Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Cầu đường tập trung giải quyết bài toán thiết kế công trình giao thông đường bộ: tuyến đường nối hai điểm M2 – N2 thuộc địa phận huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng. Dự án được triển khai dựa trên Quyết định số 1208/QĐ-UBND ngày 15/10/2013 của Ủy ban nhân dân tỉnh Cao Bằng về việc cho phép lập dự án đầu tư xây dựng công trình giao thông nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế – xã hội của địa phương.

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Huyện Hòa An nằm ở trung tâm tỉnh Cao Bằng, giữ vị trí địa lý kết nối quan trọng khi tiếp giáp thị xã Cao Bằng và các huyện Hà Quảng, Trà Lĩnh, Quảng Hòa, Thạch An, Nguyên Bình, Thông Nông. Tuy nhiên, hệ thống hạ tầng giao thông hiện trạng tại khu vực chưa đồng bộ, chưa đáp ứng được nhu cầu vận chuyển hàng hóa và giao lưu kinh tế ngày càng gia tăng giữa các cụm, điểm công nghiệp, vùng nguyên liệu khoáng sản (sắt Nà Lủng, Nà Rụa, phôi thép, bô-xít...) và vùng nông lâm sản tập trung (vựa lúa thung lũng Hòa An, vùng nguyên liệu chè đắng, trúc sào...). Địa hình khu vực tuyến đi qua tương đối phức tạp, chia cắt mạnh bởi đồi núi và các hệ thống sông suối thuộc lưu vực sông Bằng Giang, sông Gâm, sông Bắc Vọng và sông Quây Sơn. Do đó, việc nghiên cứu thiết kế xây dựng tuyến đường M2 – N2 là yêu cầu cấp thiết để hoàn thiện mạng lưới tỉnh lộ, bảo đảm lưu thông thông suốt và phục vụ an ninh quốc phòng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Tác giả xác định các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể của dự án theo hai giai đoạn:

  1. Mục tiêu trước mắt:
    • Nâng cao chất lượng mạng lưới giao thông của huyện Hòa An và tỉnh Cao Bằng nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải đang tăng nhanh.
    • Kích thích sự phát triển kinh tế của các huyện miền núi và bảo đảm lưu thông hàng hóa thông suốt giữa các vùng kinh tế.
    • Cụ thể hóa định hướng phát triển kinh tế trên địa bàn toàn tỉnh và huyện Hòa An.
    • Làm căn cứ pháp lý và kỹ thuật phục vụ công tác quản lý xây dựng, xúc tiến và kêu gọi đầu tư theo quy hoạch.
  2. Mục tiêu lâu dài:
    • Trở thành tuyến công trình hạ tầng huyết mạch nằm trong hệ thống tỉnh lộ của tỉnh Cao Bằng.
    • Góp phần củng cố quốc phòng – an ninh, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa của địa phương và khu vực.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các giải pháp kỹ thuật thiết kế hình học tuyến, kết cấu công trình nền – mặt đường, hệ thống công trình thoát nước và phương án tổ chức thi công xây dựng công trình đường ô tô.
  • Phạm vi không gian: Tuyến đường thiết kế nối hai điểm M2 – N2 đi qua địa bàn huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng, trên nền bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000 có khoảng cao đều đường đồng mức $\Delta H = 5\text{ m}$.
  • Phạm vi thời gian và kế hoạch đầu tư: Kế hoạch xây dựng tập trung trong thời gian 6 tháng (từ tháng 10/2013 đến tháng 04/2014). Thời hạn tính toán dự báo lưu lượng giao thông và khai thác công trình là 15 năm kể từ khi đưa vào khai thác; kinh phí bố trí duy tu, bảo dưỡng định kỳ hàng năm tương đương $5%$ chi phí xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Cơ sở pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật áp dụng

Đồ án được xây dựng dựa trên hệ thống văn bản quy phạm pháp luật và tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành hiện hành:

