Giáo trình Quan trắc biến dạng công trình (Nghề: Trắc địa công trình - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Xây dựng

Chia sẻ: Lạc Vũ Chi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:58

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Quan trắc biến dạng công trình (Nghề: Trắc địa công trình - Cao đẳng) cung cấp cho học viên những kiến thức về: quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình; quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình; quan trắc chuyển dịch ngang công trình; quan trắc chuyển dịch nghiêng công trình;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Quan trắc biến dạng công trình (Nghề: Trắc địa công trình - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Xây dựng

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: QUAN TRĂC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH NGHỀ: TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Quảng Ninh, năm 20…..
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
BÀI 1. QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 1. Sự cần thiết đo đạc biến dạng công trình xây dựng 2. Phân loại chuyển dịch và biến dạng công trình Chuyển dịch: Là sự thay đổi vị trí của công trình trong không gian * Chuyển dịch thẳng đứng (trồi, lún): Là sự chuyển dịch trong mặt phẳng đứng có sự thay đổi vị trí về độ cao của công trình theo thời gian. * Chuyển dịch trong mặt phẳng nằm ngang: Là sự thay đổi vị trí về mặt bằng (x, y) của công trình theo thời gian. Biến dạng:.Là sự thay đổi hình dạng ban đầu của công trình theo thời gian, có các dạng biến dạng như: Vặn xoắn, cong vênh, rạn nứt… 3. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch và biến dạng công trình Các công trình bị chuyển dịch và biến dạng là do tác động chủ yếu của 2 loại yếu tố: 3.1. Điều kiện tự nhiên - Khả năng lún, trượt của lớp đất đá dưới nền móng công trình và các hiện tượng địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khác. - Sự co giãn của đất đá. - Sự thay đổi của điều kiện thuỷ văn theo nhiệt độ, độ ẩm và mực nước ngầm. 3.2. Quá trình xây dựng và vận hành công trình - Ảnh hưởng của trọng lượng bản thân công trình. - Sự thay đổi các tính chất cơ lý đất đá do việc quy hoạch cấp thoát nước. - Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn. - Sự suy yếu của nền móng công trình do thi công các công trình ngầm dưới công trình. - Sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình do xây dựng các công trình khác ở gần. - Sự rung động của nền móng công trình do vận hành máy móc và hoạt động của các phương tiện giao thông. 4. Mục đích và nhiệm vụ của quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình 4.1. Mục đích Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình là để xác định mức độ chuyển dịch và biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch và biến dạng, từ đó có biện pháp xử lý, để phòng tai biến đối với công trình. 4.2. Nhiệm vụ - Xác định giá trị chuyển dịch và biến dạng để đánh giá mức độ ổn định của công trình. 1
