tóm tắt: 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

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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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 NGÀNH: KỸ THẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG MÃ SỐ: 9.58.02.05 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 2023 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn Đường Bộ, Khoa Cơng Trình, Trường Đại học Giao thông Vận tải Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Trần Đắc Sử, Trường Đại học Giao thông Vận tải TS Vũ Đức Sỹ, Trường Đại học Giao thông Vận tải Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Hữu Trí- Viện KH& CNGTVT Phản biện 2: PGS.TS Trần Khánh - Trường Đại học Mỏ địa chất Phản biện 3: PGS.TS Đỗ Thắng- Trường Đại học Thủy Lợi Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Giao thông vận tải vào hồi … … ngày … tháng… năm… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc Gia Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đất nước ta phát triển nên nguồn lực cho xây dựng hạ tầng lớn, đặc biệt cơng trình giao thơng Hiện nước ta xây dựng hàng ngàn kilomet đường loại, nhiều tuyến đường xây dựng vùng đất yếu, đặc biệt khu vực Tây Nam Bộ Một số tuyến đường giao thông bị lún dẫn tới hư hỏng kết cấu mặt đường sau thời gian đưa vào sử dụng Các kết dự báo đạt vượt yêu cầu đề lưu giữ hồ sơ nghiệm thu trình xử lý đất yếu Có số nguyên nhân gây tượng lún, nứt tuyến đường xây dựng đất yếu, có nguyên nhân xuất phát từ tình trạng đất yếu chưa cố kết đầy đủ Đã có nhiều đề tài nghiên cứu địa kỹ thuật sâu vào nghiên cứu giải pháp xử lý đất yếu Tuy nhiên khiêm tốn cơng trình nghiên cứu sâu phương pháp nâng cao độ xác quan trắc xử lý số liệu quan trắc độ lún để xác định đánh giá độ xác kết dự báo đất yếu Các tiêu chuẩn nghiệm thu quan trắc nến đất yếu chưa có dẫn cụ thể đánh giá chất lượng số liệu quan trắc, việc gây khó khăn định cho việc áp dụng phương pháp xác định độ lún cố kết Xuất phát từ vấn đề thực tế nên nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu nâng cao độ xác phương pháp xử lý kết quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam” để làm đề tài nghiên cứu Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu - Mục tiêu nghiên cứu nâng cao độ xác phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam - Đối tượng nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nhằm cải tiến nâng cao độ xác phương pháp quan trắc phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún bề mặt đường đắp đất yếu - Phạm vi nghiên cứu thuộc lĩnh vực quan trắc độ lún bề mặt đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu nâng cao độ xác phương pháp đo cao hình học từ để quan trắc độ lún đất yếu điều kiện địa hình khơng thuận lợi - Nghiên cứu nâng cao độ xác ứng dụng cơng nghệ GNSS/ CORS để quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam - Nghiên cứu nâng cao độ xác phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu theo phương pháp Asaoka Hyperbolic Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp: thống kê, so sánh, toán học, chuyên gia, ứng dụng tin học, thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án a Ý nghĩa khoa học: - Khảo sát, phân tích, đánh giá mức độ ảnh hưởng đồng thời độ cong đất, chiết quang đứng trục ngắm khơng nằm ngang đo cao hình học từ đến kết quan trắc độ lún đất yếu - Ứng dụng phương pháp đo kép đo cao hình học từ để quan trắc độ lún đất yếu điều kiện địa hình khơng thuận lợi - Bước đầu ứng dụng công nghệ GNSS/CORS để quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam - Nâng cao độ xác phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu theo phương pháp Asaoka Hyperbolic dựa nguyên lý bình phương tối thiểu lý thuyết sai số Trắc địa b Ý nghĩa thực tiễn - Trong điều kiện địa hình không thuận lợi, kết nghiên cứu đề tài sở để kiến nghị cán kỹ thuật ứng dụng phương pháp đo kép đo cao hình học từ để quan trắc độ lún đường đắp đất yếu - Kết nghiên cứu bước đầu ứng dụng công nghệ đại GNSS/CORS để quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam - Kết nghiên cứu đề tài nâng cao độ xác cơng tác xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu theo phương pháp Asaoka Hyperbolic giải tích để cán kỹ thuật đánh giá độ tin cậy kết dự báo chất lượng chuỗi số liệu quan trắc độ lún đất yếu Các điểm luận án a Nghiên cứu nâng cao độ xác phương pháp đo cao hình học từ để áp dụng quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện địa hình khơng thuận lợi b Nghiên cứu ứng dụng nâng cao độ xác cơng nghệ GNSS/ CORS để áp dụng quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam c Nghiên cứu nâng cao độ xác phương pháp xử lý kết quan trắc độ lún đất yếu theo phương pháp Asaoka Hyperbolic dựa nguyên lý bình phương tối thiểu lý thuyết sai số Trắc địa Cấu trúc nội dung luận án: Luận án gồm có chương bố cục sau: Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Công tác quan trắc xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu giới 1.2.1 Công tác quan trắc độ lún đất yếu giới 1.2.2 Công tác xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu giới 1.3 Công tác quan trắc xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu Việt Nam 1.3.1 Công tác quan trắc xử lý số liệu quan trắc dự án xây dựng sở hạ tầng tuyến đường phía Nam thành phố Đà Nẵng 1.3.2 Công tác quan trắc xử lý số liệu quan trắc dự án cao tốc Nội Bài-Lào Cai 1.3.3 Một số cơng trình nghiên cứu cơng tác quan trắc xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu Việt Nam 1.4 Công nghệ GNSS/CORS ứng dụng công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình giới Việt Nam 1.5 Đánh giá chung công tác quan trắc xử lý số liệu quan trắc giới Việt Nam 1.5.1 Trên giới: - Công tác quan trắc dự án lớn nước phát triển giới thực cách cẩn thận, tuân thủ theo quy trình đo thiết bị công nghệ đại nên kết quan trắc đạt chất lượng tốt - Công tác xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu coi trọng nên có nhiều cơng trình hoa học nghiên cứu công nghệ phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu - Hai phương pháp ứng dụng phổ biến để xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu phương pháp Asaoka đồ giải Hyperbolic đồ giải 1.5.2 Ở Việt Nam: - Trong công tác quan trắc độ lún đất yếu áp dụng chủ yếu phương pháp đo cao hình học Tuy nhiên điều kiện địa hình khơng thuận lợi mà khơng thể tn thủ đo theo quy phạm chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu sâu để tìm giải pháp nâng cao độ xác phương pháp đo - Trong công tác quan trắc độ lún đất yếu nay, chưa có cơng trình nghiên cứu sâu ứng dụng cơng nghệ GNSS- CORS để quan trắc độ lún đường đắp đất yếu - Trong công tác xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu thường áp dụng phương pháp Asaoka đồ giải Hyperbolic đồ giải Trong tiêu chuẩn ngành giao thơng chưa có hướng dẫn cụ thể cách đánh giá độ xác kết dự báo 1.6 Các hướng