Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và phát triển kinh tế thị trường tại Việt Nam, nhu cầu lưu thông, giao thương buôn bán và trao đổi hàng hóa giữa các vùng miền ngày càng gia tăng. Việc đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ đóng vai trò then chốt nhằm thúc đẩy phát triển kinh tế quốc dân, củng cố an ninh quốc phòng và nâng cao đời sống dân sinh. Khu vực miền núi phía Bắc, cụ thể là huyện Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ, có tiềm năng lớn về khai thác, chế biến lâm sản và khoáng sản (than đá, quặng sắt). Tuy nhiên, hiện trạng mạng lưới giao thông tại đây chưa đáp ứng được nhu cầu vận chuyển ngày càng cao, đòi hỏi phải xây dựng tuyến đường mới để kết nối các trung tâm kinh tế - văn hóa và hoàn thiện mạng lưới hạ tầng khu vực.

Dự án được thực hiện với các thông tin quản lý và phạm vi như sau:

  • Tên công trình: Thiết kế tuyến đường từ điểm L2 đến M4 (thuộc nhiệm vụ thiết kế tuyến qua 2 điểm J2 - K2).
  • Địa điểm xây dựng: Huyện Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ (khu vực địa hình đồi núi, chia cắt mạnh).
  • Chủ đầu tư: Ủy ban nhân dân tỉnh Phú Thọ.
  • Nguồn vốn đầu tư: Vốn ODA của Nhật Bản tài trợ cho mục tiêu nâng cấp mạng lưới giao thông các tỉnh miền núi phía Bắc.
  • Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu/thiết kế:
    1. Lập báo cáo đầu tư và xác định cấp kỹ thuật tuyến đường dựa trên điều tra lưu lượng giao thông dự báo cho năm thứ 15.
    2. Thiết kế các yếu tố hình học tuyến trên bình đồ, trắc dọc và trắc ngang; thiết kế công trình thoát nước (khẩu độ cống) và kết cấu áo đường mềm.
    3. Lập phương án tổ chức thi công chi tiết cho các hạng mục: công tác chuẩn bị, thi công công trình cống, thi công nền đường và thi công móng, mặt đường bê tông nhựa.
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Tuyến đường ô tô cấp III miền núi đi qua huyện Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ; thời hạn tính toán dự báo lưu lượng là 15 năm khai thác; thời điểm hoàn thành đồ án tốt nghiệp là tháng 11 năm 2010.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của ngành Giao thông Vận tải và hệ thống văn bản pháp lý địa phương:

  • Hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật:
    • TCVN 4054:2005: Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô.
    • 22 TCN 211-06: Quy trình thiết kế áo đường mềm.
    • 22 TCN 27-84: Quy trình khảo sát đường ô tô.
    • 22 TCN 220-95: Quy trình tính toán thủy văn, thủy lực cầu cống do Bộ Giao thông Vận tải ban hành.
    • Giáo trình và sổ tay tra cứu: Giáo trình "Thiết kế đường ô tô - Công trình vượt sông (Tập 3)" của GS. TS. Nguyễn Xuân Trục (NXB Giáo dục, 1998) và Sổ tay Thiết kế đường ô tô (Tập 1, Tập 2).
  • Căn cứ pháp lý: Quyết định đầu tư của UBND tỉnh Phú Thọ; văn bản thỏa thuận giữa Sở Giao thông Vận tải tỉnh Phú Thọ và đơn vị tư vấn khảo sát thiết kế; các văn bản giao đất của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Phú Thọ.
  • Phương pháp nghiên cứu và tính toán:
    • Phương pháp dự báo và quy đổi dòng xe: Phân tích thành phần dòng xe (xe con, xe tải 6,5T, 8,5T, 10T) với tỷ lệ tăng trưởng giao thông hàng năm $q = 5%$. Quy đổi lưu lượng xe thực tế về xe con quy đổi ($xcqđ/ngđ$) và quy đổi về số trục xe tiêu chuẩn $100\text{ kN}$ tích lũy trong chu kỳ 15 năm theo $22\text{ TCN }211-06$.
    • Phương pháp động lực học đoàn xe và hình học tuyến: Tính toán cự ly tầm nhìn xe chạy (tầm nhìn hãm xe $S_1$, tầm nhìn hai chiều $S_2$, tầm nhìn vượt xe $S_4$); xác định độ dốc dọc giới hạn $i_{max}$ theo hai điều kiện sức kéo và sức bám; xác định bán kính đường cong nằm tối thiểu có siêu cao và không có siêu cao; tính toán đường cong đứng lồi, lõm và chiều dài đường cong chuyển tiếp Clotoid.
    • Phương pháp tính toán thủy văn lưu vực nhỏ: Xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế $Q_{4%}$ ứng với tần suất lũ $P = 4%$ theo $22\text{ TCN }220-95$ để định khẩu độ cống tròn bê tông cốt thép (BTCT) và cao độ khống chế nền đường $H_n$.
    • Phương pháp giải tích đàn hồi nhiều lớp: Quy đổi kết cấu áo đường mềm nhiều lớp về hệ hai lớp tương đương; kiểm toán cường độ theo ba trạng thái giới hạn: độ võng đàn hồi ($E_{ch}$), chịu cắt trượt trong nền đất dính và chịu ứng suất kéo uốn/trượt trong tầng mặt bê tông nhựa.
    • Phương pháp tổ chức thi công dây chuyền: Lập bảng điều phối đất đào đắp dọc - ngang; phân đoạn thi công và tính toán năng suất tổ hợp máy thi công cơ giới (máy ủi, máy đào, ô tô tự đổ).
  • Nguồn dữ liệu: Bản đồ địa hình đường đồng mức tỷ lệ 1/10.000 ($\Delta H = 5\text{ m}$), số liệu khảo sát khí hậu, thủy văn, địa chất khu vực huyện Đoan Hùng (tỉnh Phú Thọ) và đơn giá xây dựng cơ bản của địa phương.

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 kết đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực tuyến đi qua tại huyện Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ:

  • Điều kiện địa hình - địa chất: Địa hình đồi núi chia cắt mạnh, chênh cao giữa các cao điểm lên tới $30\text{ m}$, xuất hiện các lòng chảo giữa các đồi. Địa chất tương đối ổn định, đất nền chủ yếu là đất á sét ($E_0 = 42\text{ MPa}$, lực dính $C = 0,032\text{ MPa}$, góc nội ma sát $\varphi = 24^\circ$). Mực nước ngầm thấp, khả năng thoát nước tự nhiên nhanh.
  • Điều kiện khí hậu: Thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình năm $27^\circ\text{C}$ (mùa đông $18^\circ\text{C}$, mùa hè $27^\circ\text{C}$), lượng mưa trung bình năm đạt $2000\text{ mm}$, mùa mưa tập trung từ tháng 8 đến tháng 10.
  • Điều kiện cung ứng vật liệu: Tuyến có điều kiện tận dụng vật liệu địa phương thuận lợi; mỏ cấp phối đá dăm có trữ lượng lớn nằm trong cự ly vận chuyển $< 5\text{ km}$; các đồi đất đạt tiêu chuẩn đắp nền nằm cách công trình từ $500\text{ m}$ đến $1000\text{ m}$.

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

Tác giả phân tích dữ liệu điều tra giao thông ban đầu và tính toán quy đổi lưu lượng:

  • Số liệu giao thông ban đầu: Lưu lượng xe thiết kế ở năm thứ 15 là $N_{15} = 1358\text{ xe/ngày đêm}$, cơ cấu gồm: xe con chiếm $35%$ ($475\text{ xe}$), xe tải 2 trục $6,5\text{T}$ chiếm $23%$ ($312\text{ xe}$), xe tải 2 trục $8,5\text{T}$ chiếm $31%$ ($421\text{ xe}$), xe tải 2 trục $10\text{T}$ chiếm $11%$ ($150\text{ xe}$).
  • Quy đổi lưu lượng: Áp dụng hệ số quy đổi theo $TCVN\text{ }4054:2005$, lưu lượng xe con quy đổi đạt $N_{15qđ} = 2757\text{ xcqđ/ngày đêm}$.
  • Cấp hạng tuyến: Tuyến được lựa chọn là Đường cấp III miền núi, vận tốc thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$.
  • Các chỉ tiêu kỹ thuật tính toán và lựa chọn:
Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị Giá trị tính toán Giá trị quy chuẩn TCVN 4054:2005 Giá trị chọn thiết kế
Cấp hạng đường - - Cấp III Cấp III
Vận tốc thiết kế ($V_{tk}$) km/h 60 60 60
Bề rộng một làn xe m 3,89 3,00 3,00
Bề rộng mặt đường m 7,78 6,00 6,00
Bề rộng nền đường m 10,78 9,00 9,00
Số làn xe làn 0,43 (tính toán) 2 2
Bán kính đường cong nằm tối thiểu ($R_{min}$) m 128,85 125 125
Bán kính đường cong nằm không siêu cao ($R_{0min}$) m 473 1500 1500
Tầm nhìn hãm xe một chiều ($S_1$) m 66,35 75 75
Tầm nhìn hai chiều ($S_2$) m 122,70 150 150
Tầm nhìn vượt xe ($S_4$) m 240 350 350
Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu ($R_{lõm}$) m 874 1500 1500
Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu ($R_{lồi}$) m 2344 2500 2500
Độ dốc dọc lớn nhất ($i_{max}$) ‰ 70 70 70 ($7%$)
Độ dốc ngang mặt đường ‰ 20 20 20 ($2%$)
Độ dốc ngang lề đất ‰ 60 60 60 ($6%$)

Chương 3: Nội dung thiết kế tuyến trên bình đồ

Tác giả tiến hành so sánh sơ bộ hai phương án tuyến trên bản đồ địa hình:

  • Phương án 1: Hướng tuyến chạy men theo vùng giáp ranh giữa đồi núi và ruộng đồng. Ưu điểm là ít chia cắt địa hình, khối lượng đào đắp nhỏ, tầm nhìn thông thoáng. Nhược điểm là chiều dài tuyến lớn hơn và phải bố trí nhiều công trình thoát nước nhỏ.
  • Phương án 2: Tuyến đi thẳng hơn, cảnh quan đẹp, mức độ chia cắt địa hình chấp nhận được. Nhược điểm là tồn tại các đoạn đào sâu đắp cao, hạn chế tầm nhìn ở vị trí vượt đèo và phát sinh khối lượng giải tỏa nhà dân, đất canh tác.
  • Giải pháp kỹ thuật bình đồ: Áp dụng đường cong tròn kết hợp đường cong chuyển tiếp Clotoid tại các đỉnh chuyển hướng; đoạn thẳng chêm giữa các đường cong ngược chiều đảm bảo chiều dài vuốt nối siêu cao; dốc siêu cao $i_{sc}$ từ $2%$ đến $6%$.

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

  • Thông số khí tượng thủy văn: Khu vực tuyến thuộc vùng mưa VI; tần suất lũ thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ (cống) là $P = 4%$ theo $TCVN\text{ }4054:2005$; lượng mưa ngày tính toán tương ứng $H_{4%} = 367\text{ mm}$; hệ số nhám sườn dốc lòng suối lấy $m_{sd} = 0,15$.
  • Xác định lưu lượng dòng chảy đỉnh lũ: Áp dụng công thức $Q_{P%} = A_P \cdot \alpha \cdot H_P \cdot \delta \cdot F$ theo quy trình $22\text{ TCN }220-95$.
  • Kết cấu cống: Toàn bộ công trình thoát nước ngang được thiết kế bằng cống tròn BTCT chế độ chảy không áp, cửa cống loại thông thường.
  • Khẩu độ và cao độ khống chế: Bố trí các vị trí cống thoát nước tròn đường kính $D = 1,0\text{ m}$ (như cống $C_1$ tại lý trình Km0+900 trên Phương án 1 có lưu vực $F = 0,80\text{ km}^2$, cao độ đáy cống $294,00\text{ m}$; cống $C_1$ tại lý trình Km0+200 trên Phương án 2 có lưu vực $F = 0,35\text{ km}^2$, cao độ đáy cống $291,15\text{ m}$). Cao độ đắp nền khống chế được xác định theo điều kiện $H_n = \max(H_1, H_2, H_3)$ để chống ngập nước dâng và đảm bảo chiều dày đất phủ đỉnh cống tối thiểu $0,5\text{ m}$.