- Kiểm tra việc tính toán thiết kế công trình. - Nghiên cứu quy luật biến dạng trong những điều kiện khác nhau và dự toán biến dạng của công trình trong tương lai. - Xác định các loại biến dạng có ảnh hưởng đến quá trình công nghệ, vận hành công trình. 4.3. Nội dung bản đề cương (thiết kế kỹ thuật) quan trắc Để quan trắc chuyển dịch biến dạng một công trình, trước hết cần thiết kế phương án kinh tế- kỹ thuật bao gồm: - Nhiệm vụ kỹ thuật của công tác quan trắc. - Khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên, đặc điểm kết cấu và chế độ vận hành công trình. - Kết cấu và phân bố mốc quan trắc. - Thiết kế sơ đồ hệ thống lưới quan trắc. - Ước tính độ chính xác và các chỉ tiêu kỹ thuật quan trắc. - Thiết kế công tác đo đạc ngoại nghiệp và xử lý số liệu. - Tính toán tham số chuyển dịch và biến dạng công trình. - Phân tích, suy giải kết quả quan trắc. - Lập biểu đồ nhân lực, thời gian và tiến độ thi công phương án. - Dự toán kinh phí cho phương án. 5. Những quy định chung về đo độ lún và đo chuyển dịch công trình Việc đo độ lún, đo chuyển dịch nền nhà và công trình, cần được tiến hành theo một chương trình cụ thể nhằm các mục đích sau: - Xác định các giá trị độ lún, độ chuyển dịch tuyệt đối và tương đối của nền nhà và công trình so với các giá trị tính toán theo thiết kế của chúng; - Tìm ra những nguyên nhân gây ra lún, chuyển dịch và mức độ nguy hiểm của chúng đối với quá trình làm việc bình thường của nhà và công trình trên cơ sở đó đưa ra các giải pháp phù hợp nhằm phòng ngừa các sự cố có thể xảy ra; - Xác định các thông số đặc trưng cần thiết về độ ổn định của nền và công trình; - Làm chính xác thêm các số liệu đặc trưng cho tính chất cơ lý của nền đất; - Dùng làm số liệu kiểm tra các phương pháp tính toán, xác định các giá trị độ lún, độ chuyển dịch giới hạn cho phép đối với các loại nền đất và các công trình khác nhau. - Công việc đo độ lún và đo chuyển dịch nền móng của nhà và công trình được tiến hành trong thời gian xây dựng và sử dụng cho đến khi đạt được độ ổn định về độ lún và chuyển dịch. Việc đo chuyển dịch trong thời gian sử dụng 2
công trình còn được tiến hành khi phát hiện thấy công trình xuất hiện các vết nứt lớn hoặc có sự thay đổi rõ nét về điều kiện làm việc của nhà và công trình. - Trong quá trình đo chuyển dịch nhà và công trình cần phải xác định (độc lập hoặc đồng thời) các đại lượng sau: Chuyển dịch thẳng đứng (độ lún, độ võng, độ trồi); chuyển dịch ngang (độ chuyển dịch); độ nghiêng; vết nứt. - Việc đo độ lún và chuyển dịch công trình được tiến hành theo các trình tự sau: + Lập đề cương hoặc phương án kỹ thuật. + Lựa chọn thiết kế cấu tạo các loại mốc chuẩn và mốc quan trắc. + Phân bố vị trí đặt mốc cơ sở mặt bằng và độ cao. + Gắn các mốc đo lún hoặc đo chuyển dịch cho nhà và công trình. + Sử dụng máy đo các giá trị độ lún, độ chuyển dịch ngang và độ nghiêng. + Tính toán sử lý số liệu và phân tích kết quả đo. - Các phương pháp đo độ lún, đo chuyển dịch ngang và độ nghiêng nêu trong đề cương hoặc phương án kỹ thuật được chọn tuỳ thuộc vào yêu cầu độ chính xác của phép đo, đặc điểm cấu tạo