nghiên cứu luận án: - Giải pháp nâng cao độ xác phương pháp đo cao hình học từ để quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện địa hình khơng thuận lợi - Nghiên cứu nâng cao độ xác ứng dụng cơng nghệ trạm tham chiếu hoạt động liên tục GNSS-CORS để quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam - Giải pháp nâng cao độ xác phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún đường đắp đất yếu theo phương pháp Asaoka phương pháp Hyperbolic 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 2.1 Phương pháp đo cao hình học từ 2.1.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp: 2.1.2 Phân tích mức độ ảnh hưởng đồng thời độ cong đất, chiết quang đứng trục ngắm không nằm ngang đến kết đo Trong đo cao hình học từ có nhiều nguồn sai số ảnh hưởng đến độ xác kết quan trắc độ lún Tuy nhiên, sai số độ cong đất, chiết quang đứng trục ngắm không nằm ngang ảnh hưởng nhiều đến kết đo.Vì vậy, nghiên cứu sinh tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời nguồn sai số đến kết quan trắc độ lún đất yếu 2.1.2.1 Ảnh hưởng độ cong đất chiết quang đứng Nguyên lý ảnh hưởng độ cong đất chiết quang đứng đến đo cao hình học từ mơ tả hình vẽ (2.1) Hình 2.1 Ảnh hưởng đo độ cong đất chiết quang đứng trục ngắm Số hiệu chỉnh độ cong đất chiết quang đứng 𝑉ℎ𝑓 xác định công thức (2.4) 𝑉ℎ𝑓 = 0.42 𝛥𝑆 ∑ 𝑆 𝑅 (2.4) 2.1.2.2 Ảnh hưởng trục ngắm không nằm ngang Máy thủy bình sử dụng đo cao hình học ln tồn sai số góc i tia ngắm khơng nằm ngang, sai số gây sai số đo cao mơ tả hình vẽ (2.2) Hình 2.2 Ảnh hưởng trục ngắm không nằm ngang Số hiệu chỉnh (mức độ ảnh hưởng) trục ngắm không nằm ngang 𝑉ℎ𝑥 xác định công thức (2.10) 𝑉ℎ𝑥 = 𝑖" 𝛥𝑆 𝜌" (2.10) 2.1.2.3 Ảnh hưởng đồng thời độ cong đất, chiết quang đứng trục ngắm khơng nằm ngang Theo (hình 2.1), (hình 2.2) thì: ∆ℎ𝑓,𝑥 = 𝑉ℎ𝑓 + 𝑉ℎ𝑥 (2.12) 0.42 ∑𝑆 R ∆ℎ𝑓,𝑥 = 𝛥𝑆( + 𝑖" ) 𝜌" (2.13) ∆ℎ𝑓,𝑥 số hiệu chỉnh (mức độ ảnh hưởng đồng thời) độ cong đất, chiết quang đứng trục ngắm không nằm ngang Xét cơng thức (2.13) ∆ℎ𝑓,𝑥 hàm số luôn đồng biến phụ thuộc vào đối số 𝛥𝑆; ∑ 𝑆 ; 𝑖 " Nhận xét: Qua khảo sát mối tương quan ∆ℎ𝑓,𝑥 𝛥𝑆; ∑ 𝑆 ta thấy đo cao hình học từ giữa, đại lượng ∆ℎ𝑓,𝑥 phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh lệch khoảng cách từ máy đến mia trước mia sau, đo địa hình khơng thuận lợi phải ưu tiên điểm đặt máy cho độ chênh lệch khoảng cách nhỏ 2.2 Phương pháp đo kép đo cao hình học từ 2.2.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp: Hình 2.3 Sơ đồ đo kép đo cao hình học từ Chọn trạm máy J, J’ nơi đất ổn định thuận tiện cho công tác đo đạc cho S1 S2’, S’1  S2 ℎ𝐴𝐵𝑇𝐵 = [(𝑎 − 𝑏) + (𝑎′ − 𝑏′)] (2.16) 2.2.2 Phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng đồng thời độ cong đất, chiết quang đứng trục ngắm không nằm ngang đến kết đo kép đo cao hình học từ ∆𝑇𝐵 ℎ𝑓,𝑥 = 0.21 (∆𝑆 ∑ 𝑆 𝑅 + ∆𝑆 ′ ∑ 𝑆 ′ ) + 𝑖" (∆𝑆 𝜌" + ∆𝑆 ′ ) (2.26) ∆𝑇𝐵 ℎ𝑓,𝑥 số hiệu chỉnh ảnh hưởng đồng thời độ cong đất, chiết quang đứng trục ngắm không nằm ngang đến kết đo kép chênh cao phương pháp đo cao hình học từ Xét cơng thức (2.26) ∆𝑇𝐵 ℎ𝑓,𝑥 hàm số luôn đồng biến phụ thuộc vào giá trị: ∆𝑆 ; ∑ 𝑆 ; ∆𝑆 ′ ; ∑ 𝑆 ′ Nhận xét :Trường hợp đo kép phương pháp đo cao hình học từ ∆𝑇𝐵 ℎ𝑓,𝑥 phụ thuộc chủ yếu vào giá trị tổng độ lệch chênh lệch tia ngắm hai trạm máy Vì vậy, đo địa hình khơng thuận lợi phải ý ưu tiên chọn điểm đặt máy cho chênh lệch tia ngắm hai trạm máy xấp xỉ để giảm thiểu tối đa ảnh hưởng 11 Hình 2.21 Giải mã dòng tin nhắn trị đo GGA Chỉ số chất lượng định vị