Giáo trình Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình" cung cấp cho học viên những kiến thức về: khái niệm chung chuyển dịch và biến dạng công trình; quan trắc độ lún công trình; quan trắc chuyển dịch ngang công trình; quan trắc độ 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 chuyển dịch biến dạng công trình - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH ------------------- Chủ biên: ThS. Nguyễn Thị Mai Anh GIÁO TRÌNH QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Quảng Ninh -1-
MỞ ĐẦU Trắc địa công trình là một chuyên ngành chủ yếu trong ngành trắc địa. Nó nghiên cứu các phương pháp trắc địa, các loại máy móc chuyên dùng để giải quyết các yêu cầu trong xây dựng công trình. Các công trình xây dựng ở các giai đoạn khác nhau từ giai đoạn thi công đến giai đoạn vận hành, sử dụng công trình, do nhiều nguyên nhân khác nhau đã chịu tác động của các lực từ bên trong và từ bên ngoài, làm cho các công trình chuyển dịch. Các hiện tượng này có thể diễn ra từ từ, song cũng có thể xảy ra đột biến gây thảm họa cho con người. Do vậy, nhiệm vụ quan trắc chuyển dịch biến dạng các công trình là một trong những nhiệm vụ quan trọng của ngành trắc địa công trình. Hiện nay nhờ các phương tiện đo đạc có tính ưu việt như máy toàn đạc điện tử, công nghệ GPS,...mà công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình ngày càng đạt được kết quả chính xác và tin cậy. Thêm vào đó, công nghệ thông tin là phương tiện quan trọng trợ giúp cho công tác xử lý số liệu quan trắc. Với dãy số liệu đủ lớn, được xử lý chặt chẽ, hợp lý sẽ cung cấp cho chúng ta khả năng dự báo các chuyển dịch có thể xảy ra. Đây là công việc khá phức tạp, song cũng có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc phòng tránh và giảm thiểu các tổn thất. Môn học bao gồm 4 chương: - Chương 1: Những vấn đề chung - Chương 2: Quan trắc độ lún công trình - Chương 3: Quan trắc chuyển dịch ngang công trình - Chương 4: Quan trắc độ nghiêng công trình -2-
Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 1.1.1. Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình Chuyển dịch công trình được định nghĩa là sự thay đổi vị trí công trình trong không gian so với vị trí ban đầu của nó, có thể chia chuyển dịch công trình thành hai loại: - Chuyển dịch thẳng đứng: là sự thay đổi vị trí công trình trong mặt phẳng thẳng đứng. Trong thực tế, để đơn giản và tiện lợi người ta quen gọi chuyển dịch thẳng đứng hay sự trồi lún của công trình là độ lún, kí hiệu bằng chữ S. Giá trị S mang dấu dương (+) nếu công trình bị trồi hoặc mang dấu âm (-) nếu công trình bị lún xuống. - Chuyển dịch ngang: là sự thay đổi vị trí công trình trong mặt phẳng nằm ngang. Chuyển dịch ngang có thể diễn ra theo một hướng xác định (hướng chịu áp lực lớn nhất) hoặc theo hướng bất kỳ, ký hiệu là Q. Biến dạng công trình là sự thay đổi hình dạng và kích thước công trình so với trạng thái ban đầu của nó. Biến dạng công trình là hậu quả tất yếu của sự chuyển dịch không đều của công trình. Các biến dạng thường gặp là cong, vặn xoắn, rạn nứt. Nếu công trình bị biến dạng nghiêm trọng thì có thể dẫn đến sự cố. Chuyển dịch và biến dạng công trình thường diễn ra phức tạp theo thời gian và được nghiên cứu bằng nhiều biện pháp khác nhau, trong đó có phương pháp quan trắc bằng các phương pháp trắc địa. 1.1.2. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình Các công trình bị chuyển dịch biến dạng là do tác động của hai yếu tố chủ yếu, đó là điều kiện tự nhiên và quá trình xây dựng, vận hành công trình. * Tác động của các yếu tố tự nhiên bao gồm: - Khả năng lún, trượt của lớp đất đá dưới nền móng công trình và các hiện tượng địa chất công trình, địa chất thủy văn khác. - Sự co giãn của đất đá. - Sự thay đổi của các điều kiện thủy văn theo nhiệt độ, độ ẩm và mực nước ngầm. * Tác động của các yếu tố liên quan đến quá trình xây dựng, vận hành công trình bao gồm: - 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 thủy văn. - Sự suy yếu của nền móng công trình do thi công các công trình ngầm dưới công trình. -3-
