Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài khóa luận tốt nghiệp "Thiết kế và thi công hệ thống nước sạch xã Tiền Tiến, huyện Thanh Hà, tỉnh Hải Dương" được thực hiện bởi sinh viên Phạm Chi Dũng (ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình, Khoa Cơ điện và Công trình, Trường Đại học Lâm nghiệp) dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm Quang Thiền vào năm 2012.

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Quá trình đô thị hóa và gia tăng dân số nông thôn tại Việt Nam tạo ra sức ép lớn lên hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là nguồn nước sinh hoạt. Báo cáo của Hội Bảo vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam (VACNE) được dẫn lại trong văn bản chỉ ra rằng nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng lượng nước thải đô thị nhưng chỉ khoảng 6% được xử lý. Dữ liệu từ Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Bộ Y tế cho thấy mỗi năm có hơn 20.000 người tử vong do điều kiện nước sạch và vệ sinh kém, đồng thời hơn 80% các ca bệnh truyền nhiễm liên quan trực tiếp đến nguồn nước ô nhiễm.

Tại huyện Thanh Hà, tỉnh Hải Dương, hơn 85% hộ dân toàn huyện sử dụng nguồn nước tự nhiên chưa qua xử lý quy chuẩn; ngay cả thị trấn Thanh Hà cũng thiếu nước sạch nghiêm trọng, người dân phải mua nước vận chuyển từ nơi khác với chi phí cao. Xã Tiền Tiến nằm trong vùng đồng bằng châu thổ, nguồn nước mặt tại chỗ và nước ngầm đối mặt nguy cơ ô nhiễm chất thải chăn nuôi, dư lượng thuốc bảo vệ thực việc và nước thải dân sinh. Do đó, việc xây dựng một hệ thống cấp nước sạch hoàn chỉnh từ trạm xử lý đến mạng lưới phân phối là nhu cầu kỹ thuật cấp bách nhằm giải quyết bài toán dân sinh và sức khỏe cộng đồng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Văn bản xác định các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể cần giải quyết bao gồm:

  1. Thu thập, tổng hợp các tài liệu cơ bản về điều kiện tự nhiên, địa hình, khí hậu, thủy văn, địa chất công trình và hiện trạng kinh tế - xã hội của xã Tiền Tiến và huyện Thanh Hà.
  2. Xác định tiêu chuẩn cấp nước, tính toán quy mô dân số và dự báo nhu cầu dùng nước để ấn định công suất trạm cấp nước cho giai đoạn hiện tại có định hướng đến năm 2020.
  3. Lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt sông Rạng và tính toán thiết kế chi tiết các hạng mục công trình đơn công nghệ trong trạm xử lý.
  4. Tính toán kết cấu công trình chịu lực chính của trạm (bể lắng, bể lọc, bể chứa, khung nhà trạm bơm).
  5. Vạch tuyến mạng lưới đường ống cấp nước, tính toán thủy lực xác định đường kính, tổn thất áp lực và cao trình cột áp tại các điểm nút mạng lưới.
  6. Lập biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công trạm xử lý, tuyến ống phân phối và các công trình phụ trợ.
  7. Lập dự toán tổng mức đầu tư xây dựng công trình và sơ bộ đánh giá tác động môi trường.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cấp nước sinh hoạt tập trung quy mô xã, bao gồm công trình thu - trạm bơm cấp 1, trạm xử lý nước mặt công suất 1.500 m³/ngày-đêm, trạm bơm cấp 2 và mạng lưới đường ống truyền tải, phân phối.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ ranh giới hành chính xã Tiền Tiến, huyện Thanh Hà, tỉnh Hải Dương (diện tích tự nhiên 7,13 km², dân số theo số liệu thống kê năm 1999 là 9.275 người). Nguồn nước mặt khai thác tại sông Rạng, vị trí đặt công trình thu tại bờ sông Rạng thuộc địa phận xã Việt Hồng (thửa đất số 101, tờ bản đồ dải thửa số 2).
  • Phạm vi thời gian: Số liệu tính toán thiết kế căn cứ vào hiện trạng năm 2012, mốc tính toán công suất phục vụ định hướng đến năm 2020; tiến độ thi công dự kiến triển khai trong năm 2013.