  • Luật Xây dựng số 16/2003/QH11 ngày 26/11/2003 của Quốc hội (khoản 17 Điều 3 và khoản 5 Điều 35).
  • Nghị định số 12/2009/NĐ-CP ngày 12/02/2009 của Chính phủ về quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình (Điều 7 quy định về phần thuyết minh và Điều 8 quy định về thiết kế cơ sở).
  • Nghị định số 08/2005/NĐ-CP ngày 24/01/2005 của Chính phủ về Quy hoạch xây dựng; Nghị định số 16/CP.
  • TCVN 4054:2005 – Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô.
  • 22 TCN 211-06 – Quy phạm thiết kế áo đường mềm.
  • 22 TCN 27-84 – Quy trình khảo sát xây dựng.
  • 22 TCN 220-95 – Quy trình khảo sát thủy văn của Bộ Giao thông Vận tải.
  • 22 TCN 237-01 – Điều lệ báo hiệu đường bộ.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật

Tác giả kết hợp các phương pháp tính toán kỹ thuật chuyên ngành cầu đường:

  • Phương pháp phân tích động lực học xe chạy: Xác định độ dốc dọc lớn nhất ($i_{\max}$) thông qua so sánh giữa điều kiện sức kéo động lực học ($i_{\max} = D - f$) và điều kiện sức bám chống trượt bánh xe ($i_{b\max} = D' - f$). Tính toán khoảng cách tầm nhìn xe chạy gồm tầm nhìn một chiều ($S_I$), tầm nhìn hai chiều ($S_{II}$) và tầm nhìn vượt xe ($S_{IV}$).
  • Phương pháp vạch tuyến trên bình đồ: Áp dụng phương pháp bước compa trên bản đồ đường đồng mức với công thức $\lambda = \frac{H}{(i_{\max} - i') \cdot M}$ để xác định tuyến lý thuyết, kết hợp bố trí đường cong tròn và đường cong chuyển tiếp Clotoid.
  • Phương pháp tính toán thủy văn và thủy lực: Xác định lưu lượng dòng chảy tính toán ($Q_{tt}$) tương ứng tần suất thiết kế $p = 4%$ để xác định khẩu độ cống tròn bê tông cốt thép chảy không áp.
  • Phương pháp tính toán kết cấu áo đường mềm: Tính toán quy đổi dòng xe hỗn hợp về trục xe tiêu chuẩn $100\text{ kN}$ sau 15 năm khai thác theo quy phạm 22 TCN 211-06; xác định mô đun đàn hồi yêu cầu ($E_{yc}$) và kiểm tra ứng suất kéo uốn, trượt trượt đàn hồi.
  • Phương pháp hỗ trợ thiết kế bằng phần mềm: Ứng dụng phần mềm chuyên dụng Nova và AutoCAD trong thiết kế trắc dọc, trắc ngang và tự động hóa tính toán khối lượng đào đắp đất nền đường.

Nguồn dữ liệu sử dụng

  • Số liệu khảo sát địa hình trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000, đường đồng mức $\Delta H = 5\text{ m}$.
  • Số liệu khảo sát khí tượng thủy văn trạm Cao Bằng: lượng mưa bình quân năm $1321\text{ mm}$ (cao nhất $1780\text{ mm}$ vào tháng 6, 7, 8; thấp nhất $912\text{ mm}$), nhiệt độ trung bình mùa hè $30 - 35^\circ\text{C}$, mùa đông $5 - 8^\circ\text{C}$ đến $18 - 22^\circ\text{C}$, số giờ nắng trung bình $1729\text{ giờ/năm}$, độ ẩm không khí trung bình $81%$.
  • Số liệu địa chất công trình: nền đất chủ yếu là đất á sét thuộc loại 3 (luôn khô ráo), mô đun đàn hồi nền đất $E_0 = 40\text{ MPa}$, lực dính $c = 0$. Mỏ cấp phối đá dăm và mỏ đất đắp cục bộ có cự ly vận chuyển dưới $5\text{ km}$ (phạm vi $500\text{ m} - 1000\text{ m}$).
  • Số liệu điều tra lưu lượng xe: lưu lượng xe năm thứ 15 đạt $1408\text{ xe/ngày đêm}$ với thành phần: xe con $28%$, xe tải nhẹ $22%$, xe tải trung $37%$, xe tải nặng $13%$; tỷ lệ tăng trưởng giao thông hàng năm $q = 5%$.

