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 CƠNG TRÌNH (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Quảng Ninh -1- MỞ ĐẦU Trắc địa cơng trình chuyên ngành chủ yếu ngành trắc địa Nó nghiên cứu phương pháp trắc địa, loại máy móc chuyên dùng để giải yêu cầu xây dựng cơng trình Các cơng trình xây dựng giai đoạn khác từ giai đoạn thi cơng đến giai đoạn vận hành, sử dụng cơng trình, nhiều nguyên nhân khác chịu tác động lực từ bên từ bên ngoài, làm cho cơng trình chuyển dịch Các tượng diễn từ từ, song xảy đột biến gây thảm họa cho người Do vậy, nhiệm vụ quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình nhiệm vụ quan trọng ngành trắc địa cơng trình Hiện nhờ phương tiện đo đạc có tính ưu việt máy tồn đạc điện tử, cơng nghệ GPS, mà cơng tác quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình ngày đạt kết xác tin cậy Thêm vào đó, cơng nghệ thơng tin phương tiện quan trọng trợ giúp cho công tác xử lý số liệu quan trắc Với dãy số liệu đủ lớn, xử lý chặt chẽ, hợp lý cung cấp cho khả dự báo chuyển dịch xảy Đây cơng việc phức tạp, song có ý nghĩa thực tiễn quan trọng việc phòng tránh giảm thiểu tổn thất Môn học bao gồm chương: - Chương 1: Những vấn đề chung - Chương 2: Quan trắc độ lún cơng trình - Chương 3: Quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình - Chương 4: Quan trắc độ nghiêng cơng trình -2- Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG CƠNG TRÌNH 1.1.1 Phân loại chuyển dịch biến dạng cơng trình Chuyển dịch cơng trình định nghĩa thay đổi vị trí cơng trình khơng gian so với vị trí ban đầu nó, chia chuyển dịch cơng trình thành hai loại: - Chuyển dịch thẳng đứng: thay đổi vị trí cơng trình mặt phẳng thẳng đứng Trong thực tế, để đơn giản tiện lợi người ta quen gọi chuyển dịch thẳng đứng hay trồi lún cơng trình độ lún, kí hiệu chữ S Giá trị S mang dấu dương (+) cơng trình bị trồi mang dấu âm (-) cơng trình bị lún xuống - Chuyển dịch ngang: thay đổi vị trí cơng trình mặt phẳng nằm ngang Chuyển dịch ngang diễn theo hướng xác định (hướng chịu áp lực lớn nhất) theo hướng bất kỳ, ký hiệu Q Biến dạng cơng trình thay đổi hình dạng kích thước cơng trình so với trạng thái ban đầu Biến dạng cơng trình hậu tất yếu chuyển dịch không cơng trình Các biến dạng thường gặp cong, vặn xoắn, rạn nứt Nếu cơng trình bị biến dạng nghiêm trọng dẫn đến cố Chuyển dịch biến dạng cơng trình thường diễn phức tạp theo thời gian nghiên cứu nhiều biện pháp khác nhau, có phương pháp quan trắc phương pháp trắc địa 1.1.2 Nguyên nhân gây chuyển dịch biến dạng cơng trình Các cơng trình bị chuyển dịch biến dạng tác động hai yếu tố chủ yếu, điều kiện tự nhiên q trình xây dựng, vận hành cơng trình * Tác động yếu tố tự nhiên bao gồm: - Khả lún, trượt lớp đất đá móng cơng trình tượng địa chất cơng trình, địa chất thủy văn khác - Sự co giãn đất đá - Sự thay đổi điều kiện thủy văn theo nhiệt độ, độ ẩm mực nước ngầm * Tác động yếu tố liên quan đến trình xây dựng, vận hành cơng trình bao gồm: - Ảnh hưởng trọng