- Sự thay đổi áp lực nên 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. 1.1.3. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là để xác định mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân gây chuyển dịch biến dạng và từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng những tai biến đối với công trình. Cụ thể là: - Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng để đánh giá mức độ ổn định của công trình; - Kiểm tra việc tính toán thiết kế công trình; - Nghiên cứu quy luật biến dạng trong các điều kiện khác nhau và dự đoán 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. 1.1.4. Nội dung bản đề cương quan trắc Bản đề cương quan trắc hay còn gọi là phương án kinh tế - kỹ thuật được thiết kế tùy thuộc vào tầm quan trọng của công trình, điều kiện địa chất công trình của khu vực xây dựng, các đối tượng đo và đảm bảo các nội dung sau: - Phần giới thiệu chung: Giới thiệu mục đích, ý nghĩa, nhiệm vụ và yêu cầu của công tác quan trắc; giới thiệu các đặc điểm hiên trạng của công trình trong thời gian đang thi công, trong thời gian vận hành và các đặc điểm khác có liên quan đến công trình quan trắc. - Thiết kế hệ thống mốc đo. - Thiết kế sơ đồ đo và đánh giá độ chính xác của phương án thiết kế, xác lập cấp đo, chu kì đo. - Các phương pháp đo và quy trình đo. - Chọn máy, dụng cụ đo và tiến hành các yêu cầu kiểm nghiệm. - Các quy định cụ thể khi đo đạc, yêu cầu kiểm tra kết quả đo tại hiện trường. - Phương pháp xử lý số liệu đo. - Phương pháp tính toán các thông số biến dạng. - Phân tích đánh giá độ ổn định của các mốc chuẩn. - Lập hồ sơ báo cáo. - Các vấn đề về vật tư, kinh phí, nhân lực, an toàn lao động và các vấn đề khác. Trong quá trình thi công nếu có thay đổi về phương án kỹ thuật hoặc đề cương kỹ thuật cần phải có văn bản cụ thể kèm theo thiết kế bổ sung. -4-
1.2. NGUYÊN TẮC CHUNG THỰC HIỆN QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH Việc quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình được thực hiện dựa trên các nguyên tắc sau đây: - Mục đích cuối cùng của bất kỳ phép đo đạc nào cũng để xác định tọa độ không gian (X, Y, H) của một điểm trong một hệ tọa độ nào đó. Quan trắc khác với đo đạc ở chỗ ngoài xác định 3 tham số không gian của điểm còn phải xác định thêm thông số thời gian t. Điều đó có nghĩa là để xác định chuyển dịch biến dạng công trình cần đo đạc ở nhiều thời điểm, so sánh để tìm ra chuyển dịch. Mỗi thời điểm đo đạc gọi là một chu kỳ. Lần đo đạc đầu tiên gọi là chu kỳ 0. - Chuyển dịch và biến dạng công trình được so sánh tương đối với một "đối tượng" khác được xem là ổn định. Đối tượng được xem là ổn định trong quan trắc có thể là công trình liền kề ổn định hoặc các mốc khống chế có độ ổn định rất cao. - Trên thực tế, chuyển dịch biến dạng công trình thường có giá trị nhỏ và diễn ra âm thầm theo thời gian. Vì vậy, để có thể phát hiện được chuyển dịch biến dạng cần phải sử dụng các phương pháp và phương tiện thiết bị có độ chính xác cao để tiến hành quan trắc. - Trong mỗi chu kỳ quan trắc, việc tính toán bình sai lưới phải được thực hiện trong cùng một hệ thống tọa độ hoặc độ cao đã chọn ngay từ chu kỳ đầu tiên. Chỉ bình sai lưới quan trắc trong hệ thống các điểm cơ sở ổn định sau khi đã tiến hành phân tích đánh giá độ ổn định các điểm lưới khống chế cơ sở. 1.3. YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ CHU KỲ QUAN TRẮC 1.3.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc Việc xác lập hợp lý độ chính xác quan trắc mang ý nghĩa kỹ thuật. Nếu chuyển dịch của công trình diễn ra chậm chạp (tức tốc độ chuyển dịch nhỏ) mà quan trắc với độ chính xác thấp thì sẽ không phát hiện được chuyển dịch vì sai số đo có khi còn lớn hơn giá trị chuyển dịch. Ngược lại, nếu chuyển dịch của công trình xảy ra nhanh thì vẫn có thể phát hiện được chuyển dịch của công trình ngay cả khi quan trắc với độ chính xác thấp. Tuy nhiên xảy ra một mâu thuẫn đó là chỉ khi quan trắc được một số chu kỳ mới biết được tốc độ chuyển dịch của công trình, từ đó mới đưa ra độ chính xác quan trắc hợp lý. Trong khi đó, độ chính xác cần thiết quan trắc lại được đề ra ngay từ khi lập đề cương quan trắc. Vì vậy, cần đưa ra yêu cầu độ chính xác theo hai giai đoạn: Giai đoạn đầu của quá trình xây dựng và giai đoạn khai thác sử dụng và vận hành công trình. 1.3.1.1. Giai đoạn đầu của quá trình xây dựng Trong giai đoạn này, yêu cầu độ chính xác độ lún công trình chủ yếu phụ thuộc vào tính chất cơ lý đá dưới nền móng công trình và phụ thuộc vào đặc -5-