Chương 5: Thiết kế trắc dọc & trắc ngang

  • Thiết kế trắc dọc: Đường đỏ được thiết kế bám sát địa hình tự nhiên, thỏa mãn các điểm khống chế đầu tuyến, cuối tuyến và cao độ vượt cống. Khi hiệu đại số giữa hai độ dốc kề nhau $\Delta i \ge 1%$, tiến hành bố trí đường cong đứng lồi ($R \ge 2500\text{ m}$) hoặc lõm ($R \ge 1500\text{ m}$).
  • Mặt cắt ngang tiêu chuẩn:
    • Bề rộng mặt đường xe chạy: $B_m = 6,0\text{ m}$ (2 làn xe $\times 3,0\text{ m}$).
    • Bề rộng lề đường: $2 \times 1,5\text{ m} = 3,0\text{ m}$ (gồm $1,0\text{ m}$ lề gia cố dốc $2%$ và $0,5\text{ m}$ lề đất dốc $6%$).
    • Bề rộng nền đường: $B_n = 9,0\text{ m}$.
    • Mái dốc ta luy nền đắp $1:1,5$; mái dốc ta luy nền đào $1:1$.
    • Rãnh biên thiết kế hình thang cấu tạo: đáy rộng $0,4\text{ m}$, chiều sâu $0,4\text{ m}$.
  • Tính toán khối lượng: Áp dụng công thức diện tích trung bình mặt cắt hình lăng trụ giữa các cọc chi tiết để tính khối lượng đào đắp $V = F_{tb} \cdot L$.

Chương 6: Thiết kế kết cấu áo đường

  • Tải trọng và lưu lượng trục tính toán: Tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế là trục đơn $100\text{ kN}$ ($10\text{ tấn}$), diện tích vệt bánh xe hình tròn đường kính $D = 33\text{ cm}$, áp lực tiếp xúc $p = 0,6\text{ MPa}$ ($6,0\text{ daN/cm}^2$). Tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong 15 năm trên một làn xe là $N_e = 0,666 \times 10^6\text{ trục}$.
  • Mô đun đàn hồi yêu cầu: $E_{yc} = 159\text{ MPa}$, chọn sơ bộ $E_{chọn} = 160\text{ MPa}$. Với độ tin cậy thiết kế $P = 0,85$ (hệ số cường độ về độ võng $K_{cđ}^{dv} = 1,06$), mô đun đàn hồi yêu cầu sau điều chỉnh là $E_{ch}^{yc} = 160 \times 1,06 = 169,6\text{ MPa}$.
  • So sánh và lựa chọn phương án tầng móng áo đường:
Lớp kết cấu vật liệu Mô đun đàn hồi $E_i$ (MPa) Phương án 1: Chiều dày $h_i$ (cm) Phương án 2: Chiều dày $h_i$ (cm)
Bê tông nhựa (BTN) hạt mịn 420 5 5
Bê tông nhựa (BTN) hạt thô 350 7 7
Cấp phối đá dăm (CPĐD) loại I 300 15 15
Cấp phối sỏi cuội 220 22 -
Cấp phối đá dăm (CPĐD) loại II 250 - 25
Tổng chiều dày kết cấu ($H$) - 49 cm 52 cm

Dựa trên so sánh đơn giá xây dựng móng tại Phú Thọ (CPĐD loại I: $145.000\text{ đ/m}^3$; CPĐD loại II: $120.200\text{ đ/m}^3$), tác giả lựa chọn Phương án 2 vì đảm bảo độ ổn định cường độ và có hiệu quả kinh tế cao nhất.

