Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hệ thống giao thông vận tải đóng vai trò huyết mạch trong mạng lưới kinh tế quốc dân, bảo đảm lưu thông hàng hóa và nhu cầu đi lại của dân cư. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, quá trình đô thị hóa và hội nhập kinh tế nhanh chóng đã gây áp lực lớn lên mạng lưới hạ tầng đường bộ hiện hữu, dẫn đến tình trạng quá tải cục bộ tại nhiều khu vực cửa ngõ và đô thị mới phát triển. Quận 9 (nay thuộc thành phố Thủ Đức) là địa bàn có diện tích tự nhiên rộng, mật độ dân cư tương đối thưa so với các quận nội thành, với tỷ lệ dân số làm nông nghiệp chiếm khoảng 7%. Địa hình đặc trưng của quận là vùng trũng, bưng đầm lầy, cỏ lác và dừa nước, bị chia cắt bởi hệ thống sông rạch dày đặc như sông Đồng Nai và các phụ lưu. Mạng lưới đường giao thông liên xã, liên phường trước đây chủ yếu là đường mòn hoặc đường giao thông nông thôn quy mô nhỏ, chưa đáp ứng được định hướng kết nối với các trục giao thông chính như Xa lộ Hà Nội và Hương lộ 33 để đi vào trung tâm thành phố cũng như thành phố Biên Hòa.

Đề tài "Thiết kế tuyến đường Liên phường Quận 9, TP. HCM" được thực hiện nhằm giải quyết nhu cầu kết nối các khu dân cư mới, hoàn thiện hạ tầng kỹ thuật đô thị và tạo động lực phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội tại khu vực. Bối cảnh kỹ thuật và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  1. Điều tra, khảo sát các điều kiện tự nhiên (địa hình, khí hậu nhiệt đới gió mùa, địa chất, thủy văn) và hiện trạng kinh tế - xã hội khu vực tuyến đi qua.
  2. Xác định lưu lượng xe hiện tại, dự báo lưu lượng xe tương lai, lựa chọn cấp hạng kỹ thuật tuyến đường và xe thiết kế theo quy chuẩn hiện hành.
  3. Tính toán và xác lập các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của tuyến trên mặt cắt ngang, bình đồ và trắc dọc.
  4. Nghiên cứu vạch các phương án tuyến trên bình đồ tỷ lệ 1/500, xác định tọa độ và cắm các cọc chi tiết trên tuyến.
  5. Tính toán thủy văn và thủy lực hệ thống thoát nước bao gồm rãnh đỉnh, rãnh biên, cầu nhỏ và mạng lưới cống ngang đường.
  6. Thiết kế và kiểm toán kết cấu áo đường mềm cho hai phương án kết cấu, so sánh kinh tế - kỹ thuật để chọn phương án tối ưu.
  7. Lập bình đồ, trắc dọc, trắc ngang và tính toán khối lượng đào đắp nền đường.
  8. Bố trí công trình phòng hộ, đảm bảo an toàn giao thông trên tuyến.
  9. Đánh giá chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, chi phí xây dựng, chi phí vận doanh khai thác để lựa chọn phương án tuyến tối ưu và triển khai thiết kế kỹ thuật chi tiết cho đoạn Km0+700 – Km1+600.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là công trình đường ô tô cấp IV đồng bằng kết nối liên phường. Phạm vi không gian nghiên cứu nằm trên địa bàn Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh, với khoảng cách đường chim bay giữa điểm đầu và điểm cuối là 2436 m, tổng chiều dài tuyến thiết kế thực tế đạt 2680 m. Phạm vi thời gian tính toán xác định năm khảo sát gốc là 2020 và thời hạn tính toán thiết kế là 15 năm (năm tương lai 2035).

