

2. Sự khác biệt cơ bản giữa hai phương án vạch tuyến trên bình đồ (Phương án I và Phương án II) là gì?

  • Phương án I: Tuyến có chiều dài $5400\text{ m}$, bố trí 7 đường cong nằm với bán kính lớn, tuyến vượt đèo ở cao độ $+315\text{ m}$ và đi dốc hoàn toàn.
  • Phương án II: Tuyến có chiều dài lớn hơn ($5758,98\text{ m}$), bố trí 8 đường cong nằm, điểm đầu nằm trên sườn đỉnh núi cao độ $+306,97\text{ m}$, tuyến vượt đèo ở cao độ $+315\text{ m}$ và đi bám sát khu dân cư thuộc huyện Hoành Bồ. Cả hai phương án đều bố trí 10 vị trí cống thoát nước.

3. Tải trọng trục tiêu chuẩn và mô đun đàn hồi yêu cầu trong tính toán kết cấu áo đường mềm được xác định ra sao?

Áo đường mềm được thiết kế với tải trọng trục đơn tiêu chuẩn $100\text{ kN}$ (áp lực $0,6\text{ daN/cm}^2$, đường kính vệt bánh $33\text{ cm}$). Với đất nền á sét loại 1 có $E_0 = 42\text{ MPa}$, lưu lượng trục tích lũy qua 15 năm đạt $N_e > 2 \times 10^6\text{ trục}$, mô đun đàn hồi yêu cầu có xét hệ số dự trữ $K_{dvdc} = 1,1$ (ứng với độ tin cậy $0,9$) được xác định là $E_{ch} = 165\text{ MPa}$.

4. Các thông số thủy văn chính nào được áp dụng để tính toán khẩu độ công trình cống trên tuyến?

Tác giả áp dụng tiêu chuẩn 22 TCN 220-95 với tần suất lũ thiết kế cho cống là $P = 2%$, lượng mưa ngày thiết kế tương ứng với vùng VII (dãy Yên Tử đổ ra biển) là $H_{2%} = 383\text{ mm}$. Tất cả các cống trên tuyến đều được chọn là cống tròn bê tông cốt thép chảy không áp với miệng cống loại thông thường.

5. Quy mô mặt cắt ngang tiêu chuẩn của tuyến đường Đ22 – C2 gồm những kích thước cụ thể nào?

Mặt cắt ngang tuyến đường có tổng bề rộng nền đường $B_n = 9,0\text{ m}$, bao gồm:

  • Mặt đường dành cho xe cơ giới: $B_m = 6,0\text{ m}$ (2 làn xe $\times 3,0\text{ m}$), độ dốc ngang mặt đường $2%$.
  • Lề đường hai bên: $B_l = 2 \times 1,5\text{ m} = 3,0\text{ m}$, trong đó lề gia cố rộng $1,0\text{ m}$ (dốc $2%$) và lề đất không gia cố rộng $0,5\text{ m}$ (dốc $6%$).
  • Ta luy nền đắp tỷ lệ $1:1,5$; ta luy nền đào tỷ lệ $1:1$; rãnh biên sâu $0,4\text{ m}$, đáy rộng $0,4\text{ m}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tuyến đường qua hai điểm Đ22 – C2 thuộc tỉnh Quảng Ninh" của tác giả Nguyễn Sĩ Thắng đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật tuyến đường ô tô cấp III miền núi vận tốc $60\text{ km/h}$ và lập biện pháp tổ chức thi công chi tiết. Kết quả nghiên cứu đã giải quyết đồng bộ các bài toán về vạch tuyến trên bình đồ số hóa, tính toán khẩu độ thủy văn cống tròn bê tông cốt thép, thiết kế hình học trắc dọc - trắc ngang và cấu tạo áo đường mềm bê tông nhựa hai lớp đáp ứng lưu lượng dự báo trong 15 năm khai thác. Công trình cung cấp giải pháp kỹ thuật khả thi, gắn liền với điều kiện địa hình, địa chất và nguồn vật liệu thực tế của huyện Hoành Bồ, đóng góp trực tiếp vào mục tiêu hoàn thiện hạ tầng giao thông và thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội địa phương.