của móng, đặc điểm về địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của đất nền, khả năng ứng dụng và hiệu quả kinh tế của phương pháp. Việc xác định sơ bộ độ chính xác đo độ lún, đo chuyển dịch ngang được thực hiện phù hợp với các giá trị độ lún và độ chuyển dịch ngang dự tính theo thiết kế được nêu ở bảng (4.1). Bảng 4.1. Sai số đo chuyển dịch đối với các giai đoạn xây dựng và sử dụng công trình Đơn vị tính bằng mm Giai đoạn sử dụng công Giá trị tính toán độ lún và Giai đoạn xây dựng trình độ chuyển dịch ngang dự Loại đất nền tính theo thiết kế Cát Đất sét Cát Đất sét < 50 1 1 1 1 50  100 2 1 1 1 100  250 5 2 1 2 250  500 10 5 2 5 > 500 15 10 5 10 Dựa trên cơ sở sai số cho phép đo chuyển dịch ở bảng (4.1) để xác định độ chính xác của các cấp đo; khi không có các số liệu dự tính theo thiết kế thì 3
việc lựa chọn các cấp đo dựa vào đặc điểm của nền đất và tầm quan trọng của công trình theo bảng (4.2). Bảng 4.2. Sai số giới hạn đo chuyển dịch và độ chính xác của các cấp đo Đơn vị tính bằng mm Độ chính xác Sai số đo chuyển dịch. của các cấp đo Độ lún Độ chuyển dịch ngang 1 1 2 2 2 5 3 5 10 Cấp 1: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và công trình được xây dựng trên nền đất cứng và nửa cứng (thời gian sử dụng trên 50 năm), các công trình quan trọng, các công trình có ý nghĩa đặc biệt. Cấp 2: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và công trình được xây dựng trên nền cát, đất sét và trên nền đất có tính biến dạng cao, các công trình được đo để xác định các nguyên nhân hư hỏng. Cấp 3: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và công trình được xây dựng trên nền đất đắp, nền đất yếu và trên nền đất bị nén mạnh. 6. Quan trắc chuyển dịch công trình bằng phương pháp trắc địa H P1’ P1 X P2 P2’ QY P1’’ Q QX P2’’ O Y Hình 4.1. Chuyển dịch công trình Nếu ở thời điểm T1 công trình có vị trí P1, ở thời điểm T2 công trình có vị trí P2, khi đó vector P1P2 thể hiện chuyển dịch công trình trong không gian (hình 4.1). Thông thường vector P1P2 được phân tích từ 2 thành phần: - Theo phương thẳng đứng thu được đoạn S = P1’P2’, thể hiện độ lún công trình. - Theo mặt phẳng ngang thu được đoạn Q= P1’’P2’’, thể hiện chuyển dịch ngang công trình, chuyển dịch ngang lại được phân tích theo 2 trục tọa độ để xác 4
định được chuyển dịch theo hướng trục OX (Q X) và chuyển dịch theo hướng trục OY (QY). Sau đây sẽ đi tìm hiểu cụ thể về các phương pháp quan trắc chuyển dịch đó. 5
BÀI 2. QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH THẲNG ĐỨNG CÔNG TRÌNH 1. Nguyên lý quan trắc lún công trình Do điều kiện địa chất dưới nền móng công trình thường không đồng nhất, công trình có kết cấu phức tạp, tải trọng không đều nên độ lún ở các vị trí khác nhau cũng có thể khác nhau. Để xác định được giá trị lún tuyệt đối tại từng vị trí và các tham số lún chung của công trình, các công tác quan trắc lún bằng phương pháp trắc địa được thực hiện trên cơ sở các nguyên tắc sau: - Độ lún công trình dược xác định thông qua các mốc lún (mốc quan trắc) gắn tại những vị trí chịu lực của đối tượng quan trắc. Số lượng mốc lún lắp đặt tại mỗi công trình phụ thuộc vào đặc điểm điều kiện nền móng, kết cấu, quy mô, kích thước của công trình đó. Độ lún của các mốc quan trắc đặc trưng chi độ lún công trình ở vị trí mà mốc được gắn. - Phương pháp quan trắc độ lún thông dụng là đo cao chính xác trong mỗi chu kỳ để xác định độ cao của các mốc quan trắc tại thời điểm đo, độ lún được tính là hiệu độ cao tại thời điểm quan trắc so với độ cao ở chu kỳ được chọn làm mức so sánh (chu kỳ cơ sở): S = H(j) - H(i) (4.1) Trong đó H(j), H(i) là độ cao đo được ở chu kỳ thứ j và thứ i của điểm quan trắc. Như vậy, nếu S < 0 thì công trình bị lún, nếu S > 0 thì công trình bị trồi lên phía trên. Độ cao của mốc lún ở các chu kỳ khác nhau phải được xác định trong cùng một hệ độ cao duy nhất, có thể là hệ độ cao Quốc gia hoặc hệ độ cao giả định. Nhưng yêu cầu bắt buộc là các mốc cơ sở phải có tính ổn định trong suốt thời kỳ theo dõi độ lún công trình. 2. Thiết kế hệ thống lưới quan trắc độ lún Để đảm bảo tính chặt chẽ và độ chính xác cần thiết cho việc xác định độ cao, cần thành lập một mạng lưới liên kết các mốc lún và mốc cơ sở trong một hệ thống thống nhất. Như vậy, mạng lưới độ cao trong đo lún công trình có cấu trúc là hệ thống với ít nhất gồm 2 bậc lưới: Bậc lưới cơ sở và bậc lưới quan trắc. * Lưới độ cao cơ sở có tác dụng xác định một hệ độ cao ổn định, thống nhất để thực hiện đo nối độ cao đến các điểm quan trắc gắn trên thân công trình trong suốt thời gian theo dõi độ lún. Yêu cầu cơ bản được đặt ra đối với lưới độ cao cơ sở là: Các điểm mốc phải ổn định, có độ cao được đo nối liên kết với nhau tạo thành một mạng lưới chặt chẽ với độ chính xác cao và được kiểm tra thường xuyên trong mỗi chu kỳ quan trắc. * Lưới quan trắc: Được thành lập bằng cách đo nối liên kết các điểm quan trắc gắn trên công trình, toàn bộ bậc lưới này được đo nối với các mốc của lưới độ cao cơ sở. Khi thiết kế lưới quan trắc nên tạo thành vòng khép để đảm bảo độ vững chắc đồ hình lưới và có điều kiện kiểm tra sai số khép tuyến trong quá trình đo đạc ở ngoài thực địa. 6
2.1. Thiết kế lưới độ cao cơ sở Lưới độ cao cơ sở bao gồm các tuyến đo chênh cao liên kết toàn bộ điểm mốc trong lưới. Mạng lưới này được thành lập và đo lại trong từng chu kỳ quan trắc nhằm 2 mục đích: - Kiểm tra, đánh giá độ ổn định của các điểm mốc. - Xác định hệ thống độ cao cơ sở thống nhất trong tất cả các chu kỳ đo. Thông thường, sơ đồ lưới được thiết kế trên bản vẽ mặt bằng công trình sau khi đã khảo sát, chọn vị trí đặt mốc khống chế ở thực địa. Cần phải lựa chọn cẩn thận vị trí đặt và kết cấu mốc để bảo toàn lâu dài, thuận lợi cho việc đo nối đến công trình, đặc biệt cần chú ý bảo đảm sự ổn định của mốc trong suốt quá trình quan trắc. Các mốc cơ sở được đặt tại những vị trí bên ngoài phạm vi ảnh hưởng lún của công trình (cách không dưới 1,5 lần chiều cao công trình quan trắc), tuy nhiên cũng không nên đặt mốc ở quá xa đối tượng quan trắc nhằm hạn chế ảnh hưởng tích lũy của sai số đo nối độ cao. Để có điều kiện kiểm tra, nâng cao độ tin cậy của lưới cơ sở thì đối với mỗi công trình quan trắc cần xây dựng không dưới 3 mốc độ cao. Hệ thống mốc cơ sở có thể được phân bố thành từng cụm (hình 4.2), các mốc trong cụm cách nhau khoảng 15-50m có thể đo nối được từ một trạm đo. Hình 4.2. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở dạng cụm Cách phân bố thứ 2 là đặt mốc rải đều xung quanh công trình (hình 4.3) Trên sơ đồ thiết kế ghi rõ tên mốc, vạch các tuyến đo và ghi rõ số lượng trạm đo hoặc chiều dài đường đo (dự kiến) trong mỗi tuyến, trong điều kiện cho phép cần cố gắng tạo các vòng khép kín để có điều kiện kiểm tra chất lượng đo chênh cao, đồng thời bảo đảm tính chặt chẽ của toàn bộ mạng lưới. Để xác định cấp hạng đo và các chỉ tiêu hạn sai, cần thực hiện ước tính lưới để xác định sai số đo chênh cao trên một trạm hoặc 1km chiều dài tuyến đo. So sánh số liệu này với chỉ tiêu đưa ra trong quy phạm để xác định cấp hạng đo cần thiết. Thực tế quan trắc độ lún tại nhiều công trình ở Việt Nam và các nước khác cho thấy, lưới khống chế cơ sở thường có độ chính xác tương đương thủy chuẩn hạng I hoặc II Nhà nước. 7
Hình 4.3. Sơ đồ lưới khống chế rải đều xung quanh 2.2. Thiết kế lưới quan trắc Các mốc quan trắc được đặt ở những vị trí đặc trưng cho quá trình lún của công trình và phân phối đều khắp mặt công trình. Mốc được đặt ở vị trí tiếp giáp của các khối kết cấu, bên cạnh khe lún, tại những nới áp lực động lớn, những khu vực có điều kiện địa chất công trình kém ổn định. Nên bố trí các mốc lún ở gần cùng độ cao để thuận lợi cho việc đo và hạn chế ảnh hưởng của một số nguồn sai số trong quá trình thi công lưới. Số lượng và sơ đồ phân bố mốc lún được thiết kế cho từng công trình cụ thể, mật độ điểm mốc phải đủ để xác định được các tham số đặc trưng cho quá trình lún của công trình. Đối với các tòa nhà có kết cấu móng băng, tường chịu lực: Mốc đặt theo chu vi tại vị trí giao của các tường ngang và dọc, qua 10- 15m đặt 1 mốc. Đối với nhà dân dụng công nghiệp kết cấu cột, mốc lún đặt trên các cột chịu lực với mật độ không dưới 3 mốc trên mỗi hướng trục (ngang hoặc dọc). Đối với nhà lắp ghép, mốc lún được đặt theo chu vi tại các vị trí trục nhà với mật độ độ 6 - 8m một mốc. Với công trình có kết cấu móng cọc, mốc được đặt dọc theo trục công trình với mật độ không quá 15m. Trên hình (4.4) đưa ra sơ đồ Hình 4.4. Bố trí mốc quan trắc tại phân bố mốc lún để quan trắc nhà dân công trình dân dụng dụng. Đối với công trình dạng tháp (silô, tháp truyền thanh truyền hình, ống khói....): Mốc được bố trí đều quanh chân đế công trình, số lượng tối thiểu là 4 mốc (hình 4.5) Lưới quan trắc là mạng lưới độ cao liên kết giữa các điểm lún gắn trên công trình và đo nối với hệ thống điểm mốc lưới khống chế cơ sở. Các tuyến đo cần được lựa chọn cẩn thận, bảo đảm sự thông hướng tốt, tạo Hình 4.5. Bố trí mốc 8 quan trắc tại công trình tháp