Cơ sở lý thuyết và tiêu chuẩn thiết kế

Đồ án vận dụng hệ thống lý thuyết chuyên ngành công trình giao thông kết hợp với các quy trình, quy phạm và tiêu chuẩn xây dựng giao thông hiện hành tại Việt Nam:

  • Khung tiêu chuẩn kỹ thuật:

    • Tiêu chuẩn TCVN 4054-2005 "Đường ô tô – Yêu cầu thiết kế": Áp dụng để phân cấp hạng kỹ thuật tuyến, lựa chọn vận tốc thiết kế, xác định các kích thước hình học mặt cắt ngang (chiều rộng làn xe, lề đường), các chỉ tiêu bình đồ (bán kính đường cong nằm tối thiểu, chiều dài đoạn nối siêu cao, độ mở rộng nền mặt đường trong đường cong) và các chỉ tiêu trắc dọc (độ dốc dọc lớn nhất, bán kính đường cong đứng lồi và lõm).
    • Tiêu chuẩn TCVN 9845-2013 "Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ thiết kế": Áp dụng để tính toán lưu lượng lũ thiết kế $Q_{p%}$, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc ($\tau_s$), hệ số địa mạo thủy văn lòng sông ($\Phi_{ls}$), mô đun dòng chảy đỉnh lũ ($A_{p%}$) phục vụ xác định khẩu độ cống và cầu nhỏ.
    • Quy trình thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06: Sử dụng phương pháp giải tích kết hợp toán đồ Kogan để tính đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp tương đương, phục vụ kiểm toán ba trạng thái giới hạn về cường độ: độ võng đàn hồi ($E_{tb} \ge E_{yc}$), ứng suất cắt trượt trong nền đất và lớp vật liệu kém liên kết ($\tau_{max} \le \tau_{cp}$), và ứng suất kéo uốn phát sinh tại đáy các lớp bê tông nhựa ($\sigma_{ku} \le \sigma_{cp}$).

  • Phương pháp nghiên cứu thực tế:

    • Phương pháp điều tra, thống kê và xử lý số liệu giao thông: Thống kê lưu lượng xe thực tế theo từng chủng loại, áp dụng hệ số quy đổi phương tiện để đưa về lưu lượng xe con tiêu chuẩn ngày đêm (xcqđ/ngđ); tính toán quy đổi tải trọng trục các dòng xe thương mại về trục đơn tiêu chuẩn 100 kN.
    • Phương pháp phân tích hình học công trình giao thông: Áp dụng phương pháp tọa độ cực và tọa độ vuông góc để tính toán cắm cong đường cong tròn, đường cong chuyển tiếp (clôtôit), bố trí vuốt nối siêu cao và độ mở rộng phần xe chạy.
    • Phương pháp thủy lực công trình: Tính toán khẩu độ cống theo sơ đồ dòng chảy không áp; kiểm toán chiều cao đất đắp trên đỉnh cống và tính toán chiều sâu xói lở hạ lưu cống nhằm thiết kế sân cống và gia cố hạ lưu.
    • Phương pháp phân tích kinh tế - kỹ thuật: So sánh định lượng giữa các phương án tuyến và phương án kết cấu thông qua tổng mức chi phí xây lắp (dựa trên bộ đơn giá xây dựng cơ bản và định mức dự toán TP.HCM), chi phí vận doanh khai thác và các chỉ số hình học của tuyến (hệ số triển tuyến, độ thoải của đường đỏ, góc chuyển hướng bình quân).

  • Nguồn dữ liệu sử dụng:

    • Dữ liệu khảo sát lưu lượng giao thông năm 2020: Tổng lưu lượng xe khảo sát đạt 520 xe/ngày đêm, phân chia thành 9 nhóm phương tiện.
    • Dữ liệu địa hình: Bình đồ khu vực tuyến tỷ lệ 1/500 với cao độ tự nhiên biến thiên từ 1 m đến 5 m thuộc vùng tích tụ xâm thực.
    • Dữ liệu khí tượng: Nhiệt độ không khí trung bình năm đạt 27°C (tháng 4 cao nhất 28,8°C, thấp nhất khoảng tháng 12 - tháng 1 đạt 25,7°C); lượng mưa bình quân năm đạt 1949 mm với 159 ngày mưa (90% lượng mưa tập trung từ tháng 5 đến tháng 11); độ ẩm không khí trung bình 79,5%. Chế độ gió gồm hai hướng thịnh hành là Tây – Tây Nam (mùa mưa, vận tốc trung bình 3,6 m/s đến 4,5 m/s) và Bắc – Đông Bắc (mùa khô, vận tốc trung bình 2,4 m/s).
    • Dữ liệu địa chất: Nền đất thuộc đất cấp III, gồm ba tầng địa chất chính: tầng mặt là á sét nhẹ, tầng giữa là á cát, tầng dưới là sét; nền đá gốc sa diệp thạch trung sinh và trầm tích phù sa cổ, có điều kiện chịu lực thuận lợi, không đòi hỏi giải pháp xử lý nền đất yếu phức tạp.