Cơ sở lý thuyết, quy chuẩn và phương pháp thiết kế

Khung pháp lý và quy chuẩn áp dụng

Nội dung tính toán kỹ thuật và lập dự toán của đề tài tuân thủ các văn bản quy phạm pháp luật và tiêu chuẩn xây dựng:

  • Quản lý dự án và chi phí đầu tư xây dựng: Nghị định số 12/2009/NĐ-CP, Nghị định số 99/2007/NĐ-CP, Nghị định số 16/2005/NĐ-CP; Thông tư số 05/2007/TT-BXD, Thông tư số 04/2005/TT-BXD; Văn bản số 957/BXD-VP công bố định mức chi phí quản lý dự án và tư vấn xây dựng.
  • Sản xuất, cung cấp nước sạch và quản lý chất lượng: Nghị định số 117/2007/NĐ-CP; Nghị định số 209/2004/NĐ-CP và Nghị định số 49/2008/NĐ-CP về quản lý chất lượng công trình xây dựng.
  • Tiêu chuẩn thiết kế chuyên ngành: Tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN 33:2006 (Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình - Tiêu chuẩn thiết kế); Tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 (Tải trọng và tác động); Tiêu chuẩn kết cấu bê tông và bê tông cốt thép TCXDVN 356:2005; Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCXDVN 338:2005; Tiêu chuẩn móng cọc TCXD 205:1998; Tiêu chuẩn chất lượng nước ăn uống theo Quyết định 1329/2002/BYT/QĐ và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt năm 2009.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật

Đề tài là đồ án thiết kế kỹ thuật công trình hạ tầng, kết hợp các phương pháp:

  • Phương pháp khảo cứu, thu thập và xử lý số liệu: Thu thập chuỗi số liệu khí hậu, thủy văn nhiều năm, kết quả khảo sát địa chất từ hố khoan HK2-TV tại mặt bằng dự án.
  • Phương pháp tính toán công nghệ cấp nước: Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng lưu lượng các hạng mục công nghệ dựa trên lý thuyết keo tụ - lắng cặn và lọc hạt theo TCXDVN 33:2006.
  • Phương pháp cơ học kết cấu: Sử dụng sơ đồ tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm, nén lệch tâm phẳng và chịu uốn phẳng cho kết cấu bê tông cốt thép thành bể, đáy bể, mái và khung nhà trạm bơm theo phương pháp trạng thái giới hạn.
  • Phương pháp thủy lực đường ống: Tính toán tổn thất cột áp dọc đường và tổn thất cục bộ trên mạng ống phân phối dựa trên công thức thực nghiệm của Ngân hàng Thế giới (World Bank) cho ống áp lực: $q = 86,06 \cdot h^{0,54} \cdot d^{2,63}$.
  • Phương pháp định mức - dự toán: Xác định khối lượng công tác từ bản vẽ thiết kế, áp dụng bộ đơn giá, định mức dự toán xây dựng cơ bản (Quyết định 1998/QĐ-BXD, 1260/1988/QĐ-BXD).

Thiết kế kỹ thuật và biện pháp thi công

Hệ thống cấp nước xã Tiền Tiến được thiết kế với dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt sông Rạng: Trộn tĩnh trên đường ống $\rightarrow$ Bể lắng đứng có ngăn phản ứng xoáy hình trụ trung tâm $\rightarrow$ Bể lọc nhanh trọng lực $\rightarrow$ Bể chứa nước sạch $\rightarrow$ Trạm bơm cấp 2 đưa nước vào mạng lưới đường ống HDPE.

