Tài liệu đánh giá mức độ quan trọng của các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của công trình cầu trong giai đoạn quản lý, khai thác sử dụng bằng phương pháp ahp (analytic hierarchy process)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ÀNG Đ N G CĐ N N N TRỌNG C ẢN ƯỞNG ĐẾN T TR NG G Đ ẠN ẰNG Ư NG T ỌC ẢN C CN NT C NG TR N C T C NG Hierarchy Process) LUẬN N T ẠC Ĩ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ÀNG Đ N G CĐ ẢN ƯỞNG ĐẾN T TR NG G Đ ẠN ẰNG Ư NG N N N TRỌNG C C CN T ỌC C NG TR N ẢN T C NT C NG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông Mã số: 60.58.02.05 LUẬN CÁN B ƯỚNG DẪN N T ẠC Ĩ G T T ÀNG Ư NG NG ỄN NC Đà Nẵng - Năm 2018 LOI CAM ON T6i xin bdy to long bi€t crn ch6n thdnh d6n PGS.TS Hoang Phuong Hoa, TS. I Nguy6n VIn Chdu - cttc ThAy dd tfln tdm, t4n tinh hucrng d6n, giup dO t6i hodn thdnh Lupn vdn ndy. T6i xin chdn thdnh c6m crn Phdng Ddo t4o & Khoa Xdy dUng CAu ducrng, BQ mdn CAu hAm - Trubng Dai hgc B6ch khoa - Dai hgc Ed Ning d5 giup dO t6i r6t nhi6u il6 hoan thdnh c6c thri tpc theo qui clinh trong qu6 trinh hgc tap vd thpc hiQn lupn v6n. T6i xin chdn thdnh c6m on c6c ThAy, c6c Cd trong Khoa Xdy dUng CAu dudng, BQ m6n CAu hAm kiiSn - Trulng Dai hgc B6ch khoa - Eai hgc Ea NEng dd truy6n dpt nhirng thuc quf b6u s6u rQng ve linh vpc chuy6n ngdnh, c6 nhirng ebp ! v0 mflt hgc thupt giup t6i hoan thdnh nQi dung Lu4n vdn. TOi xin chdn thdnh c6m crn c6c Nha khoa hgc, anh chi, b?n bd, d6ng nghiQp... dang c6ng tirc b cdc b0n li6n quan trong linh vgc ngdnh giao th6ng, nhu: c6c co so ddo tqo; cttc Cht dAu tu/ Ban quin ly dU thit5t k6; c6c dcrn vi tu v6rn giirm s6t y, dinh gi6 vd ph6n biQn quy in; circ don vf thi cOng; c6c dcrn vi tu v6n kh6o s6t & tu v6n qu6n ly dg 6n... da c6 nhirng y ki6n, Bop b6u ve linh vgc nghiCn cuu cta t0i, gitip tOi thpc hiQn nQi dung cria Lufln 6n. Cu6i cirng t6i xin c6m crn gia dinh t6i, vg con t6i, c6c d6ng nghiQp cta t6i da giup dd, chia s6, dQng vi0n t6i trong su6t qu6 trinh hgc tAp. Trlc gin Hoirng Lufn vln VIn Khrflnh ll LOI CAM DOAN T6i xin cam doan LuQn vdn ndy ld c6ng trinh nghi0n criu cta ri0ng tdi. Nhirng nQi dung, sO liqu dugc tham kh6o ttr c6c nghi0n cfu tru6c 6 trong nu6c vd trOn thti gi6i dugc trich d6n ngu6n r6t rO rdng. Cdc sO liQu, c6c k6t qud dugc nghi€n ctu ri6ng va n t l, , Y A v \ | \ | \ L \ + I c6ng bO cho LuQn vdn ndy ld trung thuc, vd chua tirng dugc bdt kj' nghi0n criu tru6c ddy c6ng b6. Tfc gif, lu$n vIn Hoirng VIn khrlnh ndo iii C LỜI CẢ C N .................................................................................................................i M C L C .................................................................................................................... iii DANH M C CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..........................................................................vi M C L C CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ...................................................................... viii M C L C CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................. viii MỞ Đ U .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài nghiên cứu..............................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2 5. Những đóng góp của nghiên cứu ........................................................................3 CHƢƠNG 1 . TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ TUỔI THỌ CẦU VÀ CÔNG TÁC QUẢN LÝ, KHAI THÁC CẦU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ................................................................................................................ 4 1.1 Một số khái niệm .......................................................................................................4 1.1.1 Khái niệm về tuổi thọ công trình ...................................................................4 1.1.2 Những nguyên nhân tác động làm giảm tuổi thọ cầu ....................................6 1.1.3 Bảo trì CTXD và lợi ích của công tác bảo trì................................................7 1.2 Tổng quan những nghiên cứu về tuổi thọ cầu và công tác QLKT cầu trên thế giới và ở Việt Nam..................................................................................................................8 1.2.1 Những nghiên cứu về tuổi thọ cầu và công tác QLKT cầu trên thế giới .......8 1.2.2 Những nghiên cứu về tuổi thọ cầu và công tác QLKT cầu ở Việt Nam ......16 1.3 Kết luận chương ......................................................................................................18 C Ư NG 2. NHẬN DẠNG Đ N G XẾP HẠNG VÀ PHÂN NHÓM CÁC NHÂN T ẢN ƯỞNG ĐẾN TU I THỌ C TR NG G Đ ẠN QLKT S D NG .....................................................................................................................19 2.1 Nhận dạng các nhân tố ảnh hưởng ..........................................................................19 2.1.1 Nhận dạng các NT ảnh hưởng tiềm năng từ những nghiên cứu trước ........19 2.1.2 Xác định danh sách sơ bộ các NT ban đầu thông qua khảo sát chuyên gia20 2.1.3 Xây dựng BCH thử nghiệm ..........................................................................21 2.1.4 Kết quả khảo sát thử nghiệm .......................................................................22 2.2 Thu thập dữ liệu .......................................................................................................24 2.2.1 Xây dựng BCH chính thức ...........................................................................24 2.2.2 Xác định kích thước mẫu .............................................................................24 2.2.3 PP thu thập dữ liệu ......................................................................................26 2.3 Phân t ch dữ liệu ......................................................................................................26 iv 2.3.1 Chọn lọc dữ liệu ........................................................................................... 26 2.3.2 Đánh giá độ tin cậy của BCH ......................................................................26 2.3.3 Đặc điểm những người đánh giá BCH ........................................................27 2.3.4 Xếp hạng các NT ảnh hưởng .......................................................................27 2.4 Kết quả ghiên cứu ....................................................................................................30 2.4.1 Số lượng các NT được xác định ...................................................................30 2.4.2 Mức độ quan trọng của các NT ...................................................................30 2.5 Phân nhóm các nhân tố ảnh hưởng ..........................................................................37 2.6 Sự cần thiết của việc nhận dạng và đánh giá MĐQT của các NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu ....................................................................................................................38 2.7 Quan điểm của chuyên gia về công tác QLKT cầu hiện nay ở nước ta ..................39 2.8 Kết luận chương ......................................................................................................40 C Ư NG 3. Đ ƯỜNG M C Đ QUAN TRỌNG C A CÁC NHÂN T ẢN ƯỞNG ĐẾN TU I THỌ C TR NG G Đ ẠN KHAI THÁC BẰNG Ư NG N TC ER RC R CE .......42 3.1 Cơ sở lý thuyết của PP AHP....................................................................................42 3.1.1 Giới thiệu PP AHP ......................................................................................42 3.1.2 Các nguyên tắc của PP AHP .......................................................................44 3.1.3 Phân tích và thiết lập cấu trúc thứ bậc........................................................45 3.1.4 Thiết lập độ ưu tiên ......................................................................................46 3.1.5 Tính toán trọng số (tổng hợp) ......................................................................49 3.1.6 Kiểm tra tính nhất quán ...............................................................................49 3.2 Ví dụ về tính toán trọng số và kiểm tra tính nhất quán ...........................................50 3.3 Quy trình thực hiện PP AHP ...................................................................................52 3.4 Ưu điểm của PP AHP .............................................................................................. 52 3.5 Đo lường MĐQT của các NT và các nhóm NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu .........54 3.5.1 Xây dựng cấu trúc thứ bậc ...........................................................................54 3.5.2 Xây dựng BCH so sánh cặp .........................................................................55 3.5.3 Thiết lập các ma trận so sánh cặp ............................................................... 