lượng thân cơng trình - Sự thay đổi tính chất lý đất đá việc quy hoạch cấp thoát nước - Sự sai lệch khảo sát địa chất cơng trình, địa chất thủy văn - Sự suy yếu móng cơng trình thi cơng cơng trình ngầm cơng trình -3- - Sự thay đổi áp lực nên móng cơng trình xây dựng cơng trình khác gần - Sự rung động móng cơng trình vận hành máy móc hoạt động phương tiện giao thơng 1.1.3 Mục đích nhiệm vụ quan trắc biến dạng cơng trình Quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình để xác định mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm nguyên nhân gây chuyển dịch biến dạng từ có biện pháp xử lý, đề phịng tai biến cơng trình Cụ thể là: - Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng để đánh giá mức độ ổn định công trình; - Kiểm tra việc tính tốn thiết kế cơng trình; - Nghiên cứu quy luật biến dạng điều kiện khác dự đoán biến dạng cơng trình tương lai; - Xác định loại biến dạng có ảnh hưởng đến q trình cơng nghệ, vận hành cơng trình 1.1.4 Nội dung đề cương quan trắc Bản đề cương quan trắc hay gọi phương án kinh tế - kỹ thuật thiết kế tùy thuộc vào tầm quan trọng cơng trình, điều kiện địa chất cơng trình khu vực xây dựng, đối tượng đo đảm bảo nội dung sau: - Phần giới thiệu chung: Giới thiệu mục đích, ý nghĩa, nhiệm vụ u cầu cơng tác quan trắc; giới thiệu đặc điểm hiên trạng cơng trình thời gian thi cơng, thời gian vận hành đặc điểm khác có liên quan đến cơng trình quan trắc - Thiết kế hệ thống mốc đo - Thiết kế sơ đồ đo đánh giá độ xác phương án thiết kế, xác lập cấp đo, chu kì đo - Các phương pháp đo quy trình đo - Chọn máy, dụng cụ đo tiến hành yêu cầu kiểm nghiệm - Các quy định cụ thể đo đạc, yêu cầu kiểm tra kết đo trường - Phương pháp xử lý số liệu đo - Phương pháp tính tốn thơng số biến dạng - Phân tích đánh giá độ ổn định mốc chuẩn - Lập hồ sơ báo cáo - Các vấn đề vật tư, kinh phí, nhân lực, an tồn lao động vấn đề khác Trong trình thi cơng có thay đổi phương án kỹ thuật đề cương kỹ thuật cần phải có văn cụ thể kèm theo thiết kế bổ sung -4- 1.2 NGUYÊN TẮC CHUNG THỰC HIỆN QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG CƠNG TRÌNH Việc quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình thực dựa nguyên tắc sau đây: - Mục đích cuối phép đo đạc để xác định tọa độ không gian (X, Y, H) điểm hệ tọa độ Quan trắc khác với đo đạc chỗ xác định tham số khơng gian điểm cịn phải xác định thêm thơng số thời gian t Điều có nghĩa để xác định chuyển dịch biến dạng cơng trình cần đo đạc nhiều thời điểm, so sánh để tìm chuyển dịch Mỗi thời điểm đo đạc gọi chu kỳ Lần đo đạc gọi chu kỳ - Chuyển dịch biến dạng công trình so sánh tương "đối tượng" khác xem ổn định Đối tượng xem ổn định quan trắc cơng trình liền kề ổn định mốc khống chế có độ ổn định cao - Trên thực tế, chuyển dịch biến dạng cơng trình thường có giá trị nhỏ diễn âm thầm theo thời gian Vì vậy, để phát chuyển dịch biến dạng cần phải sử dụng phương pháp phương tiện thiết bị có độ xác cao để tiến hành quan trắc - Trong chu kỳ quan trắc, việc