  • Kiểm toán ba trạng thái giới hạn của Phương án 2:
    1. Độ võng đàn hồi: Mô đun đàn hồi chung tính toán của kết cấu đạt $E_{ch} = 179,2\text{ MPa} > E_{ch}^{yc} = 169,6\text{ MPa}$ (Thỏa mãn).
    2. Chịu cắt trượt trong nền đất á sét: Tổng ứng suất cắt hoạt động và chủ động $\tau_{ax} + \tau_{av} \le C_{tt} / K_{cđ}^{tr}$ (với hệ số an toàn cắt trượt $K_{cđ}^{tr} = 0,9$; thỏa mãn điều kiện chống trượt trồi nền đường).
    3. Chịu trượt trong tầng mặt bê tông nhựa: $\tau_{ax} \le K' \cdot C$ (thỏa mãn tiêu chuẩn ổn định cắt tầng mặt).

Phần II: Tổ chức thi công

  • Chương 1: Công tác chuẩn bị: Thiết kế mặt bằng xây dựng lán trại công trường; khôi phục cọc tim, cọc mốc và dời cọc ra ngoài phạm vi thi công; công tác lên khuôn đường; công tác phát quang cây cỏ, dọn dẹp mặt bằng thi công trong phạm vi tuyến.
  • Chương 2: Thiết kế thi công công trình cống: Lập trình tự thi công chi tiết cho 1 cống tròn thoát nước gồm: đào hố móng bằng máy kết hợp sửa thủ công; đệm móng và gia cố đáy cống; vận chuyển và cẩu lắp đặt ống cống BTCT đúc sẵn; đắp đất móng và đắp đất đối xứng hai bên mang cống theo từng lớp đầm chặt; tính toán số ca máy và định mức nhân công.
  • Chương 3: Thiết kế thi công nền đường:
    • Lập bảng điều phối khối lượng đất đào đắp.
    • Phân đoạn thi công nền đường theo điều kiện địa hình.
    • Chọn thiết bị thi công: Đào bù đắp dọc và vận chuyển ngang bằng máy ủi D271A; đào xúc đất chuyển tiếp bằng tổ hợp máy đào kết hợp ô tô tự đổ; thi công vận chuyển đất từ mỏ đất đắp vào nền đường bằng đoàn xe ô tô tự đổ Maz-503 (cự ly $500 - 1000\text{ m}$).
    • Tính toán số ca máy, năng suất thiết bị và tiến độ thi công nền đường.
  • Chương 4: Thi công chi tiết mặt đường:
    • Quy định quy trình công nghệ thi công phân kỳ: Giai đoạn I thi công các lớp móng CPĐD loại II ($25\text{ cm}$), CPĐD loại I ($15\text{ cm}$) và lớp mặt BTN hạt thô ($7\text{ cm}$); Giai đoạn II tiến hành vệ sinh, tưới nhũ tương dính bám và thảm lớp mặt BTN hạt mịn ($5\text{ cm}$).
    • Thành lập đội thi công mặt đường chuyên môn hóa theo phương pháp dây chuyền đồng bộ (máy rải bê tông nhựa, lu bánh sắt tĩnh, lu bánh lốp, lu rung).
    • Lập tiến độ thi công tổng thể toàn tuyến.

Phần III: Thiết kế kỹ thuật

Tổng hợp các nguyên tắc, căn cứ pháp lý, quy chuẩn áp dụng và hệ thống hóa hồ sơ kỹ thuật của công trình:

  • Chương 1: Những vấn đề chung: Tổng hợp căn cứ thiết kế và yêu cầu kỹ thuật đối với đồ án kỹ thuật đường vùng núi.
  • Chương 2: Thiết kế tuyến trên bình đồ: Các nguyên tắc bố trí đường cong tròn, đường cong chuyển tiếp, dốc siêu cao và cấu tạo đoạn nối siêu cao.
  • Chương 3: Thiết kế trắc dọc: Căn cứ thiết kế đường đỏ, nguyên tắc cắm cong đứng lồi và lõm.
  • Chương 4: Thiết kế công trình thoát nước: Chi tiết cấu tạo cửa thu, cửa xả, mối nối đốt cống và sân cống.
  • Chương 5: Thiết kế nền, mặt đường: Chi tiết cấu tạo các lớp kết cấu áo đường, cấu tạo rãnh biên và taluy đào đắp.