56 3.5.4 Lựa chọn nhóm chuyên gia ..........................................................................56 3.5.5 Lấy ý kiến đánh giá của các chuyên gia (thu thập dữ liệu) .........................57 3.5.6 Kiểm tra tính nhất quán kết quả đánh giá của từng chuyên gia .................58 3.5.7 Tổng hợp ý kiến của các chuyên gia ............................................................ 59 3.5.8 Kiểm tra hệ số nhất quán tổng hợp.............................................................. 60 3.5.9 Tính toán trọng số ........................................................................................61 3.6 Mô hình đánh giá MĐAH đến tuổi thọ cầu bởi tác động của các NT.....................66 3.6.1 Lựa chọn thang đo đánh giá MĐAH để xác định cấp dự báo .....................66 v 3.6.2 Công thức xác định chỉ số ILI để đưa ra cấp dự báo ..................................66 3.7 Áp dụng công thức đề xuất để dự báo MĐAH đến tuổi thọ của một số công trình cầu thực tế đang khai thác ............................................................................................. 67 3.8 Kết luận chương ......................................................................................................69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................71 1. Kết luận .............................................................................................................71 2. Kiếnnghị............................................................................................................71 3. Hướng nghiên cứu tiếp theo của Luận văn .......................................................71 DANH M C CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC ................................................................ a TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ b PH L C QUYẾT ĐỊN G ĐỀ TÀI LUẬN N ản sao) vi DANH M C CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viế đầ đủ Viết tắt AHP Tiếng Anh Tiếng Việt Analytic Hierachy Process Fuzzy Analytic Hierachy Process Analysis of variance The Japan International Cooperation Agency Asian Development Bank Qui trình phân tích cấu trúc thứ bậc Qui trình phân tích cấu trúc thứ bậc mờ Phân tích sự khác biệt Ngân hàng thế giới CI World Bank Official Development Assistannce Consistency Index CR Consistency Ratio Hệ số nhất quán RI Random Index Chỉ số ngẫu nhiên ILI Impact Level Index Chỉ số mức độ ảnh hưởng ILS SHM Important Level Score Hierachicy Risk Breakdown Structural National Coporative Highway Rearch Program Structural Health Monitoring Đểm số mức độ quan trọng Cấu trúc chia nhỏ rủi ro theo thứ bậc Chương trình hợp tác nghiên cứu đường bộ quốc gia Kiểm tra sức khỏe kết cấu ANN Artificial Neural Network FAHP ANOVA JICA ADB WB ODA HRBS NCHRP Cơ quan hợp tác quốc tế Nật Bản Ngân hàng phát triển Châu á Hỗ trợ phát triển chính thức Chỉ số nhất quán BMS Hệ thần kinh nhân tạo Cục quản lý liên bang đường cao Federal Highway Administration tốc Bridge Management System Hệ thống quản lý cầu RMS Remote Monitoring System FHWA SHMS VBMS Viết tắt Hệ thống giám sát từ xa Hệ thống kiểm tra sức khỏe thông Smart Health Monitoring System minh Viet Nam Bridge Management Hệ thống quản lý cầu Việt Nam System Viế đầ đủ Viết tắt Viế đầ đủ BCH Bảng câu hỏi GTVT Giao thông vận tải TCTC Tổ chức thi công CTGT Công trình giao thông QLDA Quản lý dự án KCHT Kết cấu hạ tầng Nhân tố XDCB Xây dựng cơ bản Xây dựng công trình QLNN Quản lý nhà nước NT XDCT vii CTXD Viết tắt CĐT Công trình xây dựng Viế đầ đủ Chủ đầu tư TCXD Thi công xây dựng Viết tắt Viế đầ đủ QLKT Phương pháp HTGT Hạ tầng giao thông CTXD Công trình xây dựng BTCT Bê tông cốt thép QL KSTK Khảo sát thiết kế NSNN Ngân sách nhà nước MĐQT Mức độ quan trọng MĐAH Mức độ ảnh hưởng Trung ương KCCT Kết cấu công trình NTTC Nhà thầu thi công DƯL Dự ứng lực CDV Cầu dây văng PTHH Phần tử hữu hạn ĐBVN Đường bộ Việt Nam HĐND Hội đồng nhân dân KBNN Kho bạc nhà nước TNGT Tai nạn giao thông ATGT An toàn giao thông KTTTX TCĐB Tổng cục đường bộ TTGT Trật tự giao thông KSTTX Kiểm soát tải trọng xe CSGT Cảnh sát giao thông KHCN Khoa học công nghệ TW PP Quản lý khai thác TVGS Tư vấn giám sát Quốc lộ Kiểm tra tải trọng xe viii M C L C CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.3 2.4 2.5 2.6 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 Tên bảng Trang Các nguyên nhân gây hư hỏng cầu ở Mỹ theo Sharma và Mohan (2011) Hướng dẫn quốc gia về đánh