RTK có mức độ khác từ mức đến mức Khi đo RTK số có nghĩa trị đo hiệu chỉnh từ trạm CORS người đo lấy trị đo Các thông tin dòng tin nhắn trị đo GST giải mã cụ thể hình 2.22 Hình 2.22 Giải mã dòng tin nhắn trị đo GST Dòng tin nhắn GGA cho biết trị đo cải vị trí từ trạm CORS đạt yêu cầu độ xác (trị đo Fixed), cịn dịng tin nhắn GST cho biết sai số vị trí điểm đo cải có giá trị nhỏ 2.3.4.2 Phương pháp xử lý liệu quan trắc độ lún theo định dạng tiêu chuẩn NMEA-0183 Các bước tiến hành: 12 - Bước 1: Kiểm tra tính tồn vẹn (tính đầy đủ) thơng tin chuỗi tin nhắn trị đo - Bước 2: Lọc tin nhắn có tọa độ hiệu chỉnh vị trí - Bước 3: Lọc tin nhắn có tọa độ hiệu chỉnh vị trí có sai số vị trí nhỏ - Bước 4: Tính đổi tọa độ - Bước 5: Đánh giá độ xác kết đo [𝑣 𝑣 ] ℎ ℎ 𝑚ℎ = ±√ 𝑛−1 (2.39) - Bước 6: Xác định đại lượng chuyển dịch: Đại lượng dịch chuyển đứng (độ lún): S = Hi (t+1) - Hi (t) (2.41) 2.3.5 Thành lập chương trình xử lý số liệu quan trắc độ lún đường đắp đất yếu 2.3.5.1.Công cụ thành lập chương trình Chương trình viết cơng cụ lập trình Visual Studio 2019 Microsoft phát triển 2.3.5.2 Thiết kế xây dựng chương trình Chương trình phân tích, xử lý số liệu quan trắc độ lún đường đắp đất yếu có tên GNSS Soft (hình 2.25) Hình 2.25 Giao diện chương trình xử lý số liệu quan trắc độ lún đường đắp đất yếu 13 2.3.6 Đánh giá khả ứng dụng công nghệ GNSS/CORS quan trắc độ lún đường đắp đất yếu Để đánh giá khả ứng dụng công nghệ GNSS/CORS quan trắc độ lún đường đắp đất yếu, tác giả tiến hành thực nghiệm mô nhằm xác định độ xác phương pháp Nguyên lý thực nghiệm mô dựa thay đổi chiều cao ăng ten theo phương thẳng đứng hai thời điểm quan trắc (hình 2.26) Hình 2.26 Nguyên lý thực nghiệm mô xác định độ lún công nghệ GNSS/CORS Để xác định độ lún cần thực hai chu kỳ quan trắc Trong phần thực nghiệm mô thực quan trắc chu kỳ, sau chu kỳ thay đổi chiều cao ăng ten khoảng định Khoảng thay đổi chiều cao ăng ten đo trực tiếp thước thép Khoảng thay đổi chiều cao độ lún dùng để đối chứng với độ lún xác định hệ thống quan trắc Khu vực đặt trạm quan trắc thực nghiệm mô đường Xuân Tảo, khoảng cách từ trạm quan trắc thực nghiệm mô đến trạm CORS 3058.321 m 14 Bảng 2.11 Kết độ lún xác định phương pháp thực nghiệm mô phỏng: Độ lún (mm) Lần quan trắc Thời gian Độ cao (m) 14h20’ 10/12/2021 6.657 14h35’ 10/12/2021 14h50’ 10/12/2021 15h05’ 10/12/2021 15h20’ 10/12/2021 Đo trực tiếp thước thép Đo công nghệ GNSS/CORS Chênh lệch độ lún -9 -7 -15 -12 -7 -8 -9 -11 6.650 6.638 6.630 6.619 Trong bảng 2.11 thể giá trị độ lún xác định công nghệ GNSS/CORS đo trực tiếp thước thép gắn mốc quan trắc, độ chênh lệch độ lún lớn mm, nhỏ 1mm Kết luận chương 2: Khi quan trắc độ lún đất yếu điều kiện địa hình khó khăn, phương pháp đo kép đạt yêu cầu độ xác góp phần nâng cao độ xác phương pháp quan trắc độ lún phương pháp đo cao hình học từ Hệ thống quan trắc thiết kế phát triển dựa tảng công nghệ Trimble hoàn toàn đáp ứng cho việc quan trắc chuyển dịch cơng trình độ lún đường đắp đất yếu 15 Số liệu quan trắc thu theo định dạng tiêu chuẩn NMEA0183 việc xử lý thơng tin trị đo chương trình tính luận án nâng cao độ xác hiệu cơng việc quan trắc độ lún đất yếu Theo kết nghiên cứu đề tài cơng nghệ GNSS/CORS đáp ứng u cầu độ xác cơng tác quan quan trắc độ lún bề mặt đường đắp đất yếu với độ xác cỡ 5mm CHƯƠNG 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 3.1 Phương pháp Asaoka 3.1.