tính tốn bình sai lưới phải thực hệ thống tọa độ độ cao chọn từ chu kỳ Chỉ bình sai lưới quan trắc hệ thống điểm sở ổn định sau tiến hành phân tích đánh giá độ ổn định điểm lưới khống chế sở 1.3 YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ CHU KỲ QUAN TRẮC 1.3.1 Yêu cầu độ xác quan trắc Việc xác lập hợp lý độ xác quan trắc mang ý nghĩa kỹ thuật Nếu chuyển dịch cơng trình diễn chậm chạp (tức tốc độ chuyển dịch nhỏ) mà quan trắc với độ xác thấp khơng phát chuyển dịch sai số đo có cịn lớn giá trị chuyển dịch Ngược lại, chuyển dịch cơng trình xảy nhanh phát chuyển dịch cơng trình quan trắc với độ xác thấp Tuy nhiên xảy mâu thuẫn quan trắc số chu kỳ biết tốc độ chuyển dịch cơng trình, từ đưa độ xác quan trắc hợp lý Trong đó, độ xác cần thiết quan trắc lại đề từ lập đề cương quan trắc Vì vậy, cần đưa yêu cầu độ xác theo hai giai đoạn: Giai đoạn đầu trình xây dựng giai đoạn khai thác sử dụng vận hành cơng trình 1.3.1.1 Giai đoạn đầu trình xây dựng Trong giai đoạn này, yêu cầu độ xác độ lún cơng trình chủ yếu phụ thuộc vào tính chất lý đá móng cơng trình phụ thuộc vào đặc -5- điểm kết cấu, vận hành cơng trình Theo đó, độ xác quan trắc chuyển dịch cơng trình cơng nghiệp dân dụng quy định bảng 1.1 Bảng 1.1 Yêu cầu độ xác quan trắc lún chuyển dịch ngang CT Loại nhà cơng trình SSTP cho phép (mm) Nhà cơng trình xây dựng đá gốc nửa đá gốc 1 Nhà cơng trình xây dựng đất cát, đất sét loại đất chịu nén khác 3 Các loại đập, đất đá chịu áp lực cao 5 Các loại cơng trình xây dựng đất đắp, đất bùn chịu nén  10 Các loại cơng trình đất đắp  15 1.3.1.2 Giai đoạn khai thác sử dụng vận hành công trình Trong giai đoạn thường quan trắc số chu kỳ, biết quy luật chuyển dịch cơng trình Dựa vào giá trị chuyển dịch dự báo xác định độ xác quan trắc lún xác định theo biểu thức: mS ti = đó: S ti − S t (i −1)  (1.1) mS.ti yêu cầu độ xác thời điểm ti Sti, St(i-1) độ lún (dự báo) thời điểm ti, ti-1  hệ số đặc trưng cho độ tin cậy kết quan trắc, thông thường  =  1.3.2 Chu kỳ quan trắc Khoảng thời gian t hai chu kỳ quan trắc biến dạng mang ý nghĩa kinh tế kỹ thuật Nếu chuyển dịch cơng trình diễn chậm mà thời gian hai chu kỳ quan trắc ngắn (chu kỳ đo nhiều) khó phát chuyển dịch, đồng thời lãng phí thời gian công sức Ngược lại, chuyển dịch công trình diễn nhanh mà thời gian hai chu kỳ quan trắc dài nguy hiểm, cơng trình bị biến dạng bị phá hủy Thời gian tiến hành chu kỳ đo xác định thiết kế kỹ thuật quan trắc lún Chu kỳ quan trắc phải tính tốn cho kết quan trắc phải phản ánh thực chất q trình lún cơng trình Tham số quan trọng đóng vai trị định việc chọn chu kỳ đo lún tốc độ lún cơng trình Một cách sơ lược nhận thấy là: Tốc độ lún lớn chu kỳ quan trắc dày ngược lại, tốc độ lún có -6- thể chọn chu kỳ quan trắc thưa Ngồi ra, chu kỳ quan trắc cịn phải phụ thuộc vào độ xác mà thực Giả sử S độ lún mốc lưới đo lún mS sai số xác định độ lún Theo lý thuyết sai số độ lún S xác định với độ tin cậy S 2.5 (1.2) Kí hiệu t chu kỳ quan trắc, ta có: S = v.t (1.3) xấp xỉ 99% thỏa mãn bất đẳng thức: mS  Do đó: mS  v.t 2.5 (1.4) Vì: S = Hk - Hi nên: mS = mH2 k + mH2 i (1.5) đó: Hk Hi độ cao mốc đo lún chu kỳ thứ k thứ i mHk, mHi sai số độ cao mốc đo lún chu kỳ k i Vì chu kỳ đo lún đo loại máy, theo sơ đồ đo gần điều kiện Do ta coi: mHk = mHi = mH nên: mS = mH v.t 2.5 (1.6) 2.5.mH 3.5.mH = v v (1.7) vậy: mH  Hay: t  Như vậy, để ước tính chu kỳ quan trắc hợp lý cần phải có hai tham số chủ yếu là (mH) (v) Giá trị mH nên chọn sai số trung phương điểm yếu lưới, mH nhận từ liệu đầu vào máy móc sử dụng để đo lún sơ đồ lưới Tốc độ lún v lấy từ độ lún lý thuyết quan thiết kế cung cấp hồ sơ thiết kế cơng trình Ví dụ: Theo hồ sơ thiết kế tốc độ lún lý thuyết 20mm/năm, với sai số trung phương xác định độ cao điểm yếu ±2mm, ta có: t= 3.5.mH 3.5.2mm = = 0.3 năm = tháng v 20 mm / nam Như vậy, chu kỳ quan trắc tháng lần đo cho kết độ lún tin cậy Trong thực tế, thường phân chia chu kỳ quan trắc thành giai đoạn: Giai đoạn thi công xây dựng, cơng trình lún nhiều; Giai đoạn độ lún giảm dần; Giai đoạn tắt lún ổn định 1.3.2.1 Đối với quan trắc lún * Giai đoạn thi công xây dựng, cơng trình lún nhiều: -7- Trong giai đoạn nên đặt mốc đo chu kỳ sau thi cơng xong phần móng Các chu kỳ tùy thuộc vào cơng trình cụ thể tốc độ xây dựng Có thể xác định % trọng tải cơng trình, nên đo vào giai đoạn cơng trình đạt 25%, 50%, 75%, 100% tải trọng thân cơng trình Khi tiến độ xây dựng bố trí chu kỳ đo theo tuần tháng * Giai đoạn độ lún cơng trình giảm dần: Tùy thuộc vào dạng móng, loại đất mà định chu kỳ quan trắc cho thích hợp, chu kỳ giai đoạn tiến hành từ đến tháng, chu kỳ định sở độ lún chu kỳ gần xác định Số lượng chu kỳ giai đoạn tùy thuộc vào giá trị tốc độ lún cơng trình mà định * Giai đoạn độ lún tắt ổn định Thời gian hai chu kỳ quan trắc từ tháng đến năm năm, giá trị đo độ lún cơng trình nằm giới hạn ổn định Trong số trường hợp đặc biệt xuất yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định cơng trình, cần thực chu kỳ quan trắc đột xuất 1.3.2.2 Đối với quan trắc chuyển dịch ngang Thời gian thực chu kỳ quan trắc phụ thuộc: loại nhà công trình; loại móng cơng trình; đặc điểm áp lực ngang; mức độ chuyển dịch ngang tiến độ thi cơng cơng trình Chu kỳ quan trắc thực sau xây móng cơng trình trước có áp lực ngang tác động đến cơng trình Các chu kỳ thực tùy theo mức tăng giảm áp lực ngang cơng trình Trong giai đoạn sử dụng cơng trình, thực 1-2 chu kỳ quan trắc năm vào lúc điều kiện ngoại cảnh khác nhiều Khi cơng trình ổn định, tốc độ chuyển dịch khoảng đến mm/1 năm ngừng quan trắc chuyển dịch ngang Trong trường hợp điều kiện vận hành cơng trình mức độ chuyển dịch cơng trình có thay đổi đột ngột phải quan trắc bổ xung -8- Chương QUAN TRẮC ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH 2.