nhiều vòng khép, các tuyến đo nối với lưới khống chế được bố trí đều quanh công trình. Đặc biệt cố gắng đạt được sự ổn định của sơ dồ lưới trong tất cả mọi chu kỳ quan trắc. Trên hình (4.6) nêu ví dụ về một lưới quan trắc lún công trình dân dụng với 18 mốc lún gắn trên công trình và 4 mốc khống chế cơ sở (ký hệu từ Rp1 đến Rp4) được thiết kế đặt xung quanh đối tượng quan trắc. Hình 4.6. Sơ đồ lưới quan trắc 2.3. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc lún 2.3.1. Độ chính xác quan trắc phụ thuộc chủ yếu vào: - Tính chất cơ lý của nền công trình. - Quy mô của công trình xây dựng. - Vật liệu xây dựng công trình. - Tốc độ chuyển dịch công trình: Đây là yếu tố chủ yếu. - Mục đích xây dựng công trình. * Xác định độ chính xác: Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún được xác định bằng biểu thức: S ti − S t ( i −1) m Sti = (4.2)  Trong đó: Sti, St(i-1) là giá trị lún dự báo ứng với 2 thời điểm: ti và t(i-1)  là hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc (thông thường  = 4- 6) Đo lún được tiến hành nhiều lần, mỗi lần đo gọi là một chu kỳ. Thời gian tiến hành các chu kỳ đo được xác định trong khi thiết kế kỹ thuật quan trắc lún. Chu kỳ quan trắc phải được tính toán sao cho kết quả quan trắc phản ánh được thực chất quá trình lún của công trình. 2.3.2. Chu kỳ quan trắc Có thể phân các chu kỳ quan trắc trong ba giai đoạn: 9
* Giai đoạn thi công: - Chu kỳ quan trắc đầu tiên là chu kỳ 0 được tiến hành ngay sau khi xây xong phần móng công trình. - Các chu kỳ tiếp theo được ấn định tùy thuộc vào tiến độ xây dựng và mức tăng tải trọng của công trình. Thường thực hiện các chu kỳ quan trắc lúc công trình xây dựng đạt 25%, 50%, 75%, 100% tải trọng của bản thân nó. Đối với những công trình quan trọng có điều kiện địa chất đặc biệt, có thể tăng thêm chu kỳ quan trắc. * Giai đoạn đầu vận hành công trình: Các chu kỳ quan trắc tuỳ thuộc vào tốc độ lún trồi của công trình, đặc điểm vận hành của công trình. Thời gian đo giữa hai chu kỳ trong giai đoạn này có thể chọn từ 2 đến 6 tháng. * Giai đoạn công trình đi vào ổn định: Thời gian giữa hai chu kỳ kế tiếp thường thưa hơn có thể 6 tháng đến 1 năm hoặc 2 năm. Trong một số trường hợp đặc biệt khi xuất hiện yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của công trình, cần thực hiện những chu kỳ quan trắc đột xuất. 4. Kết cấu mốc quan trắc lún Trong quan trắc lún công trình, có 2 loại mốc chủ yếu là mốc khống chế (mốc cơ sở) và mốc quan trắc (mốc lún). Đối với các công trình lớn, phức tạp có thể đặt các mốc chuyển tiếp gần đối tượng quan trắc. Mốc khống chế được sử dụng để xác định hệ độ cao cơ sở trong suốt quá trình quan trắc, do đó yêu cầu cơ bản đối với các môc cơ sở là phải ổn đinh, không bị trồi lún hoặc chuyển dịch. Vì vậy, mốc khống chế phải có kết cấu thích hợp, được đặt ở ngoài phạm vi ảnh hưởng của chuyển dịch công trình hoặc đặt ở tầng đất cứng. Mốc quan trắc được gắn cố định vào công trình tại các vị trí đặc trưng cho quá trình lún và cùng trồi lún cùng công trình. 