giá điều kiện tồn tại của cầu (FHWA, 1995) Tổng hợp kinh phí bảo trì đường bộ giai đoạn 2006 – 2016 Số mẫu và biến trong một vài nghiên cứu trước bổ sung theo Kết quả kiểm định hệ số Cronbach’s Alpha Kết quả xếp hạng tất cả các NT ảnh hưởng theo tổng thể và theo quan điểm của các bên liên quan Kết quả xếp hạng tất cả các NT ảnh hưởng theo tổng thể và theo quan điểm của các bên liên quan (tiếp theo) Kết quả phân nhóm các nhân tố. Nhận thức của chuyên gia về việc xác định và đánh giá MĐQT của các NT Đánh giá của chuyên gia về công tác QLKT cầu hiện nay ở nước ta Thang đo đánh giá mức độ so sánh cặp dẫn theo Bảng xác định giá trị của chỉ số ngẫu nhiên (RI) Bảng tính toán trọng số các tiêu ch (Bước 1) Bảng tính toán trọng số các tiêu ch (Bước 2) Thang đo so sánh cặp về MĐQT giữa hai nhân tố A và B Ma trận so sánh cặp M Ma trận so sánh cặp A Ma trận so sánh cặp B Ma trận so sánh cặp C Ma trận so sánh cặp C1 Ma trận so sánh cặp C2 Kết quả hệ số nhất quán của 38 chuyên gia Kết quả hệ số nhất quán của 38 chuyên gia (tiếp theo) Kết quả tổng hợp đánh giá của nhóm chuyên gia cho ma trận M Kết quả tổng hợp đánh giá của nhóm chuyên gia cho ma trận A Kết quả tổng hợp đánh giá của nhóm chuyên gia cho ma trận B Kết quả tổng hợp đánh giá của nhóm chuyên gia cho ma trận C Kết quả tổng hợp đánh giá của nhóm chuyên gia cho ma trận C1 Kết quả tổng hợp đánh giá của nhóm chuyên gia cho ma trận C2 11 13 17 25 27 28 29 37 39 39 50 50 51 51 56 58 56 58 56 58 56 58 59 60 60 60 60 60 60 ix Số hiệu bảng 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 Tên bảng Trang Kết quả hệ số nhất quán tổng hợp (%) Kết quả trọng số của các NT chính Kết quả trọng số tổng hợp của các NT liên quan đến giai đoạn KSTK Kết quả trọng số tổng hợp của các NT liên quan đến giai đoạn TCXD Kết quả trọng số tổng hợp của các NT liên quan đến giai đoạn QLKT Trọng số tổng hợp của các NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu Điểm số trung bình đánh giá MĐAH của từng NT đối với 3 cầu 60 61 62 63 63 66 68 x M C L C CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 3.1 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 Tên hình vẽ Trang Các cầu bị sập ở Mỹ trong giai đoạn 1951-1988 theo Harik vcs (1990) Các cầu bị sập ở Mỹ trong giai đoạn 1989-2000 Các cầu bị sập tại Columbia trong giai đoạn 1986-2001 theo Diaz vcs (2009) Các cầu bị sập ở Trung Quốc trong giai đoạn 2000-2012 theo Fu vcs (2013) Biểu đồ tăng trưởng kinh phí bảo trì đường bộ giai đoạn 2006 – 2016 Quy trình thu thập dữ liệu bằng BCH chỉnh sửa theo Nguyễn Văn Châu (2016) Số năm kinh nghiệm của chuyên gia Vai trò trong tổ chức của chuyên gia Vai trò trong dự án của chuyên gia Thang đo sử dụng đánh giá MĐQT của các NT Số năm kinh nghiệm của chuyên gia Vai trò trong tổ chức của chuyên gia Vị trí trong dự án của chuyên gia Qui trình xây dựng BCH chính thức Số năm kinh nghiệm Vai trò trong trong dự án Vai trò trong tổ chức Trình độ học vấn T lệ thành phần các nhóm nhân tố Ví dụ về cấu trúc thứ bậc Thang đo đánh giá mức độ so sánh cặp dẫn theo Quy trình thực hiện PP AHP Ưu điểm của PP AHP Sơ đồ cấu trúc thứ bậc được xây dựng cho nghiên cứu Chi tiết cấu trúc thứ bậc áp dụng cho nghiên cứu Biểu đồ trọng số của các NT chính Biểu đồ trọng số tổng hợp của các NT liên quan đến giai đoạn KSTK Biểu đồ trọng số tổng hợp của các NT liên quan đến giai đoạn TCXD 9 9 10 10 18 19 20 20 20 22 22 22 23 24 27 28 28 28 38 47 48 52 53 54 55 61 62 63 xi Số hiệu hình vẽ 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 Tên hình vẽ Trang Biểu đồ trọng số của các NT phụ liên quan đến giai đoạn QLKT Biểu đồ trọng số tổng hợp của các NT liên quan đến tự nhiên trong giai đoạn QLKT Biểu đồ trọng số tổng hợp của các NT liên quan đến con người trong giai đoạn QLKT Thang đo đánh giá MĐAH của các NT đến tuổi thọ cầu Chỉ số ILI của 3 cầu 64 64 65 66 69 1 MỞ Đ U 1. Lý do chọ đề tài nghiên cứu Hệ thống HTGT là một trong những hệ thống rất quan trọng của nền kinh tế quốc gia. Trong mối quan hệ tổng hòa với nền kinh tế, hệ thống HTGT được v như mạch máu trong cơ thể sống. Các CTGT tại Việt Nam đang được xây dựng với số lượng lớn, mạng lưới giao thông không ngừng được xây dựng mở rộng từ thành thị đến nông thôn và vùng sâu, vùng xa… nhằm đáp ứng kịp thời với nhịp độ phát triển của nền kinh tế. Trên các tuyến đường giao thông có rất nhiều công trình cầu được xây dựng, đó là các cầu thép, cầu thép - bê tông liên hợp, cầu treo dây võng, cầu BTCT, cầu dây văng… Trong đó công trình cầu là điểm trọng yếu trên tuyến đường giao thông. Nếu vì lý do nào đó, về mặt khách quan lẫn chủ quan tác động đến công trình cầu làm giảm tuổi thọ của cầu, dẫn đến nhiều sự cố đối với cầu gây ra những thảm họa, mất mát về vật chất, của cải và cả sinh mạng của con người. Những năm qua do sự quan tâm và chỉ đạo của Ch nh phủ giao Bộ GTVT đã đầu tư xây dựng mới, nâng cấp mở rộng một số công trình cầu trên cả nước, đặc biệt là trên tuyến đường QL1 đã đạt được một số thành tựu nhất định, nguồn lực đầu tư dành cho XDCT cầu được tăng cao. Mỗi năm NSNN đã đầu tư, nâng cấp duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa hàng trăm công trình cầu và đưa vào khai thác sử dụng hàng ngàn Km đường bộ, hàng trăm công trình cầu đường bộ, đường sắt. Các CTXD đưa vào sử dụng đã phần nào đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế xã hội trong thời kỳ đổi mới, nhìn chung chất lượng công trình đưa vào sử dụng đã đáp ứng được yêu cầu kỹ, mỹ thuật. Tuy nhiên, trong quá trình QLKT do ảnh hưởng của môi trường, do lão hóa của vật liệu, do khai thác liên tục trong thời gian dài, do bảo dưỡng, bảo trì không đúng qui định, khai thác sử dụng không đúng với tiêu chuẩn thiết kế, do t nh toán thiết kế có nhiều sai sót, do thi công không đảm bảo chất lượng… Bên cạnh những dấu hiệu t ch cực, vẫn còn những tồn tại, hạn chế, bất cập, không t công trình cầu khi vừa mới đưa vào sử dụng đã xuất hiện một số khuyết tật, hư hỏng ở những mức độ khác nhau hoặc sập đổ, kể cả trong khi đang TCXD. Vì vậy, việc nhận dạng các NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu trong giai đoạn KSTK, TCXD và QLKT là đặc biệt cần thiết, nhằm giúp cho các bên liên quan trong mỗi giai đoạn có PP đánh giá, kiểm soát, ứng phó… tốt với các NT này, tránh những tác động xấu không mong muốn. Đặc biệt là đơn vị QLKT có PP duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa và tăng cường cầu nhằm đảm bảo, duy trì hoặc có thể tăng thêm tuổi thọ của cầu là vấn đề rất quan trọng và cần thiết. Nhận thấy việc nghiên cứu đánh giá MĐQT của các NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu là một vấn đề khoa học, mang t nh thực tiễn, có t nh thời sự nhằm nâng cao hiệu quả thực hiện trong công tác KSTK, TCXD và QLKT cầu. Đặc biệt, nó mang lại lợi ích kinh tế, lợi ch xã hội cho các nhà QLKT, giúp họ sớm nhận biết những NT ảnh hưởng 2 đến tuổi thọ cầu trong quá trình khai thác sử dụng, để có giải pháp khắc phục sửa chữa, tăng cường trước khi cầu bị sụp đổ, tránh thiệt hại t nh mạng con người và của cải vật cất, làm cơ sở để các nhà quản lý có thể đưa ra các quyết định kịp thời. Vì vậy, việc nguyên cứu các NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu là một vấn hết sức cần thiết và đem lại lợi ch rất lớn, nên tác giả lựa chọn đề tài: Đánh giá mức độ quan trọng của các nhân tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của công trình cầu trong giai đoạn quản lý, khai thác sử dụng bằng phương pháp AHP” làm đề tài nghiên cứu. 2. Mục tiêu nghiên cứu Luận văn sẽ hướng đến thực hiện một số mục tiêu như sau: - Tổng quan những nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam về vấn đề tuổi thọ cầu và QLKT cầu (Mục tiêu 1); - Nhận dạng, phân t ch, xếp hạng, phân nhóm và đánh giá các NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu (Mục tiêu 2); - Đánh giá MĐQT của các nhóm NT, các NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu; đề xuất mô hình đánh giá MĐAH đến tuổi thọ cầu trong quá trình khai thác bởi các NT (Mục tiêu 3); - Áp dụng mô hình đề xuất để đánh giá MĐAH từ đó đưa ra cấp dự báo về MĐAH đến tuổi thọ của các cầu thực tế đang khai thác (Mục tiêu 4); 3. Đố ượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các công trình cầu đường bộ đang trong giai đoạn TCXD và QLKT: - Theo quy mô công trình: tất các công trình cầu đường bộ ở tất cả các quy mô khác nhau và các kết cấu khác nhau; - Theo lĩnh vực tác động: xác định tất các nhóm NT, các NT ảnh hưởng đến tất cả các bộ phận, các chi tiết kết cấu của cầu là giảm tuổi thọ cầu (giảm thời gian khai thác cầu hoặc gây ra sự cố sập cầu); - Theo nguyên nhân tác động: tất cả các nguyên nhân khách quan lẫn chủ quan tác động tiêu cực đến tuổi thọ cầu. Phạm vi nghiên cứu của luận văn là: - Tất cả các công trình cầu đường bộ đang trong giai đoạn TCXD và QLKT ở Việt Nam do các cơ quan TW hoặc địa phương làm CĐT/ Đại diện CĐT, hoặc do các cơ quan TW hoặc địa phương QLKT; - Đối tượng khảo sát