Bài viết này ứng dụng phương pháp AHP và GIS để thiết lập bản đồ sức chịu tải của nền đất khu vực Hội An - Quảng Nam. Kết quả lập được bản đồ số sự phù hợp về sức chịu tải đối với móng nông, móng cọc đường kính nhỏ và móng cọc đường kính lớn cho khu vực nghiên cứu này.
BÀI BÁO KHOA HỌC THIẾT LẬP BẢN ĐỒ SỐ SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT PHỤC VỤ QUY HOẠCH XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH KHU VỰC HỘI AN – QUẢNG NAM Phạm Quang Đơng1, Nguyễn Châu Lân2, Nguyễn Trung Kiên3 Tóm tắt: Việc quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch kiến trúc cơng trình cần thơng qua việc đưa giải pháp móng phù hợp cho khu vực thành phố Hội An tỉnh Quảng Nam dựa vào điều kiện địa mạo, địa chất cơng trình, điều kiện địa hình có xét đến yếu tố tai biến tự nhiên ảnh hưởng đến khu vực khứ xem xét, mà mục tiêu hướng đến xem xét, đánh giá sức chịu tải đất khu vực nghiên cứu từ phục vụ tốt cho việc quy hoạch xây dựng Bài báo ứng dụng phương pháp AHP GIS để thiết lập đồ sức chịu tải đất khu vực Hội An - Quảng Nam Kết lập đồ số phù hợp sức chịu tải móng nơng, móng cọc đường kính nhỏ móng cọc đường kính lớn cho khu vực nghiên cứu Từ khóa: Sức chịu tải; đồ số quy hoạch xây dựng cơng trình; đất GIỚI THIỆU * Thành phố Hội An, tỉnh Quảng Nam trung tâm du lịch tỉnh với mật độ dân cư lớn, theo quy hoạch chung thành phố đến 2020, tầm nhìn 2025 diện tích thành phố mở rộng để khai thác quỹ đất tăng diện tích phục vụ du lịch theo tốc độ xây dựng tăng theo Mặc dù tài liệu nghiên cứu số liệu lỗ khoan thu thập từ cơng trình địa bàn Hội An tương đối nhiều, hầu hết tài liệu nghiên cứu cịn mang tính khái qt, số đề tài tiến hành nghiên cứu theo hướng chuyên sâu đánh giá tính chất xây dựng dự báo sức chịu tải đất khu vực (Nguyễn Văn Trang, 1996; Đỗ Quang Thiên, 2014) Tuy nhiên, nghiên cứu dừng lại đánh giá sức chịu tải cho móng nơng Để phù hợp với thực trạng xây dựng Hội An cần phải đưa tranh tổng thể sức chịu tải đất cho loại móng sâu loại cơng trình khác cho tồn thành phố Hội An để đơn vị tư vấn thiết kế, quan quản lý dựa vào đưa giải pháp móng phù hợp với cơng trình xây dựng từ góp phần đánh giá quy hoạch xây dựng cơng trình cho tỉnh phù hợp, mang lại hiệu kinh tế, kỹ thuật cho dự án Thông thường phần mềm GIS hỗ trợ xử lý, phân tích khơng gian nhanh chóng, xác Trong AHP hỗ trợ xác định trọng số dựa mức độ quan trọng tiêu chí Sử dụng Trường Cao đẳng Công nghệ, Kinh tế Thuỷ lợi miền Trung Bộ môn Địa kỹ thuật – Trường Đại học Giao thông vận tải Viện Địa Chất 182 phương pháp AHP nhằm giảm tính chủ quan, tận dụng tri thức, kinh nghiệm nhiều chuyên gia lĩnh vực nghiên cứu Do đó, báo ứng dụng phương pháp AHP để lập đồ số sức chịu tải cho khu vực Hội An Quảng Nam Trên sở tài liệu thu thập khảo sát nhóm tác giả địa hình, địa chất, địa chất cơng trình, địa chất thủy văn hình trụ hố khoan tiến hành phân tích đánh