Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Khảo sát, thiết kế tuyến đường Cốc San – Tòng Sành, đoạn Km 1 – Km 2" do sinh viên Đầu Minh Uyên thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Đặng Văn Thanh tại Khoa Cơ Điện – Công Trình, Trường Đại học Lâm nghiệp. Đề tài được triển khai với sự hỗ trợ số liệu và thực tập từ Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Lào Cai.

Huyện Bát Xát là địa bàn vùng cao biên giới phía Tây Bắc của tỉnh Lào Cai, có diện tích tự nhiên 1.061,89 km² với trên 70% là địa hình đồi núi, đồng bào dân tộc thiểu số chiếm 82% dân số. Tuyến giao thông huyết mạch kết nối thành phố Lào Cai với khu du lịch thị trấn Sa Pa là Quốc lộ 4D (đoạn Km103 – Km137+055) mang tính chất độc đạo, đặc trưng bởi bán kính đường cong nhỏ, độ dốc dọc lớn, mặt đường hẹp và đi qua khu vực địa chất phức tạp, nhiều ruộng bậc thang thường xuyên xảy ra sụt trượt trong mùa mưa. Tuyến đường này từng ghi nhận nhiều vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng, điển hình là vụ tai nạn xe khách giường nằm ngày 01/09/2014 tại Km123 làm 36 người thương vong. Trước thực trạng đó, việc đầu tư xây dựng tuyến đường mới kết nối đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai đến Sa Pa theo hình thức Hợp đồng BOT là giải pháp cấp bách nhằm xóa bỏ các điểm đen tai nạn, rút ngắn thời gian di chuyển từ Lào Cai đi Sa Pa khoảng 20 phút, đồng thời thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội, du lịch và củng cố quốc phòng - an ninh địa phương.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được chia thành 3 phần chính:

  1. Phần 1: Khảo sát, thiết kế dự án xây dựng toàn tuyến đường Cốc San – Tòng Sành (từ Km0 đến Km7).
  2. Phần 2: Khảo sát, thiết kế kỹ thuật chi tiết đoạn tuyến từ Km1 đến Km2.
  3. Phần 3: Thiết kế tổ chức thi công đoạn tuyến từ Km1 đến Km2.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là điều kiện tự nhiên, địa hình, địa mạo, địa chất thủy văn khu vực tuyến đi qua; các chỉ tiêu hình học bình đồ, trắc dọc, trắc ngang; kết cấu áo đường mềm và các công trình thoát nước dọc, ngang trên tuyến. Phạm vi nghiên cứu về không gian trải dài trên địa bàn hai xã Cốc San và Tòng Sành thuộc huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai. Điểm đầu toàn tuyến (Km0) đấu nối tại Km133+180 của Quốc lộ 4D (vị trí rẽ vào thủy điện Cốc San), tuyến vượt suối Ngòi Đum tại Km0+100, đi bám theo sườn phải suối Ngòi Đum theo hướng dòng chảy và tựa chân dãy núi Hoàng Liên Sơn đến điểm cuối tại Km7 (vách đá suối Đum, xã Tòng Sành). Phạm vi nghiên cứu kỹ thuật và tổ chức thi công chi tiết được giới hạn tại đoạn Km1 – Km2. Phạm vi thời gian tính toán dự báo lưu lượng giao thông phục vụ thiết kế là 15 năm kể từ khi đưa công trình vào khai thác.

Cơ sở lý thuyết, căn cứ pháp lý và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thiết lập dựa trên hệ thống cơ sở pháp lý về đầu tư xây dựng, các quy hoạch giao thông của Chính phủ và địa phương, bao gồm:

  • Luật Xây dựng số 16/2003/QH11 ngày 26/11/2003.
  • Nghị định số 12/2009/NĐ-CP, Nghị định số 83/2009/NĐ-CP, Nghị định số 15/2013/NĐ-CP về quản lý dự án và chất lượng công trình xây dựng; Nghị định số 112/2009/NĐ-CP về quản lý chi phí đầu tư.
  • Quyết định số 356/TTg ngày 25/02/2013 của Thủ tướng Chính phủ về Quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 (hợp nhất các tuyến quốc lộ tạo thành QL4).
  • Quyết định số 2729/QĐ-BGTVT của Bộ Giao thông Vận tải; Quyết định số 1943/QĐ-UBND tỉnh Lào Cai phê duyệt danh mục dự án BOT; các văn bản thỏa thuận số 510/TTg-KTN, 852/SKH-ĐT, 2854/UBND-QLĐT và 4680/UBND-QLĐT của UBND tỉnh Lào Cai.