4.1. Mốc khống chế cơ sở Tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xác đo lún và điều kiện địa chất nền xung quanh khu vực đối tượng quan trắc, mốc cơ sở dùng cho đo lún có thể được thiết kế theo một trong ba loại mốc: Mốc chôn sâu, mốc chôn nông, mốc gắn tường hoặc gắn nền. Xây dựng hệ thống mốc cơ sở có đủ độ ổn định cần thiết trong quan trắc độ lún cũng như chuyển dịch ngang công trình là công việc phức tạp, có ý nghĩa quyết định đến chất lượng và độ tin cậy của kết quả cuối cùng. a. Mốc chôn sâu Mốc chôn sâu có thể được đặt gần đối tượng quan trắc, nhưng mốc phải đạt được độ sâu ở dưới giới hạn lún của lớp đất nền công trình, tốt nhất là đến tầng đá gốc, tuy vậy trong nhiều trường hợp thực tế có thể đặt mốc đến tầng đất cứng là đạt yêu cầu. Điều kiện bắt buộc đối với mốc chôn sâu là phải có độ cao ổn định trong suốt quá trình quan trắc. Để bảo đảm yêu cầu trên cần có biện 10
pháp tính số hiệu chỉnh dãn nở lõi mốc do thay đổi nhiệt độ, nếu lõi mốc được căng bằng lực kéo thì phải tính đến cả số hiệu chỉnh đàn hồi mốc. Trong thực tế sản xuất thường sử dụng 2 kiểu kết cấu mốc chôn sau điển hình là mốc chôn sâu lõi đơn và mốc chôn sâu lõi kép. * Mốc chôn sâu lõi đơn Mốc chôn sâu lõi đơn có kết cấu gồm các bộ phận chủ yếu như sau (hình 4.7): Ống bảo vệ (1) được đặt trong lỗ khoan đến tầng đá hoặc đất ổn định (2), lõi mốc (3) bằng hợp kim (thường là bằng hợp kim thép- invar hoặc kim loại với hệ số dãn nở nhiệt nhỏ) được đặt trong ống bảo vệ, phần dưới đáy ống được đổ bê tông, lõi mốc được giữ cách ly với thành ống thông qua lớp đệm từ các miếng xốp (4). Ở phía trên đỉnh lõi mốc được gia cố đầu mốc hình chỏm cầu (5), với nắp bảo vệ (6), xung quanh đầu mốc xây dựng hố bảo vệ (7). Do có sự dãn nở chiều dài lõi mốc theo nhiệt độ nên trong mỗi chu kỳ quan trắc cần tính số hiệu chỉnh vào độ cao mốc theo công thức: L =  .L. ( t = to ) (4.3) Hình 4.7. Kết cấu mốc chôn sâu lõi đơn Nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng đến độ chính xác xác định số hiệu chỉnh chiều dài của mốc (lõi kim loại) là sai số đo nhiệt độ. Để hiệu chỉnh độ cao của mốc do ảnh hưởng của nhiệt độ cần dùng nhiệt kế đặc biệt để đo nhiệt độ ở nhiều vị trí khác nhau trong lỗ khoan và tính nhiệt độ trung bình của thân mốc. Trong bảng (4.3) đưa ra thông tin về hệ số dãn nở nhiệt của một số kim loại thường được sử dụng để gia công lõi mốc. Bảng 4.3. Hệ số dãn nở nhiệt của một số kim loại (10-5) 11
Kim loại Thép Nikel Platin Đồng Latul  1.25 1.25 0.89 1.80 1.87 Hợp kim invar có hệ số dãn nở nhiệt tương đối nhỏ (cỡ 10 -6), tuy nhiên ở Việt Nam vật liệu này hiếm và ít được sử dụng để làm lõi mốc độ cao. Nhược điểm chủ yếu của mốc chôn sâu lõi đơn là ở việc đo nhiệt độ trong thân mốc, vấn đề xác định chính xác nhiêt độ trung bình trong thân mốc là phức tạp và đòi hỏi phải có loại nhiệt kế chuyên dùng. Nhược điểm trên có thể khắc phục được bằng cách sử dụng mốc chôn sâu 2 lõi (mốc chôn sâu lõi kép). * Mốc chôn sâu lõi kép Về cách thức cấu tạo, mốc chôn sâu lõi kép có kết cấu gần giống với mốc lõi đơn, điểm khác biệt duy nhất là mốc chôn sâu có 2 lõi: Một lõi chính và một lõi phụ với hệ số dãn nở nhiệt khác nhau là c và p (hình 4.8). Kết cấu mốc 2 lõi cho phép xác định số hiệu chỉnh vào chiều dài mốc mà không cần phải đo nhiệt độ trong ống thân mốc. Cơ chế hoạt động của mốc chôn sâu lõi kép như sau: Hình 4.8. Kết cấu mốc chôn sâu lõi kép Khi nhiệt độ trung bình trong thân mốc là t, chênh lệch nhiệt độ của thân mốc so với nhiệt độ ở thời điểm kiểm nghiệm là ∆t, dẫn đến độ dãn nở của 2 lõi chính và lõi phụ là: LC = LC t. C  (4.4)  LP = LP t. P 12