điểm kết cấu, vận hành công trình. Theo đó, độ chính xác quan trắc chuyển dịch các công trình công nghiệp và dân dụng được quy định trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún và chuyển dịch ngang CT Loại nền nhà và công trình SSTP cho phép (mm) Nhà và công trình xây dựng trên nền đá gốc và nửa đá gốc 1 Nhà và công trình xây dựng trên nền đất cát, đất sét và các loại đất 3 chịu nén khác Các loại đập, đất đá chịu áp lực cao 5 Các loại công trình xây dựng trên nền đất đắp, đất bùn chịu nén kém  10 Các loại công trình bằng đất đắp  15 1.3.1.2. Giai đoạn khai thác sử dụng và vận hành công trình Trong giai đoạn này thường đã quan trắc được một số chu kỳ, vì vậy có thể biết được quy luật chuyển dịch của công trình. Dựa vào giá trị chuyển dịch dự báo có thể xác định độ chính xác quan trắc lún được xác định theo biểu thức: S ti − S t (i −1) mS .ti = (1.1)  trong đó: mS.ti là yêu cầu độ chính xác ở thời điểm ti Sti, St(i-1) là độ lún (dự báo) ở thời điểm ti, ti-1  là hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc, thông thường  = 4  6 1.3.2. Chu kỳ quan trắc Khoảng thời gian t giữa hai chu kỳ quan trắc biến dạng mang ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật. Nếu chuyển dịch công trình diễn ra chậm mà thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc ngắn (chu kỳ đo nhiều) thì khó phát hiện được chuyển dịch, đồng thời lãng phí thời gian và công sức. Ngược lại, nếu chuyển dịch của công trình diễn ra nhanh mà thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc quá dài sẽ rất nguy hiểm, vì khi đó công trình có thể đã bị biến dạng hoặc bị phá hủy. 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 phải phản ánh được thực chất quá trình lún của công trình. Tham số quan trọng nhất đóng vai trò quyết định việc chọn chu kỳ đo lún là tốc độ lún của công trình. Một cách sơ lược chúng ta nhận thấy là: Tốc độ lún càng lớn thì chu kỳ quan trắc càng dày và ngược lại, tốc độ lún càng nhỉ thì có -6-
thể chọn chu kỳ quan trắc thưa hơn. Ngoài ra, chu kỳ quan trắc còn phải phụ thuộc cả vào độ chính xác mà chúng ta có thể thực hiện được. Giả sử S là độ lún của một mốc nào đó trong lưới đo lún và mS là sai số xác định độ lún. Theo lý thuyết sai số thì độ lún S được xác định với độ tin cậy S xấp xỉ 99% khi thỏa mãn bất đẳng thức: mS  (1.2) 2.5 Kí hiệu t là chu kỳ quan trắc, ta có: S = v.t (1.3) v.t Do đó: mS  (1.4) 2.5 Vì: S = Hk - Hi nên: mS = mH2 k + mH2 i (1.5) trong đó: Hk và Hi là độ cao của mốc đo lún trong chu kỳ thứ k và thứ i mHk, mHi là sai số độ cao của mốc đo lún trong chu kỳ k và i. Vì các chu kỳ đo lún được đo bằng cùng một loại máy, theo cùng một sơ đồ đo và gần như trong cùng một điều kiện như nhau. Do đó ta có thể coi: mHk = mHi = mH nên: mS = mH. 2 v.t vì vậy: mH . 2  (1.6) 2.5 2.5.mH 2 3.5.mH Hay: t  = (1.7) v v Như vậy, để ước tính chu kỳ quan trắc hợp lý cần phải có hai tham số chủ yếu là là (mH) và (v). Giá trị mH nên chọn là sai số trung phương điểm yếu nhất trong lưới, mH có thể nhận được từ các dữ liệu đầu vào là máy móc sử dụng để đo lún và sơ đồ lưới. Tốc độ lún v có thể lấy từ độ lún lý thuyết do cơ quan thiết kế cung cấp trong hồ sơ thiết kế của công trình. Ví dụ: Theo hồ sơ thiết kế tốc độ lún lý thuyết là 20mm/năm, với sai số trung phương xác định độ cao điểm yếu nhất là ±2mm, ta có: 3.5.mH 3.5.2mm t= = = 0.3 năm = 4 tháng v 20 mm / nam Như vậy, chu kỳ quan trắc là 4 tháng một lần đo sẽ cho kết quả độ lún tin cậy. Trong thực tế, thường phân chia chu kỳ quan trắc thành 3 giai đoạn: Giai đoạn thi công xây dựng, công trình lún nhiều; Giai đoạn độ lún giảm dần; Giai đoạn tắt lún và ổn định. 1.3.2.1. Đối với quan trắc lún * Giai đoạn thi công xây dựng, công trình lún nhiều: -7-
