Lập bản đồ và mặt cắt dọc địa chất phục vụ xây dựng hạ tầng giao thông tại Trà Vinh

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 2 39 LẬP BẢN ĐỒ VÀ MẶT CẮT DỌC ĐỊA CHẤT PHỤC VỤ XÂY DỰNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG TẠI TRÀ VINH ESTABLISHING GEOGRAPHICAL MAPPING AND LONGITUDINAL SECTION FOR TRAFFIC INFRASTRUCTURE CONSTRUCTION IN TRA VINH Châu Trường Linh Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; chau-linh@dut.udn.vn Tóm tắt - Việc lập bản đồ địa chất để phục vụ công tác xây dựng hạ tầng giao thông tại Trà Vinh hiện nay là rất quan trọng, vì vậy cần phải có một công cụ hỗ trợ giúp xác định nhanh, chính xác các mặt cắt địa chất, từ đó có thể đánh giá được địa chất của các vùng khảo sát một cách khách quan và hợp lý nhất. Tỉnh, thành phố Trà Vinh hiện đang thiếu bản đồ địa chất như vậy. Dựa vào dữ liệu hố khoan được lưu trữ gần 30 năm với hơn 200 lỗ khoan được thực hiện trên địa bàn tỉnh Trà Vinh, kết hợp với việc sử dụng phần mềm ArcGIS tích hợp hệ tọa độ VN-2000, tác giả đã xây dựng được bản đồ 3D địa chất thành phố Trà Vinh; xuất ra các mặt cắt địa chất bất kỳ và chỉ tiêu cơ lý tương ứng. Kết quả nghiên cứu phục vụ công tác xây dựng trên địa bàn thành phố Trà Vinh. Abstract - The geological mapping for the current construction work is very important, so it is necessary to have a tool to help people quickly and accurately identify the geological sections that can be used. As a result, we can evaluate the geology of the surveyed areas most objectively and reasonably. Tra Vinh province currently lacks such as geological maps. Based on nearly 30 years of drilling data, more than 200 boreholes that have been conducted in Tra Vinh province, together with the use of ArcGIS integrated VN-2000 coordinate system, the team has made a geological map in the center of Tra Vinh city (2D, 3D), producing any geological sections and corresponding mechanical indicators and research results for construction work in Tra Vinh city. Từ khóa - phần mềm ArcGIS; địa chất Trà Vinh; bản đồ địa chất; mặt cắt địa chất; đất yếu, đặc trưng cơ lý của đất Key words - ArcGIS software; Tra Vinh geology; geological map; geological section; soft soil; mechanical properties of soil 1. Đặt vấn đề Địa chất thành phố Trà Vinh được hình thành từ sự bồi đắp phù sa của sông Cổ Chiên nên khả năng chịu tải của đất nền rất yếu. Từ số liệu khảo sát địa chất tại một số vị trí ta thấy đến độ sâu khoảng 30 m - 40 m vẫn là lớp bùn pha sét rất yếu, bên cạnh đó mực nước ngầm cao nên gây rất nhiều khó khăn cho công việc xây dựng các công trình trên nó. Do đó, để lựa chọn một giải pháp nền móng hợp lý, tiết kiệm là một vấn đề không hề đơn giản, đòi hỏi người thiết kế phải có kinh nghiệm và có số liệu khảo sát địa chất đầy đủ và đáng tin cậy. Cho đến nay vẫn chưa có tài liệu nào tổng hợp về số liệu địa chất của thành phố Trà Vinh, cũng như chưa có tài liệu nào chỉ dẫn, định hướng cho người kỹ sư thiết kế chọn giải pháp xử lý nền móng theo từng loại quy mô công trình một cách hợp lý và tin cậy, nhằm giảm bớt thời gian, công sức trong việc thực hiện lựa chọn các phương án kỹ thuật, đồng thời tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng công trình, nhất là đối với các công trình hạ tầng giao thông trên khu vực thành phố Trà Vinh. 2. Các thông tin