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯỚI KHỐNG CHẾ QUAN TRẮC ĐỘ LÚN Lún cơng trình thay đổi độ cao cơng trình theo thời gian biểu diễn theo công thức: Sj = Hj - Hj-1 (2.1) Sj = Hj - H0 đó: Sj độ lún cơng trình thời điểm quan trắc thứ j; H0, Hj, Hj-1 độ cao công trình thời điểm tương ứng Quan trắc lún cơng trình thực chất xác định thay đổi độ cao điểm đặc trưng cơng trình Do vậy, cần lập lưới khống chế độ cao đo đạc nhiều thời điểm để xác định độ cao điểm đặc trưng 2.1.1 Lưới khống chế quan trắc lún cơng trình Để quan trắc lún cơng trình thường thành lập hệ thống lưới khống chế gồm hai cấp độc lập: cấp lưới sở cấp lưới quan trắc 2.1.1.1 Cấp lưới sở Bao gồm mốc độ cao sở hay gọi mốc độ cao gốc Độ cao mốc sở phải ổn định suốt q trình quan trắc lún cơng trình, chúng bố trí nơi có điều kiện địa chất ổn định, khu vực chịu ảnh lún số trường hợp cần có cấu tạo đặc biệt Để có điều kiện phân tích, đánh giá độ ổn định mốc trình quan trắc cần phải bố trí điểm khống chế sở Tùy theo đặc điểm cơng trình điều kiện thực tế địa hình mà mốc độ cao sở phân bố dạng điểm dạng cụm (hình 2.1a hình 2.1b) Rp2 Rp1 Rp4 Rp3 Hình 2.1a Sơ đồ lưới sở dạng điểm Rp1 Rp5 Rp2 Rp4 Rp3 Rp6 Hình 2.1b Sơ đồ lưới sở dạng cụm -9- 2.1.1.2 Cấp lưới quan trắc Bao gồm mốc quan trắc lún (hay gọi mốc kiểm tra) gắn trực tiếp vào cơng trình chuyển dịch với cơng trình Kết cấu phân bố mốc đo lún tùy thuộc vào đặc điểm cơng trình phương pháp đo đạc, phải bảo đảm thuận tiện cho trình quan trắc, bảo quản lâu dài vị trí đặc trưng cho q trình trồi lún cơng trình Các mốc quan trắc liên kết với chênh cao đo với mốc sở tạo thành mạng lưới độc lập, đo lặp chu kỳ (hình 2.2) Rp1 Rp2 10 Rp4 Rp3 Hình 2.2 Hệ thống lưới độ cao quan trắc lún 2.1.2 Sơ đồ lưới ước tính độ xác Trước tiến hành đo đạc thực địa cần thiết kế sơ đồ lưới ước tính độ xác cho lưới thiết kế Khi thiết kế sơ đồ lưới cần vào điều kiện thực tế cơng trình để lựa chọn chênh cao đo số lượng trạm máy cho chênh cao đo cách hợp lý, bảo đảm tạo nhiều vịng khép kín để có điều kiện kiểm tra Sơ đồ lưới sau chọn thống sử dụng tất chu kỳ đo Việc ước tính độ xác đo đạc thực theo hạn sai xác định độ lún tuyệt đối, theo hạn sai xác định chênh lệch độ lún Trong thực tế, việc ước tính độ xác đo đạc chủ yếu thực theo hạn sai xác định độ lún tuyệt đối thuận tiện sử dụng mơ hình bình sai gián tiếp với ẩn số độ cao điểm Quy trình ước tính thực sau: Xác định yêu cầu độ xác cấp lưới Từ cơng thức (2.1) tính sai số trung phương xác định độ lún công trình sau: 2 mS2 = mH j + m j −1 H (2.2) đó: m H j , mH j −1 sai số trung phương xác định độ cao chu kỳ Các chu kỳ quan trắc thường thiết kế độ xác, nên coi m H j = m H j −1 = m H Vì vậy, từ (2.2) viết: -10-  n−i  m = m     k =1 n − k k =i yi 2 q (3.35) - Theo chiều đo về: m đó: y i =m q k = n −i  k =1  i    n−k (3.36) i - Số hiệu điểm; k - Số hiệu trị đo q [ k= 1, 2, .