giá sức chịu tải đất khu vực Hội An - Quảng Nam nhằm phục vụ quy hoạch, thiết kế công trình Từ đề xuất giải pháp móng phù hợp với cơng trình xây dựng, góp phần đánh giá quy hoạch xây dựng cơng trình cho phù hợp PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp khoan khảo sát Khoan khảo sát tiến hành cho 14 lỗ khoan (LK1 đến LK14), xác định tiêu vật lý học 14 lỗ khoan, thí nghiệm đặc biệt có thí nghiệm nén cố kết, thí nghiệm nén trục UU, CU Ngồi nhóm tác giả thu thập thêm số liệu địa chất 269 lỗ khoan cho khu vực 2.2 Phương pháp tính tốn sức chịu tải đất sức chịu tải cọc Nghiên cứu lý thuyết tính tốn sức chịu tải, từ áp dụng tính tốn sức chịu tải cho khu vực nghiên cứu Giả thiết móng nơng có chiều rộng 4m chiều sâu chơn móng 2m Móng cọc đường kính nhỏ bê tơng cốt thép có đường kính 400mm, chiều dài cọc 6-18m Móng cọc đường kính lớn cọc khoan nhồi đường kính D1000, chiều dài cọc từ 6-18m tùy thuộc địa tầng lỗ khoan KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) Sức chịu tải móng nơng, móng cọc đường kính nhỏ móng cọc đường kính lớn tính theo TCVN 11823-2017 phần mềm Plaxis 3D quyền Ứng dụng kết tính tốn sức chịu tải để xây dựng Bản đồ Phù hợp xây dựng cơng trình tương ứng với cơng trình cho khu vực thành phố Hội An 2.3 Ứng dụng phương pháp AHP thiết lập đồ số phân bố sức chịu tải khu vực Hội An - Quảng Nam Q trình phân tích thứ bậc Analytic Hierarchy Process (AHP) kỹ thuật có cấu trúc để tổ chức phân tích định phức tạp, dựa tốn học tâm lý học Nó phát triển Thomas L Saaty vào năm 1970 nghiên cứu cải tiến rộng rãi kể từ Nó có ứng dụng đặc biệt việc định nhóm sử dụng tồn giới nhiều tình định, lĩnh vực hoạch định sách, kinh doanh, cơng nghiệp, y tế, phòng chống thiên tai giáo dục Một cách tiếp cận ứng dụng rộng rãi phương pháp AHP phát triển Saaty (1987) Trong năm qua, AHP sử dụng nhiều nghiên cứu khác đánh giá lĩnh vực tài nguyên môi trường Willet and Sharda (1991); Marčić, Kovačević (2013) ứng dụng AHP GIS để đánh giá phù hợp mặt xây dựng cơng trình Thuật toán AHP dựa yếu tố ảnh hưởng đến định, thực chất tiến hành lựa chọn yếu tố ảnh hưởng lớn đến việc định Sau đó, cấu trúc thứ bậc xây dựng để xếp yếu tố chọn theo cấp bậc khác nhau, tạo tiền đề cho trình so sánh cặp yếu tố Qua việc tổng hợp số liệu nghiên cứu, tác giả thống có tất nhân tố tác động đến vị trí xây dựng cơng trình vùng nghiên cứu, việc xác định trọng số đóng góp nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến kết xây dựng đồ phù hợp mặt xây dựng cơng trình khu vực Hội An - Quảng Nam Các tác giả sử dụng phương pháp phân tích AHP với nhân tố xét đến sau: Sức chịu tải cọc Độ sâu mực nước ngầm Phân bố đất yếu Góc dốc địa hình Nguyễn Trung Kiên (2017) dựa vào phương pháp phân tích thứ bậc AHP đưa cơng thức tính độ nhạy cảm trượt lở theo cơng thức (1) sau: Trong đó: Ii – Tầm quan trọng nhân tố thứ i n- số lượng nhân tố so sánh Xij – trọng