về nghiên cứu 2.1. Quá trình khảo sát, thu thập dữ liệu 2.1.1. Thu thập dữ liệu các hố khoan Số liệu thu thập phần lớn từ Công ty TNHH Duy Thành, Sở Xây dựng, sở Giao thông, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Trà Vinh, với hơn 200 lỗ khoan kèm theo các chỉ tiêu cơ lý của đất thuộc các tầng địa chất khác nhau. Tuy nhiên, tọa độ của các hố khoan đều ở hệ tọa độ địa phương. Chính vì vậy cần khảo sát và đưa tọa độ các hố khoan về hệ tọa độ VN-2000. Các công tác khảo sát lấy số liệu được tiến hành trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. Thiết bị khảo sát GPS Thiết bị được sử dụng là máy GPSMAP 60CSx của hãng Gamin (Mỹ) để khảo sát tọa độ các hố khoan địa chất. Thiết bị GPSMAP 60CSx giúp tác giả nhanh chóng xác định được tọa độ (x,y) và cao độ của các hố khoan. Độ chính xác của thiết bị GPSMAP 60CSx phụ thuộc khá nhiều vào tín hiệu của các vệ tinh, số lượng vệ tinh thiết bị kết nối được. Tọa độ (x,y) khá chính xác. Tuy nhiên sai số của cao độ (z) thì khá lớn. Do vậy phải kết hợp sử dụng máy thủy bình và máy toàn đạc để đo cao độ chính xác. Thiết bị khảo sát cao độ hố khoan Thiết bị Nikon AC-2S được Công ty TNHH Duy Thành, tỉnh Trà Vinh cung cấp cho tác giả để thực hiện việc khảo sát các cao độ hố khoan địa chất. Kết hợp với máy GPSMAP 60CSx, có thể khảo sát được tọa độ x,y,z tại các hố khoan địa chất trên cơ sở sơ đồ hố khoan trong các hồ sơ khảo sát địa chất được các đơn vị có thẩm quyền cung cấp phục vụ cho nghiên cứu. Thiết bị Nikon AC-2S có đặc trưng gọn nhẹ, bao gồm cả bộ bù tự động loại đệm từ để tự động cân bằng tia ngắm. Với vít động vô tận có thể thao tác bằng một trong hai tay và còn có phanh ma sát để chuyển hướng ống kính nhanh hơn (thông số đảm bảo độ chính xác trên 1 km đo lặp là 2,0 mm/2,5 mm; ống kính có đường kính vật 30 mm, phóng đại 20/24 lần làm cho bắt ảnh thật rõ ràng, sắc nét; tiêu cự nhỏ nhất là 0,75 m thuận tiện thao tác ở những chỗ không gian chật hẹp). 2.1.2. Khảo sát hiện trường Dựa vào hồ sơ khảo sát địa chất, tiến hành khảo sát hiện trường tất cả các công trình có trong cơ sở dữ liệu để kiểm tra lại tọa độ và cao độ hố khoan bằng các thiết bị đã được trình bày ở trên. Hình 1 minh họa một công trình cụ thể đã khảo sát, công trình được mã hoá để đảm bảo bản quyền số liệu địa chất theo yêu cầu của các đơn vị cung cấp. 40 Châu Trường Linh Hình 1. Minh họa công trình trong cơ sở dữ liệu 2.1.3. Tổng hợp số liệu Tọa độ các hố khoan Bảng 1. Minh họa nhập tọa độ các hố khoan STT HydroID TEN HO KHOAN Y X Z 1 B1.147 TT1 591707,9373 1099082,2120 3,05 2 B1.148 TT2 591709,3082 1099074,9725 3,01 3 B1.149 TT3 591703,7789 1099050,4834 2,95 4 B1.152 LT1 591524,9156 1099062,7223 2,65 .. ... ... ... ... ... Trong đó, HidroID là tên hố khoan đã được mã hoá; X, Y là tọa độ các hố khoan được xác định bằng thiết bị GPS; Z là cao độ các hố khoan (m) được đo bằng máy thuỷ bình. Mặt cắt địa chất hố khoan Hình 2. Minh họa mặt cắt địa chất hố khoan Chỉ tiêu cơ lý các tầng địa chất Chỉ tiêu cơ lý các lớp địa chất trong các trường hợp thông thường của công trình cơ sở dữ liệu bao gồm 9 chỉ tiêu cơ lý cơ bản theo quy định của định mức xây dựng cơ bản 1776/BXD-VP do Bộ Xây dựng ban hành và các định mức của tỉnh Trà Vinh. 2.1.4. Thiết lập bản đồ địa chất tỉnh Trà Vinh Giới thiệu phần mềm ArcGIS [3 - 6] Phần mềm ArcGIS 