Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp và xử lý kết quả quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:259

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng "Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp và xử lý kết quả quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam" trình bày các nội dung chính sau: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu ở Việt Nam; Xây dựng mô hình nghiên cứu thực nghiệm và phân tích giải pháp nâng cao độ chính xác phương pháp quan trắc độ lún và xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp và xử lý kết quả quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN THỊ THẢO NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội, 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN THỊ THẢO NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM NGÀNH : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG MÃ SỐ : 9.58.02.05 CƠ SỞ ĐÀO TẠO : TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Trần Đắc Sử 2. TS. Vũ Đức Sỹ Hà Nội, 2023
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả và số liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày ….. tháng …. năm 2023 Tác giả Trần Thị Thảo
ii LỜI CẢM ƠN Sau những năm học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Giao thông vận tải, được sự chỉ dẫn nhiệt tình của các Thầy hướng dẫn, sự ủng hộ của Nhà trường, sự giúp đỡ của Thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè, người thân, nghiên cứu sinh đã hoàn thành luận án Tiến sĩ ngành Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông với đề tài “Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp và xử lý kết quả quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam”. Để hoàn thành luận án này, nghiên cứu sinh xin được gửi lời tri ân sâu sắc nhất đến hai thầy hướng dẫn là PGS.TS. Trần Đắc Sử và TS. Vũ Đức Sỹ đã tận tình chỉ bảo, định hướng, góp ý chuyên môn và động viên nghiên cứu sinh từ khi bắt đầu cho tới lúc hoàn thành các nghiên cứu của luận án. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn các Thầy Cô bộ môn Đường bộ, Bộ môn Trắc địa - Trường Đại học Giao thông Vận tải và các Thầy cô trường Đại học Mỏ Địa Chất đã giúp đỡ, cung cấp những tài liệu quý báu, luôn nhiệt tình hỗ trợ và tư vấn cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình nghiên cứu luận án này. Nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, Khoa Công trình, Phòng đào tạo Sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ nghiên cứu sinh trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin cảm ơn gia đình và những người thân đã luôn chia sẻ, động viên ủng hộ nghiên cứu sinh cả về vật chất và tinh thần trong suốt chặng đường làm nghiên cứu của mình. Trân trọng cảm ơn! Nghiên cứu sinh
iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ............................................................................................................... i Mục lục ...................................................................................................................... iii Danh mục các chữ viết tắt ........................................................................................ vii Danh mục các bảng ................................................................................................. viii Danh mục các hình ......................................................................................................x MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ......6 1.1 Giới thiệu chung ..................................................................................................6 1.1.1 Khái niệm về đất yếu ......................................................................................6 1.1.2. Các phương pháp xử lý đất yếu .....................................................................6 1.1.3. Lún cố kết của nền đất yếu và tác động của độ lún cố kết dư đến chất lượng của các công trình giao thông ........................................................................8 1.1.4. Mục đích, yêu cầu đối với công tác quan trắc độ lún nền đất yếu. .............10 1.1.5. Các phương pháp quan trắc độ lún nền đất yếu ...........................................11 1.1.6. Các phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu để xác định các kết quả dự báo của đất. ....................................................................................13 1.2. Công tác quan trắc và xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu trên thế giới.............................................................................................................................16 1.2.1 Công tác quan trắc độ lún nền đất yếu trên thế