Nội dung chính theo từng chương

Đồ án được cấu trúc thành 3 phần chính với các chương chuyên môn:

Phần I: Thuyết minh lập dự án và thiết kế cơ sở

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương này trình bày cơ sở pháp lý, sự cần thiết đầu tư, tổ chức thực hiện và bối cảnh tự nhiên – kinh tế xã hội của khu vực huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng. Nội dung phân tích chi tiết quy hoạch phát triển công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp tỉnh Cao Bằng đến năm 2020 và định hướng tới 2030, bao gồm các dự án luyện kim gang thép, chế biến khoáng sản (mỏ sắt Nà Lủng, Nà Rụa, nhà máy luyện gang Ngũ Lão, Fero Mangan Phong Châu...) và chế biến nông lâm sản (nhà máy đường Phục Hòa, chế biến chè đắng, ván dăm bào Hòa An). Chương này khẳng định tuyến đường M2 – N2 là trục giao thông kết nối thiết yếu để giải tỏa ách tắc vận tải và phục vụ chiến lược công nghiệp hóa của tỉnh.

Chương 2: Quy mô thiết kế và cấp hạng kỹ thuật

Chương 2 tiến hành phân cấp kỹ thuật tuyến đường và xác định các chỉ tiêu hình học:

  • Xác định cấp hạng: Lưu lượng xe thiết kế năm thứ 15 quy đổi ra xe con theo TCVN 4054:2005 đạt $N_{15qđ} = 3020\text{ xe quy đổi/ngày đêm}$ (lớn hơn ngưỡng $3000\text{ xe quy đổi/ngày đêm}$). Tuyến được lựa chọn thiết kế theo tiêu chuẩn đường cấp III miền núi, tốc độ thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$.
  • Tính toán sức kéo và dốc dọc: Qua phân tích 4 loại phương tiện đại diện (xe con Volga, tải nhẹ Gaz 51, tải trung Zil 150, tải nặng Maz 200), độ dốc dọc lớn nhất theo điều kiện sức bám ($i_{b\max} = 12{,}2% - 19{,}2%$) luôn lớn hơn theo điều kiện sức kéo ($i_{\max} = 5{,}3% - 8{,}9%$). Mặc dù tiêu chuẩn cho phép $i_{\max} = 7%$, tác giả kiến nghị chọn $i_{\max} = 5%$ nhằm tối ưu hóa khả năng vận hành của đoàn xe tải nặng trên địa hình miền núi.
  • Tính toán các chỉ tiêu tầm nhìn và bán kính cong: Xác định tầm nhìn một chiều $S_I = 75\text{ m}$ (tính toán đạt $66{,}36\text{ m}$), tầm nhìn hai chiều $S_{II} = 150\text{ m}$ (tính toán $122{,}7\text{ m}$), tầm nhìn vượt xe $S_{IV} = 360\text{ m}$ (quy phạm $350\text{ m}$). Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn có siêu cao $7%$ là $R_{\min}^{sc} = 129\text{ m}$ (tính toán $128{,}85\text{ m}$), không siêu cao $R_{\min}^{0sc} = 1500\text{ m}$, và bán kính bảo đảm tầm nhìn ban đêm $R_{\min} = 1125\text{ m}$. Bán kính cong đứng lồi chọn $2500\text{ m}$, bán kính cong đứng lõm chọn $1000\text{ m}$ (tầm nhìn ban đêm đạt $1366\text{ m}$).
TT Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị Tính toán Quy phạm Kiến nghị chọn
1 Cấp kỹ thuật - - III III
2 Tốc độ thiết kế km/h - 60 60
3 Số làn xe làn 1 2 2
4 Bề rộng 1 làn xe m 3,83 3,00 3,00
5 Bề rộng phần xe chạy m 7,66 6,00 6,00
6 Bề rộng lề gia cố m - $2 \times 1,0$ $2 \times 1,0$
7 Bề rộng lề đất m - $2 \times 0,5$ $2 \times 0,5$
8 Bề rộng nền đường m - 9,00 9,00
9 Dốc ngang phần xe chạy & lề gia cố % - 2 2
10 Dốc ngang lề đất % - 6 6
11 Độ dốc dọc lớn nhất % 5,0 7,0 5,0
12 Độ dốc dọc nhỏ nhất (nền đào) % 0,5 0,5 0,5
13 Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc m - 150 150
14 Bán kính cong nằm tối thiểu ($i_{sc}=7%$) m 128,85 125 129
15 Bán kính cong nằm tối thiểu không siêu cao m 472,44 1500 1500
16 Bán kính cong nằm bảo đảm tầm nhìn đêm m 1125 - 1125
17 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu m 2344 2500 2500
18 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu m 554 1000 1000
19 Tầm nhìn một chiều m 66,36 75 75
20 Tầm nhìn hai chiều m 122,70 150 150
21 Tầm nhìn vượt xe m 360 350 360
22 Tần suất thiết kế cống, rãnh % - 4 4