10.1 (Mỹ) tích hợp GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp giải pháp toàn diện từ thu thập/nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích, phân phối thông tin trên mạng Internet và xuất bản, tạo nên một hệ thống thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh; được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu nghiên cứu đặt ra. Ngoài ra, công cụ ArcHydro Ground Water [7] được tích hợp vào ArcGIS để xây dựng mặt cắt địa chất, đặc biệt là thể hiện địa chất 3D của một khu vực. Công cụ ArcHydro Ground Water được phát triển bởi nhà sản xuất Aqueoveo, được tích hợp vào ArcGIS và có các chức năng chính như sau: Groundwater analyst, Modflow analyst, Subsurface analyst nhằm phân tích, nội suy, tạo ra được mặt cắt địa chất 2D và mặt cắt mô hình 3D. Trình tự lập bản đồ địa chất Quá trình bao gồm các bước: - Nhập bản đồ giao thông vào ArcGIS như Hình; - Đưa bản đồ giao thông định dạng AutoCad tỉnh Trà Vinh vào phần mềm ArcGIS; - Đặt tọa độ cho bản đồ giao thông; - Đưa tọa độ các hố khoan vào phần mềm; - Đồng bộ tọa độ giữa bản đồ giao thông với phần mềm Google Earth. Hình 3. Nhập bản đồ quy hoạch thành phố Trà Vinh đến 2031 từ AutoCAD và đặt tọa độ cho bản đồ giao thông Hình 4. Đồng bộ bản đồ quy hoạch với Goole Earth ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 2 41 Hình 5. Dữ liệu bản đồ địa chất trung tâm thành phố Trà Vinh được đồng bộ lên Google Earth Hình 6. Hình ảnh thông tin các lớp địa chất theo chiều sâu khi đồng bộ lên Google Earth 2.2. Kết quả nghiên cứu Lập được bản đồ địa chất, bản đồ phân vùng địa chất vùng trung tâm thành phố Trà Vinh. Xuất được một mặt cắt bất kỳ trong vùng trung tâm thành phố Trà Vinh. Đưa mặt cắt 2D lên mô hình 3D. Mặt cắt được xuất ra là kết quả của việc kết hợp dữ liệu địa chất của các lỗ khoan và quá trình nội suy các giá trị giữa các lỗ khoan đó, nơi mà mặt cắt đi qua như ví dụ ở Hình. Hình 7. Mặt cắt địa chất được xây dựng từ phần mềm ArcGIS cho tuyến quy hoạch D15 Việc nối các tầng địa chất, phân tích các thấu kính địa chất được căn cứ vào các mặt cắt địa chất có sẵn, phân tích theo phương pháp chuyên gia; các chuyên gia có kinh nghiệm về khoan địa chất ở tỉnh Trà Vinh hơn 30 năm, nên các tầng địa chất được xuất ra trong phần mềm có thể đánh giá là khá tương đối hợp lý đối với bản đồ địa chất tỉnh Trà Vinh. Các lớp địa chất trên tuyến D15 bao gồm: 1 - Lớp sét - sét pha dẻo mềm đế dẻo chảy - bề dày 0,2 m - 1,5 m. 2 - Lớp bùn sét pha - trạng thái chảy - bề dày 1,0 m – 2 m. 3 - Lớp cát - rời đến chặt vừa - bề dày 2 m – 6 m. 4 - Lớp bùn sét, bùn sét pha - trạng thái chảy - bề dày 3 m – hơn 10 m. 5 - Lớp cát pha - trạng thái rời - bề dày từ 0 m – 2 m. 6 - Lớp sét, sét pha - trạng thái dẻo mềm đến nửa cứng - bề dày hơn 10 m. 3. Nhận xét Địa tầng bề mặt vùng trung tâm thành phố Trà Vinh có các lớp địa chất đại diện như sau: Bảng 2. Các lớp địa chất phân bố bề mặt điển hình tại thành phố Trà Vinh STT Tên lớp địa chất (HGUName) 1 Cát nhỏ, vàng nâu, xám nâu, kết cấu kém chặt, chặt vừa 2 Bùn sét pha, bùn sét đôi chỗ kẹp cát, xám nâu, trạng thái chảy 3 Cát nhỏ, xám xanh - xám nâu, kết cấu kém chặt, chặt vừa 4 Bùn sét xám xanh - xám nâu, trạng thái chảy (dẻo mềm) 5 Sét vàng nâu, xám nâu, trạng thái dẻo chảy 6 Cát pha, vàng nâu - xám nâu, trạng thái dẻo 7 Cát nhỏ, rời