là những người có kinh nghiệm đang hoạt động trong lĩnh vực cầu đường bộ ở tất cả các bên có liên quan gồm: CĐT/ Ban QLDA; Tư vấn KSTK; Tư vấn QLDA; NTTC; đơn vị QLKT; các Nhà nghiên cứu/ Giảng dạy. 4. ươ g p áp nghiên cứu Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và điều tra thực tế, sử dụng PP chuyên gia, áp dụng lý thuyết xác suất thống kê để phân t ch dữ liệu. Phần mềm được sử dụng để phân tích số liệu là: Microsoft Excel và SPSS. Nghiên cứu, khảo sát nhận dạng các NT 3 ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu bằng cách sử dụng BCH để lấy ý kiến đánh giá của các chuyên gia. Đánh giá MĐQT của các NT, các nhóm NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu thông qua điểm số ILS (Important Level Score); và đề xuất mô hình dự báo cấp độ ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu đang khai thác bởi các NT trong giai đoạn QLKT thông qua chỉ số ILI (Impact Level Index) bằng PP AHP. 5. Nhữ g đó g góp ủa nghiên cứu 5.1 Nhữ g đó g góp về mặt thực tiễn - Giúp cho các bên liên quan (CĐT/ Ban QLDA; Tư vấn KSTK; Tư vấn QLDA; NTTC; đơn vị QLKT; các Nhà nghiên cứu; giảng dạy) nhận dạng một cách nhanh chóng các NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu mà mình đang tham gia, đặc biệt là đơn vị QLKT. Hiểu được rõ các NT sẽ tác động đến tuổi thọ cầu mà mình tham gia, các bên sẽ có những giải pháp ứng phó hợp lý theo trách nhiệm của mình để nâng cao hiệu quả QLKT cầu. - T nh toán xác định được chỉ số MĐAH (ILI) để đưa ra cấp dự báo về MĐAH đến tuổi thọ cầu trong giai đoạn QLKT, giúp cho đơn vị QLKT biết được tình trạng thực tế của công trình cầu mà họ đang QLKT. Giúp họ biết được là họ phải tập trung nguồn lực vào những công trình cầu nào và tập trung vào những NT gì. 5.2 Nhữ g đó g góp về mặt khoa học - Nghiên cứu đã nhận dạng được 18 NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu. Các NT cũng được xếp hạng theo quan điểm tổng thể và quan điểm của các bên liên quan. - Nghiên cứu cũng đã phân loại được 3 nhóm NT: (A) Nhóm các NT có liên quan trong giai đoạn KSTK; (B) Nhóm các NT có liên quan trong giai đoạn TCXD; và (C) Nhóm các NT có liên quan trong giai đoạn QLKT. Riêng nhóm (C) được chia thành 2 nhóm phụ: (C1) Nhóm các nhân tố liên quan đến tự nhiên, và (C2) Nhóm các nhân tố liên quan đến con người. - Nghiên cứu cũng chỉ ra công tác QLKT và bảo trì cầu hiện nay ở nước ta không tốt, còn nhiều khó khăn và hạn chế. - Nghiên cứu đã đánh giá MĐQT của các nhóm NT, các NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu thông qua chỉ số ILS; và đề xuất mô hình dự báo cấp độ ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu đang khai thác bởi các NT trong giai đoạn QLKT thông qua chỉ số ILI. 4 C Ư NG 1 T NG QUAN NHỮNG NGHIÊN C U VỀ TU I THỌ C U VÀ CÔNG TÁC QUẢN LÝ, KHAI THÁC C U TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Một số khái niệm 1.1.1 Khái niệm về tuổi thọ công trình Nghiên cứu, tìm hiểu về tuổi thọ CTXD nói chung và tuổi thọ công trình cầu nói riêng sẽ rất bổ ích trong việc phát huy công năng sử dụng, giúp cho công tác QLKT các công trình đang khai thác đạt kết quả tốt nhất. Tuổi thọ CTXD: trước đây khi XDCT các nhà thiết kế chưa quan tâm nhiều đến tuổi thọ công trình, nghĩa là t quan tâm đến vấn đề làm thế nào để nâng cao tuổi thọ công trình, mà chúng ta thường quan tâm về mặt mỹ thuật, nghĩa là làm sao cho công trình cầu có mô hình đẹp mang một biểu tượng đặc trưng, mà chưa chú ý nhiều đến sự bền vững của nó. Ngày nay, việc xây dựng một công trình cầu phải đảm bảo tất cả các yếu tố kỹ thuật, mỹ thuật và tuổi thọ, mà đặc biệt là các công trình cầu trong đô thị lớn. Đề cập đến tuổi thọ công trình là chúng ta đề cập đến thời gian công trình tồn tại và đáp ứng yêu cầu khai thác theo các điều kiện đã chỉ ra trong thiết kế. Như vậy tuổi thọ CTXD được thể hiện bằng số năm, mỗi loại công trình khác nhau thì tuổi thọ của chúng sẽ khác nhau. Khi bàn về tuổi thọ công trình, có một số khái niệm về tuổi thọ công trình như sau:  Theo Trần Chủng (2007) [7]: - Tuổi thọ công trình là thời gian (tính theo lịch) của công trình từ khi bắt đầu đưa vào khai thác sử dụng cho tới khi đạt tới trạng thái giới hạn; - Tuổi thọ thiết kế (tuổi thọ danh định) là thời gian từ khi đưa vào khai thác sử dụng tới khi công trình đạt tới giới hạn do người thiết kế dự định trước. - Tuổi thọ sử dụng là thời gian thực tế khai thác mà trong đó không có việc sửa chữa bộ phận hay toàn bộ công trình. - Tuổi thọ sử dụng yêu cầu là thời gian sử dụng đáp ứng các yêu cầu của người khai thác. - Tuổi thọ sử dụng dự đoán được thiết lập trên cơ sở đánh giá số liệu và giải đoán (diagnotic) trạng thái bệnh lý của vật liệu và kết cấu làm tiền đề cho phương pháp t nh toán xác định giá trị còn lại của một cây cầu.  Nguyễn Văn Hùng (2006) [13] đã có một số định nghĩa về tuổi thọ công trình theo độ tin cậy như sau: Tuổi thọ công trình” là danh từ được hiểu theo các nghĩa khác nhau, như: thời gian tồn tại của công trình, thời gian khai thác trước khi xảy ra sự cố đầu tiên, thời gian khai thác an toàn... Nếu với một cách hiểu chung như vậy thì không thể đưa ra một PP định lượng để xác định tuổi thọ và tuổi thọ còn lại của công trình. Dưới đây là một số định nghĩa về tuổi thọ công trình theo độ tin cậy: 5 Định nghĩa thứ nhất: Tuổi thọ công trình là thời gian sử dụng bình thường của công trình trong các điều kiện về tải trọng và tác động nhất định đã quy định trước. Theo định nghĩa này thì có hai điểm đáng chú ý là, (1) Thế nào là sử dụng bình thường? Sử dụng bình thường là bảo đảm công năng của công trình ghi trong nhiệm vụ thiết kế, đó ch nh là các điều kiện trạng thái giới hạn; (2) Thế nào là tải trọng và tác động đã quy định? Khi thiết kế, nhà thiết kế đã chọn các tham số đầu vào về tải trọng tác động, về nhiệt độ, độ ẩm, mức độ sai lệch so với quy định đều được ghi rõ. Nghĩa là công trình được sử dụng trong điều kiện bình thường về tải trọng, gió bão, lũ lụt … nếu các điều kiện này xảy ra bất thường vượt quá quy định do nhà thiết kế đưa ra là bất thường, và công trình sẽ xảy ra mất an toàn. Vì thế mà phát sinh vấn đề xác định lại chất lượng công trình sau khi bị sự cố. Sau đây là một định nghĩa khác. Định nghĩa thứ hai: Tuổi thọ công trình là thời gian khai thác bình thường với mức độ an toàn quy định. Trong định nghĩa này cũng có hai điểm đáng chú ý là: (1) Thế nào là khai thác bình thường? Điều kiện khai thác thỏa mãn các điều kiện trạng thái giới hạn đã quy định khi thiết kế; (2) Thế nào là mức an toàn quy định? Độ tin cậy là chỉ tiêu an toàn tổng quát nhất, do đó mức độ an toàn quy định là đề cập đến một độ tin cậy nhất định. Do độ tin cậy thường giảm dần theo thời gian sử dụng (nếu không gia cố, sửa chữa), nên khi nó giảm đến mức nào đó thì coi là công trình hết tuổi thọ (dẫu chưa xảy ra sự cố).  Theo Bách khoa toàn thư mở Wikipedia [3] Tuổi thọ công trình là khái niệm chỉ thời gian công trình kiến trúc ở trong tình trạng chất lượng bảo đảm về công năng sử dụng, về sự bền vững và những yêu cầu về an toàn. Tuổi thọ CTXD thường được tính từ thời điểm công trình được đưa vào khai thác (sau khi hoàn tất việc xây dựng hay sau một sửa đổi lớn) cho tới khi chuyển sang trạng thái giới hạn. Tuổi thọ một công trình thường phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu xây dựng, thiết kế, kỹ thuật thi công...  Theo Luật [14] và Nghị định [15] Khoản 4 - Điều 80 và Điểm b - Khoản 2 - Điều 85 của Luật Xây dựng; và Khoản 15 - Điều 3 của Nghị định số 46/2015/NĐ-CP ngày 12/5/2015 của Chính phủ về quản lý chất lượng và bảo trì CTXD quy định tuổi thọ công trình do CĐT quyết định sau khi đã xác định nhiệm vụ thiết kế XDCT.  Theo Nghị định 46 [15] có nêu rõ một số định nghĩa về tuổi thọ công trình - Thời hạn sử dụng theo thiết kế của công trình (tuổi thọ thiết kế) là khoảng thời gian công trình được dự kiến sử dụng, đảm bảo yêu cầu về an toàn và công năng. Thời hạn sử dụng theo thiết kế của công trình được quy định trong quy chuẩn kỹ thuật, tiêu chuẩn áp dụng có liên quan, nhiệm vụ thiết kế XDCT. - Thời hạn sử dụng thực tế của công trình (tuổi thọ thực tế) là khoảng thời gian công trình được sử dụng thực tế, đảm bảo các yêu cầu về an toàn và công năng. 6 Như vậy trong nghiên cứu này, tuổi thọ cầu được xác định là tuổi thọ thiết kế, các NT ảnh hưởng đến tuổi thọ cầu là các NT làm giảm thời hạn khai thác sử dụng cầu theo thiết kế được quy định trong quy chuẩn kỹ thuật, tiêu chuẩn áp dụng có liên quan, nhiệm vụ thiết kế xây dựng cầu. 1.1.2 Những nguyên nhân tác động làm giảm tuổi thọ cầu Hiện nay, các CTGT tại Việt Nam đang được xây dựng với số lượng lớn nhằm đáp ứng kịp thời với nhịp độ phát triển của nền kinh tế. Do đo, chất lượng khai thác của công trình cũng phải được xem xét một cách thỏa đáng. Với nhu cầu thực tế hiện nay, các CTXD nói chung và công trình cầu nói riêng cần phải được theo dõi, đánh giá một cách liên tục. Sự theo dõi, quan sát kết cấu một cách liên tục và tự động có thể