Thiết kế kỹ thuật và giải pháp thi công

Công trình áp dụng các thông số thiết kế kỹ thuật hình học và kết cấu hạ tầng - thượng tầng đồng bộ:

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                           MẶT CẮT NGANG NỀN ĐƯỜNG CẤP III                         |
|                                (Tổng bề rộng: 9.0m)                               |
+-----------------------------------------+-----------------------------------------+
|                Lề đường                 |                Mặt đường                |
|           2 x 1.5m = 3.0m               |           2 làn x 3.0m = 6.0m           |
|  - Lề gia cố: 1.0m (Dốc ngang: 2%)      |  - BTN hạt mịn: 5cm (Dốc ngang: 2%)     |
|  - Lề đất:    0.5m (Dốc ngang: 6%)      |  - BTN hạt thô: 7cm                     |
|  - Rãnh biên: 0.4m x 0.4m (hình thang)  |  - CPĐD loại I: 15cm; CPĐD loại II: 25cm|
|  - Ta luy đắp: 1:1.5 | Đào: 1:1         |  - Đất nền á sét: E0 = 42 MPa           |
+-----------------------------------------+-----------------------------------------+
  • Quy trình công nghệ thi công chủ đạo:
    • Thi công cống: Máy đào gầu nghịch kết hợp thủ công định hình hố móng $\rightarrow$ Đổ đệm móng đá dăm/bê tông lót $\rightarrow$ Lắp đặt đốt cống tròn BTCT bằng cần trục $\rightarrow$ Thi công mối nối và lớp chống thấm $\rightarrow$ Đắp đất từng lớp dày $15 - 20\text{ cm}$ hai bên mang cống và đầm chặt bằng máy đầm cóc.
    • Thi công nền đường: Dùng máy ủi D271A đào hạ đồi và vận chuyển bù đắp ngang; đào nền bằng máy đào gầu thuận/nghịch xúc lên ô tô Maz-503 vận chuyển từ mỏ đất về bãi đắp $\rightarrow$ San ủi theo từng lớp $\rightarrow$ Lu lèn đạt độ chặt yêu cầu $K \ge 0,95$ (lớp sát đáy áo đường đạt $K \ge 0,98$).
    • Thi công mặt đường bê tông nhựa: Rải cấp phối móng bằng máy rải, lu lèn chặt $\rightarrow$ Tưới nhựa thấm bám ($1,0\text{ kg/m}^2$) $\rightarrow$ Rải và lu lèn BTN hạt thô ($7\text{ cm}$) $\rightarrow$ Tưới nhựa dính bám ($0,5\text{ kg/m}^2$) $\rightarrow$ Rải BTN hạt mịn ($5\text{ cm}$) ở nhiệt độ tiêu chuẩn $\ge 120 - 140^\circ\text{C}$ và đầm nén bằng sơ đồ lu phối hợp (lu nhẹ 6-8 tấn đi trước, lu bánh hơi và lu nặng 10-12 tấn đi sau).