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp Asaoka Nội dung phương pháp Asaoka dựa lý thuyết cố kết chiều Terzaghi, biểu diễn phương trình (3.1): Si = α + βSi-1 (3.1) Đây phương pháp đồ giải nên hệ số α, β độ lún giới hạn Sgh xác định đồ thị Từ hệ số α, β Sgh tính yếu tố dự báo : Độ cố kết U đất, độ lún dư… 3.1.2 Nhận xét: - Ưu điểm : Phương pháp Asaoka đồ giải xác định yếu tố đồ thị, không cần cơng cụ tính tốn phức tạp nên phù hợp với điều kiện làm việc trường thời điểm - Tồn tại: + Các hệ số α, β độ lún giới hạn Sgh xác định đồ thị nên số trường hợp cho độ xác chưa cao 16 + Phương pháp đánh giá độ xác kết dự báo đất yếu tác giả Asaoka là hàm tích phân nên khó áp dụng thực tế + Hiện nay, tiêu chuẩn TCVN 9842:2013 Bộ giao thông vận tải chưa có hướng dẫn cụ thể việc đánh giá độ xác đại lượng dự báo theo phương pháp 3.1.3 Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ xác xác định kết dự báo đất yếu theo theo phương pháp Asaoka giải tích 3.1.3.1 Ứng dụng ngun lý bình phương nhỏ để xác định kết dự báo đất yếu theo phương pháp Asaoka giải tích Bước 1: Kiểm tra số liệu đầu vào thông qua hệ số tương quan tuyến tính thống kê Điều kiện R2 ≥ 0.8 Bước 2: Lập hệ phương trình quan trắc: yi = α + βxi (i=1÷n) (3.6) Bước 3: Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh: AX + L = V (3.9) Bước 4: Lập hệ phương trình chuẩn theo nguyên lý bình phương nhỏ nhất: RX + B = (3.15) Bước 5: Giải hệ phương trình chuẩn: X = -R-1B (3.16) Vậy ta cặp nghiệm α β tốt hệ phương trình (3.9) 3.1.3.2 Đánh giá độ xác kết dự báo đất yếu theo phương pháp Asaoka giải tích Sai số đại lượng đo trực tiếp Sai số trung phương đơn vị trọng số đặc trưng cho độ xác thực tế chuỗi số liệu quan trắc xác định theo công thức (3.17) = v n−k Sai số ẩn số (3.17) 17 M Xi =  Qii (3.18) Trong đó: Mxi - Sai số ẩn số thứ i Qii - hệ số trọng số ẩn số thứ i (là phần tử thứ i đường chéo ma trận nghịch đảo) Trong tốn Asaoka có hai ẩn số X1 = α X2 = β nên ta có: M  =  Q1,1 (3.19) M  =  Q2, Sai số hàm số: 𝑚𝐹 = 𝜇√𝑄𝐹 (3.21) 𝑄𝐹 = 𝑓 𝑇 𝑄𝑓 Trong đó: mF sai số đại lượng F, hàm biến: x, y, z…u f vi phân hàm F theo ẩn số Ứng dụng công thức tổng quát (3.21) để xác định sai số giá trị dự báo: (Sai số độ lún toàn phần, sai số độ cố kết sai số độ lún dư) đất yếu 3.2 Phương pháp Hyperbolic 3.2.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp Trong phương pháp này, diễn biến độ lún theo thời gian mô tả hàm số (3.22): St = S0 + t  + t (3.22) Trong đó: St - Độ lún thời điểm t S0 - Độ lún thời điểm t = (thời điểm ngừng cấp thêm tải) α , β - Các hệ số hồi qui 18 Trong phương pháp Hyperbolic, hệ số α , β xác định đồ thị, sau xác định yếu tố dự báo đất yếu: độ lún toàn phần Sf, độ cố kết U đất, độ lún dư 3.2.2 Nhận xét: Phương pháp Hyperbolic đồ giải chưa chặt chẽ lý thuyết xử lý số liệu việc xử lý số liệu phải thực với chuỗi số liệu đo trực tiếp, số liệu chuỗi độc lập chứa sai số ngẫu nhiên, kết xử lý số liệu phải tìm số hiệu chỉnh vào đại lượng đo trực tiếp Cách làm xử lý chuỗi số liệu dẫn xuất độ lún ti /(Sti - So), chưa phải xử lý chuỗi số liệu đo trực tiếp độ lún Sti nên độ chinh xác kết dự báo bị suy giảm 3.2.3 Giải pháp nâng cao độ xác xác định kết dự báo đất yếu theo phương pháp Hyperbolic giải tích 3.2.3.1 Ứng dụng ngun lý bình phương nhỏ để xác định kết dự báo đất yếu theo phương pháp Hyperbolic giải tích Bước 1: Kiểm tra số liệu: - Kiểm tra cách dựng đồ thị diễn biến độ lún theo thời gian - Kiểm tra thông qua hệ số tương quan thống kê R2 Bước 2: Giải toán Hyperbolic để tìm nghiệm gần phương trình Bước 