Thiết kế kỹ thuật và giải pháp công trình

Dựa trên kết quả phân tích lưu lượng và cấp hạng đường, các thông số kỹ thuật và giải pháp công trình của đồ án được xác lập chi tiết:

  • Quy mô mặt cắt ngang:

    • Cấp thiết kế: Đường cấp IV đồng bằng, vận tốc thiết kế $V_{tk} = 60$ km/h.
    • Riêng đoạn tuyến từ Km1+677 đến Km1+856, do hạn chế về điều kiện địa hình và các điểm khống chế mặt bằng, vận tốc thiết kế được hạ cục bộ xuống $V_{tk} = 40$ km/h để bố trí bán kính đường cong nằm phù hợp, đảm bảo an toàn vận hành.
    • Số làn xe: 2 làn xe chạy hỗn hợp (lưu lượng xe giờ cao điểm tính toán $N_{gcd} = 300$ xcqđ/h).
    • Chiều rộng một làn xe: $B_{1làn} = 3,5$ m (chiều rộng phần xe chạy $B_m = 7,0$ m). Tại một số vị trí kết nối đồng bộ với khẩu độ cầu hiện hữu chưa hết niên hạn sử dụng, bề rộng làn được xem xét linh hoạt với $B_{1làn} = 3,0$ m ($B_m = 6,0$ m).
    • Lề đường: Chiều rộng lề $B_{lề} = 2 \times 0,75$ m = 1,5 m; giải pháp kiến nghị là gia cố toàn bộ lề đường để tăng cường an toàn khi xe tránh nhau.
    • Độ dốc ngang mặt đường và lề gia cố: $i_m = i_{lgc} = 2%$. Mặt cắt ngang không bố trí dải phân cách giữa và làn riêng cho xe thô sơ.

  • Chỉ tiêu kỹ thuật bình đồ và trắc dọc:

    • Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn: $R_{min} = 130$ m; bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường: $R_{tt} = 250$ m.
    • Bố trí đường cong chuyển tiếp dạng Clôtôit tại các đường cong có bán kính nhỏ hơn giới hạn quy định, đầy đủ các điểm đặc trưng: Nối đầu (NĐ), Tiếp đầu (TĐ), Tiếp cuối (TC) và Nối cuối (NC).
    • Độ dốc siêu cao lớn nhất: $i_{sc} = 6%$. Bố trí mở rộng phần xe chạy trong đường cong tùy thuộc bán kính cong và loại xe thiết kế (xe tải 3 trục).
    • Độ dốc dọc lớn nhất thiết kế: $i_{max} = 7%$, đáp ứng các điều kiện về sức kéo và sức bám của ô tô tải ba trục.
    • Bố trí đường cong đứng lồi và lõm tại các vị trí đổi dốc có hiệu đại số độ dốc vượt quá quy định của TCVN 4054-2005.

  • Giải pháp công trình thoát nước:

    • Rãnh biên: Thiết kế dạng hình thang có đáy rộng 0,4 m, chiều sâu tối thiểu 0,3 m, mái dốc taluy 1:1 đến 1:1,5; hoặc dạng rãnh tam giác sâu 0,3 m với mái dốc phía đường 1:3 và phía taluy đào 1:1,5. Độ dốc dọc rãnh biên tuân thủ $i_r \ge 0,5%$ (cá biệt cho phép $0,2%$) để chống bồi lắng.
    • Rãnh đỉnh: Bố trí tại các sườn dốc tự nhiên đổ về đường hoặc đoạn nền đào có chiều cao taluy $\ge 1,2$ m. Rãnh có tiết diện hình thang, đáy rộng tối thiểu 0,5 m, mái taluy 1:1,5, chiều sâu nước thiết kế cách mép rãnh tối thiểu 20 cm và không sâu quá 1,0 m.
    • Cống ngang đường: Sử dụng cống tròn bê tông cốt thép đúc sẵn, liên kết mối nối bằng joint cao su và gối cống bê tông. Khẩu độ cống bố trí từ $\phi 0,75$ m đến $\phi 1,5$ m; trong đó cống dài dưới 15 m dùng khẩu độ tối thiểu 0,75 m; cống dài dưới 30 m dùng $\phi 1,0$ m; cống dài trên 30 m dùng $\phi 1,25$ m đến $\phi 1,5$ m. Toàn bộ cống làm việc ở chế độ không áp, độ dốc cống đặt từ $2%$ đến $3%$, chiều dày đất đắp bảo vệ trên đỉnh cống bảo đảm $\ge 0,5$ m.

