I. Tổng quan dự án nâng cấp tuyến đường Nam Hòa Phong Hải
Dự án khảo sát thiết kế nâng cấp tuyến đường Nam Hòa - Phong Hải đoạn Km 1+500 – Km 2+500 là một hạng mục hạ tầng giao thông trọng điểm, đóng vai trò then chốt trong quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội của thị xã Quảng Yên. Giao thông vận tải là nền tảng, là đòn bẩy cho các ngành kinh tế khác, và việc nâng cấp tuyến đường này đáp ứng nhu cầu cấp thiết về đi lại, vận chuyển hàng hóa, thúc đẩy đầu tư và kết nối các vùng kinh tế. Sự phát triển của khu vực, đặc biệt sau khi cầu Chanh đi vào hoạt động và quy hoạch khu kinh tế Đầm Nhà Mạc, đã tạo ra áp lực giao thông ngày càng lớn lên tuyến đường hiện hữu. Việc đầu tư cải tạo, nâng cấp không chỉ giải quyết các vấn đề trước mắt mà còn tạo tiền đề cho sự phát triển bền vững trong tương lai, từng bước hoàn thiện mạng lưới giao thông đồng bộ theo định hướng đến năm 2030 của tỉnh Quảng Ninh. Nghiên cứu này trình bày chi tiết quá trình từ khảo sát thực địa, tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật, đến thiết kế chi tiết các yếu tố hình học và kết cấu, đảm bảo công trình sau khi hoàn thành đạt tiêu chuẩn chất lượng và hiệu quả khai thác cao.
1.1. Sự cần thiết đầu tư và định hướng phát triển KTXH
Việc đầu tư nâng cấp tuyến đường Nam Hòa - Phong Hải là một yêu cầu tất yếu xuất phát từ thực tiễn phát triển. Tuyến đường là một phần quan trọng của kết cấu hạ tầng kinh tế xã hội, phải được ưu tiên đầu tư đi trước để tạo động lực. Hiện trạng tuyến đường đã xuống cấp, không còn đáp ứng được nhu cầu vận tải ngày càng tăng. Theo định hướng phát triển của thị xã Quảng Yên đến năm 2025, khu vực sẽ hình thành nhiều cụm công nghiệp lớn như Đông Mai, Minh Thành, và đặc biệt là khu kinh tế tổng hợp Đầm Nhà Mạc. Do đó, việc nâng cấp tuyến đường sẽ góp phần phân luồng giao thông, vận chuyển vật tư, thiết bị xây dựng và hàng hóa, tạo ra một mạng lưới kết nối thông suốt từ khu vực này đến Quốc lộ 18. Đây là bước đi chiến lược nhằm hoàn chỉnh quy hoạch tổng thể hạ tầng giao thông đã được UBND tỉnh Quảng Ninh phê duyệt, đảm bảo sự phát triển đồng bộ và bền vững.
1.2. Hiện trạng tuyến đường và những thách thức kỹ thuật
Hiện trạng mặt đường tuyến Nam Hòa - Phong Hải đã bị hư hỏng nghiêm trọng ở nhiều đoạn, ảnh hưởng lớn đến an toàn giao thông và hiệu quả vận hành. Các hư hỏng này không chỉ gây khó khăn cho việc đi lại của người dân mà còn làm tăng chi phí bảo trì và vận doanh phương tiện. Thách thức lớn nhất trong công tác khảo sát thiết kế nâng cấp tuyến đường là phải giải quyết triệt để các vấn đề của nền và mặt đường cũ, đồng thời tối ưu hóa các yếu tố hình học để phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật mới. Tuyến đường đi qua khu vực dân cư đông đúc, có điều kiện địa chất, thủy văn phức tạp, đòi hỏi quá trình khảo sát phải chi tiết và chính xác. Việc lựa chọn phương án tuyến bám sát đường cũ giúp giảm thiểu chi phí giải phóng mặt bằng nhưng cũng đặt ra bài toán về tổ chức thi công để không làm gián đoạn cuộc sống người dân.