Thông số kỹ thuật các hạng mục trạm xử lý

Hạng mục công trình Số lượng Quy cách, kích thước hình học Thông số công nghệ chính Kết cấu vật liệu
Công trình thu & Trạm bơm cấp 1 01 trạm, 02 máy bơm (1 chạy, 1 dự phòng) Nhà trạm $a \times b = 6,0 \times 5,0$ m; Họng thu đặt cách bờ 15 m; Khung lưới chắn rác $1,5 \times 1,5 \times 1,5$ m Công suất mỗi bơm: $Q = 70$ m³/h, cột áp $H = 25$ m; Ống hút/đẩy thép DN200 Móng, trụ đỡ và sàn BTCT kết hợp xây gạch
Thiết bị trộn tĩnh 01 bộ Chiều dài ống trộn $L = 1,5$ m; Đường kính vành chắn $d_1 = 50$ mm Lắp đặt ngay trên đường ống nạp nước thô D200; Tổn thất áp lực $h = 0,3 - 0,5$ m (chọn 0,4 m) Thép không gỉ kết hợp ống uPVC Dn21 châm phèn
Bể lắng đứng kết hợp ngăn phản ứng 02 bể Tiết diện vuông $5,4 \times 5,4$ m; Ngăn phản ứng trung tâm hình trụ $D = 2,1$ m; Chiều cao tổng thể $H = 7,4$ m Tốc độ dâng $V_d = 0,5$ mm/s; Thời gian phản ứng $t = 20$ phút; Đáy thu cặn dốc $50^\circ$; Chu kỳ xả cặn 3-5 ngày BTCT mác M250, đáy dày 400 mm, tường dày 300 mm, cốt thép $\Phi14a200$
Bể lọc nhanh trọng lực 03 bể Kích thước mỗi bể $A \times B \times H = 2,1 \times 2,1 \times 5,0$ m Tốc độ lọc bình thường $V = 5,0$ m/h, tăng cường $7,5$ m/h; Lớp cát thạch anh dày 1,18 m ($d = 0,7 - 1,6$ mm); Sỏi đỡ dày 0,2 m BTCT M250, hợp khối cùng bể lắng; Hệ thống phân phối 196 chụp lọc/bể
Bể chứa nước sạch 01 bể (dung tích $W = 400$ m³) Kích thước mặt bằng $12,6 \times 12,6$ m; Chiều cao bể $H = 3,0$ m Dung tích điều hòa trạm bơm 300 m³ + nước dùng nội bộ 80 m³ BTCT M250, đáy dày 350 mm, đệm BT đá 4x6 M100 dày 200 mm, cọc tre 25 cọc/m²
Trạm bơm cấp 2 01 trạm Khung nhà trạm nhịp 4,3 m; Tiết diện cột $0,3 \times 0,4$ m, dầm $0,25 \times 0,35$ m 03 bơm nước mạng lưới (2 chạy, 1 dự phòng, $Q = 49$ m³/h, $H = 45$ m, $15$ kW); Bơm rửa lọc ($127$ m³/h, $12$ m, $7,5$ kW); Bơm gió ($71$ l/s, $12$ m, $11$ kW) Móng, khung, sàn và dầm cẩu BTCT M200, tường xây gạch
Gian hóa chất & khử trùng 01 cụm Thùng hòa phèn nhựa $W = 1,0$ m³; Thiết bị Waterchlo 100 Nồng độ phèn PAC châm vào nước $35$ mg/l; Điều chế nước Javen từ muối ăn: $16 - 18$ l/h, clo hoạt tính $3 - 4$ g/l Đặt trong nhà hóa chất, máy bơm định lượng $q = 30$ l/h, $H = 30$ m
Hồ thu bùn và Sân phơi bùn Hồ thu bùn và sân phơi bùn Hồ thu bùn $6,30 \times 6,30$ m, sâu 2,0 m; Sân phơi bùn $126,84 \times 11,84 \times 1,0$ m Lưu giữ và làm ráo cặn xả từ bể lắng và nước rửa bể lọc Xây đá hộc vữa XM M100, lót đá 2x4 M100, đệm cát đầm chặt $K=0,9$

Biện pháp và trình tự thi công

  • Thi công trạm xử lý: Mặt bằng tập trung, áp dụng phương án thi công kết hợp cơ giới (máy đào dung tích gầu 0,4 m³, máy bơm nước ngầm, máy trộn và đổ bê tông) với thủ công. Đổ bê tông đáy móng, tường bể theo từng đợt coppha kết hợp xử lý mối nối chống thấm mạch ngừng thi công.
  • Thi công mạng lưới đường ống: Do tuyến ống đi qua các khu dân cư đông đúc, ngõ xóm chật hẹp, biện pháp thi công sử dụng thủ công là chủ đạo kết hợp cơ giới nhẹ:
    • Đào đất mương đặt ống: Đào thủ công tại các vị trí vướng công trình ngầm; các đoạn thông thoáng dùng máy đào gầu nhỏ. Ở những đoạn đất yếu, sâu, bố trí cừ văng chống vách đất và máy bơm thường trực hút nước hố móng.
    • Lớp đệm đáy mương: Rải lớp cát lót đệm dày tối thiểu 200 mm, cán phẳng và đầm chặt đúng cao trình thiết kế trước khi hạ ống.
    • Lắp đặt ống HDPE PN10: Ống được kiểm tra khuyết tật, làm sạch đầu mối trước khi nối bằng phương pháp hàn nhiệt hoặc mặt bích; đầu ống tạm thời được bịt kín ngăn bùn đất xâm nhập.
    • Thi công qua đường giao thông: Xin phép cấp thẩm quyền, phân luồng giao thông, đào đắp cuốn chiếu; rải bao cát tạm thời và lót tấm thép dày 30 mm trên miệng mương để các phương tiện lưu thông bình thường trước khi hoàn trả kết cấu áo đường.
    • Thử áp lực và lấp đất: Tiến hành thử áp lực thủy tĩnh từng đoạn theo quy phạm; lấp đất/cát đầm từng lớp dày không quá 200 mm bằng đầm cóc (chỉ đầm máy khi lớp lấp cách đỉnh ống trên 300 mm đối với ống $D < 200$ mm và trên 500 mm đối với ống $D \ge 200$ mm). Độ chặt lớp đắp dưới mặt đường đạt $K = 0,90 - 0,98$.
    • Hố van và gối đỡ: Thi công song song với công tác đặt ống; hố van xây gạch mác 75, đổ bê tông đáy và nắp đan BTCT đúc sẵn; lắp rào chắn cảnh báo trong quá trình thi công.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Những vấn đề chung và tài liệu thiết kế