  • Kết cấu áo đường mềm:

    • Tầng mặt: Bê tông nhựa rải nóng gồm 2 lớp (lớp mặt trên bê tông nhựa chặt và lớp mặt dưới bê tông nhựa hạt trung).
    • Tầng móng: Gồm lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm loại I và lớp móng dưới bằng cấp phối đá dăm loại II.
    • Kiểm toán kết cấu theo ba trạng thái giới hạn thông qua toán đồ Kogan với tải trọng trục tính toán 100 kN.

Nội dung chính theo từng chương

Bố cục đồ án tốt nghiệp được chia thành hai phần chính, bao gồm mười chương và phần tài liệu tham khảo:

Phần I: Thiết kế cơ sở

Tình hình chung khu vực xây dựng tuyến

Chương này phân tích tổng quan vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của Quận 9. Địa hình nghiên cứu là vùng đồng bằng tích tụ xâm thực bằng phẳng, cao độ thay đổi từ 1 m đến 5 m, có chế độ thủy văn phức tạp do mạng lưới sông Đồng Nai và các ao hồ chi phối, thoát nước tự nhiên kém và dễ chịu ngập úng khi mưa lớn kết hợp triều cường. Khí hậu cận xích đạo với mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11, lượng mưa bình quân 1949 mm. Về mặt địa chất, tuyến chạy qua khu vực ổn định thuộc sa diệp thạch trung sinh và phù sa cổ, đất nền thuộc đất cấp III (gồm các lớp á sét nhẹ, á cát và sét), không cần xử lý nền đặc biệt, có thể tận dụng đất đào và mỏ đất lân cận để đắp nền. Vật liệu xây dựng (đá, cát, đất) sẵn có tại các mỏ vật liệu địa phương. Tuyến đường có vai trò cấp thiết trong việc chỉnh trang đô thị, thúc đẩy giao thương và hỗ trợ an ninh quốc phòng khu vực.

Cấp hạng về chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến

Nội dung chương tập trung xác định lưu lượng xe và các thông số hình học của tuyến đường:

  • Tính toán quy đổi dòng xe khảo sát năm 2020 gồm 520 xe/ngày đêm ra xe con tiêu chuẩn theo hệ số quy định, đạt tổng số 964 xcqđ/ngày đêm.
  • Với tỷ lệ tăng trưởng dự báo $p$ và thời hạn thiết kế 15 năm, tính toán lưu lượng giao thông thiết kế năm tương lai (2035) đạt trên 2830 xcqđ/ngày đêm. Căn cứ Bảng 3 TCVN 4054-2005, tuyến được xác định là đường cấp IV đồng bằng, vận tốc thiết kế $V_{tk} = 60$ km/h.
  • Xe thiết kế lựa chọn là ô tô tải ba trục.
  • Tính toán khả năng thông hành của một làn xe ($N_{lth} = 1000$ xcqđ/h/làn) và lưu lượng giờ cao điểm ($N_{gcd} = 300$ xcqđ/h), từ đó xác định quy mô 2 làn xe. Chiều rộng mỗi làn xe tính toán đạt 3,5 m; chiều rộng lề 1,5 m (mỗi bên 0,75 m gia cố toàn bộ).
  • Xác lập các giới hạn bán kính cong nằm, chiều dài đoạn nối siêu cao, độ mở rộng phần xe chạy trong đường cong và độ dốc dọc lớn nhất $i_{max} = 7%$.