3: Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh: AX + L = V (3.31) Bước 4: Lập hệ phương trình chuẩn theo nguyên lý bình phương nhỏ nhất: RX + B = (3.37) Bước 5: Giải hệ phương trình chuẩn: X = -R-1B (3.39) Hệ phương trình (3.39) giải phương pháp lặp Quá trình lặp dừng lại sai khác nghiệm nhận hai lần lặp liên tiếp không vượt giá trị cho phép định trước (ví dụ 0.001) 19 Bước 6: Xác định yếu tố dự báo - Độ lún toàn phần Sf: 𝑆𝑓 = 𝑆0 + 𝛽 - (3.41) Độ cố kết đạt U: 𝑆 𝑈 = 𝑆 𝑡 100% 𝑓 (3.42) Độ lún dư DS: DS = Sf - St (3.43) 3.2.3.2 Đánh giá độ xác kết dự báo đất yếu theo phương pháp Hyperbolic giải tích Áp dụng cơng thức (3.17), (3.18), ( 3.21) để đánh giá độ xác yếu tố: Sai số đại lượng đo trực tiếp, sai số ẩn số sai số hàm số Nhận xét: Như khác phương pháp Hyperbolic đồ giải phương pháp Hyperbolic giải tích cách xử lý chuỗi số liệu đo trực tiếp trường (S1, S2, …, Sn) số hiệu chỉnh xác định số hiệu chỉnh vào độ lún đo trực tiếp trường 3.3 Xây dựng chương trình máy tính để xử lý số liệu quan trắc độ lún phương pháp Asaoka Hyperbolic Để thuận tiện cho việc xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu, nghiên cứu sinh xây dựng chương trình máy tính để xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu phương pháp Asaoka Hyperbolic giải tích Với chương trình cho phép xử lý số liệu với kết xác rút ngắn thời gian so với phương tiện tính tốn khác KẾT LUẬN CHƯƠNG 3: - Nghiên cứu ứng dụng nguyên lý bình phương nhỏ lý thuyết sai số Trắc địa để xử lý chuỗi số liệu quan trắc độ lún đường đắp đất yếu theo phương pháp Asaoka giải tích cho phép xác định cách xác hệ số α β đặc tuyến - 20 Asaoka công thức giải tích, từ xác định đánh giá độ xác yếu tố dự báo đất yếu cơng thức giải tích Trong phương pháp Asaoka đồ giải nay, giá trị hệ số α β ngoại suy đồ thị nên độ xác thấp dẫn đến việc xác định yếu tố dự báo có độ xác thấp - Phương pháp xấp xỉ trực tiếp chuỗi số liệu quan trắc S1, S2…Sn với đường Hyperbolic đề tài nghiên cứu đề xuất thay xấp xỉ chuỗi dẫn xuất t1/(S1-S0), t2/(S2-S0)… tn/(Sn-S0) với đường thẳng phương pháp đồ giải cho phép nâng cao độ xác xác định hệ số α β đường Hyperbolic, góp phần nâng cao độ xác xác định yếu tố dự báo đất yếu - Kết hợp nguyên lý bình phương nhỏ với lý thuyết sai số, kết đề tài nghiên cứu đưa cơng thức đánh giá độ xác yếu tố dự báo đất yếu có sở khoa học chặt chẽ thực tính tốn cơng cụ khác như: máy tính bấm tay, bảng tính Excel máy vi tính lập trình để tự động tính tốn máy vi tính - Chương trình xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu theo phương pháp Asaoka Hyperbolic giải tích cho phép kiểm tra chất lượng chuỗi số liệu loại bỏ chuỗi số liệu có chất lượng chưa tốt giúp q trình xử lý số liệu nhanh xác Như vậy, cách áp dụng nguyên lý bình phương nhỏ lý thuyết sai số, nghiên cứu sinh xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu theo phương pháp Asaoka giải tích Hyperbolic giải tích để nâng cao độ xác phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún, góp phần hạn chế hư hỏng cho cơng trình xây dựng đất yếu 21 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ 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 Trong chương này, nghiên cứu sinh trình bày thực nghiệm đánh giá độ xác cơng nghệ GNSS/ CORS để áp dụng vào công tác quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam thực nghiệm xử lý số liệu quan trắc độ lún số cơng trình giao thông thực tế theo phương pháp Asaoka Hyperbolic 4.1 Thực nghiệm quan trắc