Trong giai đoạn này nên đặt mốc và đo chu kỳ đầu tiên sau khi thi công xong phần móng. Các chu kỳ tiếp theo tùy thuộc vào công trình cụ thể và tốc độ xây dựng. Có thể xác định bằng % trọng tải công trình, nên đo vào các giai đoạn công trình đạt 25%, 50%, 75%, 100% tải trọng bản thân công trình. Khi tiến độ xây dựng đều thì có thể bố trí chu kỳ đo theo tuần hoặc tháng. * Giai đoạn độ lún công trình giảm dần: Tùy thuộc vào dạng móng, loại nền đất mà quyết định chu kỳ quan trắc cho thích hợp, các chu kỳ đầu tiên của giai đoạn này có thể tiến hành từ 3 đến 6 tháng, các chu kỳ tiếp theo được quyết định trên cơ sở độ lún của chu kỳ gần nhất đã xác định. Số lượng chu kỳ trong giai đoạn này tùy thuộc vào giá trị và tốc độ lún của công trình mà quyết định. * Giai đoạn độ lún tắt và ổn định Thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc kế tiếp có thể từ 6 tháng đến 1 năm hoặc 2 năm, cho đến khi giá trị đo độ lún của công trình nằm trong giới hạn ổn định. Trong một số trường hợp đặc biệt khi xuất hiện yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của công trình, cần thực hiện các chu kỳ quan trắc đột xuất. 1.3.2.2. Đối với quan trắc chuyển dịch ngang Thời gian thực hiện các chu kỳ quan trắc phụ thuộc: loại nhà và công trình; loại nền móng công trình; đặc điểm áp lực ngang; mức độ chuyển dịch ngang và tiến độ thi công công trình. Chu kỳ quan trắc đầu tiên được thực hiện ngay sau khi xây móng công trình và trước khi có áp lực ngang tác động đến công trình. Các chu kỳ tiếp theo được thực hiện tùy theo mức tăng hoặc giảm áp lực ngang đối với công trình. Trong giai đoạn sử dụng công trình, thực hiện 1-2 chu kỳ quan trắc trong một năm vào những lúc điều kiện ngoại cảnh khác nhau nhiều nhất. Khi công trình ổn định, tốc độ chuyển dịch khoảng 1 đến 2 mm/1 năm thì có thể ngừng quan trắc chuyển dịch ngang. Trong trường hợp điều kiện vận hành công trình hoặc mức độ chuyển dịch công trình có sự thay đổi đột ngột thì phải quan trắc bổ xung. -8-
Chương 2. QUAN TRẮC ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH 2.1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯỚI KHỐNG CHẾ QUAN TRẮC ĐỘ LÚN Lún công trình là sự thay đổi độ cao của công trình theo thời gian và được biểu diễn theo công thức: Sj = Hj - Hj-1 (2.1) hoặc Sj = Hj - H0 trong đó: Sj là độ lún của công trình ở thời điểm quan trắc thứ j; H0, Hj, Hj-1 là độ cao công trình ở các thời điểm tương ứng. Quan trắc lún công trình thực chất là xác định sự thay đổi độ cao của các điểm đặc trưng của công trình. Do vậy, cần lập lưới khống chế độ cao và đo đạc ở nhiều thời điểm để xác định độ cao của các điểm đặc trưng đó. 2.1.1. Lưới khống chế quan trắc lún công trình Để quan trắc lún công trình thường thành lập hệ thống lưới khống chế gồm hai cấp độc lập: cấp lưới cơ sở và cấp lưới quan trắc. 2.1.1.1. Cấp lưới cơ sở Bao gồm các mốc độ cao cơ sở hay còn gọi là các mốc độ cao gốc. Độ cao của các mốc cơ sở phải hết sức ổn định trong suốt quá trình quan trắc lún công trình, vì vậy chúng được bố trí nơi có điều kiện địa chất ổn định, ngoài khu vực chịu ảnh lún và trong một số trường hợp cần có cấu tạo đặc biệt. Để có điều kiện phân tích, đánh giá độ ổn định của các mốc trong quá trình quan trắc cần phải bố trí ít nhất 3 điểm khống chế cơ sở. Tùy theo đặc điểm công trình và điều kiện thực tế của địa hình mà các mốc độ cao cơ sở có thể phân bố dưới dạng điểm hoặc dạng cụm (hình 2.1a và hình 2.1b). Rp1 Rp2 Rp4 Rp3 Hình 2.1a. Sơ đồ lưới cơ sở dạng điểm Rp1 Rp5 Rp2 Rp4 Rp3 Rp6 Hình 2.1b. Sơ đồ lưới cơ sở dạng cụm -9-