Chương này tổng thuật các thông số tự nhiên, hạ tầng và dân sinh kinh tế của khu vực nghiên cứu:

  • Điều kiện khí hậu: Thuộc miền khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm; nhiệt độ trung bình năm đạt 23,4°C (mùa đông xuống dưới 20°C, mùa hè trên 25°C); độ ẩm trung bình mùa xuân 89%; lượng bốc hơi trung bình năm 858 mm; lượng mưa tập trung 70-80% vào các tháng mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 11), lượng mưa thiết kế ngày lớn nhất ứng với tần suất $P = 10%$ là 391,3 mm (lượng mưa trận lớn nhất đạt tới 400 mm gây ngập úng).
  • Thủy văn: Khai thác nguồn nước mặt sông Rạng có mực nước đặt phễu hút $H_{max} = +3,00$ m, cao độ mặt đất tự nhiên tại trạm bơm nước thô là $H_{md} = +3,00$ m.
  • Địa chất công trình: Số liệu hố khoan HK2-TV xác định địa tầng gồm 5 lớp: Lớp 1 (đất phủ sét pha xám đen dẻo mềm dày 0,5 m); Lớp 2 (sét pha xám nâu lẫn vỏ sò, dày 4,4 m, $E = 651,0$ T/m², $\gamma = 1,81$ T/m³); Lớp 3 (sét pha xám xanh kẹp dải cát mỏng dày 3,9 m, $E = 529,1$ T/m², $\gamma = 1,76$ T/m³); Lớp 4 (sét pha xám ghi dày 14,5 m, $E = 718,5$ T/m², $\gamma = 1,83$ T/m³); Lớp 5 (hạt mịn hữu cơ chặt vừa, dày 1,7 m, trọng lượng riêng $\gamma = 2,65$ T/m³).
  • Dân sinh và hiện trạng cấp thoát nước: Dân số xã Tiền Tiến năm 1999 là 9.275 người (mật độ 1.301 người/km²). Tình trạng ngập úng thường niên gây thiệt hại nông nghiệp lớn: năm 2001 úng 850 ha (mất trắng 70 ha), năm 2006 úng 607 ha (mất trắng 130 ha), năm 2012 ngập 405 ha (mất trắng 50 ha). Nguyên nhân do lấn chiếm hành lang công trình thủy lợi (như vi phạm tại kênh Bá Nha Thuần) và hệ thống bơm tiêu úng thiếu bảo dưỡng định kỳ.

Chương 2: Thiết kế trạm xử lý nước

Chương 2 trình bày toàn bộ quá trình tính toán công nghệ, thủy lực và kết cấu công trình trạm:

  • Xác định lưu lượng tính toán: Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt $q_{sh} = 80$ l/người-ngày; tổng nhu cầu sinh hoạt $Q_{sh} = 843$ m³/ngày; nước phi sinh hoạt $10% Q_{sh} = 84$ m³/ngày; tổng lượng tiêu thụ $Q_{tt} = 927$ m³/ngày; nước rò rỉ $18% Q_{tt} = 167$ m³/ngày; nước nội bộ trạm $10% Q_{tt} = 93$ m³/ngày; lưu lượng ngày lớn nhất $Q_{ng.max} = 1.425$ m³/ngày; lưu lượng giờ lớn nhất $Q_{h.max} = 93,75$ m³/ngày. Công suất thiết kế tổng thể lựa chọn: $Q_{tk} = 1.500$ m³/ngày (tương đương 62,5 m³/h).
  • Tính toán kích thước các đơn vị công trình: Thiết kế chi tiết công trình thu và trạm bơm cấp 1; thiết bị trộn thủy lực trên ống nạp; 02 bể lắng đứng kết hợp ngăn phản ứng hình trụ ($a \times b = 5,4 \times 5,4$ m, chiều cao $H = 7,4$ m); 03 bể lọc nhanh trọng lực ($2,1 \times 2,1 \times 5,0$ m); 01 bể chứa nước sạch dung tích $W = 400$ m³ ($12,6 \times 12,6 \times 3,0$ m).
  • Tính toán kết cấu bê tông cốt thép: Tính toán cốt thép chịu lực cho thành bể lắng lọc chịu áp lực nước tác dụng (sử dụng thép $\Phi14a200$ với hàm lượng cốt thép $\mu = 0,2%$). Tính toán bản đáy bể chứa nước sạch dày 350 mm, bố trí 3 thanh $\Phi12$/m ($F_a = 36,9$ cm²). Tính toán khung ngang nhà trạm bơm cấp 2 nhịp 4,3 m, chịu lực nén dọc cột $N = 5,85$ tấn, mô men uốn lệch tâm lớn nhất $M = 5,94$ T.m, bố trí thép dầm và cốt thép cột chịu nén lệch tâm.