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả tính toán định lượng chính:
    • Xác lập đầy đủ hệ thống chỉ tiêu kỹ thuật tuyến đường cấp III miền núi ($V_{tk} = 60\text{ km/h}$) với quy mô 2 làn xe, nền đường rộng $9,0\text{ m}$, mặt đường rộng $6,0\text{ m}$, độ dốc dọc thiết kế $i_d \le 5%$ (dốc tối đa $7%$).
    • Hoàn thành tính toán thủy văn theo $22\text{ TCN }220-95$, định lượng lưu lượng thoát nước tại tần suất lũ $P = 4%$ với vũ lượng ngày $H_{4%} = 367\text{ mm}$, bố trí hệ thống cống tròn BTCT không áp $D = 1,0\text{ m}$.
    • Xác lập kết cấu áo đường mềm 4 lớp có tổng chiều dày $52\text{ cm}$, đạt mô đun đàn hồi tính toán $E_{ch} = 179,2\text{ MPa}$, vượt yêu cầu cường độ $E_{ch}^{yc} = 169,6\text{ MPa}$ ứng với số trục xe tích lũy $0,666 \times 10^6\text{ trục}$ trong 15 năm.
  • Giải pháp kỹ thuật - kinh tế đề xuất:
    • Lựa chọn giải pháp móng hai tầng (CPĐD loại I dày $15\text{ cm}$ + CPĐD loại II dày $25\text{ cm}$) thay vì sử dụng cấp phối sỏi cuội, vừa đảm bảo cường độ chịu cắt trượt vừa tiết kiệm chi phí xây dựng theo bảng giá vật liệu tại tỉnh Phú Thọ.
    • Tận dụng tối đa nguồn vật liệu địa phương (mỏ đá dăm cự ly $< 5\text{ km}$ và mỏ đất đắp cự ly $500 - 1000\text{ m}$) giúp giảm cự ly vận chuyển và hạ giá thành xây lắp.
  • Đóng góp của đồ án:
    • Cung cấp giải pháp thiết kế hoàn chỉnh từ khâu lập dự án khả thi, tính toán kỹ thuật chi tiết các công trình trên tuyến đến lập kế hoạch tổ chức thi công cơ giới hóa đồng bộ cho một tuyến đường ô tô cấp III tại vùng địa hình đồi núi phức tạp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Tác giả tự nhận định do giới hạn về thời gian làm đồ án tốt nghiệp và điều kiện khảo sát thực tế, việc thiết kế bình đồ và trắc dọc chủ yếu dựa trên bình đồ đường đồng mức tỷ lệ 1/10.000, chưa có điều kiện khảo sát trắc địa chi tiết từng mét vuông địa hình thực địa.
    • Các đoạn cong chuyển tiếp Clotoid được lược giản trong bước thiết kế cơ sở ban đầu và chỉ đưa vào chi tiết ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật.
  • Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:
    • Tiến hành khảo sát địa chất công trình chi tiết bằng phương pháp khoan thăm dò sâu tại các vị trí đào sâu, đắp cao và các vị trí đặt cống thoát nước lớn để kiểm tra chính xác khả năng chịu tải và lún của nền đất.
    • Ứng dụng các phần mềm tự động hóa thiết kế đường chuyên dụng (AutoCAD Civil 3D, Nova-TDN, VNROAD) để tối ưu hóa đường đỏ và tính toán tự động bình đồ - trắc dọc - trắc ngang.
    • Lập mô hình tiến độ thi công chi tiết bằng phần mềm Microsoft Project nhằm quản lý tối ưu đường găng (Critical Path) và điều phối tài nguyên máy móc trên công trường.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng:
    • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông, Cầu đường, Hạ tầng Đô thị làm tài liệu tham khảo cho đồ án môn học Thiết kế đường ô tô, Đồ án Thi công đường và Đồ án tốt nghiệp đại học.
    • Kỹ sư thiết kế giao thông và cán bộ kỹ thuật thi công làm tài liệu tra cứu các bảng tính quy đổi tải trọng trục, tính toán thủy văn lưu vực nhỏ và lập biện pháp thi công cống, nền đường.
  • Nội dung đáng tham khảo nhất:
    • Toàn bộ phương pháp và bảng tính quy đổi lưu lượng xe nhiều loại về trục tiêu chuẩn $100\text{ kN}$ và quy trình kiểm toán 3 trạng thái giới hạn của áo đường mềm theo quy trình $22\text{ TCN }211-06$.
    • Phương pháp xác định mô đun dòng chảy đỉnh lũ $A_P$ và tính toán khẩu độ cống tròn theo $22\text{ TCN }220-95$.
    • Bảng tổng hợp đối chiếu giữa chỉ tiêu tính toán lý thuyết và chỉ tiêu quy chuẩn $TCVN\text{ }4054:2005$ cho tuyến đường cấp III miền núi.