Thiết kế tuyến trên bình đồ

Chương này trình bày nguyên tắc vạch tuyến trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1/500: bám sát đường đồng mức, vượt sông suối ở các đoạn dòng chảy ổn định vuông góc với dòng chảy, hạn chế gãy khúc. Tác giả đề xuất và vạch hai phương án tuyến để nghiên cứu so sánh. Thực hiện tính toán chi tiết các yếu tố đường cong tròn và đường cong chuyển tiếp (chiều dài tiếp tuyến $T$, phân giác $P$, chiều dài đường cong $K$). Trên tuyến, tác giả cắm và định vị hệ thống 154 cọc địa hình (từ H0 tại Km0+000 đến cuối tuyến tại H22; các cọc C32 tại Km0+560, C33 tại Km0+580, C66 tại Km1+250, C67 tại Km1+260, C100 tại Km1+860, C130 tại Km2+190). Riêng đoạn từ Km1+677 đến Km1+856 được xử lý hạ vận tốc xuống 40 km/h để ôm cua an toàn theo địa hình.

Tính toán thuỷ văn và thuỷ lực cầu cống

Nội dung chương áp dụng TCVN 9845-2013 để tính toán lưu lượng dòng chảy lũ thiết kế $Q_{p%}$ cho các lưu vực tụ thủy cắt qua tuyến đường. Xác định các đại lượng thủy văn: thời gian tập trung nước trên sườn dốc ($\tau_s$), hệ số địa mạo lòng sông ($\Phi_{ls}$) và mô đun đỉnh lũ ($A_{p%}$). Trên cơ sở lưu lượng tính toán, tác giả lựa chọn giải pháp thoát nước bằng hệ thống cống tròn bê tông cốt thép đường kính $\phi 0,75$ m đến $\phi 1,5$ m hoạt động theo chế độ chảy không áp; đồng thời thiết kế kích thước hình học, độ dốc và vật liệu gia cố cho hệ thống rãnh đỉnh, rãnh biên.

Thiết kế nền - mặt đường

Chương này thiết kế kết cấu nền đường và áo đường mềm:

  • Nền đường đắp và đào được định hình theo mặt cắt ngang tiêu chuẩn, đảm bảo độ chặt đầm nén $K \ge 0,95$ (dưới đáy áo đường yêu cầu $K \ge 0,98$).
  • Đề xuất hai phương án kết cấu áo đường mềm sử dụng tầng mặt bê tông nhựa rải nóng trên móng cấp phối đá dăm.
  • Tiến hành tính đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp bằng toán đồ Kogan để tìm mô đun đàn hồi tương đương ($E_{tb}$). Kiểm tra độ võng đàn hồi so với mô đun yêu cầu ($E_{yc}$), kiểm tra điều kiện chống cắt trượt trong nền đất và kiểm tra ứng suất kéo uốn cho phép tại đáy các lớp bê tông nhựa. Cả hai phương án đều thỏa mãn điều kiện kỹ thuật.
  • Phân tích đơn giá vật liệu, lập dự toán chi phí xây dựng mặt đường cho 1 km của từng phương án để lựa chọn phương án áo đường có hiệu quả kinh tế cao nhất đưa vào thi công. Thiết kế kết cấu lề gia cố đồng bộ với độ dốc $2%$.

Thiết kế trắc dọc – trắc ngang

Thiết kế đường đỏ trên trắc dọc đảm bảo cao độ khống chế mực nước ngập và tĩnh không cống, phối hợp hài hòa giữa các đoạn dốc dọc và bán kính đường cong đứng lồi/lõm. Lập các mặt cắt ngang đại diện cho nền đắp, nền đào và nửa đào nửa đắp; thể hiện vị trí rãnh biên, mái taluy và khuôn đường.

Khối lượng đào đắp

Lập bảng tính toán chi tiết diện tích mặt cắt ngang đào, đắp tại từng vị trí cọc địa hình (từ cọc 1 đến cọc 154) và tính toán tổng hợp khối lượng đất đào, đất đắp theo phương pháp diện tích trung bình cho toàn tuyến.

Công trình phòng hộ đảm bảo an toàn giao thông trên tuyến đường

Quy định và bố trí hệ thống mốc lộ giới bảo vệ hành lang an toàn đường bộ, hệ thống cọc tiêu, cọc H, cột km, biển báo hiệu đường bộ và vạch sơn kẻ đường theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về báo hiệu đường bộ.