2.1.1.2. Cấp lưới quan trắc Bao gồm các mốc quan trắc lún (hay còn gọi mốc kiểm tra) được gắn trực tiếp vào công trình và chuyển dịch cùng với công trình. Kết cấu và phân bố của các mốc đo lún tùy thuộc vào đặc điểm của công trình và phương pháp đo đạc, nhưng phải bảo đảm thuận tiện cho quá trình quan trắc, có thể bảo quản được lâu dài và ở những vị trí đặc trưng cho quá trình trồi lún của công trình. Các mốc quan trắc được liên kết với nhau bằng các chênh cao đo và cùng với các mốc cơ sở tạo thành một mạng lưới độc lập, được đo lặp ở các chu kỳ (hình 2.2). Rp1 Rp2 1 2 3 4 8 7 10 9 6 5 Rp4 Rp3 Hình 2.2. Hệ thống lưới độ cao quan trắc lún 2.1.2. Sơ đồ lưới và ước tính độ chính xác Trước khi tiến hành đo đạc ngoài thực địa cần thiết kế sơ đồ lưới và ước tính độ chính xác cho lưới thiết kế. Khi thiết kế sơ đồ lưới cần căn cứ vào điều kiện thực tế của công trình để lựa chọn các chênh cao đo và số lượng trạm máy cho từng chênh cao đo một cách hợp lý, bảo đảm tạo ra được nhiều vòng khép kín để có điều kiện kiểm tra. Sơ đồ lưới sau khi được chọn sẽ thống nhất sử dụng trong tất cả các chu kỳ đo. Việc ước tính độ chính xác đo đạc có thể thực hiện hoặc là theo hạn sai xác định độ lún tuyệt đối, hoặc là theo hạn sai xác định chênh lệch độ lún. Trong thực tế, việc ước tính độ chính xác đo đạc chủ yếu vẫn thực hiện theo các hạn sai xác định độ lún tuyệt đối vì nó thuận tiện khi sử dụng mô hình bình sai gián tiếp với ẩn số là độ cao các điểm. Quy trình ước tính được thực hiện như sau: 1. Xác định yêu cầu độ chính xác của các cấp lưới Từ công thức (2.1) có thể tính được sai số trung phương xác định độ lún công trình như sau: mS2 = mH 2 j + m j −1 2 H (2.2) trong đó: m H j , mH j −1 là sai số trung phương xác định độ cao trong mỗi chu kỳ. Các chu kỳ quan trắc thường được thiết kế cùng độ chính xác, nên có thể coi m H j = m H j −1 = m H . Vì vậy, từ (2.2) có thể viết: -10-
mS mH = (2.3) 2 Trong công thức trên, m H được hiểu là sai số trung phương tổng hợp của 2 cấp lưới dùng trong quan trắc lún, nghĩa là: 2 mH = mH 2 I + mH 2 II (2.4) trong đó: mH I , mH II là thành phần ảnh hưởng của mỗi cấp lưới đến độ chính xác định độ cao trong mỗi chu kỳ. Gọi K là hệ số suy giảm độ chính xác giữa 2 cấp lưới, tức là: mH I = K m H II (2.5) khi đó: 2 mH = mH 2 I (1 + K 2 ) (2.6) Suy ra sai số trung phương của mỗi cấp lưới là: mH mS - Cấp lưới cơ sở: mH I = = (2.7) (1 + K 2 ) 2(1 + K 2 ) K .mS - Cấp lưới quan trắc m H II = (2.8) 2(1 + K 2 ) 2. Xác định độ chính xác đo trong mỗi cấp lưới Độ chính xác đo trong mỗi cấp lưới được đặc trưng bởi sai số trung phương độ cao trên mỗi trạm máy hay sai số trung phương trọng số đơn vị. Theo đó sai số trung phương trọng số đơn vị được tính như sau: mH I - Cấp lưới cơ sở: I = (2.7) I Q yn mH II - Cấp lưới quan trắc:  II = (2.8) II Q yn I II trong các công thức trên Q yn , Q yn là trọng số đảo độ cao điểm yếu nhất của cấp lưới cơ sở và cấp lưới quan trắc, xác định nhờ nghịch đảo ma trận hệ số phương trình chuẩn ẩn số. Sai số trung phương độ cao trên mỗi trạm máy của từng cấp lưới tính theo công thức (2.7) và (2.8) là cơ sở để lựa chọn máy móc thiết bị và chương trình đo ngắm thích hợp. -11-
2.2. KẾT CẤU VÀ PHÂN BỐ MỐC TRONG QUAN TRẮC ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH Có hai loại mốc tương ứng với hai cấp lưới dùng trong quan trắc lún công trình, đó là mốc cơ sở và mốc quan trắc lún. 2.2.1. Mốc cơ sở (mốc chuẩn) Mốc cơ sở dùng trong đo lún thường được thiết kế theo 3 loại: Mốc chôn sâu (hình 2.3a), mốc chôn nông (hình 2.3b) và mốc gắn tường hoặc gắn nền. - Mốc chôn sâu được đặt gần công trình nhưng phải đạt được độ sâu ở dưới giới hạn lún của lớp đất dưới nền công trình, thường là đến tầng đá gốc. Loại mốc này có kết cấu vững chắc, ổn định cao. Tuy nhiên cồng kềnh, phức tạp và đòi hỏi chi phí lớn. Vì vậy chỉ dùng trong quan trắc các công trình đặc biệt. Hình 2.3a. Kết cấu mốc chôn sâu - Các mốc chôn nông được đặt ở ngoài phạm vi công trình. - Các mốc gắn tường được đặt ở chân cột hoặc chân tường; mốc gắn nền được đặt ở nền của các công trình đã ổn định, không bị lún gần đối tượng quan trắc lún. -12-
Hình 2.3b. Kết cấu mốc chôn nông Sơ đồ bố trí mốc chuẩn phụ thuộc vào tổng bình đồ công trình và đặc điểm thi công công trình. 2.2.2. Mốc đo độ lún Mốc quan trắc gồm hai loại: Mốc gắn tường và mốc gắn nền (hình 2.4a và hình 2.4b). Hình 2.4a. Mốc gắn tường Hình 2.4a. Mốc gắn nền -13-