chỉ ra sự cần thiết phải sửa chữa, tăng cường hoặc thay thế tùy thuộc vào tình trạng sức khỏe của chúng. Mỗi kết cấu cầu trong thực tế thường có sự khác biệt rất lớn so với dự đoán trong giai đoạn thiết kế. Nó phụ thuộc vào rất nhiều NT bất định, kể cả NT nội tại và tác động bên ngoài. Một số NT phát sinh ngay trong quá trình TCXD làm cho các ứng xử về kết cấu khác với các ứng xử dự kiến hoặc được mô hình hóa trong bước thiết kế. Khi được đưa vào sử dụng, các kết cấu cầu còn chịu sự tác động trực tiếp của tải trọng xe cộ và các tác động khác của môi trường thiên nhiên như gió bão, lũ lụt, sự thay đổi thời tiết, biến đổi kh hậu, sự xâm thực của môi trường không kh , nước… thông thường các tác động này khá khác biệt và trong rất nhiều trường hợp không thể biết được nguyên nhân xuất hiện và cường độ của chúng. Trong suốt quá trình QLKT, một công trình cầu phải chịu nhiều NT tác động trực tiếp và gián tiếp, xuất phát từ nguyên nhân chủ quan và khách quan làm giảm tuổi thọ của cầu hoặc làm cho cầu có thể bị sụp đổ bất ngờ. Các NT này có liên quan đến nhiều giai đoạn trong vòng đời của một công trình cầu như: Giai đoạn KSTK; Giai đoạn TCXD & Giai đoạn QLKT. Các NT này có nguồn gốc từ nguyên nhân chủ quan do con người gây ra và/ hoặc có nguồn gốc từ tự nhiên. Có nhiều NT tác động làm giảm tuổi thọ cầu, một số NT ch nh như sau:  Nhóm các NT liên quan trong giai đoạn KSTK - Sai sót trong công tác khảo sát và cung cấp số liệu (địa hình, địa chất, địa chất - thủy văn...) cho thiết kế. - Các quy định về tải trọng chưa phù hợp, thống kê, t nh toán & dự đoán sai lưu lượng giao thông qua cầu. - Các quy định về vật liệu và lựa chọn vật liệu chưa phù hợp khi thiết kế cầu. - Lựa chọn tiêu chuẩn & điều kiện thiết kế chưa phù hợp. - Sai sót trong thiết kế: sai sót trong t nh toán số liệu khảo sát, số liệu thiết kế, sơ đồ kết cấu (chọn sai sơ đồ làm việc, t nh thiếu, t nh sai...), bản vẽ thiết kế sai sót.  Nhóm các NT liên quan trong giai đoạn TCXD 7 - Thi công không đảm bảo theo yêu cầu thiết kế (công tác bảo dưỡng bê tông kém, sử dụng vật liệu kém chất lượng hoặc không đúng quy định, công nghệ lạc hậu, thi công sai quy trình ...). - Giám sát và kiểm soát chất lượng thi công của các bên liên quan không tốt. - Đạo đức nghề nghiệp của các bên liên quan kém. - Các bên liên quan tham gia: thiếu trình độ chuyên môn và kinh nghiệm.  Nhóm các NT có liên quan trong giai đoạn QLKT  Các NT liên quan đến tự nhiên - Động đất, sóng thần. - Gió bão, lốc xoáy. - Lũ lụt, sự va đạp của đá rơi, cây trôi, lở đất. - Xói lở do sự bào mòn theo thời gian, thay đổi dòng chảy. - Địa chất – Nền móng (sự thay đổi địa chất theo thời gian). - Điều kiện môi trường (trong thời gian khai thác, tuổi thọ của cầu sẽ giảm do chịu tác động của các yếu tố môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm, nước, không kh ... ). - Sự xuất hiện của băng, tuyết.  Các NT liên quan đến con người - Sự va đập của các phương tiện giao thông (đường bộ, đường thủy...). - Sử dụng vượt tải trọng cho phép, lưu lượng qua cầu vượt khả năng thiết kế. - Xuống cấp (do hạn chế về kinh ph để duy tu bảo dưỡng, sửa chữa hoặc do công tác duy tu bảo dưỡng kém). - Cháy, nổ (hỏa hoạn). - Khủng bố (hành động có chủ ý phá hoại công trình). 1.1.3 Bảo trì CTXD và lợi ích của công tác bảo trì Bảo trì CTXD là tập hợp các hoạt động nhằm đảm bảo và duy trì sự làm việc bình thường, an toàn của công trình theo quy định của thiết kế trong quá trình khai thác sử dụng. Nội dung bảo trì CTXD có thể bao gồm một, một số hoặc toàn bộ các hoạt động như: kiểm tra, quan trắc, kiểm định chất lượng, bảo dưỡng và sửa chữa công trình nhưng không bao gồm các hoạt động làm thay đổi công năng, quy mô công trình. [15] Công tác bảo trì, đặc biệt là bảo trì phòng ngừa sẽ đem lại lợi ch rất lớn [7] - Đảm bảo sự vận hành an toàn do việc phát hiện sớm các dấu hiệu của sự cố do sự hư hỏng của một chi tiết nào đó. Qua các đợt đánh giá hiện trạng của chúng, ta có cơ hội nhìn nhận lại toàn bộ hệ thống trong môi trường làm việc thực để từ đó có thể bổ sung những chi tiết có độ tin cậy cao hơn; - Tăng cường hiệu quả vận hành vì các tham số liên quan tới vận hành thường xuyên được tham chiếu và phân t ch ảnh hưởng đồng thời có biện pháp khắc phục, loại bỏ các chi tiết nhờ đó loại bỏ được các sự cố không đáng có; - Hiệu quả bảo trì cao hơn do chọn được các dịch vụ bảo trì tốt hơn với đội ngũ chuyên gia có nghề nghiệp đồng thời tạo được sự năng động của mỗi người chủ tài