Hiệu số dãn nở giữa lói phụ và lõi chính được xác định theo công thức:  = LP − LC = L.t ( P −  C ) Từ đó tính được nhiệt độ ∆t ở thời điểm đo:  t = = K . (4.5) L ( P −  C ) Trong công thức (5.5) hệ số K được tính theo công thức: C K= (4.6)  P − C Có thể gia công sao cho chiều dài lõi mốc chính và mốc phụ bằng nhau (LC= LP = L), khi đó hiệu độ dãn nở giữa 2 lõi chính và lõi phụ ∆ được đo trực tiếp tại thời điểm quan trắc, bằng cách đo chênh cao giữa 2 đầu mốc của các lõi. Mốc chôn sâu có độ ổn định cao, có thể đặt ở gần công trình, tuy nhiên thi công loại mốc này tương đối phức tạp và đòi hỏi nhiều chi phí. b. Mốc chôn nông và mốc gắn tường Trong trường hợp đo lún với yêu cầu độ chính xác tương đương với đo cao hạng II, III có thể sử dụng loại mốc chôn nông hoặc mốc gắn tường, gắn nền làm mốc cở sở. Các mốc chôn nông được đặt ở ngoài phạm vi lún của đối tượng quan trắc (cách ít nhất 1,5 lần chiều cao công trình), mốc gắn tường được đặt ở chân cột hoặc chân tường, mốc gắn nền được đặt ở nền của những công trình đã ổn định, không bị lún. Trong khả năng cho phép cố gắng bố trí mốc cơ sở cách đối tượng quan trắc không quá xa để hạn chế ảnh hưởng sai số chuyền độ cao đến các mốc lún gắn trên công trình. Do khả năng ổn định của các mốc chôn nông là không cao nên các mốc loại này được đặt thành từng cụm, mỗi cụm có không dưới 3 mốc. Trong từng chu kỳ quan trắc thực hiện đo kiểm tra giữa các mốc trong cụm và giữa các cụm mốc nhằm mục đích để phân tích, xác định các mốc ổn định nhất làm cơ sở độ cao cho toàn công trình. Trên hình (4.9) nêu sơ đồ kết cấu của một loại mốc chôn nông được sử dụng rộng rãi trong sản xuất. 13 Hình 4.9. Mốc chôn nông dạng ống
4.2. Kết cấu mốc lún (mốc quan trắc) Mốc lún thường có 2 loại: Mốc gắn tường được sử dụng để lắp vào tường hoặc cột công trình và mốc gắn nền. Kết cấu đơn giản của mốc lún dạng gắn cố định lên đối tượng quan trắc là một đoạn thép dài khoảng 15cm hoặc 5- 6cm tùy thuộc vào chiều dày tường (hoặc cột) mà mốc được gắn trên đó. Để tăng tính thẩm mỹ, loại mốc này thường được gia công từ đoạn thép tròn, một phần gắn vào tường, phần nhô ta được gia công hình chỏm cầu để thuận tiện đặt mia khi thực hiện quan trắc (hình 4.10a). Mốc gắn tường loại chìm được kết cấu gồm 2 phần: Một ống trụ rống chôn cố định chìm trong tường và bộ phận đàu đo rời có thể tháo lắp được, trên hình (4.10b) đưa ra sơ đồ kết cấu một loại mốc chìm do giáo sư Piscunov (CHLB Nga) đề xuất thiết kế. Hình 4.10. Mốc gắn tường (a) Loại cố định (b) Loại chìm Các mốc lún đặt ở nền móng công trình gồm 2 loại chính: Một thanh kim loại dài khoảng 60- 100mm, phía trên có chỏm cầu bằng kim loại không rỉ, đường kính 20- 30mm. Mốc có thể được đặt trong ống bảo vệ (đường kính 100mm), trên có lắp đậy (hình 4.11). 14