giới .....................................16 1.2.2. Công tác xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu trên thế giới. ..............20 1.3. Công tác quan trắc và xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu tại Việt Nam ...........................................................................................................................23 1.3.1. Công tác quan trắc và xử lý số liệu quan trắc dự án xây dựng cơ sở hạ tầng tuyến đường phía Nam thành phố Đà Nẵng. .................................................23 1.3.2. Công tác quan trắc và xử lý số liệu quan trắc dự án cao tốc Nội Bài-Lào Cai ..........................................................................................................................25 1.3.3. Một số công trình nghiên cứu về công tác quan trắc và xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu tại Việt Nam. ...................................................................26 1.4. Công nghệ GNSS/CORS ứng dụng trong công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình ở trên thế giới và ở Việt Nam.............................................27
iv 1.4.1. Trên thế giới .................................................................................................27 1.4.2. Ở Việt Nam ..................................................................................................31 1.5. Đánh giá chung về công tác quan trắc và xử lý số liệu quan trắc trên thế giới và ở Việt Nam ...................................................................................................32 1.5.1. Trên thế giới .................................................................................................32 1.5.2. Ở Việt Nam .................................................................................................33 1.6 Các hướng nghiên cứu chính trong luận án ...................................................33 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM ..........................................................................................................34 2.1 Phương pháp đo cao hình học từ giữa ............................................................34 2.1.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp ................................................................34 2.1.2 Phân tích ảnh hưởng đồng thời độ cong quả đất, chiết quang đứng và trục ngắm không nằm ngang đến kết quả đo ................................................................34 2.1.3 Nhận xét, đánh giá ........................................................................................37 2.2 Phương pháp đo kép trong đo cao hình học từ giữa ......................................38 2.2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp .................................................................38 2.2.2. Phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng đồng thời do độ cong quả đất, chiết quang đứng và trục ngắm không nằm ngang đến kết quả đo kép trong đo cao hình học từ giữa ...............................................................................................38 2.2.3. Nhận xét .......................................................................................................40 2.3. Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GNSS/ CORS để quan trắc độ lún nền đường đắp trên nền đất yếu trong điều kiện Việt Nam ....................40 2.3.1 Kiến thức chung về công nghệ GNSS/CORS...............................................40 2.3.2. Thiết lập trạm CORS ...................................................................................45 2.3.3 Giải pháp quan trắc độ lún nền đường đắp trên nền đất yếu bằng công nghệ GNSS /CORS ...............................................................................................52 2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu ...59 2.3.5. Thành lập chương trình xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu.............................................................................................................67 2.3.6. Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ GNSS/CORS trong quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu ........................................................................73 Kết luận chương 2. ..................................................................................................76
v CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC XÁC ĐỊNH CÁC KẾT QUẢ DỰ BÁO THEO PHƯƠNG PHÁP ASAOKA VÀ HYPERBOLIC TRÊN CƠ SỞ KẾT QUẢ QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM ....77 3.1 Phương pháp Asaoka ........................................................................................77 3.1.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp Asaoka ...................................................77 3.1.2 Nhận xét, đánh giá .......................................................................................79 3.1.3 Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác xác định các kết quả dự báo của nền đất yếu theo theo phương pháp Asaoka giải tích .....................................81 3.2 Phương pháp Hyperbolic .................................................................................88 3.2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp .................................................................88 3.2.2 Nhận xét, đánh giá ........................................................................................90 3.2.3 Giải pháp nâng cao độ chính xác xác định các kết quả dự báo của nền đất yếu theo phương pháp Hyperbolic giải tích...........................................................90 3.3 Xây dựng chương trình máy tính để xử lý số liệu quan trắc độ lún bằng phương pháp Asaoka và Hyperbolic. ....................................................................97 3.3.1 Mục đích xây dựng chương trình tính. .........................................................97 3.3.2 Sơ đồ khối của chương trình .........................................................................97 3.3.3 Chạy chương trình ........................................................................................99 Kết luận chương 3 ................................................................................................ 103 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC ĐỘ LÚN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN ĐẤT YẾU .............................................................................................................. 104 4.1. Thực nghiệm quan trắc thực nghiệm độ lún nền đường đắp trên nền đất yếu bằng công nghệ GNSS/CORS ...................................................................... 104 4.1.1. Lựa chọn tuyến đường quan trắc thực nghiệm ......................................... 104 4.1.2. Thiết kế, chế tạo mốc quan trắc lún .......................................................... 105 4.1.3. Thiết kế, thi công mốc quan trắc ngoài thực địa....................................... 107 4.1.4. Lắp đặt thiết bị cho trạm quan trắc ........................................................... 108 4.1.5. Vận hành hệ thống trạm quan trắc ............................................................ 108 4.2 Thực nghiệm xử lý số liệu quan trắc độ lún một số công trình giao thông thực tế theo phương pháp Asaoka và Hyperbolic ............................................. 122 4.2.1 Xử lý chuỗi số liệu quan trắc trên một số dự án tại Việt Nam bằng phương pháp Asaoka ........................................................................................................ 122
vi 4.2.2 Xử lý chuỗi số liệu quan trắc trên một số dự án Y tại Hải Phòng bằng phương pháp Hyperbolic giải tích ...................................................................... 125 Kết luận chương 4 ................................................................................................ 125 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 127 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA NCS ..... 128 TÀI LIÊU THAM KHẢO ................................................................................... 130 Phụ lục 1: Số liệu quan trắc thực nghiệm mô phỏng ............................................1 Phụ lục 2: Số liệu và kết quả quan trắc thực nghiệm độ lún đường đắp trên nền đất yếu ...........................................................................................17 Phụ lục 3: Xử lý số liệu quan trắc độ lún dự án x ở kiên giang bằng phương pháp Asaoka .........................................................................................47 Phụ lục 4: Xử lý số liệu quan trắc độ lún dự án y ở hải phòng bằng phương pháp Asaoka .........................................................................................55 Phụ lục 5: Xử lý số liệu quan trắc độ lún dự án Y Hải Phòng theo phương pháp Hyperbolic giải tích chính xác ..................................................64 Phụ lục 6.1. Chương trình xử lý số liệu quan trắc độ lún theo phương pháp Asaoka...................................................................................................80 Phụ lục 6.2. Chương trình xử lý số liệu quan trắc độ lún theo phương pháp Hyperbolic ............................................................................................87 Phụ lục 7. Kết quả xử lý một chuỗi số liệu quan trắc tại dự án Y ở Hải Phòng bằng các công cụ khác nhau ...................................................95
vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Giải thích Continuously Operating Trạm tham chiếu hoạt động liên tục CORS Reference Station Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS System GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu IGS International GNSS Service Tổ chức quốc tế về ứng dụng hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu ITRF International Terrestrial Khung quy chiếu mặt đất quốc tế Reference Frame NMEA National Marine Electronics Hiệp hội điện tử hàng hải quốc gia Association) (Mỹ) MAC Master Auxiliary Concept Ý tưởng Chính- phụ NRTK Network Real Time Kinematic Mạng lưới đo động xử lý tức thời LSP Least Squares Principe Nguyên lý bình phương nhỏ nhất LTSS Lý thuyết sai số PVD Prefabricated Vertical Drain Bấc thấm đứng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Differential Global Kỹ thuật đo phân sai GNSS DGNSS Navigation Satellite System FKP Flachen-Koreektur-Parameter Tham số hiệu chỉnh khu vực Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GLONASS System của Nga MAC Master Auxiliary Concept Ý tưởng Chính - phụ RTK Real Time Kinematic Đo động xử lý tức thời Receiver Independent Chuẩn dạng trao đổi dữ liệu độc lập RINEX Exchange Format máy thu Satellite Based Hệ thống hỗ trợ vệ tinh SBAS Augmentation System VRS Virtual Reference Station Trạm tham chiếu ảo RTCM Radio Technical Ủy ban kỹ thuật vô tuyến hàng hải Commission for Maritime Services NTRIP Networked Transport of Truyền dẫn số liệu cải chính RTCM via Internet Protocol RTCM qua giao thức internet
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các thiết bị công nghệ lắp đặt tại dự án East Coast Reclamation Project .19 Bảng 1.2. Sự phụ thuộc của một số thông số cố kết vào thời điểm bắt đầu quan trắc .....21 Bảng 1.3. Sự phụ thuộc của một số thông số cố kết vào giãn cách giữa hai chu kỳ đo ...21 Bảng 1.4 Kết quả xử lý số liệu quan trắc tại dự án cao tốc Hà nội- Lào Cai ............25 Bảng 1.5 Kết quả xử lý số liệu quan trắc lún tại dự án Hà Nội- Hải Phòng .............27 Bảng 2.1 Mức độ tương quan giữa ∆ℎ𝑓,𝑥 và ∆𝑆;𝑺 đối với máy thủy chuẩn 𝒊= 𝟐𝟎" .........37 Bảng 2.3. Cấu trúc của tin nhắn GGA và các thông tin chi tiết của nó ....................60 Bảng 2.4. Chỉ số chất lượng định vị RTK ................................................................61 Bảng 2.5. Cấu trúc của tin nhắn GST và các thông tin chi tiết của nó .....................62 Bảng 2.6. Các tham số tính chuyển tọa độ từ hệ WGS- 84 sang hệ tọa độ VN- 2000 ......66 Bảng 2.7. Một đoạn tin nhắn trị đo theo định dạng tiêu chuẩn NMEA-0183 ...........70 Bảng 2.8. Tệp kết quả ở dạng chuỗi tin nhắn trị đo GGA. .......................................71 Bảng 2.9. Tệp kết quả ở dạng chuỗi tin nhắn trị đo GST .........................................72 Bảng 2.10. Kết quả tính chuyển tọa độ từ hệ tọa độ WGS84 sang hệ tọa độ VN2000...73 Bảng 2.11. Kết quả độ lún xác định bằng phương pháp thực nghiệm mô phỏng .....76 Bảng 3.1 Mức độ ảnh hưởng tương quan của các đại lượng theo giá trị R2 ............87 Bảng 3.2: Bảng thống kê các kết quả dự báo của nền đất yếu ..................................87 Bảng 4.1. Một đoạn số liệu quan trắc ở chu kỳ 1 của điểm P1 .............................. 112 Bảng 4.2. Kết quả xử lý số liệu quan trắc mốc P1 ở chu kỳ 1 ............................... 113 Bảng 4.3. Một đoạn số liệu quan trắc mốc P2 ở chu kỳ 1 ..................................... 114 Bảng 4.4. Kết quả xử lý số liệu quan trắc mốc P2 ở chu kỳ 1 ............................... 115 Bảng 4.5. Một đoạn số liệu quan trắc mốc P3 ở chu kỳ 1 ..................................... 116 Bảng 4.6. Kết quả xử lý số liệu quan trắc mốc P3 ở chu kỳ 1 ............................... 117 Bảng 4.7. Một đoạn số liệu quan trắc mốc P4 ở chu kỳ 1 ..................................... 118 Bảng 4.8. Kết quả xử lý số liệu quan trắc mốc P4 ở chu kỳ 1 ............................... 119 Bảng 4.9. Một đoạn số liệu quan trắc mốc P5 ở chu kỳ 1 ..................................... 120 Bảng 4.10. Kết quả xử lý số liệu quan trắc mốc P5 ở chu kỳ 1 ............................. 121 Bảng 4.11. Kết quả quan trắc độ lún nền đường .................................................... 122
ix Bảng 4.12. Kết quả tính toán tại bàn lún C2 và C8 bằng phương pháp Asaoka đồ giải ................................................................................................... 123 Bảng 4.13. Số liệu quan trắc hiện trường của SP47- A Block 10 .......................... 124 Bảng 4.14 Tổng hợp kết quả xử lý số liệu quan trắc SP47A Block 10 ................. 124 Bảng 4.15. Bảng số liệu quan trắc bàn lún SP41-Block 10 ................................... 125