Hệ thống tiêu chuẩn, quy trình kỹ thuật được áp dụng trong tính toán và thiết kế:

  • Khảo sát tuyến: Quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô 22TCN 263–2000; Quy trình khoan thăm dò địa chất công trình 22TCN 259–2000; Quy trình khảo sát và tính toán thủy văn 22TCN 220–95.
  • Thiết kế hình học và kết cấu: Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054–2005; Quy trình thiết kế mặt đường mềm 22TCN 211–06; Quy phạm thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18–79; Tiêu chuẩn tính toán dòng chảy lũ 22 TCVN 9845–2013; Quy trình lập thiết kế tổ chức xây dựng và thiết kế thi công TCVN 4252–88.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp khảo sát đo đạc thực địa: Sử dụng máy toàn đạc điện tử DTM552 kết hợp thước dây 50m, gương, cọc tiêu để đo góc chuyển hướng, đo dài đỉnh tuyến, cắm cọc tim tuyến, đo cao tim cọc và đo trắc ngang chi tiết.
  • Phương pháp phân tích, quy đổi lưu lượng giao thông: Thu thập dữ liệu đếm xe thực tế, áp dụng hệ số quy đổi các loại phương tiện (xe tải nhẹ, xe tải trung, xe tải nặng, xe khách, xe máy, xe thô sơ) về loại xe con tiêu chuẩn theo TCVN 4054–2005; dự báo nhu cầu giao thông năm tương lai với tốc độ tăng trưởng xe hàng năm $q = 8%$.
  • Phương pháp giải tích và cơ học công trình: Ứng dụng lý thuyết động lực học đoàn xe của Zamakhaev để tính toán bề rộng một làn xe; phân tích điều kiện sức kéo, sức bám và sức cản không khí để xác định độ dốc dọc giới hạn; tính toán thủy lực dòng chảy qua rãnh dọc và khẩu độ cống vĩnh cửu; áp dụng lý thuyết biến dạng đàn hồi để kiểm tra mô đun đàn hồi yêu cầu và trạng thái trượt của áo đường mềm.
  • Phương pháp tổ chức thi công: Sử dụng phương pháp tổ chức thi công theo dây chuyền liên tục, tính toán năng suất thiết bị cơ giới (máy đào, ô tô tự đổ, máy san, xe lu, máy rải bê tông nhựa) nhằm xác định tốc độ và thời gian hoàn thiện công trình.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án xuất phát từ tài liệu khảo sát đo đạc trực tiếp tại hiện trường tuyến Cốc San – Tòng Sành; hồ sơ địa chất bở rời hệ Đệ tứ ($Q_{IV}$) và hệ Neogen; chuỗi số liệu khí tượng thủy văn trạm Lào Cai (nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, số giờ nắng); số liệu thống kê tình hình kinh tế - xã hội, tai nạn giao thông tỉnh Lào Cai và huyện Bát Xát giai đoạn 2012–2014.

Thiết kế và triển khai công trình

Đồ án triển khai thiết kế kỹ thuật toàn diện cho công trình đường ô tô miền núi và lập phương án tổ chức thi công chi tiết cho 1 km tuyến (Km1 – Km2).

Các chỉ tiêu kỹ thuật tuyến đường

Căn cứ lưu lượng tính toán và tiêu chuẩn TCVN 4054–2005, tuyến đường được xác định thuộc cấp kỹ thuật Cấp IV miền núi với các thông số chủ yếu sau:

STT Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị tính Trị số tính toán Trị số quy phạm / chọn
1 Cấp kỹ thuật - Cấp IV miền núi Cấp IV miền núi
2 Tốc độ thiết kế ($V_{tk}$) km/h - 40
3 Tốc độ tăng trưởng xe hàng năm ($q$) % 8 8
4 Lưu lượng xe khảo sát xe/ngày 1.343,5 1.343,5
5 Lưu lượng xe quy đổi năm thứ 15 ($N_{tk}$) xcqđ/ng.đêm 2.955,7 2.955,7
6 Số làn xe làn 0,38 (tính toán) 2
7 Bề rộng một làn xe ($B_{làn}$) m 3,14 2,75
8 Bề rộng mặt đường xe chạy ($B_m$) m 5,5 5,5
9 Bề rộng lề đường ($B_l$) m 2,0 2,0
10 Bề rộng lề gia cố ($B_{lgc}$) m 1,0 1,0 (mỗi bên 0,5m)
11 Bề rộng nền đường ($B_n$) m 7,5 7,5
12 Độ dốc ngang mặt đường và lề gia cố ($i_m$, $i_{gc}$) % 2 2
13 Độ dốc ngang lề không gia cố ($i_{kgc}$) % 4 4
14 Độ dốc dọc tối đa ($i_{dmax}$) % 9 (sức bám) 8 (chọn theo chuẩn)
15 Bán kính đường cong nằm tối thiểu không siêu cao ($R_{min}^{ksc}$) m - 600
16 Bán kính đường cong nằm tối thiểu có siêu cao ($R_{min}^{scmax}$) m 60 60
17 Bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường ($R_{min}^{tt}$) m 67 125
18 Bán kính đường cong nằm tối thiểu bảo đảm tầm nhìn đêm ($R_{min}^{bđ}$) m 1.200 1.200
19 Độ dốc siêu cao tối đa ($i_{scmax}$) % 6 6
20 Tầm nhìn trước chướng ngại vật ($S_1$) m 30,31 (tải) / 28,67 (con) 40
21 Tầm nhìn hai xe ngược chiều ($S_2$) m 58 (tải) / 34 (con) 80
22 Tầm nhìn vượt xe ($S_{vx}$) m - 230
23 Bán kính tối thiểu đường cong đứng lồi m - 700
24 Bán kính tối thiểu đường cong đứng lõm m 388,55 450
25 Chiều dài dốc dọc tối đa m - 500
26 Chiều dài dốc dọc tối thiểu m - 120

Giải pháp kết cấu và hệ thống thoát nước

Hệ thống công trình thoát nước và kết cấu phần xe chạy được thiết kế theo các giải pháp kỹ thuật:

  • Công trình thoát nước ngang: Quy định lưu lượng dòng chảy tính toán $Q \le 25 \text{ m}^3\text{/s}$ bố trí cống, $Q > 25 \text{ m}^3\text{/s}$ bố trí cầu. Cống được thiết kế vĩnh cửu bằng bê tông cốt thép (BTCT) đúc sẵn theo định hình 533-01-01 và 533-01-02. Chiều dày đất đắp trên đỉnh cống tối thiểu đạt 0,5m; cao độ mặt đường cách đỉnh cống ít nhất 0,5m. Khẩu độ cống cấu tạo tối thiểu là 0,75m; bố trí cống cấu tạo với khoảng cách tối đa 500m trên các đoạn nền đào. Móng cống xây đá hộc vữa mác M100 dày 25cm đặt trên lớp đệm đá dăm dày 10cm; sân tiêu năng và cửa vào/ra cống gia cố đá hộc xây vữa M100.
  • Công trình thoát nước dọc: Bố trí rãnh biên hình thang hoặc định hình dọc chân taluy nền đào và nền đắp thấp để thu gom và dẫn dòng nước mặt ra công trình thoát nước ngang.
  • Kết cấu áo đường mềm: Thiết kế mặt đường cấp cao A1 chịu tải trọng trục tiêu chuẩn 100 kN:
    • Lớp mặt trên: Bê tông nhựa hạt mịn dày 5 cm.
    • Lớp mặt dưới: Bê tông nhựa hạt trung dày 7 cm.
    • Lớp móng: Cấp phối đá dăm loại 2 dày 23 cm (áp dụng cho cả phần xe chạy và lề gia cố).