Tính chi phí xây dựng, vận doanh khai thác so sánh và chọn phương án

Chương này thực hiện tổng hợp kinh tế - kỹ thuật toàn diện giữa hai phương án tuyến:

  • Tổng hợp chi phí xây dựng nền đường, mặt đường và hệ thống công trình cầu cống (gồm chi phí ống cống, gối cống bê tông, mối nối joint cao su).
  • Tính toán chi phí vận doanh khai thác của dòng xe trên từng phương án tuyến.
  • Đánh giá các chỉ tiêu hình học: hệ số triển tuyến, độ thoải của tuyến trên trắc dọc, góc chuyển hướng bình quân và bán kính đường cong nằm bình quân.
  • Tổng hợp các tiêu chí và luận chứng lựa chọn phương án tuyến tối ưu đưa vào thiết kế kỹ thuật.

Phần II: Thiết kế kỹ thuật (TKKT)

Phần này đi sâu triển khai hồ sơ thiết kế kỹ thuật cho đoạn tuyến được lựa chọn từ Km0+700 đến Km1+600:

  • Thiết kế bình đồ chi tiết: Cắm tọa độ đường cong nằm, tính toán các điểm chi tiết của đường cong chuyển tiếp và đường cong tròn.
  • Thiết kế trắc dọc đường đỏ chi tiết: Tính toán các thông số đường cong đứng.
  • Thiết kế kết cấu áo đường chi tiết cho phần xe chạy và lề gia cố: Tính toán chi tiết các đặc trưng vật liệu, kiểm toán đầy đủ 3 tiêu chuẩn cường độ (độ võng đàn hồi, chịu cắt trượt nền đất, chịu kéo uốn bê tông nhựa).
  • Thiết kế công trình thoát nước chi tiết: Tính toán lưu vực tụ thủy, khẩu độ cống, thủy lực rãnh, tính toán chiều sâu xói lở hạ lưu ($h_{xói}$) và chiều dài sân tiêu năng gia cố sau cống.
  • Tổng hợp bảng khối lượng đào đắp chi tiết đoạn Km0+700 – Km1+600.

Các tài liệu tham khảo

Liệt kê danh mục các tiêu chuẩn ngành, giáo trình thiết kế đường ô tô, cẩm nang thủy văn cầu cống và tài liệu định mức dự toán được sử dụng trong đồ án.

Kết quả và đóng góp

Đồ án tốt nghiệp đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế tuyến đường liên phường với các kết quả định lượng cụ thể:

Hạng mục thông số Kết quả thiết kế trong đồ án
Chiều dài tuyến thiết kế thực tế 2680 m (đường chim bay: 2436 m)
Cấp hạng kỹ thuật Đường cấp IV đồng bằng (TCVN 4054-2005)
Vận tốc thiết kế ($V_{tk}$) 60 km/h (đoạn Km1+677 đến Km1+856 hạ xuống 40 km/h)
Lưu lượng khảo sát ban đầu (năm 2020) 520 xe/ngày đêm
Lưu lượng quy đổi xe con tiêu chuẩn 964 xcqđ/ngày đêm
Số làn xe chạy 2 làn xe
Bề rộng phần xe chạy ($B_m$) 7,0 m ($2 \times 3,5$ m)
Bề rộng lề đường ($B_{lề}$) 1,5 m ($2 \times 0,75$ m, gia cố toàn bộ)
Độ dốc ngang mặt đường và lề gia cố $i_m = i_{lgc} = 2%$
Độ dốc dọc lớn nhất ($i_{max}$) 7,0%
Độ dốc siêu cao lớn nhất ($i_{sc}$) 6,0%
Tải trọng trục tính toán áo đường Trục đơn tiêu chuẩn 100 kN
Số lượng cọc địa hình khống chế 154 cọc
Đoạn tuyến lập hồ sơ thiết kế kỹ thuật Đoạn Km0+700 đến Km1+600 (chiều dài 900 m)

Bảng tổng hợp phân loại dòng xe khảo sát năm 2020 được tác giả xác định như sau:

STT Loại phương tiện Số lượng (xe/ng.đ) Tỷ lệ (%) Hệ số quy đổi Xe con quy đổi (xcqđ/ng.đ)
1 Xe máy 83 16% 0,3 25
2 Xe con 78 15% 1,0 78
3 Xe 2 trục nặng 42 8% 2,0 83
4 Xe 2 trục vừa 52 10% 2,0 104
5 Xe 2 trục nhẹ 73 14% 2,0 146
6 Xe 3 trục nặng 42 8% 2,5 104
7 Xe 3 trục vừa 68 13% 2,5 169
8 Xe 3 trục nhẹ 52 10% 2,5 130
9 Xe kéo moóc 31 6% 4,0 125
10 Xe buýt nhỏ / lớn 0 0% 2,0 / 2,5 0
Tổng Toàn bộ dòng xe 520 100% — 964

Các đóng góp chính của đồ án gồm:

  • Thiết lập tuyến đường giao thông kết nối liên phường hợp lý trên nền địa hình bưng biền đặc thù của Quận 9 mà không cần các biện pháp gia cố xử lý đất yếu tốn kém, nhờ tận dụng triệt để địa tầng sa diệp thạch và phù sa cổ ổn định.
  • Xử lý linh hoạt bài toán bình đồ khi điều chỉnh vận tốc thiết kế cục bộ từ 60 km/h xuống 40 km/h trên đoạn Km1+677 – Km1+856, giúp tuyến bám sát địa hình tự nhiên, giảm khối lượng đào đắp và khối lượng giải phóng mặt bằng.
  • Hoàn thành đầy đủ quy trình kiểm toán kết cấu áo đường mềm theo 3 trạng thái giới hạn thông qua toán đồ Kogan, cung cấp số liệu so sánh kinh tế chi tiết cho 1 km đường mặt nhằm chọn ra phương án áo đường tối ưu.
  • Lập hồ sơ thiết kế kỹ thuật chi tiết hoàn chỉnh cho 900 m tuyến (Km0+700 – Km1+600) với đầy đủ bảng biểu tọa độ cắm cong, trắc dọc đường đỏ, thủy lực cống rãnh và khối lượng thi công.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đồ án:

    • Khảo sát lưu lượng giao thông thực hiện tại một thời điểm năm 2020 với quy mô mẫu 520 xe/ngày đêm, chưa có chuỗi số liệu đếm xe nhiều mùa trong năm để đánh giá chính xác hơn dao động lưu lượng theo mùa.
    • Phạm vi thiết kế kỹ thuật chi tiết mới chỉ dừng lại ở đoạn tuyến 900 m (từ Km0+700 đến Km1+600); đoạn còn lại của tuyến dài 1780 m mới được nghiên cứu ở mức độ thiết kế cơ sở.
    • Các giải pháp xử lý dòng chảy lũ và tiêu thoát nước mặt dựa trên các công thức bán thực nghiệm của TCVN 9845-2013 mà chưa xét đến ảnh hưởng kết hợp của kịch bản nước dâng do triều cường sông Đồng Nai trong điều kiện biến đổi khí hậu.

  • Hướng nghiên cứu tiếp:

    • Bổ sung công tác khoan khảo sát địa chất công trình chi tiết cho toàn bộ 2680 m chiều dài tuyến nhằm phát hiện và khoanh vùng các túi bùn hữu cơ cục bộ nếu có trong vùng bưng trũng.
    • Ứng dụng mô hình thủy lực hai chiều để mô phỏng ngập úng toàn diện khu vực Quận 9 dưới tác động kép của mưa lớn cực đoan và triều cường sông Đồng Nai, từ đó chuẩn hóa cao độ khống chế đường đỏ.
    • Hoàn thiện hồ sơ bản vẽ thi công và dự toán chi tiết cho toàn bộ các đoạn tuyến còn lại ngoài phạm vi Km0+700 – Km1+600.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Kỹ thuật Công trình Giao thông, Kỹ thuật Cầu đường và các kỹ sư thiết kế hạ tầng giao thông đô thị. Cụ thể, các nội dung có giá trị tham khảo gồm:

  • Phương pháp quy đổi dòng xe hỗn hợp về xe con tiêu chuẩn và cách xác định lưu lượng xe giờ cao điểm phục vụ tính số làn xe chạy theo TCVN 4054-2005.
  • Trình tự tính toán các yếu tố đường cong nằm, cắm tọa độ đường cong chuyển tiếp và bố trí siêu cao, độ mở rộng trong đường cong đối với tuyến đường đồng bằng chịu khống chế địa hình.
  • Quy trình kiểm toán kết cấu áo đường mềm nhiều lớp bằng toán đồ Kogan theo 3 tiêu chuẩn cường độ (độ võng đàn hồi, chịu cắt trượt nền đất, chịu kéo uốn lớp bê tông nhựa).
  • Bảng biểu tính toán thủy văn, xác định khẩu độ cống tròn bê tông cốt thép chảy không áp và tính xói hạ lưu cống theo TCVN 9845-2013.