thực nghiệm độ lún đường đắp đất yếu công nghệ GNSS/CORS Tuyến đường lựa chọn để thực nghiệm quan trắc lún đoạn tuyến đường tây Thăng Long chiều dài 2,8 km, cách trạm CORS Trường Đại học Mỏ Địa Chất khoảng 10km Dựa vào kết quan trắc mốc chu kỳ xác định độ lún đường bảng 4.11 Bảng 4.11 Kết quan trắc độ lún đường Mốc quan trắc độ cao Chu kỳ Thời gian quan trắc P1 Độ cao (m) P2 Độ lún (mm) 04/01/2022 5.979 Độ cao (m) 6.354 -3 04/02/2022 5.976 04/03/2022 5.974 04/04/2022 5.970 04/05/2022 5.967 P3 Độ lún (mm) Độ cao (m) 6.292 -3 6.351 -2 -2 -3 -3 6.343 -2 -3 6.730 -3 6.771 -2 6.282 -2 6.733 6.774 -3 -2 6.728 -3 6.768 Độ lún (mm) 6.740 6.776 6.284 Độ cao (m) -3 -3 -3 P5 Độ lún (mm) 6.779 6.287 6.346 Độ cao (m) -2 6.290 6.349 -4 P4 Độ lún (mm) -3 6.725 22 Qua chu kỳ quan trắc độ lún mốc P1, P2, P3 ,P4, P5 đặt tim tuyến đường thực chu kỳ cách 30 ngày ta thấy: - Độ lún mốc nhỏ (dưới 5mm/ 30 ngày) - Sai số trung phương độ cao quan trắc mốc P1-P5 nhỏ 5mm sau tiến hành phương pháp xử lý số liệu lọc bỏ liệu có sai số lớn khỏi tập hợp số liệu đo chương trình tính 4.2 Thực nghiệm xử lý số liệu quan trắc độ lún số công trình giao thơng thực tế theo phương pháp Asaoka Hyperbolic 4.2.1 Xử lý chuỗi số liệu quan trắc số dự án Việt Nam phương pháp Asaoka 4.2.1.1 Xử lý chuỗi số liệu quan trắc thực dự án X Kiên Giang Các chuỗi số liệu quan trắc bàn lún C2 vị trí Km56+900 bàn lún C8 vị trí Km57+300 thực thời gian chờ cố kết từ ngày 27/4/2015 đến ngày 4/8/2015 với tần suất quan trắc ngày lần Kết xử lý số liệu dự án trình bày phụ lục 4.2.1.2 Xử lý số liệu quan trắc cảng dự án Y Hải Phòng Số liệu quan trắc thực từ ngày 1/8/2014 đến ngày 27/5/2015 tần suất quan trắc ngày chu kỳ Số liệu xử lý theo phương pháp Asaoka phương pháp đồ giải Kết xử lý số liệu dự án phương pháp Asaoka giải tích trình bày phụ lục 4.2.2 Xử lý chuỗi số liệu quan trắc số dự án Y Hải Phịng phương pháp Hyperbolic giải tích Dự án xây dựng vùng đất yếu Công tác quan trắc thực với tần suất ngày/1 lần Kết xử lý số liệu dự án trình bày phụ lục KẾT LUẬN CHƯƠNG 4: 1.Sau xử lý số liệu thu theo định dạng tiêu chuẩn NMEA0183 công nghệ trạm tham chiếu hoạt động liên tục GNSS/ CORS 23 nâng cao độ xác cơng nghệ Qua kết thực nghiệm quan trắc đoạn đường tuyến đường Tây Thăng Long với chu kỳ quan trắc mốc P1, P2, P3 ,P4, P5 đặt tim tuyến đường thực chu kỳ cách 30 ngày ta thấy hệ thống quan trắc thiết kế phát triển tảng cơng nghệ thiết bị Trimble quan trắc dịch chuyển đứng đến cỡ 5mm Hiện nay, xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu áp dụng theo phương pháp Asaoka đồ giải Hyperbolic đồ giải nên việc xác định hệ số α, β hoàn toàn đồ thị nên độ xác chưa cao dẫn đến việc xác định yếu tố dự báo đất yếu gần Cơng tác đánh giá độ xác giá trị tính tốn kết dự báo chưa quan tâm đầy đủ Bằng cách ứng dụng nguyên lý bình phương tối thiểu lý thuyết sai số Trắc địa, đề tài nghiên cứu xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu theo phương pháp Asaoka Hyperbolic giải tích để xác định đánh giá độ xác yếu tố dự báo đất yếu cơng thức giải tích có sở khoa học chặt chẽ, góp phần nâng cao chất lượng cơng tác quan trắc nói riêng chất lượng xây dựng cơng trình giao thơng đất yếu nói chung KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: I CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN: Kết nghiên cứu luận án khảo sát, phân tích, đánh giá mức độ ảnh hưởng đồng thời độ cong đất, chiết quang đứng trục ngắm khơng nằm ngang đo cao hình học từ đến kết quan trắc độ lún đất yếu Nghiên cứu đề xuất ứng dụng phương pháp đo kép đo cao hình học từ để quan trắc độ lún đất yếu điều kiện địa hình khơng thuận lợi 24 Nghiên cứu nâng cao độ xác ứng dụng cơng nghệ GNSS/CORS theo phương thức đo động xử lý tức thời RTK (RealTime Kinematic) kết hợp với xử lý sau PPK (Post-Processing Kinematic) dựa chuỗi thông tin trị đo theo định dạng tiêu chuẩn NMEA-0183 để quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam Việc nghiên cứu thu nhận liệu quan trắc theo định dạng tiêu chuẩn NMEA-0183 xử lý phần mềm chuyên dụng xây dựng trình thực luận án nâng cao độ xác kết quan trắc độ lún đường đắp đất yếu đến cỡ 5mm Nghiên ứng dụng nguyên lý bình phương tối thiểu lý thuyết sai số Trắc địa để xác định đánh giá độ xác yếu tố dự báo đất yếu phương pháp Asaoka giải tích Hyperbolic giải tích nâng cao độ xác phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam II KIẾN NGHỊ: Trong luận án nghiên cứu ứng dụng nâng cao trạm CORS đơn để quan trắc độ lún đường đắp đất yếu Vì tác giả kiến nghị hướng tiếp tục nghiên cứu luận án nghiên cứu nâng cao độ xác ứng dụng hệ thống mạng lưới trạm CORS để quan trắc độ lún đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA NCS Trần Thị Thảo (2017), Ứng dụng nguyên lý bình phương nhỏ 10 11 12 13 để xử lý số liệu quan trắc lún cơng trình đắp đất yếu, Tạp chí GTVT tháng 3-2017 Trần Thị Thảo (2017), Ứng dụng phương pháp số bình phương nhỏ để xác định kết dự báo đất phương pháp Asaoka xử lý đất yếu, Tạp chí Khoa học công nghệ xây dựng số 2-2017 Trần Đắc Sử, Trần Thị Thảo (2019), Nghiên cứu đánh giá phương án thiết kế lưới quan trắc lún tuyến đường giao thơng xây dựng đất yếu, Tạp chí Cầu đường số 5-2019 Trần Đắc Sử, Trần Thị Thảo (2019), Nghiên cứu mối tương quan tổng hiệu chiều dài tia ngắm từ máy đến mia ảnh hưởng độ cong đất chiết quang đo cao hình học, Tạp chí GTVT tháng 5-2019 Trần Thị Thảo, Trần Đắc Sử (2019), Nghiên cứu so sánh phương pháp Asaoka Hyperbolic để dự báo độ lún đất yếu, Tạp chí Cầu đường số 10-2019 Trần Thị Thảo, Trần Đắc Sử (2019), Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp xử lý số liệu quan trắc độ lún đất yếu xây dựng cơng trình đường tô, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, mã số T20!9-CT-020 Trần Thị Thảo (2021), Đánh giá thực trạng công tác quan trắc đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam, Tạp chí Tài nguyên môi trường, số 10 -2021 Trần Thị Thảo, Trần Đắc Sử (2021), Nghiên cứu độ xác quan trắc độ lún độ xác xác định độ cố kết đất yếu, Tạp chí Cầu đường tháng 7-2021 Trần Đắc Sử, Trần Thị Thảo (2021), Phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng đồng thời độ cong đất, chiết quang đứng trục ngắm không nằm ngang đến kết đo kép độ chênh cao đo cao hình học từ giữa, Tạp chí GTVT tháng 6-2021 Trần Thị Thảo, Trần Đắc Sử (2022), Đánh giá khả ứng dụng công nghệ GNSS- CORS quan trắc độ lún đường đắp đất yếu Việt Nam, Tạp chí GTVT tháng năm 2022 Trần Thị Thảo, Trần Quang Học, Đỗ Văn Mạnh (2022), Khảo sát đánh giá nâng cao độ xác công nghệ trạm CORS công tác quan trắc, Tạp chí GTVT tháng 11 năm 2022 Trần Thị Thảo, Trần Quang Học, Đỗ Văn Mạnh (2022), Nghiên cứu ứng dụng trạm CORS quan trắc độ lún đường đắp đất yếu, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, mã số T2022-CT-008 Trần Đắc Sử, Trần Thị Thảo (2023), Nghiên cứu ứng dụng đo kép đo cao hình học từ phục vụ thành lập lưới độ cao, Tạp chí khoa học giao thơng vận tải tháng năm 2023