Tổ chức và công nghệ thi công

Phương án thi công đoạn Km1 – Km2 áp dụng hình thức tổ chức thi công theo dây chuyền cơ giới hóa chuyên môn sâu:

  • Thiết bị cơ giới chính: Máy đào gầu đơn thi công hố móng và đào đất nền; ô tô tự đổ Hyundai 15T vận chuyển vật liệu và ống cống; máy san công suất 108 CV; máy rải bê tông nhựa chuyên dụng Liugong CLG 509; xe bồn tưới nhựa lỏng và tưới nước.
  • Quy trình lu lèn nền và áo đường:
    • Giai đoạn lu lèn móng cấp phối đá dăm và các lớp bê tông nhựa được điều phối phối hợp giữa: Lu nhẹ bánh thép 6 tấn lu lèn sơ bộ ổn định lớp rải; Lu rung bánh lốp tải trọng nặng 16 tấn tạo độ chặt yêu cầu ($K \ge 0,98$ hoặc $K \ge 0,95$); Lu nặng bánh thép 10 tấn hoàn thiện bề mặt phẳng nhẵn.
  • Tổ chức lực lượng: Phân chia thành 5 đội thi công chuyên trách gồm Đội làm công tác chuẩn bị; Đội xây dựng cống; Đội thi công nền đường; Đội thi công mặt đường; Đội hoàn thiện (thu dọn, bù vá, bảo dưỡng mặt đường).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: CƠ SỞ XÂY DỰNG DỰ ÁN

Chương này tổng hợp các căn cứ pháp lý của dự án BOT đường nối cao tốc Nội Bài – Lào Cai đến Sa Pa. Tác giả trình bày vị trí địa lý của tuyến tại huyện Bát Xát (điểm đầu tại Km133+180 của QL4D xã Cốc San, điểm cuối khoảng Km7 tại xã Tòng Sành men theo suối Ngòi Đum). Báo cáo phân tích đặc điểm khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa núi cao (lượng mưa cực đại tháng 8 trên 350 mm, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3; nhiệt độ thấp nhất $1,4^\circ\text{C}$, cao nhất $41^\circ\text{C}$; độ ẩm trung bình trên 84%; sương muối xuất hiện 2–3 ngày trong các đợt rét đậm). Đồng thời, chương 1 phản ánh bức tranh kinh tế - xã hội tỉnh Lào Cai năm 2013: tốc độ tăng trưởng nông lâm nghiệp 3,9%, chỉ số công nghiệp tăng 23,82%, đón 1,26 triệu lượt khách du lịch và thu ngân sách đạt 4.600 tỷ đồng. Phân tích thực trạng QL4D độc đạo, hiểm trở, sạt lở và thường xuyên xảy ra tai nạn giao thông cho thấy tính cấp thiết phải xây dựng tuyến đường mới.

Chương 2: XÁC ĐỊNH CẤP HẠNG VÀ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CƠ BẢN

Từ bảng đếm xe thực tế đạt 1.343,5 xe quy đổi/ngày, áp dụng mức tăng trưởng 8%/năm, tác giả tính toán lưu lượng thiết kế năm thứ 15 đạt 2.955,7 xcqđ/ng.đêm. Căn cứ TCVN 4054–2005, tuyến được xác định là đường cấp IV miền núi, tốc độ thiết kế $V_{tk} = 40 \text{ km/h}$. Tác giả tính toán và đối chiếu các thông số hình học: lưu lượng giờ cao điểm $N_{cđgiờ} = 325,12 \text{ xcqđ/h}$, số làn xe tính toán 0,38 làn (chọn 2 làn theo quy phạm); bề rộng làn xe 2,75m; bề rộng mặt đường $B_m = 5,5\text{m}$; bề rộng nền đường $B_n = 7,5\text{m}$; lề đường $B_l = 2,0\text{m}$ (lề gia cố $1,0\text{m}$); độ dốc ngang mặt đường và lề gia cố 2%, lề đất 4%. Tác giả giải tích cự ly tầm nhìn dừng xe trước chướng ngại vật $S_1 = 40\text{m}$, tầm nhìn tránh xe ngược chiều $S_2 = 80\text{m}$, tầm nhìn vượt xe $S_{vx} = 230\text{m}$; xác định bán kính đường cong nằm không siêu cao tối thiểu 600m, có siêu cao tối đa 60m ($i_{scmax} = 6%$), thông thường 125m; dốc dọc lớn nhất $i_{dmax} = 8%$; bán kính cong đứng lồi 700m, đứng lõm 450m.