Chương 3: Thiết kế mạng ống phân phối nước

Chương này xác định giải pháp lựa chọn vật tư và sơ đồ mạng lưới cấp nước:

  • Lựa chọn sơ đồ mạng lưới phân phối áp lực trực tiếp từ trạm bơm cấp 2 đến tất cả các hộ tiêu thụ trong xã.
  • Tiêu chuẩn hóa vật tư kỹ thuật: Toàn bộ mạng lưới phân phối chính và nhánh sử dụng ống nhựa chịu áp HDPE cấp áp lực PN10 theo tiêu chuẩn ISO 4427:1996 và DIN 8074:1999 (ưu điểm độ bền trên 50 năm, chịu va đập, kháng hóa chất, hệ số nhám thấp); phụ kiện uPVC theo ISO 4422, gioăng cao su chịu đàn hồi EPDM theo ISO 4633 và BS 2494.
  • Quy chuẩn van và phụ kiện: Van cổng gang dẻo phủ epoxy theo ISO/BS 1452, trục thép không gỉ; van xả khí gang nối bích theo BS 1452; bu lông mặt bích chế tạo theo tiêu chuẩn BS 10004 PN9 và BS 4865. Xi măng sử dụng đạt mác PC30, PC40 (Nghi Sơn, Hạ Long, Cẩm Phả); thép xây dựng nhóm AI ($D < 10$) và AII ($D \ge 10$) tuân thủ TCVN 1651-1985.

Chương 4: Tính toán thủy lực đường ống

Trọng tâm chương 4 là mô hình hóa dòng chảy trên mạng ống trục chính:

  • Hệ thống có tổng chiều dài đường ống trục chính $L = 6.291$ m, phục vụ lưu lượng tính toán tổng $Q = 15,203$ l/s. Mạng lưới được phân chia thành 30 nút và 30 đoạn ống tính toán.
  • Áp dụng công thức thủy lực của Ngân hàng Thế giới để xác định đường kính kinh tế và độ dốc thủy lực ($h$):
    • Đoạn 1: $q = 0,758$ l/s, đường kính $d = 225$ mm, tổn thất $h_1 = 0,1$ m.
    • Đoạn 2: $q = 0,160$ l/s, đường kính $d = 160$ mm, tổn thất $h_2 = 0,05$ m.
    • Tuyến ống nạp nước thô từ công trình thu về trạm xử lý: đường kính HDPE D225 dài 3.080 m ($v = 0,62$ m/s, $1000i = 1$).
    • Các đoạn tuyến phân phối nhánh sử dụng đường kính D90, D100 và D110.
  • Kết quả tính toán cao trình điểm cuối và kiểm tra áp lực tự do tại 30 điểm nút: Tổng tổn thất áp lực dọc đường toàn tuyến trục chính là $h_d = 35,88$ m. Tổn thất cột áp lớn nhất trên các đoạn ống xảy ra tại đoạn 14 và đoạn 15 với giá trị $h_d = 0,93$ m. Mọi điểm nút đều đảm bảo áp lực tự do tối thiểu lớn hơn 10 m cột nước theo đúng quy định của TCXDVN 33:2006.

Chương 5: Phương án thi công

Chương này lập kế hoạch tổ chức xây dựng và biện pháp kỹ thuật:

  • Căn cứ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật thi công xây lắp (TCVN 3743-1983, 11 TCN 18-21:2006 về trang bị điện; TCVN 4086-1985 về an toàn điện; TCVN 3254-1989 về an toàn cháy; TCXD 205:1998 về móng cọc).
  • Xác lập tiến độ thi công công trình gồm 4 quý của năm đầu tiên:
    • Quý 1: Hoàn thành thẩm định, phê duyệt báo cáo dự án đầu tư và hồ sơ mời thầu.
    • Quý 2 & Quý 3: Tổ chức đấu thầu, thiết kế bản vẽ thi công và tiến hành xây lắp toàn bộ trạm xử lý và tuyến ống.
    • Quý 4: Chạy thử không tải và có tải, hiệu chỉnh thiết bị, nghiệm thu bàn giao đưa vào vận hành.
  • Chi tiết hóa các biện pháp kỹ thuật: trắc địa định vị tim tuyến bằng máy kinh vĩ và thủy bình; kỹ thuật đào đắp mương đất có văng chống vách ở nền đất yếu; quy trình rải đệm cát 200 mm; phương pháp lắp đặt và căn chỉnh tuyến ống HDPE; quy trình thử áp lực thủy tĩnh đường ống trước khi lấp; biện pháp thi công tuyến ống cắt ngang qua đường giao thông hiện hữu và xây dựng hố van gạch đậy nắp đan bê tông cốt thép.