số (hay điểm đánh giá) lớp thứ j nhân tố thứ i S – Chỉ số tổng hợp nhạy cảm trượt lở Để biết tầm quan trọng (I) cần phải so sánh cặp yếu tố Nếu I = nghĩa yếu tố quan trọng Nếu I = nghĩa có yếu tố quan trọng yếu tố Nếu I = 5; có nghĩa có yếu tố quan trọng nhiều, nhiều (hoặc vơ nhiều) so với yếu tố cịn lại Để xây dựng đồ phù hợp xây dựng cơng trình, áp dụng cơng thức (1) bên trên, chia lớp tiêu thành năm cấp phù hợp mặt xây dựng cơng trình là: Rất cao, cao, trung bình, thấp thấp, thang điểm đánh giá chuẩn theo bảng sau: Bảng Thang điểm chuẩn hóa Nhóm đối tượng Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Mức độ phù hợp mặt xây dựng cơng trình Rất cao Cao Trung bình Thấp Rất thấp Điểm đánh giá (Xij) Trong báo áp dụng công thức (1), biểu đồ phân phối giá trị lớp thơng tin thang điểm chuẩn hóa để xây dựng đồ phù hợp mặt xây dựng cơng trình KẾT QUẢ TÍNH TỐN 3.1 Địa chất phân bố đất yếu khu vực Địa chất khu vực bao gồm đất rời đất dính xen kẹp Từ kết khảo sát địa chất thành lập đồ cấu trúc Bản đồ cấu trúc đất khu vực Hội An thành lập sở phân tích hệ thống hóa hàng loạt tài liệu khoan khảo sát địa chất cơng trình – địa kỹ thuật kết hợp với đồ địa chất, đồ điều kiện địa kỹ thuật đồ phân bố đất yếu tỉ lệ 1/5000 vùng nghiên cứu Do vậy, nhóm tác giả vào bề dày thành tạo đất yếu tiêu chí để phân chia phụ dạng cấu trúc sau: - Đất yếu có bề dày < m; - Đất yếu có bề dày từ - m; - Đất yếu có bề dày từ - 10 m; 4- Đất yếu có bề dày >10 m Sơ đồ phân chia cấp cấu trúc thể Hình KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) 183 Hình Bản đồ phân vùng đất yếu Từ đồ đất yếu trên, thấy đất yếu có khu vực phường Cửa Đại Cẩm An khơng có phân bố đất yếu, phường lại tồn lớp đất yếu Lớp đất yếu chủ yếu sét pha 3.2 Sức chịu tải móng nơng Sức chịu tải đất cho phép đánh giá khả mang tải cơng trình đất Đây nhân tố quan trọng việc xây dựng đồ phù hợp mặt xây dựng cơng trình Từ kết thí nghiệm phịng, áp dụng cơng thức tính sức chịu tải Terzaghi thu kết sức chịu tải tương ứng với dạng cấu trúc Bảng (Terzaghi, 1967) Bảng Sức chịu tải móng nơng theo cấu trúc Phụ dạng cấu trúc IIAa1 IIAa2 IIAa3 IIAa4 IIAb1 IIAb2 IIAc IIAd1 IIAd2 IIAe IIAf1 Sức chịu tải (kN/m2) 614 52 52 570 664 668 930 652 966 560 662 Phụ dạng cấu trúc Sức chịu tải (kN/m2) Phụ dạng cấu trúc Sức chịu tải (kN/m2) IIAf2 IIAf3 IIAf4 IIAf5 IIAf6 IIAg IIAh IIAk1 IIAk2 IIAk3 IIAk4 642 310 50 348 118 1056 148 1258 960 821 508 IIAk5 IIAk6 IIAk7 IIAk8 IIAI1 IIAI2 IIAI3 IIAI4 IIBa1 IIBa2 IIBa3 256 826 974 1476 722 710 68 722 1960 1536 1252 3.3 Sức chịu tải cọc Hình trình bày kết tính tốn sức chịu tải cọc đường kính nhỏ D400mm phần mềm Plaxis 3D cho lỗ khoan Chiều dài cọc 12m Các lỗ khoan cịn lại tính tốn tương tự Kết tính tốn phần mềm Plaxis 3D theo lý thuyết tương đồng Mơ hình tính tốn cọc đường kính nhỏ Kết sức chịu tải cọc đường kính Plaxis 3D (Lỗ khoan 1) nhỏ Plaxis 3D (Lỗ khoan 1) Hình Kết mơ tính tốn sức chịu tải cọc Plaxis 3D (LK1) 184 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) 3.4 Thiết lập đồ số phù hợp xây dựng cho phương án móng nơng, móng cọc đường kính nhỏ móng cọc đường kính lớn S= (2) S = 0,625*X1j + 0,25* X2j + 0,125*X3j + 0,125*X4j Trong đó: X1j - Điểm đánh giá lớp thuộc nhân tố Góc dốc địa hình; X2j - Điểm đánh giá lớp thuộc nhân tố Phân bố đất yếu; (3) X3j - Điểm đánh giá lớp thuộc nhân tố Độ sâu mực nước ngầm; X4j - Điểm đánh giá lớp thuộc nhân tố Sức chịu tải cọc S - Chỉ số tổng hợp phù hợp xây dựng cơng trình Bảng Phân cấp chuẩn hóa tiêu sức chịu tải STT Mức độ sức chịu tải Sức chịu tải cọc đường kính nhỏ (kN) Sức chịu tải cọc đường kính lớn (kN) Rất cao Cao Trung bình Thấp Rất thấp 1286,9 – 1461,9 1182,9 – 1286,9 1100,5 – 1182,9 930,8 – 1100,5 575,2- 930,8 1841,3 – 2197,8 1651,8 – 1841,3 1471,5 – 1651,8 1188 – 1471,5 700,3- 1188 Sức chịu tải móng nơng (kN/m2) 1960 - 1056 1056 - 722 722 - 348 348 - 148 148 - 50 Điểm đánh giá (Xij) Hình Bản đồ phù hợp xây dựng cơng trình móng nơng khu vực Hội An-Quảng Nam Hình Bản đồ phù hợp xây dựng cơng trình cọc đường kính lớn Hình Bản đồ phù hợp xây dựng cơng trình cọc đường kính nhỏ Căn vào đồ phù hợp xây dựng cơng trình rút kết luận sau: Đối với móng cọc đường kính lớn, sức chịu tải cao tập trung phường Cẩm An, Thanh Hà, Tân An, Cẩm Phô Cẩm Nam Sức chịu tải thấp nằm phường Cẩm Châu, Cẩm Thanh Cửa Đại Đối với móng cọc đường kính nhỏ, sức chịu tải cao tập trung chủ yếu phường Cẩm An, Thanh Hà, Tân An, Cẩm Phô, Sơn Phong Sức chịu tải thấp thuộc phường Cẩm Châu, Cẩm Nam, Cẩm Thanh Đối với móng nơng, sức chịu tải cao tập trung phường Cửa Đại, Cẩm An, Tân An, Cẩm KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) 185 Châu (nền IIAk8) Sức chịu tải cao nằm phường Cẩm Thanh, Cẩm Nam, Minh An, Cẩm Châu, Minh An (nền IIAI3) KẾT LUẬN Để xây dựng đồ phù hợp xây dựng cơng trình khu vực Thành phố Hội An, tác giả sử dụng đồ thành phần, bao gồm đồ: Sức chịu tải cọc, độ sâu mực nước ngầm, góc dốc địa hình phân bố đất yếu Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc AHP thiết lập đồ số phù hợp xây dựng cơng trình tương ứng với 03 loại móng có độ xác cao Đề xuất giải pháp móng phù hợp với cơng trình xây dựng, góp phần đánh giá quy hoạch xây dựng cơng trình cho phù hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Trung Kiên, Fomenko I.K, Pendin V.V, Nguyễn Quốc Thành, 2017 Ứng dụng phương pháp thứ bậc đánh giá tai biến trượt lở (lấy ví dụ khu vực Tây Bắc Lào Cai, Việt Nam) (Tiếng Nga) Tạpchí Геоинформатика–2017 Trần Anh Tuấn, Nguyễn Tứ Dần, “Nghiên cứu nhạy cảm phân vùng nguy trượt- lở đất khu vực hồ thủy điện Sơn La theo phương pháp phân tích cấp bậc SAATY” Tạp chí Các khoa học Trái đất, 9/2012, p.223-232 Đỗ Quang Thiên; Nguyễn Thị Ngọc Yến; nnk;, "Khảo sát, nghiên cứu đánh giá tổng hợp điều kiện địa hình – địa chất