Chương 3: XÂY DỰNG BẢN VẼ THIẾT KẾ CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC TUYẾN ĐƯỜNG

Chương 3 thiết lập các nguyên tắc và tính toán hình học bình đồ, trắc dọc, trắc ngang và thoát nước. Công trình thoát nước ngang sử dụng cống tròn BTCT định hình 533-01-01 và 533-01-02, bố trí cống cấu tạo khẩu độ tối thiểu 0,75m với khoảng cách tối đa 500m đối với nền đào. Rãnh dọc được tính toán thủy lực đảm bảo lưu lượng nước gom bề mặt không gây ngập tràn. Trên cơ sở số liệu khảo sát, bản vẽ trắc dọc và trắc ngang tuyến được lập nhằm cân đối đường đỏ, đảm bảo tầm nhìn, độ dốc dọc và tính toán diện tích, khối lượng đào đắp nền đường.

Chương 4: LỰA CHỌN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG VÀ SƠ BỘ DỰ TOÁN

Tác giả phân tích điều kiện khí hậu, vật liệu địa phương và điều kiện tải trọng để đề xuất phương án kết cấu áo đường mềm mặt đường cấp cao A1 (bê tông nhựa trên móng cấp phối đá dăm). Chương này lập bảng tổng hợp khái toán chi phí dự án xây dựng toàn tuyến Cốc San – Tòng Sành bao gồm chi phí xây lắp, bồi thường giải phóng mặt bằng, quản lý dự án, tư vấn đầu tư xây dựng và chi phí dự phòng.

Chương 5: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG

Chương 5 khảo sát hiện trạng môi trường tự nhiên và xã hội vùng dự án; dự báo các tác động tiêu cực phát sinh trong quá trình thi công (bụi bẩn, khí thải máy móc, tiếng ồn, nguy cơ xói mòn, sạt lở đất sườn dốc, gián đoạn dòng chảy suối Ngòi Đum) và giai đoạn vận hành. Tác giả đề xuất giải pháp giảm thiểu: thu dọn mặt bằng, tưới nước dập bụi, che chắn xe chở vật liệu, bố trí hệ thống lắng cặn, bảo vệ cảnh quan nông nghiệp ruộng bậc thang và ổn định sinh kế dân cư địa phương.

Chương 6: ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐOẠN TUYẾN VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Nghiên cứu tập trung vào đoạn tuyến thiết kế kỹ thuật từ Km1 đến Km2. Tác giả phân tích cụ thể điều kiện địa hình đồi núi, chế độ thủy văn của suối Ngòi Đum tại khu vực này. Tiến hành tính toán độ triệt hủy lực ly tâm trên đường cong, xác định độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong nằm ứng với các bán kính khác nhau, tính toán chiều dài và phương pháp bố trí đoạn nối siêu cao, đoạn đường cong chuyển tiếp nhằm đảm bảo tính liên tục của quỹ đạo chuyển động.

Chương 7: KHẢO SÁT THU THẬP SỐ LIỆU THIẾT KẾ KỸ THUẬT ĐOẠN TUYẾN

Trình bày kết quả đo đạc thực tế đoạn Km1 – Km2 bằng máy toàn đạc điện tử DTM552. Tác giả khôi phục hệ thống cọc mốc tim tuyến, cắm bổ sung cọc chi tiết trên đường thẳng và đường cong, tiến hành đo cao tim cọc và đo mặt cắt ngang chi tiết. Từ dữ liệu trắc ngang và trắc dọc, chương này xác định đường đỏ thiết kế, diện tích đào đắp từng cọc và tổng hợp bảng khối lượng đào đắp nền đường của đoạn Km1 – Km2.

Chương 8: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC

Nội dung chương tập trung tính toán thủy lực cho các công trình thoát nước đoạn Km1 – Km2. Tác giả xác định diện tích lưu vực hứng nước sườn dốc, tính toán lưu lượng thực tế chảy qua hình cắt ngang của rãnh dọc, kiểm tra khả năng xả nước của rãnh định hình để chống tràn lề và xói lở taluy. Tiến hành tính toán lưu lượng đỉnh lũ và khẩu độ thủy lực cho các cống ngang qua đường, xác định chiều sâu nước dâng thượng lưu và vận tốc dòng chảy qua cống để thiết kế gia cố sân tiêu năng.