Kết cấu đơn giản nhất của mốc quan trắc là một đoạn thép  = 2cm, dài 6 15 cm, tùy thuộc vào công trình đã hoàn thiện hay chưa và được gắn chặt vào phần chịu lực của công trình. Các mốc quan trắc được bố trí ở những vị trí đặc trưng cho quá trình lún của công trình như nơi tiếp giáp của các khối bê tông, cạnh của các khe lún,... và phân bố đều khắp mặt bằng công trình. Số lượng và phân bố các mốc được thiết kế phù hợp với từng công trình và phải đủ để có thể xác định được các tham số đặc trưng cho quá trình lún của công trình. 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH Các phương pháp đo lún chủ yếu: - Phương pháp đo cao hình học - Phương pháp đo cao thủy tĩnh; - Phương pháp đo cao lượng giác; 2.3.1. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao hình học 2.3.1.1. Máy và dụng cụ đo Để đo độ lún công trình cần phải sử dụng các máy thủy chuẩn độ chính xác cao như: Ni004, Wild N3, Ni002, H1, H2, KONi007 và các máy có độ chính xác tương đương với các tính năng kỹ thuật chủ yếu như: - Độ phóng đại của ống kính không nhỏ hơn 24 lần. - Giá trị khoảng chia trên ống nước dài không vượt quá 12"/2mm, hình ảnh của bọt nước phải thấy được trong máy. - Giá trị vạch khắc vành đọc số của bộ đo cực nhỏ là 0.05mm hoặc 0.10mm. Bảng 2.2. Giới thiệu một số máy thủy chuẩn quang cơ dùng để đo lún công trình Bảng 2.2. Máy thủy chuẩn quang cơ Loại máy Nước sản Độ phóng Giá trị khoảng Khoảng cách Giá trị xuất đại ống chia của bộ đo đo ngắn nhất khoảng chia kính cực nhỏ (mm) (m) bọt thủy dài HB-2 Liên Xô 49 0.05 4.2 8-10" HB-4 Liên Xô 46 0.05 4.2 8-10" HA-1 Liên Xô 44 0.05 3.0 8-10" Ni-004 CHDC Đức 44 0.05 3.0 10" Koni-007 CHDC Đức 31.5 0.05 2.2 Ni-A1 Hungari 40 0.05 2.5 10" -14-
Mia để đo độ lún là mia invar có chiều dài 1m, 1.7m, 2m hoặc 3m. Giá trị khoảng chia của các vạch trên mia là 5mm hoặc 10mm. Trên mia có gắn ống nước tròn giá trị khoảng chia nhỏ hơn 5'/2mm. Trước khi tiến hành đo độ lún công trình máy và mia phải được kiểm nghiệm theo đúng quy định trong quy phạm. 2.3.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu Bảng 2.3 nêu các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu khi tiến hành đo độ lún bằng phương pháp đo cao hình học cấp I, II và III. Bảng 2.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật trong đo lún công trình bằng PP đo cao hình học Các chỉ tiêu kỹ thuật Cấp I Cấp II Cấp III - Chiều dài tia ngắm (m)  25  30  40 - Chiều cao tia ngắm (m)  0.8  0.5  0.3 - Chênh lệch khoảng cách từ máy tới mia trước 0.4 1 2 và mia sau (m) - Tích lũy khoảng cách từ máy đến mia trước và 2 34 5 mia sau trong 1 tuyến đo (m) - Hiệu số đọc giữa thang chính và thang phụ < 0.1 < 0.15 của mia (mm) - Hiệu chênh cao nhân đôi tính theo thang chính < 0.2 < 0.3 và thang phụ của mia trước và mia sau (mm) - Sai số giới hạn cho phép (mm) 0.3 n 1.0 n 2.0 n 2.3.1.3. Trình tự thao tác đo lún 1. Trình tự đo ngắm * Đo đi Trạm lẻ (Sc- Tc- Tp- Sp) Trạm chẵn (Tc- Sc- Sp- Tp) 1. Số đọc thang chính mia sau 1. Số đọc thang chính mia trước 2. Số đọc thang chính mia trước 2. Số đọc thang chính mia sau 3. Số đọc thang phụ mia trước 3. Số đọc thang phụ mia sau 4. Số đọc thang phụ mia sau 4. Số đọc thang phụ mia trước * Đo về Trạm lẻ (Tc- Sc- Sp- Tp) Trạm chẵn (Sc- Tc- Tp- Sp) 1. Số đọc thang chính mia trước 1. Số đọc thang chính mia sau 2. Số đọc thang chính mia sau 2. Số đọc thang chính mia trước 3. Số đọc thang phụ mia sau 3. Số đọc thang phụ mia trước 4. Số đọc thang phụ mia trước 4. Số đọc thang phụ mia sau -15-
Trong đó: Sc là số đọc trên thang chính mia sau; Sp là số đọc trên thang phụ mia sau; Tc là số đọc trên thang chính mia trước; Tp là số đọc trên thang phụ mia trước; S là chữ viết tắt của từ sau; T là chữ viết tắt của từ trước; c là chữ viết tắt của thang chính; p là chữ viết tắt của thang phụ 2. Thao tác tại trạm đo Giả sử đo chênh cao giữa hai điểm A,B. Mia sau đặt tại A, mia trước đặt tại B. Thao tác đo tại trạm đo lẻ như sau: - Đặt máy, cẩn thận đưa bọt nước cân máy vào giữa; - Hướng ống ngắm tới thang chính của mia sau A: a. Đặt số đọc ở bộ đo cực nhỏ bằng 50, đọc số đo khoảng cách theo chỉ trên (1) và chỉ dưới (2); b. Vặn