vùng đồng ven biển tỉnh Quảng Nam điều kiện biến đổi khí hậu," Dự án nghiên cứu khoa học cấp tỉnh Quảng Nam B2016-DNA-23-TT, 2014 Nguyễn Văn Trang nnk, Bản đồ địa chất - tờ Hội An - tỷ lệ 1/200.000 Hà Nội: Cục Địa chất Việt Nam, 1996 Marčić, D., M.S Kovačević, and A Cerić, Applying the analytic network process for risk assessment in sustainable ground improvement 2013.Terzaghi K, Peck RB, (1967) Soil mechanics in engineering practice 2nd edition, John Wiley & Sons, New York, 729 p Saaty, R W (1987) The analytic hierarchy process—what it is and how it is used Mathematical modeling, 9, 161-176 Saaty, T L & Vargas, L G, (1991) Prediction, projection, and forecasting: applications of the analytic hierarchy process in economics, finance, politics, games, and sports, Kluwer Academic Pub Saaty, R.W., The analytic hierarchy process-what it is and how it is used Mathematical modelling, 1987 9(3-5): p 161-176 Willett, K and R Sharda, Using the analytic hierarchy process in water resources planning: selection of flood control projects Socio-Economic Planning Sciences, 1991 25(2): p 103-112 Abstract: ESTABLISHMENT OF THE NUMERICAL MAP SHOWING THE BEARING CAPACITY OF THE FOUNDATION FOR CONSTRUCTION PLANNING IN HOI AN - QUANG NAM In Hoi An city, Quang Nam province, the planning of land use, architectural planning of structures requires a suitable foundation solutions It is necessary to base on the geomorphological, engineering geological conditions Additionally, the topological condition also considers the influence of natural disasters in the past The main objective is to consider and assess the bearing capacity of the foundation in the study area to serve the construction planning purposes This paper applied the analytic hierarchy process (AHP) and geographical information system (GIS) techniques to establish the map showing the soil bearing capacity of the foundation in Hoi An – Quang Nam area The resulting map is suitable to predict the bearing capacity of shallow foundations, small and large diameter pile foundation for this study area Keywords: bearing capacity, numerical map, construction planning, soil foundation Ngày nhận bài: 25/6/2020 Ngày chấp nhận đăng: 30/6/2020 186 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 69 (6/2020) ... dựng cơng trình tương ứng với cơng trình cho khu vực thành phố Hội An 2.3 Ứng dụng phương pháp AHP thiết lập đồ số phân bố sức chịu tải khu vực Hội An - Quảng Nam Q trình phân tích thứ bậc Analytic... giá (Xij) Hình Bản đồ phù hợp xây dựng cơng trình móng nơng khu vực Hội An- Quảng Nam Hình Bản đồ phù hợp xây dựng cơng trình cọc đường kính lớn Hình Bản đồ phù hợp xây dựng công trình cọc đường... nhân tố Sức chịu tải cọc S - Chỉ số tổng hợp phù hợp xây dựng cơng trình Bảng Phân cấp chuẩn hóa tiêu sức chịu tải STT Mức độ sức chịu tải Sức chịu tải cọc đường kính nhỏ (kN) Sức chịu tải cọc