x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hình ảnh đoạn đường bị lún xảy ra tại một số tuyến đường. .......................9 Hình 1.2. Phương pháp đo cao hình học từ giữa.......................................................11 Hình 1.3 a. Thiết bị đo lún sâu; b. Đầu đo áp lực nước lỗ rỗng ...............................12 Hình 1.4 Các thiết bị công nghệ san lấp tạo mặt bằng sân bay Kansai ....................17 Hình 1.5. a. Mốc quan trắc kép để quan trắc độ lún của hai lớp liền kề; b. Sử dụng phương pháp từ tính để quan trắc độ lún của nhiều lớp đất c,d. Đồ thị lún dựng theo kết quả quan trắc. ................................................................18 Hình 1.6. a. Đảo quốc Singapore (Phần màu hồng là phần bồi đắp mở rộng): b. Xử lý đất yếu tại dự án East Coast Reclamation Project ...........................19 Hình 1.7. Đồ thị diễn biến độ lún của bàn lún 0030600D1 theo thời gian ...............21 Hình 1.8 Kết quả xử lý số liệu quan trắc độ lún .......................................................23 Hình 1.9. a. Vị trí dự án trên bản đồ GoogeEarth; b. Quan trắc độ lún bằng máy thủy bình; c. Các thiết bị quan trắc tự động; d. Xử lý số liệu bằng phương pháp Asaoka ...............................................................................................24 Hình 1.10 a. Đồ thị diễn biến độ lún theo thời gian; b. Xử lý số liệu theo phương pháp Asaoka. c. Xử lý số liệu theo phương pháp Hyperbolic ...................26 Hình 1.11. Giám sát dao động của cây cầu Wilford ở thành phố Notinham (Anh), .....28 Hình 1.12. Giám sát dao động cầu bắc qua sông Dương Tử (Trung Quốc) .............29 Hình 1.13. Quan trắc biến dạng cầu Incheon ở Hàn Quốc .......................................29 Hình 1.14. Quan trắc biến dạng nhà cao tầng theo thời gian thực sử dụng công nghệ GNSS ở thủ đô Madrid (Tây ban nha) ..............................................30 Hình 1.15. Các trạm tham chiếu và trạm quan trắc để theo dõi dịch chuyển ngang đập Tam Hiệp - Trung Quốc ......................................................................30 Hình 1.16. Hệ thống quan trắc cầu Cần Thơ bằng công nghệ GNSS/CORS ...........32 Hình 2.1. Ảnh hưởng đo độ cong quả đất và chiết quang đứng của trục ngắm ........35 Hình 2.2 Ảnh hưởng do trục ngắm không nằm ngang ..............................................36 Hình 2.3. Sơ đồ đo kép trong đo cao hình học từ giữa .............................................38 Hình 2.4 Tuyến đo cao áp dụng phương pháp đo kép kép .......................................40
xi Hình 2.5. Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS ............................................41 Hình 2.6. Các thành phần của hệ thống mạng lưới trạm CORS ...............................42 Hình 2.7. Phần mềm tại trạm chủ trung tâm của hệ thống trạm CORS ....................44 Hình 2.8 Ăng ten thu tín hiệu vệ tinh GNSS của Leica ............................................45 Hình 2.9. Bộ thu và giải mã tín hiệu vệ tinh (CORS receiver) .................................46 Hình 2.10. Các thành phần phần cứng của hệ thống trạm CORS .............................47 Hình 2.11. Mở cổng nhận số liệu cho máy chủ ở trạm điều khiển trung tâm ...........49 Hình 2.12. Thiết lập các thông số kết nối qua giao thức NTRIP ..............................50 Hình 2.13. Thiết lập định dạng số liệu trong phần mềm NRS-Server ......................51 Hình 2.14. Nguyên lý định vị theo công nghệ CORS mạng .....................................54 Hình 2.15. Nguyên lý định vị RTK bằng công nghệ trạm CORS đơn .....................55 Hình 2.16. Sơ đồ của hệ thống quan trắc độ lún bằng công nghệ GNSS/CORS .....56 Hình 2.17. Các thành phần của hệ thống trạm quan trắc ..........................................57 Hình 2.18. Module thu nhận và xử lý tín hiệu vệ tinh GNSS Trimble BD970 ........58 Hình 2.19. Sơ đồ truyền dẫn số liệu GNSS theo giao thức NTRIP .........................59 Hình 2.20. Hệ thống trạm quan trắc dựa trên công nghệ GNSS/CORS ...................59 Hình 2.21. Giải mã dòng tin nhắn của trị đo GGA ...................................................61 Hình 2.22. Giải mã dòng tin nhắn của trị đo GST ....................................................62 Hình 2.23. Giao diện phần mềm lập trình Visual Studio 2019 .................................67 Hình 2.24. Sơ đồ khối bài toán xử lý số liệu quan trắc lún theo chuẩn định dạng NMEA-0183 ..............................................................................................68 Hình 2.25. Giao diện chương trình xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu .................................................................................................69 Hình 2.26. Nguyên lý thực nghiệm mô phỏng xác định độ lún bằng công nghệ GNSS/CORS ..............................................................................................74 Hình 2.27. Khu vực bố trí trạm quan trắc thực nghiệm mô phỏng ...........................75 Hình 3.1. Phương pháp dự báo chỉ tiêu cố kết của đất theo phương pháp Asaoka đồ giải.........................................................................................................77