Chương 3: Thiết kế tuyến trên bình đồ

Tác giả xây dựng nguyên tắc vạch tuyến trên bình đồ bản đồ tỷ lệ 1/10.000:

  • Bước compa vạch tuyến lý thuyết được tính toán: $\lambda = \frac{5}{(0{,}07 - 0{,}02) \cdot 10000} = 0{,}01\text{ m} = 1\text{ cm}$.
  • Tuyến thực tế bám sát sườn đồi, né tránh các vùng địa chất xung yếu và giao cắt vuông góc với các khe suối tự nhiên.
  • Đề xuất hai phương án tuyến chạy theo hướng Bắc – Nam:
    • Phương án I: Bám theo sườn dốc và các đường phân thủy, bán kính cong nằm trung bình $R_{tb} \approx 300\text{ m}$.
    • Phương án II: Bám sát địa hình phân thủy với bán kính cong nằm trung bình $R_{tb} \approx 300\text{ m}$.
  • Thiết kế các yếu tố hình học đường cong nằm gồm: góc ngoặt $\alpha$, tiếp tuyến $T$, phân cự $P$, chiều dài đường cong $K$, đoạn đo trọn $D$, đoạn nối vuốt siêu cao $L_{sc}$ và đường cong chuyển tiếp Clotoid $L_{ct}$.

Chương 4: Tính toán thủy văn và khẩu độ cống

Tính toán lưu lượng thoát nước lưu vực với tần suất thiết kế $p = 4%$. Toàn bộ cống trên tuyến được lựa chọn là cống tròn bê tông cốt thép chảy không áp, cửa cống loại thường:

  • Phương án tuyến 1: Bố trí các cống C1 (đường kính $D = 1\text{ m}$, chiều cao nước $H = 0{,}43\text{ m}$), C2 ($D = 1\text{ m}$, $H = 1{,}43\text{ m}$), C5 ($D = 1\text{ m}$, $H = 0{,}43\text{ m}$).
  • Phương án tuyến 2: Bố trí cống C1 ($D = 1\text{ m}$, $H = 0{,}43\text{ m}$), C3 ($D = 1\text{ m}$, $H = 0{,}68\text{ m}$), C4 ($D = 1\text{ m}$, $H = 0{,}68\text{ m}$), C5 ($D = 1\text{ m}$, $H = 1{,}18\text{ m}$).
Phương án Ký hiệu cống Loại cống Chế độ chảy Số lượng Đường kính $D$ (m) Chiều cao nước $H$ (m)
Phương án 1 C1 Tròn BTCT Loại 1 Không áp 1 1,0 0,43
C2 Tròn BTCT Loại 1 Không áp 1 1,0 1,43
C5 Tròn BTCT Loại 1 Không áp 1 1,0 0,43
Phương án 2 C1 Tròn BTCT Loại 1 Không áp 1 1,0 0,43
C3 Tròn BTCT Loại 1 Không áp 1 1,0 0,68
C4 Tròn BTCT Loại 1 Không áp 1 1,0 0,68
C5 Tròn BTCT Loại 1 Không áp 1 1,0 1,18

Chương 5: Thiết kế trắc dọc & trắc ngang

  • Trắc dọc: Dựng trắc dọc tự nhiên theo tỷ lệ đứng 1:500, tỷ lệ ngang 1:5000. Đường đỏ được thiết kế bám sát địa hình tự nhiên, khống chế cao độ vai đường cao hơn mực nước tính toán ($p=4%$) tối thiểu $0{,}50\text{ m}$, đáy kết cấu áo đường cao hơn mực nước đọng thường xuyên tối thiểu $0{,}50\text{ m}$, và chiều cao đất đắp trên lưng cống tròn tối thiểu đạt $0{,}50\text{ m}$. Bố trí đường cong đứng tại các điểm đổi dốc có hiệu đại số độ dốc $\ge 1%$.
  • Trắc ngang: Bề rộng mặt đường $B = 6\text{ m}$, lề đường $2 \times 1{,}5\text{ m} = 3\text{ m}$. Mái dốc taluy đắp là 1:1,5; mái dốc taluy đào là 1:1. Rãnh biên hình thang sâu $0{,}4\text{ m}$, bề rộng đáy $0{,}4\text{ m}$.
  • Khối lượng đào đắp: Áp dụng phần mềm Nova và AutoCAD để tính diện tích và khối lượng đào, đắp, đánh cấp giật cấp, vét bùn và diện tích trồng cỏ gia cố mái dốc taluy.

Chương 6: Thiết kế kết cấu áo đường

  • Thông số đầu vào: Đất nền á sét nhóm 3 ($E_0 = 40\text{ MPa}$, $c = 0$). Tải trọng tính toán là trục xe tiêu chuẩn $100\text{ kN}$, áp lực bánh xe $p = 6{,}0\text{ daN/cm}^2$, đường kính vệt bánh $D = 33\text{ cm}$.
  • Quy đổi tải trọng: Tính toán số trục xe tiêu chuẩn $100\text{ kN}$ quy đổi ngày đêm đạt $\sum N = 371\text{ trục/ngày đêm}$.
  • Mô đun đàn hồi yêu cầu: Sau 15 năm khai thác, mô đun đàn hồi yêu cầu tra bảng quy phạm đạt $E_{yc} = 161\text{ MPa}$. Hệ số dự trữ điều chỉnh theo độ tin cậy ($0{,}9$) của đường cấp III miền núi là $K_{dvdc} = 1{,}1$, cho ra mô đun đàn hồi tính toán chọn $E_{ch} = 161 \times 1{,}1 = 177{,}1\text{ MPa}$.
  • Vật liệu áo đường: Đưa ra các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu dự kiến sử dụng (Bê tông nhựa chặt hạt mịn $E = 1800\text{ MPa}, R_{ku} = 2{,}8\text{ MPa}$; Bê tông nhựa chặt hạt thô $E = 1600\text{ MPa}, R_{ku} = 2{,}0\text{ MPa}$; Cấp phối đá dăm loại I $E = 300\text{ MPa}$; Đá dăm tiêu chuẩn $E = 280\text{ MPa}$; Cấp phối đá dăm loại II $E = 250\text{ MPa}$; Cấp phối thiên nhiên $E = 200\text{ MPa}$; Cấp phối đá gia cố xi măng $6%$ $E = 500\text{ MPa}, R_{ku} = 0{,}028\text{ MPa}, \varphi = 21^\circ$). Phương án đầu tư được lựa chọn là đầu tư tập trung một lần cho thời hạn khai thác 15 năm.
STT Tên vật liệu $E$ tính uốn (MPa) $E$ tính võng (MPa) $E$ tính trượt (MPa) $R_{ku}$ (MPa) Lực dính $C$ (MPa) Góc ma sát $\varphi$ (độ)
1 Bê tông nhựa chặt hạt mịn 1800 420 300 2,8 - -
2 Bê tông nhựa chặt hạt thô 1600 350 250 2,0 - -
3 Cấp phối đá dăm loại I 300 300 300 - - -
4 Đá dăm tiêu chuẩn 280 280 280 - - -
5 Cấp phối đá dăm loại II 250 250 250 - - -
6 Cấp phối thiên nhiên 200 200 200 - - -
7 Cấp phối đá gia cố xi măng 6% 500 500 500 0,028 - 21