1.3. Mục tiêu cụ thể của dự án nâng cấp tuyến đường
Mục tiêu chính của dự án là cải tạo và nâng cấp tuyến đường đạt tiêu chuẩn kỹ thuật đường ô tô cấp IV miền núi, đảm bảo giao thông thông suốt, an toàn và ổn định lâu dài. Cụ thể, dự án hướng đến việc nâng cao năng lực thông hành, đáp ứng lưu lượng xe dự báo cho năm tương lai (năm thứ 15) là 1595 xe con quy đổi/ngày đêm. Các hạng mục công việc bao gồm: thiết kế lại các yếu tố hình học như bình đồ, trắc dọc, trắc ngang; xây dựng mới và gia cố kết cấu áo đường bền vững; hoàn thiện hệ thống công trình thoát nước ngang và dọc; tính toán tối ưu khối lượng đào đắp để tiết kiệm chi phí. Dự án sau khi hoàn thành sẽ cải thiện đáng kể bộ mặt kinh tế-xã hội của phường Nam Hòa, Phong Hải và toàn thị xã Quảng Yên.
II. Hướng dẫn quy trình khảo sát thực địa và thu thập số liệu
Công tác khảo sát thực địa là giai đoạn nền tảng, quyết định đến độ chính xác và tính khả thi của toàn bộ dự án thiết kế. Quy trình khảo sát được thực hiện nghiêm ngặt theo các tiêu chuẩn ngành, cụ thể là 22TCN 163-2000, nhằm thu thập đầy đủ và chính xác các số liệu cần thiết cho việc lập thiết kế kỹ thuật và dự toán. Quá trình này bao gồm nhiều bước, từ công tác chuẩn bị, thăm tuyến sơ bộ, đến đo đạc chi tiết các yếu tố hình học, khảo sát địa chất, thủy văn và hiện trạng các công trình trên tuyến. Việc áp dụng các phương pháp và thiết bị đo đạc hiện đại như máy toàn đạc điện tử DTM552 đảm bảo số liệu thu thập có độ tin cậy cao. Kết quả của công tác khảo sát là cơ sở để lựa chọn phương án tuyến tối ưu, thiết kế các yếu tố kỹ thuật và tính toán khối lượng thi công, góp phần vào thành công chung của dự án nâng cấp tuyến đường Nam Hòa - Phong Hải.
2.1. Phương pháp đo đạc và các thiết bị sử dụng
Phương pháp khảo sát chính được áp dụng là đo đạc trực tiếp tại thực địa. Các thiết bị chuyên dụng được sử dụng để đảm bảo độ chính xác cao. Cụ thể, máy toàn đạc điện tử DTM552 được dùng để đo dài, đo chênh cao và lập bản đồ trắc ngang. Máy địa bàn ba chân được sử dụng để đo góc chuyển hướng tại các đỉnh đường cong. Ngoài ra, các dụng cụ hỗ trợ khác như cọc tiêu, gương, thước dây, sơn, búa... cũng được chuẩn bị đầy đủ. Quy trình đo đạc được thực hiện hai lượt để kiểm tra và hạn chế sai số. Tất cả số liệu sau khi thu thập sẽ được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng ADS Civil để xây dựng các bản vẽ thiết kế cơ sở, bao gồm bình đồ, trắc dọc và trắc ngang.
2.2. Công tác cắm tuyến và đo đạc chi tiết hiện trường
Công tác cắm tuyến được tiến hành bám sát theo tim đường cũ nhằm giảm thiểu ảnh hưởng đến khu dân cư hai bên và tối ưu chi phí giải phóng mặt bằng. Quá trình này bắt đầu bằng việc cắm các cọc đỉnh (Đ), sau đó xác định các yếu tố đường cong như tiếp đầu (TĐ), tiếp cuối (TC) và phân giác (P). Dựa trên đó, các cọc chi tiết được cắm với mật độ: 20m/cọc trên đường thẳng và 10m/cọc trong đường cong. Công tác đo dài và đo cao tại tim tuyến được thực hiện cho tất cả các cọc đã cắm để xác định lý trình và cao độ tự nhiên. Các số liệu này là đầu vào quan trọng cho việc thiết kế đường đỏ trên trắc dọc và tính toán khối lượng đào đắp.