xii Hình 3.2. Kết quả tính toán xác suất của các chỉ tiêu dự báo theo các công thức đánh giá độ chính xác của Asaoka .............................................................79 Hình 3.3:. a. Xử lý số liệu quan trắc trên quốc lộ 61 Gò Quoa - Kiên Giang; b. Trên tuyến cao tốc Hà Nội-Hải Phòng, đoạn Km 94+340 ........................80 Hình 3.4. Cách xác định các hệ số α và β (phương pháp Hyperbolic) bằng đồ giải ........89 Hình 3.5 Sự khác nhau cơ bản giữa phương pháp Hyperbolic đồ giải và giải tích ..94 Hình 3.6 a. Chuỗi số liệu không xử lý được theo phương pháp Hyperbolic b. Chuỗi số liệu có thể xử lý theo phương pháp Hyperbolic. ...................................95 Hình 3.7 Sơ đồ khối của chương trình ......................................................................99 Hình 3.8. Kết quả xử lý số liệu dự án X ở Hải Phòng theo phương pháp Asaoka đồ giải và kết quả xử lý số liệu bằng chương trình tính. ........................ 101 Hình 4.1.Tuyến đường lựa chọn quan trắc thực nghiệm ....................................... 104 Hình 4.2. Bản thiết kế mốc quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu ............. 106 Hình 4.3. Xác định chiều cao tâm pha ăng ten ...................................................... 106 Hình 4.4. Bản vẽ thiết kế bố trí mốc quan trắc lún nền đường .............................. 107 Hình 4.5. Thi công gắn mốc quan trắc ngoài thực địa ........................................... 107 Hình 4.6. Hệ thống trạm quan trắc được lắp đặt ở ngoài thực địa ......................... 108 Hình 4.7. Phần mềm điều khiển hệ thống trạm quan trắc ...................................... 109 Hình 4.8. Cài đặt địa chỉ IP cho trạm quan trắc ..................................................... 110 Hình 4.9. Kết quả xử lý số liệu quan trắc độ lún tại bàn lún C2 và C8 ................ 123 Hình 4.10. Kết quả xử lý bằng phương pháp Asaoka bàn lún SP47-A Block 10 .. 124
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ở mỗi quốc gia, giao thông đường bộ có vị trí trọng yếu trong hệ thống giao thông vận tải, đóng vai trò quan trọng đối với quá trình phát triển kinh tế - xã hội, góp phần bảo đảm quốc phòng, an ninh, nâng cao đời sống nhân dân. Nước ta là nước đang phát triển nên nguồn nhân lực và vật lực dành cho xây dựng cơ sở hạ tầng rất lớn, đặc biệt là các công trình giao thông. Các công trình giao thông hiện đại đã được triển khai và đưa vào khai thác sử dụng như: tuyến cao tốc Pháp Vân - Ninh Bình, TP Hồ Chí Minh - Trung Lương, Long Thành - Dầu Giây, Hà Nội - Hải Phòng - Hạ Long, Nội Bài - Lào Cai... góp phần cải thiện một cách tích cực hệ thống giao thông của Việt Nam. Tuy nhiên, so với yêu cầu của nền kinh tế quốc dân thì những thành tựu đó vẫn còn khiêm tốn, hơn nữa chất lượng của nhiều công trình giao thông tại Việt Nam nói chung và các tuyến đường cao tốc nói riêng chưa đáp ứng được mục tiêu đề ra và chưa thực sự tương xứng với suất đầu tư xây dựng. Có những tuyến vừa đưa vào khai thác sử dụng đã bị lún nứt như: cao tốc Nội Bài-Lào Cai, Đà Nẵng - Quảng Ngãi, đường dẫn cầu Cổ Chiên, QL61… Mặt khác, tuy được cải thiện nhiều nhưng nhìn chung hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông nước ta vẫn còn trong tình trạng lạc hậu, tiêu chuẩn kỹ thuật ở mức thấp, tốc độ phát triển chậm [2]. Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội trong tương lai gần chúng ta cần triển khai các dự án giao thông quan trọng. Chỉ riêng trong lĩnh vực đường bộ cao tốc sẽ triển khai khoảng 8000 km đường cao tốc gồm các tuyến: Tuyến cao tốc Bắc Nam (phía Đông) CT-01 từ Hà Nội đến Cần Thơ gồm 16 đoạn dài 1611 km, tuyến cao tốc Bắc Nam (phía Tây) CT-02 dài 1269 km và các tuyến cao tốc địa phương với chiều dài trên 5000 km [26]. Việc xây dựng và đưa các dự án này vào vận hành sẽ cải thiện một cách cơ bản bức tranh giao thông của Việt Nam. Để triển khai các dự án nói trên cần phải giải phóng một diện tích đất rất lớn mà trong số đó diện tích đất yếu cần phải xử lý sẽ là không nhỏ. Vì vậy một khối lượng công tác xử lý đất yếu, quan trắc và xử lý số liệu quan trắc trong quá trình xử lý đất yếu rất lớn sẽ đòi hỏi những người làm công tác chuyên môn phải giải quyết.