Chương 7: Luận chứng kinh tế – kỹ thuật so sánh lựa chọn phương án tuyến

Đánh giá định lượng và định tính hai phương án tuyến dựa trên nhóm chỉ tiêu chất lượng sử dụng khai thác (vận tốc chạy xe, an toàn giao thông, độ êm thuận) và nhóm chỉ tiêu kinh tế – xây dựng (khối lượng đào đắp đất, chiều dài tuyến, số lượng cống thoát nước, kinh phí xây lắp và giải phóng mặt bằng) để kiến nghị phương án tối ưu.

Phần II: Thiết kế kỹ thuật

Trình bày chi tiết các giải pháp kỹ thuật bước thiết kế tiếp theo, bao gồm Chương 1: Những vấn đề chung và Chương 2: Thiết kế tuyến trên bình đồ với việc hoàn thiện yếu tố đường cong chuyển tiếp Clotoid, siêu cao và mở rộng phần xe chạy trong đường cong.

Phần III: Tổ chức thi công

Trình bày giải pháp biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công công trình:

  • Chương 1: Công tác chuẩn bị: Giải phóng mặt bằng, dựng lán trại, mốc cao độ, đường công vụ.
  • Chương 2: Thiết kế công trình thoát nước: Biện pháp đúc và lắp đặt cống tròn bê tông cốt thép, thi công móng cống và mối nối.
  • Chương 4: Thiết kế thi công nền đường: Lập bảng điều phối đất đào đắp, phân đoạn thi công, tính toán năng suất và số lượng ca máy (máy đào, máy ủi, lu rung, ô tô tự đổ).
  • Chương 5: Thi công chi tiết mặt đường: Quy trình rải và lu lèn các lớp móng cấp phối đá dăm và thảm bê tông nhựa mặt đường.
  • Chương 6: Tiến độ thi công chung toàn tuyến: Bố trí dây chuyền thi công tổng hợp và lập biểu đồ tiến độ ngang trong thời gian 6 tháng.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

Đồ án đã xác lập hồ sơ thiết kế cơ sở và giải pháp tổ chức thi công hoàn chỉnh cho tuyến đường M2 – N2:

  1. Xác định quy mô hình học đạt chuẩn cấp III miền núi: Tốc độ thiết kế $60\text{ km/h}$, nền đường rộng $9{,}0\text{ m}$, mặt đường bê tông nhựa rộng $6{,}0\text{ m}$ kết hợp lề gia cố $2 \times 1{,}0\text{ m}$ và lề đất $2 \times 0{,}5\text{ m}$.
  2. Tối ưu hóa chỉ tiêu dốc dọc và an toàn xe chạy: Lựa chọn độ dốc dọc thiết kế cực đại $i_{\max} = 5%$ (thấp hơn giới hạn quy phạm $7%$), giúp giảm hao mòn động cơ và tiêu hao nhiên liệu cho dòng xe tải chiếm tỷ trọng lớn ($72%$ tổng lưu lượng gồm xe tải nhẹ, trung và nặng).
  3. Tính toán thủy văn và thoát nước: Bố trí hệ thống cống tròn bê tông cốt thép khẩu độ $D = 1{,}0\text{ m}$ bảo đảm năng lực thoát nước với tần suất lũ thiết kế $p = 4%$, mực nước không gây ngập tràn vai đường và nền áo đường.
  4. Kết cấu áo đường mềm đồng bộ: Kết cấu nhiều lớp tận dụng nguồn vật liệu đá địa phương có cự ly vận chuyển ngắn ($< 5\text{ km}$), mô đun đàn hồi tính toán $E_{ch} = 177{,}1\text{ MPa}$ đáp ứng tải trọng khai thác 15 năm với $371\text{ trục xe tiêu chuẩn 100 kN/ngày đêm}$.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Kiến nghị phương thức đầu tư tập trung một lần cho vòng đời 15 năm thay vì phân kỳ nhằm giảm thiểu chi phí quản lý dự án và duy tu sửa chữa phức tạp trên địa bàn miền núi.
  • Đề xuất tận dụng tối đa các mỏ cấp phối đá dăm và đồi đất đắp tại chỗ trong cự ly $500\text{ m} - 1000\text{ m}$ dọc tuyến để hạ giá thành xây lắp nền đường.
  • Ứng dụng công nghệ thiết kế số (phần mềm Nova, AutoCAD) để lập bảng điều phối đất chính xác, giảm thiểu khối lượng vận chuyển đất đổ thải gây tổn hại cảnh quan tự nhiên.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế trong phạm vi đồ án

  • Số liệu địa chất, thủy văn sử dụng trong đồ án dựa trên kết quả khảo sát sơ bộ của khu vực; chưa có số liệu khoan thăm dò địa chất công trình chi tiết từng vị trí cống và các đoạn đào sâu có taluy cao.
  • Trong giai đoạn thiết kế cơ sở, các đường cong chuyển tiếp Clotoid chưa được tính toán rải chi tiết tại thực địa mà được gộp quy ước với đoạn vuốt nối siêu cao.
  • Tác giả có sự nhầm lẫn về mặt hành chính giữa tỉnh Cao Bằng và tên địa phương khác trong một số đoạn mô tả khí hậu, đồng thời tên điểm khống chế tại Lời cảm ơn (M7 – N7) chưa đồng nhất với toàn bộ thuyết minh kỹ thuật (M2 – N2).

Hướng hoàn thiện tiếp theo

  • Triển khai bước Thiết kế bản vẽ thi công (TKBVTC): thực hiện khoan khảo sát địa chất chi tiết để tính toán chính xác độ ổn định mái dốc taluy nền đào ($1:1$) và taluy đắp ($1:1{,}5$), đặc biệt tại các vị trí có nguy cơ trượt lở trong mùa mưa lũ tháng 6 – tháng 8.
  • Lập dự toán chi tiết các hạng mục xây lắp dựa trên đơn giá xây dựng công trình của tỉnh Cao Bằng tại thời điểm khởi công.
  • Tính toán chi tiết hệ thống an toàn giao thông đường bộ (biển báo, hộ lan mềm, cọc tiêu, vạch sơn) theo quy chuẩn 22 TCN 237-01.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là đồ án tốt nghiệp kỹ thuật hoàn chỉnh, có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông, Xây dựng Cầu đường: Tham khảo khung phương pháp luận lập Thuyết minh dự án đầu tư, quy trình tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật tuyến đường cấp III miền núi theo TCVN 4054:2005 và thiết kế áo đường mềm theo 22 TCN 211-06.
  • Kỹ sư thiết kế và tư vấn giao thông: Tham khảo phương pháp tính toán động lực học xe chạy (sức kéo, sức bám), phương pháp vạch tuyến bằng bước compa trên bản đồ địa hình $\Delta H = 5\text{ m}$, và biểu mẫu tổng hợp khẩu độ thủy văn cống tròn BTCT.
  • Cán bộ quản lý dự án và thi công đường bộ: Tham khảo quy trình phân đoạn thi công nền đường, điều phối đất đào đắp và bố trí ca máy thi công mặt đường bê tông nhựa.