Chương 6: Dự toán giá thành xây dựng, đánh giá hiệu quả và tác động môi trường

Chương 6 tổng hợp kinh phí đầu tư và phân tích tác động sinh thái:

  • Tính toán khối lượng chi tiết từng hạng mục, áp dụng đơn giá vật tư, nhân công và máy thi công theo chế độ tiền lương của Nghị định 108/2010/NĐ-CP và hướng dẫn lập dự toán công trình xây dựng.
  • Phân tích các tác động tiêu cực ngắn hạn trong giai đoạn xây lắp (bụi, tiếng ồn máy móc, khí thải xe tải, đất đá phế thải xây dựng, cản trở giao thông cục bộ) và các giải pháp giảm thiểu tương ứng.
  • Đánh giá lợi ích kinh tế - xã hội lâu dài khi đưa công trình vào khai thác: cung cấp nguồn nước sạch ổn định, triệt tiêu nguy cơ phát sinh dịch bệnh đường tiêu hóa và nâng cao chất lượng cuộc sống người dân địa phương.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả tính toán dự toán công trình

Tổng mức đầu tư xây dựng hệ thống cấp nước xã Tiền Tiến được xác định chi tiết trong bảng tổng hợp kinh phí sau:

STT Khoản mục chi phí Căn cứ / Công thức tính Giá trị thành tiền (VNĐ)
I Chi phí xây dựng $G_{xd} + \text{VAT} + \text{Nhà tạm}$ 19.835.273.331
1 Tuyến ống dẫn và phân phối Bóc tách khối lượng & đơn giá 8.177.666.464
2 Các hạng mục trạm xử lý Bóc tách khối lượng & đơn giá 9.675.864.887
3 Thuế VAT phần xây dựng $10% \times (G_{xd1} + G_{xd2})$ 1.785.353.135
4 Chi phí lán trại nhà tạm tại hiện trường $1% \times G_{xd}$ 196.388.845
II Chi phí thiết bị $G_{tb} + \text{VAT}$ 762.945.403
1 Chi phí mua sắm thiết bị trước thuế Báo giá thiết bị cơ điện, trạm bơm 693.586.730
2 Thuế VAT phần thiết bị $10% \times G_{tb}$ 69.358.673
III Chi phí tư vấn đầu tư xây dựng Định mức theo Văn bản 957/BXD-VP 1.109.512.498
1 Khảo sát địa hình phục vụ BVTC Tạm tính theo khối lượng 283.603.002
2 Khảo sát địa chất phục vụ BVTC Tạm tính theo khối lượng khoan 154.814.000
3 Thiết kế bản vẽ thi công tuyến ống $1,7758% \times G_{xd1} \times 1,1 \times 1,3$ 207.664.129
4 Thiết kế bản vẽ thi công phần xây dựng $1,1804% \times G_{xd2} \times 1,1$ 35.428.548
5 Chi phí lựa chọn nhà thầu xây lắp $0,2645% \times G_{xd} \times 1,1$ 51.948.325
6 Chi phí lựa chọn nhà thầu mua thiết bị $0,236% \times G_{tb} \times 1,1$ 1.800.551
7 Chi phí kiểm tra thí nghiệm mẫu Dự toán kiểm tra 5 mẫu 15.000.000
8 Chi phí chạy thử liên động 30 ngày Định mức vận hành thử nghiệm 30.000.000
IV Chi phí khác Theo định mức và quy định hiện hành 56.987.875
1 Chi phí thẩm định dự án đầu tư Tỷ lệ theo quy định 3.394.123
2 Chi phí thẩm tra tổng mức đầu tư Tỷ lệ theo quy định 5.834.923
3 Thẩm định kết quả đấu thầu xây lắp $0,01% \times (G_{xd} + G_{tb})$ 1.854.712
4 Chi phí bảo hiểm công trình Tỷ lệ bảo hiểm xây dựng 45.904.117
V Chi phí giải phóng mặt bằng, quyết toán 803.528.095
1 Bồi thường giải phóng mặt bằng Quyết định 13/2009/QĐ-UBND Hải Dương 640.557.500
2 Chi phí kiểm toán độc lập $0,6318676% \times G_t \times 1,1$ 76.216.635
3 Chi phí thẩm tra quyết toán Định mức quyết toán dự án 43.377.085
VI Chi phí dự phòng $10% \times \text{Tổng chi phí trước dự phòng}$ 2.252.493.033
TỔNG CỘNG Tổng mức đầu tư xây dựng công trình Làm tròn số 24.777.424.000

Bằng chữ: Hai mươi tư tỷ, bảy trăm bảy mươi bảy triệu, bốn trăm hai mươi tư nghìn đồng.