Câu hỏi thường gặp

1. Tuyến đường được thiết kế thuộc cấp hạng nào, vận tốc thiết kế là bao nhiêu và xây dựng ở đâu?
Tuyến đường được thiết kế theo tiêu chuẩn Đường cấp III miền núi, vận tốc thiết kế $V_{tk} = 60\text{ km/h}$, xây dựng tại huyện Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ nhằm kết nối hai điểm L2 và M4.

2. Lưu lượng xe tính toán ở năm thứ 15 và số trục xe tiêu chuẩn tích lũy là bao nhiêu?
Lưu lượng xe thiết kế thực tế ở năm thứ 15 là $1358\text{ xe/ngày đêm}$, tương đương $2757\text{ xcqđ/ngày đêm}$ (xe con quy đổi). Tổng số trục xe tiêu chuẩn $100\text{ kN}$ tích lũy trong 15 năm trên 1 làn xe là $N_e = 0,666 \times 10^6\text{ trục}$.

3. Kết cấu áo đường mềm được lựa chọn gồm những lớp vật liệu nào và có tổng chiều dày bao nhiêu?
Kết cấu áo đường mềm Phương án 2 được chọn có tổng chiều dày $52\text{ cm}$, bao gồm:

  • Lớp mặt: Bê tông nhựa hạt mịn dày $5\text{ cm}$ ($E = 420\text{ MPa}$) trên lớp Bê tông nhựa hạt thô dày $7\text{ cm}$ ($E = 350\text{ MPa}$).
  • Lớp móng: Cấp phối đá dăm loại I dày $15\text{ cm}$ ($E = 300\text{ MPa}$) trên lớp Cấp phối đá dăm loại II dày $25\text{ cm}$ ($E = 250\text{ MPa}$).
  • Nền đất: Đất á sét có $E_0 = 42\text{ MPa}$.

4. Tần suất lũ thiết kế cho công trình cống thoát nước là bao nhiêu và sử dụng loại cống nào?
Tần suất lũ thiết kế công trình cống là $P = 4%$ (lượng mưa ngày tính toán $H_{4%} = 367\text{ mm}$). Toàn bộ công trình thoát nước ngang sử dụng cống tròn bê tông cốt thép đường kính $D = 1,0\text{ m}$ chế độ chảy không áp.

5. Những loại máy móc chính nào được lựa chọn để thi công nền đường trong đồ án?
Các thiết bị chính gồm: máy ủi D271A dùng để đào bù đắp dọc và vận chuyển ngang; máy đào xúc đất kết hợp đoàn xe ô tô tự đổ Maz-503 vận chuyển đất đắp từ các mỏ đất lân cận (cự ly $500 - 1000\text{ m}$) vào nền đắp; lu rung và lu tĩnh để đầm chặt nền đất.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Trần Huy Hùng đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật và lập biện pháp tổ chức thi công tuyến đường ô tô cấp III miền núi ($V_{tk} = 60\text{ km/h}$) tại huyện Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ. Hồ sơ thiết kế giải quyết đồng bộ từ việc tính toán lưu lượng giao thông, tối ưu hóa các yếu tố hình học bình đồ - trắc dọc - trắc ngang, tính toán thủy văn cống thoát nước đến kiểm toán kết cấu áo đường mềm 4 lớp đạt cường độ $E_{ch} = 179,2\text{ MPa}$ theo quy trình $22\text{ TCN }211-06$. Phần tổ chức thi công đã đề xuất dây chuyền cơ giới hóa đồng bộ cho các công tác nền, mặt đường và cống, tận dụng hiệu quả nguồn vật liệu địa phương để đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật của dự án.