Câu hỏi thường gặp

1. Tuyến đường M2 – N2 được thiết kế theo cấp hạng kỹ thuật nào và tốc độ thiết kế là bao nhiêu?
Tuyến đường được thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật đường cấp III miền núi theo TCVN 4054:2005, với tốc độ thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$.

2. Lưu lượng giao thông dự báo năm thứ 15 và số trục xe tiêu chuẩn quy đổi của tuyến đường là bao nhiêu?
Lưu lượng xe thiết kế năm thứ 15 là $1408\text{ xe/ngày đêm}$, quy đổi ra xe con đạt $3020\text{ xe quy đổi/ngày đêm}$ (tỷ lệ tăng trưởng $q = 5%$/năm). Tổng số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn $100\text{ kN}$ là $371\text{ trục/ngày đêm}$.

3. Vì sao tác giả kiến nghị chọn độ dốc dọc lớn nhất là 5% trong khi quy phạm cho phép 7%?
Qua tính toán động lực học, độ dốc dọc lớn nhất theo điều kiện sức kéo của các dòng xe tải (Gaz 51, Zil 150, Maz 200) dao động từ $5{,}3%$ đến $5{,}8%$. Việc chọn $i_{\max} = 5%$ giúp đoàn xe tải vận hành an toàn, duy trì tốc độ leo dốc $25 - 30\text{ km/h}$ và giảm tiêu hao nhiên liệu trên địa hình miền núi.

4. Kích thước mặt cắt ngang điển hình của nền đường được quy định như thế nào?
Bề rộng nền đường tổng thể là $9{,}00\text{ m}$, gồm: bề rộng phần xe chạy $6{,}00\text{ m}$ (2 làn $\times 3{,}0\text{ m}$, dốc ngang $2%$), lề gia cố $2 \times 1{,}0\text{ m}$ (dốc ngang $2%$), và lề đất $2 \times 0{,}5\text{ m}$ (dốc ngang $6%$).

5. Mô đun đàn hồi yêu cầu và mô đun đàn hồi tính toán của kết cấu áo đường mềm đạt giá trị bao nhiêu?
Theo quy phạm 22 TCN 211-06, mô đun đàn hồi yêu cầu của tuyến sau 15 năm khai thác là $E_{yc} = 161\text{ MPa}$. Với hệ số độ tin cậy $K_{dvdc} = 1{,}1$ cho đường cấp III miền núi, mô đun đàn hồi tính toán chọn là $E_{ch} = 177{,}1\text{ MPa}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật tuyến đường M2 – N2 thuộc huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng theo quy chuẩn đường cấp III miền núi ($V_{tk} = 60\text{ km/h}$). Tác giả đã xử lý đồng bộ các nội dung từ khảo sát kinh tế – kỹ thuật, tính toán động lực học tuyến, thủy văn cống thoát nước đến thiết kế kết cấu áo đường mềm chịu tải trọng trục $100\text{ kN}$. Tài liệu thể hiện phương pháp tính toán chặt chẽ, tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng giao thông hiện hành và cung cấp giải pháp tổ chức thi công thực tế cho công trình giao thông miền núi.