Chương 9: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

Dựa trên tiêu chuẩn 22TCN 211–06, tác giả tính toán số trục xe tích lũy quy đổi về trục tiêu chuẩn 100 kN tại năm thứ 15 của thời kỳ khai thác. Xác định mô đun đàn hồi yêu cầu ($E_{yc}$) của kết cấu và mô đun đàn hồi tối thiểu của từng lớp vật liệu nền - áo đường. Áo đường được tính toán và kiểm tra qua 3 tiêu chuẩn: tiêu chuẩn độ võng đàn hồi, tiêu chuẩn ứng suất kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối, và tiêu chuẩn ứng suất cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết. Kết cấu hoàn chỉnh được chọn gồm: lớp bê tông nhựa mịn 5cm, bê tông nhựa trung 7cm trên lớp móng cấp phối đá dăm loại 2 dày 23cm; đồng thời thiết kế kết cấu lề gia cố đồng bộ.

Chương 10: TÌNH HÌNH CỦA ĐOẠN TUYẾN THI CÔNG

Chương này đánh giá các điều kiện phục vụ thi công đoạn Km1 – Km2: điều kiện thời tiết khí hậu Lào Cai (phân chia mùa khô thuận lợi thi công nền mặt đường từ tháng 11 đến tháng 3), khả năng huy động nhân lực, thiết bị máy móc của đơn vị thi công. Tác giả phân tích và lựa chọn phương pháp tổ chức thi công theo dây chuyền chuyên môn hóa, thiết kế quy hoạch mặt bằng công trường, kho bãi tập kết vật liệu (đá dăm, nhựa đường, cát, xi măng) và bãi đúc cấu kiện cống bê tông.

Chương 11: THI CÔNG CỐNG VÀ NỀN ĐƯỜNG

Lập biện pháp kỹ thuật và tiến độ thi công cống thoát nước và nền đường đoạn Km1 – Km2. Trình tự thi công cống gồm: đào hố móng bằng máy đào kết hợp thủ công, rải lớp đệm đá dăm dày 10cm, xây móng cống bằng đá hộc vữa mác M100 dày 25cm, lắp đặt các đốt cống BTCT đúc sẵn, chèn mối nối, xây tường đầu - tường cánh, đắp đất móng cống từng lớp kỹ thuật. Đối với nền đường, tác giả tính toán khối lượng đào đắp, cự ly vận chuyển, điều phối đất giữa các trắc ngang; tính toán số ca máy đào và số chuyến xe tự đổ Hyundai 15T phục vụ vận chuyển đất điều phối.

Chương 12: THI CÔNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

Chương cuối cùng xây dựng tiến độ dây chuyền và quy trình công nghệ rải, lu lèn các lớp mặt đường. Tác giả tính toán các thông số dây chuyền: thời gian triển khai, thời gian ổn định, thời gian hoàn tất và tốc độ di chuyển của dây chuyền. Tính toán định mức năng suất ca của các tổ hợp máy móc: máy lu nhẹ 6T, lu rung 16T, lu tĩnh 10T; máy rải bê tông nhựa Liugong CLG 509; máy san 108 CV; xe bồn tưới nhựa và tưới nước; trạm trộn vật liệu. Lập biện pháp thi công khuôn đường, tạo mui luyện và trình tự thi công tuần tự 3 lớp vật liệu áo đường cùng phương án bố trí 5 đội công trường bảo đảm an toàn giao thông và tiến độ.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả kỹ thuật cụ thể đã được tính toán và kiểm chứng theo tiêu chuẩn:

  • Xác lập đầy đủ hệ thống chỉ tiêu kỹ thuật tuyến Cốc San – Tòng Sành đạt cấp IV miền núi ($V_{tk} = 40 \text{ km/h}$) với quy mô mặt cắt ngang nền $B_n = 7,5\text{m}$, mặt $B_m = 5,5\text{m}$, lề $B_l = 2,0\text{m}$ (trong đó lề gia cố $1,0\text{m}$).
  • Tính toán chính xác các yếu tố hình học bình đồ và trắc dọc: khống chế độ dốc dọc tối đa $i_{dmax} = 8%$; bán kính đường cong đứng lồi $700\text{m}$, đứng lõm $450\text{m}$; bố trí siêu cao $i_{scmax} = 6%$ và mở rộng mặt đường trong các đường cong có bán kính nhỏ tới $R_{min} = 60\text{m}$.
  • Hoàn thiện thiết kế kết cấu áo đường mềm cấp cao A1 với tầng mặt bê tông nhựa hai lớp (hạt mịn 5 cm, hạt trung 7 cm) trên lớp móng cấp phối đá dăm loại 2 dày 23 cm đáp ứng năng lực chịu tải của trục xe tiêu chuẩn 100 kN sau 15 năm khai thác ($N_{tk} = 2.955,7 \text{ xcqđ/ng.đêm}$).
  • Định hình hệ thống công trình thoát nước ngang vĩnh cửu sử dụng cống tròn BTCT định hình 533-01-01 và 533-01-02 trên móng đá hộc mác M100 dày 25cm, đệm đá dăm 10cm.
  • Lập hồ sơ tổ chức thi công dây chuyền cơ giới hóa cho đoạn tuyến Km1 – Km2: tính toán cụ thể định mức và năng suất của trạm trộn, máy san 108 CV, máy rải Liugong CLG 509, xe tải Hyundai 15T và sơ đồ lu lèn 3 giai đoạn (lu 6T, lu 16T, lu 10T), phân chia tổ chức thành 5 đội thi công chuyên trách.

Đóng góp của đồ án: Tác giả đã trực tiếp thực hiện một khối lượng công việc kỹ thuật lớn, khép kín từ khâu khảo sát thực địa bằng thiết bị đo đạc điện tử, lập hồ sơ thiết kế cơ sở toàn tuyến (Km0 – Km7), thiết kế kỹ thuật chi tiết các yếu tố hình học - áo đường - thoát nước cho đoạn Km1 – Km2, đến lập biện pháp tổ chức thi công cơ giới hóa chi tiết. Giải pháp tuyến đi bám chân núi Hoàng Liên Sơn men theo suối Ngòi Đum cung cấp phương án kỹ thuật khả thi hỗ trợ giải quyết tình trạng ách tắc, sạt lở và nguy cơ mất an toàn giao thông trên tuyến Quốc lộ 4D hiện hữu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Phạm vi thiết kế kỹ thuật chi tiết và lập biện pháp tổ chức thi công chuyên sâu mới chỉ tập trung giải quyết trên đoạn tuyến 1 km (từ Km1 đến Km2), chưa thực hiện thiết kế kỹ thuật chi tiết cho toàn bộ 7 km của dự án.
  • Do điều kiện địa hình đồi núi hiểm trở, tuyến buộc phải sử dụng nhiều đường cong có bán kính nhỏ ($R_{min} = 60\text{m}$) dẫn đến yêu cầu bố trí đoạn nối siêu cao, mở rộng phức tạp và hạn chế vận tốc lưu thông.
  • Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực thuộc tầng trầm tích bở rời hệ Đệ tứ ($Q_{IV}$) và Neogen có diện phân bố hẹp nhưng chứa nước ngầm liên hệ với nước mặt, tiềm ẩn rủi ro bục nước ngầm khi đào sâu hố móng mố trụ cầu hoặc cống mà khảo sát sơ bộ chưa đánh giá hết được biến thiên theo mùa mưa lũ.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Tiếp tục hoàn thiện công tác khảo sát, lập thiết kế kỹ thuật và bản vẽ thi công cho các đoạn tuyến còn lại từ Km0 đến Km1 và từ Km2 đến Km7.
  • Tiến hành khoan thăm dò địa chất công trình chi tiết hơn tại các vị trí dự kiến đặt cống lớn và công trình vượt suối Ngòi Đum nhằm kiểm soát hiện tượng ngập úng và ổn định hố móng trong mùa mưa lũ.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo thực tiễn đối với:

  • Sinh viên chuyên ngành Xây dựng Công trình Giao thông, Kỹ thuật Công trình, Cầu đường: Tài liệu là mẫu hình hoàn chỉnh về cấu trúc một đồ án tốt nghiệp công trình giao thông, bao quát đủ 3 giai đoạn từ lập dự án thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật đến thiết kế tổ chức thi công.
  • Kỹ sư thiết kế đường ô tô vùng núi: Có thể tham khảo phương pháp tính toán, bố trí đường cong nằm bán kính nhỏ, tính toán đoạn nối siêu cao, mở rộng mặt đường và giải pháp kiểm tra các chỉ tiêu trắc dọc, trắc ngang theo TCVN 4054–2005.
  • Cán bộ kỹ thuật và chỉ huy trưởng công trường: Tham khảo quy trình tổ chức thi công dây chuyền, sơ đồ lu lèn các lớp mặt đường bê tông nhựa và móng cấp phối đá dăm bằng các tổ hợp lu 6T, 16T, 10T cùng phương pháp điều phối đất nền đường.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấp hạng kỹ thuật và vận tốc thiết kế của tuyến đường Cốc San – Tòng Sành được xác định là bao nhiêu?
Tuyến đường được xác định là đường cấp IV miền núi theo tiêu chuẩn TCVN 4054–2005, với vận tốc thiết kế $V_{tk} = 40 \text{ km/h}$.

2. Lưu lượng giao thông tính toán ở thời điểm khảo sát và dự báo ở năm thứ 15 của tuyến là bao nhiêu?
Lưu lượng xe đếm được ở thời điểm khảo sát quy đổi về xe con là 1.343,5 xe/ngày. Với tỷ lệ tăng trưởng xe trung bình $8%/\text{năm}$, lưu lượng thiết kế tính toán cho năm thứ 15 khi đưa vào khai thác đạt 2.955,7 xcqđ/ng.đêm.

3. Mặt cắt ngang của tuyến đường gồm những thông số kích thước cơ bản nào?
Bề rộng nền đường $B_n = 7,5\text{m}$; bề rộng mặt đường xe chạy $B_m = 5,5\text{m}$ (gồm 2 làn xe, mỗi làn rộng $2,75\text{m}$); bề rộng lề đường mỗi bên $1,0\text{m}$ (tổng bề rộng lề $B_l = 2,0\text{m}$, trong đó lề gia cố rộng $0,5\text{m}$ mỗi bên, tổng $B_{lgc} = 1,0\text{m}$). Độ dốc ngang mặt đường và lề gia cố là 2%, lề đất không gia cố là 4%.

4. Kết cấu áo đường mềm được đề xuất cho đoạn Km1 – Km2 bao gồm những lớp vật liệu nào?
Kết cấu áo đường mềm cấp cao A1 gồm 3 lớp chính: lớp mặt trên bằng bê tông nhựa hạt mịn dày 5 cm, lớp mặt dưới bằng bê tông nhựa hạt trung dày 7 cm, và lớp móng bằng cấp phối đá dăm loại 2 dày 23 cm (áp dụng đồng bộ cho cả phần xe chạy và lề gia cố).

5. Sơ đồ lu lèn khi thi công các lớp móng và mặt đường bê tông nhựa sử dụng tổ hợp thiết bị nào?
Quá trình lu lèn áp dụng phối hợp 3 loại lu cơ giới: lu nhẹ bánh thép tải trọng 6 tấn thực hiện lu lèn sơ bộ định hình; lu rung bánh lốp tải trọng nặng 16 tấn thực hiện lu lèn chặt đạt dung trọng thiết kế; lu nặng bánh thép tải trọng 10 tấn thực hiện lu lèn phẳng nhẵn bề mặt kết thúc.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đầu Minh Uyên đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ khảo sát và thiết kế tuyến đường Cốc San – Tòng Sành (huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai) đạt tiêu chuẩn đường cấp IV miền núi với tốc độ thiết kế 40 km/h. Nghiên cứu cung cấp hồ sơ kỹ thuật chi tiết từ việc lựa chọn các chỉ tiêu hình học bình đồ, trắc dọc, trắc ngang đến tính toán kết cấu áo đường bê tông nhựa và hệ thống thoát nước vĩnh cửu. Đặc biệt, phương án tổ chức thi công cơ giới hóa dây chuyền cho đoạn Km1 – Km2 được xây dựng cụ thể về nhân lực, thiết bị và công nghệ lu lèn, tạo tiền đề kỹ thuật khả thi phục vụ cho việc hình thành tuyến đường mới kết nối cao tốc Nội Bài – Lào Cai đến Sa Pa.