đến chặt vừa (kém chặt) 8 Sét pha, vàng nâu, xám nâu, trạng thái dẻo mềm 9 Sét, vàng nâu, xám trắng - xám xanh, trạng thái nửa cứng 10 Sét, xám nâu, xám đen lẫn sỏi laterit, dẻo mềm, dẻo cứng, nửa cứng 11 Bùn sét pha, nhão 12 Lớp nền bê tông đá 4x6 13 Nền gạch và xà bần san lấp 14 Gạch lẫn cát san lấp 15 Sét pha, xám nâu - xám trắng, trạng thái dẻo cứng (đến cứng) 16 Lớp kẹp cát mịn, rời 17 Cát và xà bần san lấp 18 Cát san lấp, vàng nâu 19 Sét pha, trạng thái chảy 20 Sét, xám xanh - xám trắng, trạng thái dẻo cứng 21 Cát nhỏ, vàng nâu - xám nâu, xen kẹp bùn kết cấu kém chặt 22 Bùn cát pha, xám nâu - xám xanh, trạng thái dẻo 23 Đá laterrit kết tảng, xám, xám vàng nâu 24 Cát lẫn sét 25 Cát mịn, kết cấu kém chặt 26 Sét, xám đen, lẫn xác thực vật, trạng thái dẻo mềm 27 Bùn sét pha, nhão 28 Lớp đá 0x4 42 Châu Trường Linh 4. Kết luận - Đánh giá sơ bộ nền đất tại trung tâm thành phố Trà Vinh là nền đất yếu, phổ biến nhất là các loại đất yếu như bùn sét, bùn sét pha, sét pha và sét trạng thái dẻo chảy đến chảy, có nơi kẹp cát, cát pha, một số nơi gặp đất sét, sét pha trạng thái dẻo cứng – dẻo mềm, chiều dày có nơi lên đến 30 – 40 m; - Dựa vào bản đồ địa chất đã lập, có thể xuất được các mặt cắt địa chất bất kỳ trong khu vực nghiên cứu kèm theo các chỉ tiêu cơ lý để phục vụ cho công tác kiểm toán ổn định - lún cho các công trình giao thông trên địa bàn thành phố Trà Vinh. Tuy nhiên, do cơ sở dữ liệu hiện có khá khiêm tốn và tập trung chủ yếu ở vùng trung tâm nên độ chính xác phụ thuộc mật độ lỗ khoan từng khu vực; các tuyến mặt cắt địa chất thuộc phường 1, 2, 3, 5 tương đối chính xác. Việc cập nhật thường xuyên dữ liệu khoan địa chất thực tế sẽ làm tăng độ chính xác của bản đồ; - Các mặt cắt địa chất kèm theo số liệu địa chất cơ lý của lớp địa chất có thể phục vụ giai đoạn quy hoạch, lập dự án, thậm chí là giai đoạn thiết kế kỹ thuật, giảm chi phí đầu tư khảo sát địa chất công trình trong vùng trung tâm thành phố Trà Vinh; - Có thể đồng bộ kết quả nghiên cứu lên trên Google Earth, đây là một cách quản lý dữ liệu online, giúp mọi người có thể dễ dàng tra cứu thông tin, phục vụ nhiều công tác khác nhau (quy hoạch, quản lý, tư vấn,). Những dữ liệu có thể đồng bộ với Google Earth như bản đồ địa chất vùng nghiên cứu; bản đồ phân bố các lỗ khoan địa chất; bản đồ phân vùng địa chất; các thông tin về tên của các lớp địa chất, các chỉ tiêu cơ lý các lớp địa chất, dữ liệu về hạ tầng giao thông, việc đồng bộ các dữ liệu này với Google Earth là một sản phẩm rất hiệu quả. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Tài nguyên và Môi trường, Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS Quốc gia về môi trường năm 2006. [2] UBND tỉnh Trà Vinh, Bản đồ quy hoạch thành phố Trà Vinh 2030. [3] www.esri.com, ArcGIS - Use manual. [4] www.geoviet.vn, Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS hạ tầng đô thị của Tư vấn Geo Việt (với phần mềm ArcGIS). [5] www.geoviet.vn, Cấu trúc dữ liệu chuẩn cho các lớp GIS nền của ESRI (với phần mềm ArcGIS). [6] www.geoviet.vn, Cấu trúc dữ liệu giao thông chuẩn của ESRI. [7] www.aquaveo.com, The Archydro ground water tool. [8] Nguyễn Thùy Linh, Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý – GIS, www.tracdiapro.com, 2015. (BBT nhận bài: 24/11/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 25/05/2018)