Đóng góp kỹ thuật và giải pháp tác giả đề xuất

  • Thiết lập hoàn chỉnh dây chuyền xử lý nước mặt sông đục độ phù sa cao công suất 1.500 m³/ngày bằng giải pháp kết hợp keo tụ - lắng đứng có ngăn phản ứng trung tâm - lọc nhanh trọng lực và khử trùng bằng thiết bị Waterchlo 100 sản xuất dung dịch Javen tại chỗ từ muối ăn ($NaCl$), thay thế phương pháp dùng Clo khí nén nguy hiểm hoặc nhập mua hóa chất bảo quản ngắn ngày.
  • Đề xuất quy cách vật liệu mạng ống toàn diện bằng ống nhựa HDPE PN10 thay thế ống gang truyền thống, giúp giảm tải trọng vận chuyển, thích nghi tốt với nền đất phù sa yếu dễ lún cục bộ của vùng đồng bằng ven biển Hải Dương và bảo đảm tuổi thọ công trình trên 50 năm.
  • Xác lập sơ đồ vận hành xả cặn thủy lực định kỳ 3-5 ngày/lần cho bể lắng đứng, đưa toàn bộ bùn xả và nước rửa lọc vào hồ lắng bùn và sân phơi bùn cát đầm chặt ($K=0,9$), ngăn chặn xả thải bùn keo tụ trực tiếp gây bồi lắng kênh rạch nội đồng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tự chỉ ra một số tồn tại kỹ thuật xuất phát từ giới hạn dữ liệu khảo sát và thời gian nghiên cứu:

  • Đồ án mới chỉ đi sâu nghiên cứu, tính toán một phương án công nghệ xử lý duy nhất (bể lắng đứng kết hợp lọc nhanh trọng lực) và một sơ đồ mạng lưới truyền tải; chưa thực hiện so sánh đối chứng đa phương án kỹ thuật - kinh tế (như công nghệ lắng lamen, bể phản ứng tạo bông có tầng cặn lơ lửng, hay mạng lưới vòng khép kín) để tối ưu hóa vốn đầu tư xây dựng.
  • Chuỗi số liệu thủy văn và hàm lượng cặn nguồn nước sông Rạng chưa được quan trắc thực tế theo mùa khô - mùa lũ mà chủ yếu ngoại suy từ các tài liệu tham khảo chung của khu vực; việc tính toán liều lượng hóa chất keo tụ (PAC $35$ mg/l) mới dựa theo khung lý thuyết, cần tiến hành thí nghiệm Jartest cụ thể tại từng thời điểm khai thác.
  • Hướng mở rộng nghiên cứu: Bổ sung khảo sát chi tiết diễn biến xâm nhập mặn trên sông Rạng dưới tác động của biến đổi khí hậu nhằm tính toán giải pháp kỹ thuật bổ sung công đoạn khử mặn trong trường hợp nguồn nước mặt biến đổi độ mặn vào mùa khô.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận có giá trị thực tiễn và học thuật cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cấp thoát nước, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị và Xây dựng Công trình: Tài liệu minh họa trực quan cho quá trình hoàn thiện một đồ án tốt nghiệp kỹ thuật, cung cấp các bước tính toán công nghệ, kết cấu và thủy lực đường ống theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.
  • Kỹ sư tư vấn thiết kế và quản lý dự án cấp nước nông thôn: Cung cấp thông số tính toán chi tiết cho cụm công trình xử lý nước mặt quy mô vừa và nhỏ (1.000 - 3.000 m³/ngày-đêm), từ quy cách bể lắng đứng, thông số vòi phun ngăn phản ứng, kết cấu sàn chụp lọc bể lọc nhanh đến quy trình định lượng Clo tại chỗ.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Chương 2 (các bước tính toán thủy lực và kết cấu thép cho bể lắng đứng kết hợp ngăn phản ứng hình trụ, bể chứa nước sạch trên nền gia cố cọc tre) và Chương 6 (phương pháp lập bảng dự toán chi phí đầu tư xây dựng theo các hệ số và thông tư định mức ngành xây dựng).