2.3. Khảo sát điều kiện địa chất và thủy văn khu vực
Việc phân tích đặc điểm địa chất và thủy văn là không thể thiếu trong quá trình khảo sát thiết kế. Khu vực thị xã Quảng Yên có địa hình đồng bằng ven biển, đất đai chủ yếu là đất phù sa và đất feralit. Nền đất có tiềm năng cho nông nghiệp nhưng cũng đặt ra các thách thức về ổn định cho nền đường. Về thủy văn, mạng lưới sông ngòi khá dày, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam và chịu ảnh hưởng của thủy triều. Lượng mưa trung bình hàng năm gần 2000 mm, tập trung chủ yếu vào mùa hè. Các thông số này là cơ sở quan trọng để thiết kế hệ thống công trình thoát nước hiệu quả, bao gồm việc xác định vị trí, khẩu độ cống và thiết kế rãnh dọc, đảm bảo nền đường luôn khô ráo và ổn định.
III. Phương pháp tính toán các tiêu chuẩn kỹ thuật cơ bản
Việc xác định các tiêu chuẩn kỹ thuật cơ bản là bước đi cốt lõi trong quá trình khảo sát thiết kế nâng cấp tuyến đường Nam Hòa - Phong Hải. Dựa trên các số liệu khảo sát, kết hợp với các quy định trong Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4054:2005, cấp hạng kỹ thuật của tuyến đường được xác định là đường cấp IV miền núi với vận tốc thiết kế Vtk = 40km/h. Từ đó, tất cả các chỉ tiêu hình học của đường như bề rộng mặt cắt ngang, bán kính đường cong, tầm nhìn, độ dốc dọc và các yếu tố đường cong đứng đều được tính toán một cách chi tiết. Quá trình tính toán này không chỉ đảm bảo công trình tuân thủ quy phạm mà còn hướng đến việc tối ưu hóa hiệu quả khai thác, đảm bảo an toàn cho người và phương tiện tham gia giao thông, đồng thời cân đối với chi phí đầu tư xây dựng. Các chỉ tiêu này là bộ khung để triển khai các bản vẽ thiết kế chi tiết.
3.1. Xác định chỉ tiêu kỹ thuật trên mặt cắt ngang
Mặt cắt ngang đường được thiết kế với quy mô 2 làn xe. Dựa trên tính toán và tiêu chuẩn TCVN 4054-05, các thông số được lựa chọn như sau: Bề rộng mặt đường (phần xe chạy) là Bm = 5,5m (mỗi làn 2,75m). Bề rộng lề đường mỗi bên là 1,0m, trong đó có 0,5m lề gia cố. Tổng cộng, bề rộng nền đường đạt 7,5m. Độ dốc ngang mặt đường bê tông nhựa được thiết kế là 2% để đảm bảo thoát nước tốt. Phần lề gia cố có cùng độ dốc 2%, trong khi lề không gia cố có độ dốc 4%. Các chỉ tiêu này được áp dụng thống nhất trên toàn tuyến, là cơ sở để thiết kế trắc ngang điển hình và tính toán khối lượng vật liệu.
3.2. Tính toán yếu tố hình học bình đồ và trắc dọc
Thiết kế bình đồ tập trung vào việc xác định các bán kính đường cong nằm tối thiểu để đảm bảo xe chạy an toàn. Theo tính toán, bán kính cong nằm tối thiểu thông thường được chọn là Rmin = 125m. Đối với trắc dọc, độ dốc dọc tối đa được xác định dựa trên điều kiện sức kéo của xe và quy phạm. Kết quả tính toán cho thấy độ dốc dọc tối đa có thể đạt 9%, tuy nhiên, để đảm bảo an toàn và vận hành kinh tế, trị số được chọn là imax = 8% theo tiêu chuẩn đường cấp IV miền núi. Các đoạn đổi dốc được nối bằng các đường cong đứng lồi và lõm với bán kính tối thiểu lần lượt là 700m và 450m, đảm bảo tầm nhìn và sự êm thuận khi xe chạy.
3.3. Đảm bảo an toàn qua tầm nhìn và độ dốc siêu cao
An toàn giao thông là yếu tố được đặt lên hàng đầu. Chiều dài tầm nhìn xe chạy được tính toán cho ba trường hợp: tầm nhìn một chiều (trước chướng ngại vật), tầm nhìn hai chiều (thấy xe ngược chiều) và tầm nhìn vượt xe. Theo TCVN 4054-05, chiều dài tầm nhìn thấy xe ngược chiều tối thiểu với Vtk=40km/h là S2 = 80m. Để tăng ổn định cho xe khi vào cua, mặt đường được thiết kế có siêu cao. Độ dốc siêu cao được tính toán dựa trên vận tốc và bán kính đường cong. Với các bán kính từ 65m đến 600m, độ dốc siêu cao dao động từ 2% đến 6%. Ngoài ra, mặt đường trên đường cong cũng được mở rộng để đảm bảo các xe có kích thước lớn di chuyển an toàn.