vít nghiêng cho hình ảnh hai đầu bọt nước thật sự trùng hợp, vặn vành đo cực nhỏ để bộ chỉ hình nêm kẹp thật chính xác vạch chia gần nhất của thang chính, đọc số đọc chỉ giữa trên mia và trên bộ đo cực nhỏ (3); - Quay máy hướng ống ngắm tới thang chính của mia trước B lặp lại các động tác như mục a (4),(5) và b (6); - Dùng ốc vi chỉnh ngang đưa ống ngắm về thang phụ của mia trước vặn vít nghiêng đi ¼ vòng rồi vặn lại cho hình ảnh hai đầu bọt nước trùng hợp nhau, tiến hành kẹp vạch đọc số chỉ giữa trên thang phụ và bộ đo cực nhỏ (7); - Quay máy trở lại mia sau, hướng ống ngắm về thang phụ của mia sau, tiến hành kẹp vạch và đọc số chỉ giữa trên thang phụ và bộ đo cực nhỏ (8). Như vậy kết thúc thao tác tại 1 trạm đo lẻ, trạm đo chẵn thực hiện theo đúng trình tự trong bảng trên. Trong thời gian chuyển trạm máy, mia sau khi chuyển lên làm mia trước của trạm sau, mia trước không chuyển nhưng phải nhấc ra khỏi cọc (đế) mia; Các kết quả đọc được phải ghi ngay vào sổ đo. Khi tiến hành đo lún cần lưu ý: - Không nên đo vào thời gian khi mặt trời sắp mọc hoặc sắp lặn, khi hình ảnh dao động, khi có gió mạnh, nhiệt độ không khí cao, vì lúc này việc bắt mục tiêu và kẹp vạch không chính xác; - Việc đo ngắm nên bắt đầu sau khi mặt trời mọc nửa giờ và kết thúc trước khi mặt trời lặn một giờ; - Trên mỗi trạm máy cần kiểm tra ngay kết quả đo; - Trong khi đo phải sử dụng ô che máy. -16-
SỐ ĐO CHÊNH LỆCH ĐỘ CAO HẠNG II Đo từ ...................... đến ..........................Ngày .... tháng ........ năm 200..................... Thời tiết.................... Lượng mây ...................Hình ảnh ...........Chất đất........................ Hướng gió ................. Cấp gió ............ ............Hướng mặt trời ...................................... Trạm Mia sau Mia trước Thời Ký Số đọc chênh cao K Số trung đo Chỉ trên Chỉ trên gian, hiệu Thang chính Thang phụ + thang bình Chỉ dưới Chỉ dưới Nhiệt Mia chính chênh dS dT độ cao - d d 1 (1) 5098 (5) 2130 7h00 S (3) 460560 (8) thang phụ 460530 (10) +30 (14) (2) 4104 (6) 1132 190C T (4) 163620 (7) 163600 (9) +20 (15) 994 (16) 998 S-T (11) 296940 (12) 296930 (13) +10 +296935 (17) -4 (18) -4 2 (5) 2470 (1) 3313 7h10 S (4) 197765 (7) 197740 (9) +25 (14) (6) 1476 (2) 2318 190C T (3) 282062 (8) 282030 (10) +32 (15) 994 (16) 995 -08 (12) -084290 (13) S-T (11) -084297 -07 -084294 (17) -1 (18) -5 3 S T S-T 4 S T S-T Tính toán sổ đo tại trạm lẻ: (15) = (1) - (2); (16) = (5) - (6) (17) = (15) - (16); (11) = (3) - (4); (12) = (8) - (7) (13) = (11) - (12) = (10) - (9) (14) = 1/2[(11) + (12)] = (11) - (13)/2 = (12) + (13)/2 2.3.1.4. Các nguồn sai số trong đo cao hình học - Sai sè do m¸y vµ mia. + Sai sè do trôc èng thuû dµi kh«ng song song víi trôc èng ng¾m (sai sè gãc i). + Sai sè do ®iÒu quang . -17-
+ Sai sè do kh¾c v¹ch trªn bé ®o cùc nhá . + Sai sè do v¹ch chia trªn mia kh«ng chÝnh x¸c + Sai sè do trôc èng thuû trßn kh«ng song song víi trôc ®øng cña mia khi mia ë vÞ trÝ th¼ng ®øng . + Sai sè do mia nghiªng . + Sai sè do mia cong. - Sai sè do ¶nh h-ëng cña ®iÒu kiÖn ngo¹i c¶nh. + ¶nh h-ëng cña nhiÖt ®é + ¶nh h-ëng cña chiÕt quang + ¶nh h-ëng cña ®iÒu kiÖn thêi tiÕt do: n¾ng, m-a, giã.. + ¶nh h-ëng cña nÒn ®Êt, ®¸ kh«ng æn ®Þnh. - Sai sè do ng-êi ®o + Sai sè th« ( do ®äc sè nhÇm sè ). + Sai sè do kÑp v¹ch trªn mia . + Sai sè do -íc ®äc trªn bé ®o cùc nhá . + Sai sè do c©n m¸y dùng mia. 2.3.2. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao thuỷ tĩnh Phương pháp đo cao thuỷ tĩnh được áp dụng để quan trắc lún của nền các kết cấu xây dựng trong điều kiện rất chật hẹp, không thể quan trắc bằng phương pháp đo cao hình học. Máy đo cao thuỷ tĩnh là hệ thống bình thông nhau. Tuỳ điều kiện cụ thể có thể cố định máy thuỷ tĩnh với công trình trong suốt quá trình quan trắc lún hoặc dùng các máy thuỷ tĩnh cơ động. 2.3.2.1. Nguyªn lý ®o Ph-¬ng ph¸p ®o cao thuû tÜnh lµ ph-¬ng ph¸p x¸c ®Þnh chªnh cao dùa trªn ®Þnh luËt c¬ b¶n cña thuû lùc '' Trong c¸c b×nh th«ng nhau, ®é cao cña chÊt láng lu«n n»m trªn cïng mét mÆt ph¼ng, kh«ng phô thuéc vµ mËt ®é chÊt láng vµ tiÕt diÖn cña b×nh". 2.3.2.2. Ph-¬ng ph¸p ®o Chªnh cao t¹i mét tr¹m ®o sÏ ®-îc ®o b»ng 2 vÞ trÝ thuËn vµ nghÞch cña c¸c b×nh . Gi¶ sö hÖ thèng ®o cao thuû tÜnh gåm 2 b×nh N1 vµ N2 (h×nh 2.5), dïng ®Ó x¸c ®Þnh chªnh cao gi÷a hai ®iÓm A vµ B chªnh cao ®-îc x¸c ®Þnh h ®-îc tÝnh t-¬ng tù nh- trong thuû chuÈn h×nh häc. h = (d -S1) - (d2 -T1) (2.9) -18-