Câu hỏi thường gặp

1. Tuyến đường được thiết kế theo cấp hạng kỹ thuật nào và vận tốc thiết kế là bao nhiêu?
Tuyến đường được thiết kế theo cấp IV đồng bằng theo TCVN 4054-2005, với vận tốc thiết kế tiêu chuẩn $V_{tk} = 60$ km/h. Riêng đoạn cong từ Km1+677 đến Km1+856, do điều kiện địa hình khống chế nên vận tốc thiết kế được hạ cục bộ xuống $V_{tk} = 40$ km/h để đảm bảo an toàn xe chạy.

2. Lưu lượng xe khảo sát ban đầu và kết quả tính đổi ra xe con tiêu chuẩn đạt bao nhiêu?
Lưu lượng xe khảo sát năm 2020 là 520 xe/ngày đêm thuộc 9 nhóm phương tiện. Sau khi áp dụng hệ số quy đổi phương tiện theo quy định, tổng lưu lượng xe con quy đổi đạt 964 xcqđ/ngày đêm. Dự báo đến năm thứ 15 (2035), lưu lượng đạt trên 2830 xcqđ/ngày đêm.

3. Mặt cắt ngang phần xe chạy và lề đường được bố trí với quy mô kích thước như thế nào?
Mặt cắt ngang bố trí 2 làn xe chạy hỗn hợp, chiều rộng một làn là 3,5 m (tổng bề rộng mặt đường $B_m = 7,0$ m). Lề đường hai bên rộng 1,5 m (mỗi bên 0,75 m) và được gia cố toàn bộ. Độ dốc ngang mặt đường và lề gia cố cùng đạt $i = 2%$. Không bố trí dải phân cách giữa và làn riêng cho xe thô sơ.

4. Điều kiện địa chất khu vực tuyến có đòi hỏi xử lý nền đất yếu phức tạp hay không?
Khu vực tuyến có cấu tạo địa chất ổn định thuộc nền đá gốc sa diệp thạch trung sinh và phù sa cổ, đất nền thuộc đất cấp III gồm tầng mặt á sét nhẹ, tầng giữa á cát và tầng dưới sét. Do đó tuyến thiết kế không cần xử lý nền đất đặc biệt, có thể tận dụng đất đào tại chỗ hoặc đất mỏ lân cận để đắp nền.

5. Đoạn tuyến nào được tác giả lựa chọn để lập hồ sơ thiết kế kỹ thuật chi tiết trong Phần II?
Đoạn tuyến được lựa chọn để thiết kế kỹ thuật chi tiết là đoạn từ Km0+700 đến Km1+600, với tổng chiều dài 900 m, bao gồm đầy đủ hồ sơ cắm tọa độ đường cong chuyển tiếp, đường cong tròn, trắc dọc đường đỏ, kiểm toán kết cấu áo đường mềm, thủy lực cống rãnh thoát nước và bảng khối lượng đào đắp chi tiết.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tuyến đường Liên phường Quận 9, TP. HCM" đã hoàn thành trọn vẹn việc thiết kế tuyến đường ô tô cấp IV đồng bằng dài 2680 m, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của Bộ Giao thông Vận tải. Công trình đưa ra các giải pháp kỹ thuật phù hợp với địa hình bưng biền và điều kiện địa chất khu vực, giải quyết hài hòa bài toán thoát nước mặt và kiểm toán kết cấu áo đường mềm chịu tải trọng trục 100 kN. Hồ sơ thiết kế kỹ thuật chi tiết đoạn Km0+700 – Km1+600 cùng hệ thống bảng tính kinh tế - kỹ thuật là tài liệu học thuật hoàn chỉnh, có giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho công tác nghiên cứu và thiết kế hạ tầng giao thông đô thị.