IV. Giải pháp thiết kế kết cấu áo đường và hệ thống thoát nước
Một trong những hạng mục quan trọng nhất của dự án khảo sát thiết kế nâng cấp tuyến đường Nam Hòa - Phong Hải là thiết kế kết cấu áo đường và hệ thống thoát nước. Áo đường là bộ phận chịu tác động trực tiếp từ tải trọng xe và các yếu tố môi trường, do đó phải có đủ cường độ, độ bằng phẳng và độ nhám cần thiết. Việc lựa chọn phương án kết cấu áo đường phù hợp sẽ quyết định đến tuổi thọ và chi phí bảo trì của công trình. Song song đó, hệ thống thoát nước bao gồm các công trình thoát nước ngang (cống) và rãnh dọc phải được thiết kế đồng bộ và hiệu quả. Một hệ thống thoát nước tốt sẽ bảo vệ nền đường khỏi tác động của nước, giữ cho nền đường luôn ổn định, từ đó đảm bảo độ bền vững cho toàn bộ kết cấu.
4.1. Nguyên tắc thiết kế và lựa chọn kết cấu áo đường
Nguyên tắc thiết kế kết cấu áo đường là phải đảm bảo đủ cường độ chịu biến dạng thẳng đứng, biến dạng trượt và các tác động do nhiệt độ. Dựa trên phân tích điều kiện thực tế và yêu cầu kỹ thuật, phương án được đề xuất là kết cấu áo đường mềm. Loại kết cấu này gồm nhiều lớp vật liệu, với tầng mặt bằng bê tông nhựa, tầng móng bằng các loại cấp phối đá dăm. Cụ thể, các lớp vật liệu được đề xuất bao gồm: lớp bê tông nhựa hạt mịn, lớp cấp phối đá dăm loại I và lớp cấp phối đá dăm loại II. Thiết kế này có khả năng chịu uốn không lớn nhưng chịu nén và cắt trượt tốt, phù hợp với điều kiện tải trọng và khí hậu tại khu vực.
4.2. Thiết kế hệ thống cống và rãnh thoát nước dọc
Hệ thống công trình thoát nước được thiết kế để giải quyết triệt để vấn đề úng ngập. Đối với thoát nước ngang, các vị trí có dòng chảy hoặc tụ thủy được bố trí cống. Dựa trên khảo sát, một số cống cũ đủ điều kiện được tận dụng, còn lại sẽ xây mới. Toàn bộ cống cấu tạo được chọn có khẩu độ 75 (KĐ 75). Đối với thoát nước dọc, rãnh dọc được xây dựng tại các đoạn đường đào, nửa đào nửa đắp và khu vực đông dân cư. Loại rãnh được lựa chọn là rãnh hình thang kích thước 40x40x40 (cm) hoặc rãnh xây gạch, móng bê tông, đảm bảo thu và thoát nước mưa, nước sinh hoạt hiệu quả ra khỏi phạm vi nền đường.
4.3. Phương pháp tính toán khối lượng đào đắp nền đường
Tính toán khối lượng đào đắp là công việc quan trọng để lập dự toán và lên kế hoạch thi công. Khối lượng này được xác định dựa trên diện tích đào hoặc đắp tại mỗi mặt cắt ngang chi tiết. Công thức tính toán trung bình diện tích được áp dụng: V = ((F1 + F2) / 2) * L, trong đó F1, F2 là diện tích mặt cắt và L là khoảng cách giữa chúng. Do phương án tuyến bám sát đường cũ và địa hình tương đối bằng phẳng, tổng khối lượng đào đắp được tối ưu hóa ở mức thấp nhất. Việc này không chỉ giúp giảm chi phí xây dựng mà còn hạn chế tác động đến môi trường xung quanh, thể hiện tính kinh tế và bền vững của dự án nâng cấp tuyến đường.