2 Trong lĩnh vực xử lý nền đất yếu đã có một số đề tài nghiên cứu [12], [21],[23] [25] [29]… nhưng phần lớn các đề tài do các chuyên gia về địa kỹ thuật chủ trì đều đi sâu vào nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật để cải thiện các các chỉ tiêu cơ lý hoặc thúc đẩy nhanh chóng quá trình cố kết của đất nhằm đảm bảo yếu tố kỹ thuật và kinh tế cho các dự án. Tới nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu sâu về vấn đề xử lý số liệu quan trắc độ lún để đánh giá độ chính xác của các kết quả dự báo độ lún và các kết quả dự báo của đất yếu dẫn đến việc chưa kiểm soát tốt chất lượng của công tác quan trắc nói riêng và chất lượng xử lý đất yếu nói chung. Khi được tiếp cận với các hồ sơ nghiệm thu quá trình xử lý đất yếu, NCS thấy là độ cố kết của đất khi nghiệm thu đều đạt hoặc vượt yêu cầu đề ra trong chỉ dẫn kỹ thuật và tiêu chuẩn nhiệm thu, nhưng có một số đoạn đường trên nền đất yếu bị lún nứt gây phá hoại kết cấu mặt đường sau khi tuyến đường mới được đưa vào khai thác sử dụng. Nguyên nhân dẫn tới các hư hỏng này nằm ở chỉ dẫn kỹ thuật và tiêu chuẩn nhiệm thu hay ở số liệu đầu vào? Nếu chỉ dẫn kỹ thuật và tiêu chuẩn nhiệm thu có đủ độ tin cậy, đã được sử dụng phổ biến và đã được chứng thực tính hiệu quả trong thực tế thì nguyên nhân gây ra lún dẫn tới hư hỏng có thể nằm ở khâu thu thập số liệu đầu vào và ngược lại. Vì vậy, để góp phần nâng cao chất lượng và đảm bảo yếu tố kinh tế và kỹ thuật cho các tuyến đường giao thông xây dựng trên nền đất yếu ở Việt Nam thì cần phải áp dụng các công nghệ, thiết bị tiến tiến trên thế giới, đặc biệt là công nghệ số, nâng cao chất lượng công tác quan trắc và xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu. Chất lượng công trình được đảm bảo sẽ là một yếu tố quan trọng mang lại hiệu quả cho nguồn vốn đầu tư. Xuất phát từ vấn đề thực tế này nên NCS lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp và xử lý kết quả quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam” để làm đề tài nghiên cứu của mình. Nội dung của đề tài sẽ đề xuất giải pháp quan trắc lún bằng công nghệ trạm tham chiếu hoạt động liên tục GNSS/CORS, đưa ra một số giải pháp có cơ sở khoa học chặt chẽ để nâng cao độ chính xác phương pháp quan trắc độ lún và xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu giúp người sử dụng biết được chất lượng
3 các số liệu được cung cấp, qua đó hạn chế được các sự cố về nền móng cho công trình. Vì vậy, đề tài nghiên cứu này mang tính cấp thiết trong giai đoạn hiện nay khi nước ta đang chuẩn bị triển khai các dự án giao thông quan trọng. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp đo cao hình học để quan trắc độ lún nền đường đắp trên nền đất yếu trong điều kiện địa hình không thuận lợi. - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ trạm tham chiếu hoạt động liên tục GNSS / CORS để quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu. - Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu để xác định và đánh giá độ chính xác các kết quả dự báo của đất theo phương pháp Asaoka và Hyperbolic. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a. Đối tượng của nghiên cứu của luận án: Đối tượng nghiên cứu của luận án là các giải pháp kỹ thuật nhằm cải tiến và nâng cao độ chính xác phương pháp quan trắc và phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đường đắp trên nền đất yếu. b. Phạm vi nghiên cứu của luận án: + Về giải pháp nâng cao độ chính xác phương pháp quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện địa hình không thuận lợi, đề tài nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp quan trắc độ lún bề mặt nền đường bằng đo cao hình học. + Nghiên cứu ứng dụng công nghệ trạm tham chiếu hoạt động liên tục GNSS- CORS áp dụng trong quan trắc độ lún bề mặt nền đường đắp trên nền đất yếu. + Về giải pháp nâng cao độ chính xác công tác xử lý số liệu quan trắc độ lún bề mặt nền đường đắp trên đất yếu, đề tài nghiên cứu phương pháp Asaoka và phương pháp Hyperbolic. 4. Nội dung nghiên cứu: - Nội dung 1: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp đo cao hình học từ giữa để quan trắc độ lún nền đất yếu trong điều kiện địa hình không thuận lợi. - Nội dung 2: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác và ứng dụng công nghệ GNSS/ CORS để quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam.