N1 N2 N2 N1 s1 s2 t1 t2 d1 d2 d2 d1 A A hAB hAB B B (a)- VÞ trÝ ®o thuËn (b)- VÞ trÝ ®o ®¶o H×nh 2.5 S¬ ®å m¸y ®o cao thñy chuÈn thuû tÜnh Trong ®ã: d1, d 2 lµ chiÒu cao cña c¸c b×nh N1 vµ N2. S1 vµ T1 lµ sè ®äc trªn vµnh ®äc sè cña b×nh sau vµ b×nh tr-íc. Nh- vËy ë vÞ trÝ thuËn ta cã: ht = (T1 - S 1) + (d1 - d2) (2.10) Khi ®æi chç c¸c b×nh cho nhau (vÞ trÝ nghÞch ) hn = (d2 - S 2) + (d1 - T2) hay hn = ( T2 - S 2) - (d1 - d2) (2.11) HiÖu nµy (d2 - d1) lµ sai sè vÞ trÝ ®iÓm 0 cña dông cô ®o hay cßn gäi h»ng sè cña dông cô vµ nã thÓ hiÖn ®é chÝnh x¸c cña c«ng t¸c l¾p r¸p chÕ t¹o dông cô. Khi l¾p r¸p chÕ t¹o ng-íi ta cè g¾ng ®-a gi¸ trÞ h»ng sè vÒ vÞ trÝ nhá nhÊt khi céng trung b×nh c¸c kÕt qu¶ thuËn vµ nghÞch ta ®-îc gi¸ trÞ trung b×nh cña chªnh cao x¸c ®Þnh t¹i mét tr¹m ®o. h= (T1 − S1 ) + (T2 − S 2 ) (2.12) 2 2.3.2.3. C¸c nguån sai sè ¶nh h-ëng ®Õn qu¸ tr×nh ®o thuû tÜnh Vi ph©n ph-¬ng tr×nh (2.12) vµ chuyÓn thµnh SSTP ta cã: 1 2 mh2 = (mT1 + mS21 + mT22 +m S22 ) (2.13) 4 NÕu lÊy mT  mh  mS  mT  mS  m0 1 1 2 2 Ta cã: mh = m0 (2.14) Sai sè x¸c ®Þnh chªnh cao khi dïng dông cô thuû tÜnh b»ng sai sè ®äc sè trªn mçi b×nh. C¸c nguån sai sè trong ®o cao thñy tÜnh: + Sù kh«ng c©n b»ng cña chÊt láng trong c¸c b×nh vµ ¶nh h-ëng cña hiÖn t-îng mao dÉn. -19-
+ Sù tiÕp xóc thiÕu chÝnh x¸c gi÷a ®Çu nhän cña vÝt ®o cùc nhá víi mÆt khum cña chÊt láng. + ¶nh h-ëng cña sai sè ®Æt dông cô vµo bÒ mÆt ®o thuû chuÈn + ¶nh h-ëng cña sù thay ®æi ¸p xuÊt vµ nhiÖt ®é C¸c kÕt qu¶ kh¶o s¸t cho thÊy r»ng qu¸ tr×nh dao ®éng cña chÊt láng trong hÖ thèng thuû tÜnh sÏ dõng l¹i sau khi ®Æt dông cô ®o kho¶ng 2 ®Õn 3 phót. Khi ®-êng kÝnh cña c¸c b×nh lín h¬n 30 ®Õn 40 mm vµ ®iÒu kiÖn quan tr¾c nh- nhau th× t¸c dông mao dÉn ®Õn ®é chÝnh x¸c ®o thuû chuÈn nhá kh«ng ®¸ng kÓ. Do vËy khi tæ chøc ®o ®¹c tèt th× ¶nh h-ëng cña nguån sai sè ®Çu kh«ng ®¸ng kÓ. Sai sè do tiÕp xóc ®Çu nhän cña vÝt ®o víi mÆt cña chÊt láng khi vÆn vµo tõ tõ lµ kho¶ng  23 m. ¶nh h-ëng cña sai sè ®Æt dông cô ®Õn ®é chÝnh x¸c ®o chªnh cao phô thuéc vµo viÖc ra c«ng bÒ mÆt cÇn kiÓm tra cã s¹ch vµ nh½n hay kh«ng, bëi v× c¸c b×nh ®ùng chÊt láng tiÕp xóc víi ®iÓm kiÓm tra b»ng c¸c bÒ mÆt nhá cho nªn møc ®é nh¸m cña bÒ mÆt nµy cã ¶nh h-ëng ®¸ng kÓ ®Õn ®é chÝnh x¸c ®o thuû tÜnh. Trong c¸c hÖ thèng kÝn th× nguån sai sè chñ yÕu ®o thuû chuÈn thuû tÜnh lµ sù thay ®æi cña nhiÖt ®é. Dông cô thuû chuÈn thuû tÜnh rÊt nh¹y víi sù thay ®æi cña nhiÖt ®é m«i tr-êng nªn khi ®o ngoµi trêi tho¸ng hoÆc d-íi trêi n¾ng th× cã thÓ cã sai sè hÖ thèng t-¬ng ®èi lín. C¸c nguån sai sè chñ yÕu ¶nh h-ëng ®Õn ®é chÝnh x¸c cña ph-¬ng ph¸p ®o cao thuû tÜnh lµ sai sè do ®iÒu kiÖn ngo¹i c¶nh. V× vËy, trong qu¸ tr×nh ®o cÇn ph¶i ¸p dông mét sè biÖn ph¸p sau ®©y ®Ó lµm gi¶m ¶nh h-ëng cña c¸c nguån sai sè nãi trªn. + Lùa chän hîp lý chÊt láng trong m¸y thuû tÜnh + Lùa chän tuyÕn ®o cã Gradien nhiÖt ®é thÊp + TÝnh sè hiÖu chØnh cho kÕt qu¶ ®o do sù thay ®æi nhiÖt ®é ¸p xuÊt däc theo tuyÕn èng dÉn cña m¸y thuû tÜnh. + §äc sè ®ång thêi trªn c¸c m¸y thuû tÜnh ®Ó gi¶m ¶nh h-ëng dao ®éng trong c¸c m¸y. Ph-¬ng ph¸p ®o thuû tÜnh cã ®é chÝnh x¸c cao nh-ng dông cô ®o cång kÒnh vµ di chuyÓn khã kh¨n cho nªn Ýt ®-îc sö dông . 2.3.3. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao lượng giác Trong trường hợp điều kiện không thuận lợi hoặc kém hiệu quả đối với đo cao hình học hoặc yêu cầu độ chính xác đo lún không cao thì áp dụng phương pháp đo cao lượng giác tia ngắm ngắn, không quá 100m. Máy kinh vĩ dùng trong phương pháp này có độ chính xác cao như Theo010, Wild T2, T1, T2 và các máy có độ chính xác tương đương. Chênh cao giữa trục quay của ống kính máy kính vĩ và điểm ngắm trên mia được tính theo công thức: -20-