Câu hỏi thường gặp

1. Công suất thiết kế của trạm cấp nước xã Tiền Tiến được xác định là bao nhiêu và căn cứ vào tiêu chuẩn cấp nước nào?

Trạm xử lý nước sạch xã Tiền Tiến được thiết kế với tổng công suất là 1.500 m³/ngày-đêm (lưu lượng giờ tính toán là 62,5 m³/h). Công suất này căn cứ trên tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt 80 l/người-ngày cho 9.275 người (tính cho hiện tại và định hướng năm 2020), cộng thêm 10% nước phi sinh hoạt (84 m³/ngđ), 18% lượng nước rò rỉ (167 m³/ngđ) và 10% lưu lượng dùng cho bản thân trạm xử lý (93 m³/ngđ).

2. Dây chuyền công nghệ xử lý nước thô từ sông Rạng gồm những hạng mục và thông số chính nào?

Công nghệ bao gồm: Trộn tĩnh trên đường ống nạp D200 (ống dài 1,5 m, đường kính lỗ vành chắn 50 mm, tổn thất 0,4 m, châm phèn PAC liều lượng 35 mg/l); 02 bể lắng đứng có ngăn phản ứng hình trụ trung tâm ($5,4 \times 5,4 \times 7,4$ m, tốc độ nước dâng 0,5 mm/s, thời gian phản ứng 20 phút); 03 bể lọc nhanh trọng lực ($2,1 \times 2,1 \times 5,0$ m, tốc độ lọc bình thường 5,0 m/h, tầng cát thạch anh dày 1,18 m, sỏi dày 0,2 m, rửa bằng nước và gió kết hợp với 196 chụp lọc/bể); bể chứa nước sạch dung tích 400 m³; và hệ thống khử trùng Javen điều chế bằng máy Waterchlo 100.

3. Cốt thép chịu lực của thành bể lắng lọc và bản đáy bể chứa được tính toán bố trí ra sao?

  • Đối với thành bể lắng: được tính toán theo cấu kiện chịu nén đúng tâm chịu áp lực nước lớn nhất, sử dụng thép tròn đường kính $\Phi14$ khoảng cách $a = 200$ mm ($\Phi14a200$) với diện tích cốt thép $F_a = 4,25$ cm², hệ số hàm lượng cốt thép đạt $\mu = 0,2%$.
  • Đối với bản đáy bể chứa nước sạch (dày 350 mm): tính toán chịu uốn với mô men lớn nhất $M = 28,68$ T.m, bố trí 3 thanh $\Phi12$ trên một mét chiều rộng bản ($F_a = 36,9$ cm²), đặt trên lớp đệm bê tông đá 4x6 mác 100 dày 200 mm và nền đất gia cố cọc tre mật độ 25 cọc/m².

4. Mạng lưới đường ống trục chính sử dụng loại vật liệu gì và tổng chiều dài là bao nhiêu?

Mạng lưới trục chính sử dụng 100% ống nhựa chịu áp HDPE cấp áp lực PN10 với tổng chiều dài toàn tuyến là 6.291 m gồm 30 nút tính toán. Đường kính ống thay đổi từ D90 đến D225. Đoạn tuyến ống nước thô dẫn từ công trình thu bờ sông Rạng về trạm xử lý sử dụng ống HDPE D225 có chiều dài 3.080 m.

5. Tổng mức đầu tư dự toán của công trình là bao nhiêu và cơ cấu chi phí lớn nhất thuộc về khoản mục nào?

Tổng mức đầu tư xây dựng công trình (đã làm tròn) là 24.777.424.000 VNĐ (Hai mươi tư tỷ, bảy trăm bảy mươi bảy triệu, bốn trăm hai mươi tư nghìn đồng). Khoản mục chiếm tỷ trọng lớn nhất là Chi phí xây dựng với giá trị sau thuế và chi phí lán trại nhà tạm là 19.835.273.331 VNĐ (chiếm khoảng 80% tổng mức đầu tư), trong đó phần xây lắp các hạng mục trạm xử lý là 9,675 tỷ đồng và phần xây lắp tuyến ống dẫn phân phối là 8,177 tỷ đồng.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Phạm Chi Dũng đã hoàn thành thiết kế kỹ thuật và biện pháp tổ chức thi công hệ thống cấp nước sạch hoàn chỉnh cho xã Tiền Tiến, huyện Thanh Hà, tỉnh Hải Dương với công suất 1.500 m³/ngày-đêm. Bản thuyết minh đã giải quyết các khâu kỹ thuật từ việc khảo sát hiện trạng, tính toán thủy lực công nghệ trạm xử lý nước mặt sông Rạng, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép các bể xử lý, đến tính toán thủy lực mạng ống phân phối HDPE dài 6.291 m. Toàn bộ giải pháp thiết kế đều được lượng hóa qua hồ sơ dự toán tổng mức đầu tư 24,777 tỷ đồng, tạo tiền đề kỹ thuật và cơ sở pháp lý khả thi để triển khai xây dựng công trình cấp nước sạch phục vụ đời sống dân sinh tại địa phương.