4 - Nội dung 3: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu theo phương pháp Asaoka và Hyperbolic. 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê: Thu thập, thống kê các tài liệu đã có; cập nhật các thông tin trên mạng internet; tổng hợp, phân tích các tài liệu và các kết quả nghiên cứu, kế thừa có chọn lọc các thành quả có liên quan đến đề tài. - Phương pháp toán học: Sử dụng các công cụ toán học của toán cao cấp, lý thuyết xác suất thống kê và lý thuyết sai số. - Phương pháp so sánh: Phương pháp so sánh được sử dụng để đối chiếu với các kết quả nghiên cứu khác hoặc các nội dung liên quan trên cơ sở đó rút ra các kết luận hoặc các giải pháp kỹ thuật phù hợp cho việc thực hiện các mục tiêu nghiên cứu. - Phương pháp chuyên gia: Học hỏi tri thức, kinh nghiệm của các chuyên gia - Phương pháp ứng dụng công nghệ tin học: Sử dụng các phần mềm lập trình, lập các bảng tính để tự động hóa quá trình tính toán. - Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng mô hình thực nghiệm mô phỏng, thực nghiệm tại hiện trường và thực nghiệm xử lý kết quả quan trắc của một số công trình thực tế để kiểm chứng lý thuyết. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án a. Ý nghĩa khoa học - Khảo sát, phân tích, đánh giá mối tương quan ảnh hưởng đồng thời độ cong quả đất, chiết quang đứng và trục ngắm không nằm ngang trong đo cao hình học từ giữa đến kết quả quan trắc độ lún nền đất yếu. - Đề xuất ứng dụng phương pháp đo kép trong đo cao hình học từ giữa để quan trắc độ lún nền đất yếu trong điều kiện địa hình không thuận lợi. - Bước đầu ứng dụng công nghệ GNSS/CORS để quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam. - Nâng cao độ chính xác phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu theo phương pháp Asaoka và Hyperbolic dựa trên nguyên lý bình phương tối thiểu và lý thuyết sai số trong Trắc địa.
5 b. Ý nghĩa thực tiễn -Trong điều kiện địa hình không thuận lợi, kết quả nghiên cứu nâng của đề tài là cơ sở để kiến nghị các cán bộ kỹ thuật ứng dụng phương pháp đo kép trong đo cao hình học từ giữa để quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu. - Kết quả nghiên cứu bước đầu ứng dụng công nghệ hiện đại GNSS/CORS để quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam. - Kết quả nghiên cứu của đề tài nâng cao độ chính xác công tác xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu theo phương pháp Asaoka và Hyperbolic giải tích để các cán bộ kỹ thuật đánh giá được độ tin cậy của các kết quả dự báo và chất lượng của các chuỗi số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu. 7. Các điểm mới của luận án a. Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp đo cao hình học từ giữa để áp dụng quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện địa hình không thuận lợi. b. Nghiên cứu ứng dụng và nâng cao độ chính xác công nghệ GNSS/ CORS để áp dụng quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam. c. Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp xử lý kết quả quan trắc độ lún nền đất yếu theo phương pháp Asaoka và Hyperbolic dựa trên nguyên lý bình phương tối thiểu và lý thuyết sai số trong Trắc địa. 8. Kết cấu của luận án Luận án gồm có 4 chương được bố cục như sau: Chương 1: Tổng quan về công tác quan trắc và xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu. Chương 2: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp quan trắc độ lún nền đường đắp trên đất yếu ở Việt Nam. Chương 3: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác phương pháp xác định các kết quả dự báo của đất yếu bằng phương pháp Asaoka và Hyperbolic trên cơ sở kết quả quan trắc độ lún nền đất yếu ở Việt Nam. Chương 4: Xây dựng mô hình nghiên cứu thực nghiệm và phân tích giải pháp nâng cao độ chính xác phương pháp quan trắc độ lún và xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu.
6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Mục đích của chương nhằm nghiên cứu về đất yếu, nghiên cứu tổng quan về công tác quan trắc và công tác xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu trên thế giới và ở Việt Nam. Từ đó rút ra được những mặt còn tồn tại cần khắc phục của công tác quan trắc và công tác xử lý số liệu quan trắc độ lún nền đất yếu trong điều kiện Việt Nam. Cuối cùng, đưa ra định hướng nghiên cứu chính của luận án. 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Khái niệm về đất yếu Theo [3], [11] đất yếu là những loại đất có sức chịu tải nhỏ (vào khoảng 50- 100kPa và biến dạng lớn, có độ sệt lớn (thường I L > 1), hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp Eo < 5000kPa, góc ma sát trong φ