(n-1) ]; n - Số đoạn toàn hướng chuẩn; Sai số trung phương trị trung bình tính: myi = myi my i myi + my2i (3.37) Theo kết thực tế cho thấy sơ đồ hướng toàn phần sơ đồ hướng phần có độ xác gần nhau; sơ đồ hướng nhích dần có độ xác cao Tùy điều kiện cụ thể công trình mà ứng dụng kết hợp sơ đồ kết hợp với phương pháp khác để vừa đảm bảo độ xác vừa đo ngắm tiện lợi 3.5 QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG BẰNG CÔNG NGHỆ GPS Lưới GPS nói chung khơng khác nhiều so với mạng lưới trắc địa truyền thống Trong lưới GPS, điểm liên kết với cạnh đo, nhờ tính tốn xác định tọa độ, độ cao điểm hệ tọa độ thống Sự đời công nghệ GPS mở khả trắc địa công trình, ứng dụng cơng nghệ GPS để quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình xây dựng 3.5.1 Thiết kế kỹ thuật lưới GPS quan trắc chuyển dịch ngang 3.5.1.1 Chọn điểm lưới GPS Cũng quan trắc chuyển dịch ngang trị đo mặt đất, lưới khống chế quan trắc chuyển dịch ngang công nghệ GPS hình thành từ hai loại điểm: điểm sở điểm quan trắc Trong trường hợp quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình cơng nghệ GPS, điểm sở hồn tồn bố trí nơi ổn định, ngồi phạm vi ảnh hưởng chuyển dịch biến dạng cơng trình Khơng u cầu thông hướng điểm sở điểm sở với điểm quan trắc Tuy nhiên, vị trí điểm GPS chọn thỏa mãn yêu cầu sau: - Phải phù hợp với yêu cầu thiết kế kỹ thuật, bảo quản lâu dài - Phải thuận lợi cho việc lắp đặt máy thu thao tác đo, có khoảng khơng rộng góc cao vệ tinh phải lớn 150 -52- - Phải thuận tiện cho việc thu tín hiệu vệ tinh, tránh tượng nhiễu tín hiệu gần trạm thu phát sóng, sai số đa đường dẫn phản xạ tín hiệu từ địa vật sung quanh điểm đo - Các điểm GPS thiết kế mốc nổi, đầu mốc có cấu tạo định tâm bắt buộc (kể điểm sở điểm quan trắc) để làm giảm ảnh hưởng sai số định tâm sai số độ cao ăn ten máy thu lần quan trắc Số điểm khống chế sở ngồi cơng trình khơng 3.5.1.2 Ước tính độ xác Quan trắc chuyển dịch, biến dạng cơng trình dạng cơng tác trắc địa địi hỏi độ xác cao Vì vậy, trước tổ chức đo đạc cần ước tính chặt chẽ độ xác lưới thành lập công nghệ GPS Lưới GPS ứng dụng quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình thường cần phải ước tính độ xác vị trí mặt điểm lưới Trong trường hợp này, phương pháp ước tính dựa sở bình sai gián tiếp thuận lợi, phương pháp thường chọn tọa độ điểm ẩn số Ước tính độ xác vị trí mặt điểm lưới GPS tiến hành theo bước sau đây: - Chọn ẩn số tọa độ điểm lưới - Viết phương trình số hiệu chỉnh trị đo lưới - Xác định trọng số lập hệ phương trình chuẩn - Tính ma trận nghịch đảo QX ma trận hệ phương trình chuẩn - Tính sai số trung phương tọa độ xi, yi điểm lưới: m X i =  QX i ; mYi =  QYi (3.38) sai số trung phương vị trí điểm: mPi = m2 X i + m2Yi =  QX i + QYi (3.39) với  SSTP trọng số đơn vị chịn tính trọng số trị đo Phương trình số hiệu chỉnh trị đo lưới GPS Trong định vị tương đối, hai máy thu đặt hai điểm i, k khác nhau, quan trắc đồng nhóm vệ tinh để xác định X, Y, Z (hoặc B, L, H) hai điểm vecto đường đáy Dik hệ WGS-84 Vì vậy, xem X, Y, Z trị đo định vị tương đối, chúng đại lượng đo có mối tương quan Khi ước tính độ xác lưới thiết kế, xem cách gần chúng độc lập với Về phương diện mặt bằng, thay X Y hai điểm i, k, sử dụng chiều dài cạnh Dik góc phương vị ik tính từ X, Y trị đo Như vậy, Dik ik có mối quan hệ tương quan, -53- xem gần chúng độc lập với ước tính độ xác lưới GPS Phương trình số hiệu chỉnh chiều dài cạnh Dik viết: VDik = − cos  ik0 i − sin  ik0i + cos  ik0  k + sin  ik0k + lDik (3.40) Và phương trình số hiệu chỉnh góc phương vị ik: V ik = aik i + bik i − aik k − bik k + l ik (3.41) Trong đó:  " cos  ik  " sin  ik bik = − D ik D ik Trọng số trị đo lưới GPS Sai số trung phương chiều dài cạnh sai số trung phương phương vị cạnh ca đo tính theo công thức: aik = mD = a + (bD) (mm ) (3.42) m = a  b  +    (" ) D (3.43) đó: a số cố định b hệ số tỷ lệ D chiều dài cạnh, tính theo đơn vị km Trong trường hợp định vị tương đối tĩnh a = 5, b = 1, a = 1, b = Trọng số tương ứng trị đo xác định theo công thức tổng quát C Pi = (3.44) m i 3.5.1.3 Lập lịch đo Để đảm bảo thành công cho công tác quan trắc công nghệ GPS cần phải lập lịch đo, cụ thể xác định thời gian đo tối ưu Khi tiến hành lập lịch đo cần đưa vào tham số: - Ngày lập lịch đo - Vị trí địa lý khu đo (lấy giá trị B, L gần đồ) - Số vệ tinh tối thiểu cần quan sát (chọn ≥ vệ tinh) - Giá trị PDOP lớn cho phép (chọn ≤ 4) - Khoảng thời gian tối thiểu ca đo (chọn > giờ) - Góc cao vệ tinh (chọn ≥ 150) 3.5.2 Tổ chức đo Việc đo đạc lưới GPS quan trắc chuyển dịch thực theo phương pháp định vị tương đối tĩnh cần tối thiểu máy thu Như biết, số lượng điểm sở nhiều có điều kiện để kiểm tra độ ổn định -54- mốc sở độ xác quan trắc chuyển dịch ngang cao Trong thực tế, số lượng điểm sở phải từ trở lên Vì vậy, có máy thu, thiết phải có máy thu đặt cố định điểm sở, máy lại đặt điểm quan trắc, tạo nên ca đo độc lập với phương thức đồ hình liên kết cạnh Có thể sử dụng máy thu loại sử dụng máy thu khác loại hãng chế tạo khác Nếu sử dụng máy thu khác loại, kết đo xử lý sau chuyển đổi dạng RINEX 3.5.3 Xử lý số liệu đo GPS 3.5.3.1 Tính cạnh Chỉ có vệ tinh có số liệu ghi tệp hai máy thu ca đo (gọi vệ tinh chung) có giá trị tham gia tính cạnh Chất lượng cạnh đánh giá theo tiêu: - Dạng lời giải - Tỷ số Ratio - Phương sai chuẩn - Biểu đồ tín hiệu vệ tinh Do lưới quan trắc chuyển dịch ngang cơng trình có cạnh ngắn nên cần quan tâm đến tiêu phải đạt được, tỷ số phương sai ≥ 3(giá trị mặc định 1.5) phương sai chuẩn ≤ 10 (tốt xấp xỉ 1) 3.5.3.2 Kiểm tra chất lượng đo Lưới GPS tạo thành từ nhiều vector cạnh Các vector cạnh thường đo khép kín, nhờ kiểm tra lần cuối chất lượng cạnh đo Việc kiểm tra thực cách tính sai số khép hình: n f X =  X 'i n f Y =  Y 'i (3.45) n f Z =  Z 'i Sai số khép toàn phần: f X ,Y ,Z = f X2 + f Y2 + f Z2 (3.46) 3.5.3.3 Bình sai lưới Sau xử lý cạnh kiểm tra sai số khép hình đạt yêu cầu, tiến hành bình sai lưới Thơng thường, việc bình sai thực theo hai bước Bước 1: Bình sai sơ lưới tự cấp hệ tọa độ vng góc khơng gian địa tâm WGS-84 Bước 2: Bình sai lưới hệ tọa độ VN-2000 Như biết, chuyển dịch ngang xác định phép lấy hiệu tọa độ điểm chu kỳ khác hệ tọa độ Như vậy, quan trắc chuyển dịch ngang công nghệ GPS tất chu kỳ quan trắc -55- cần lấy kết bình sai lưới GPS tự mà không cần chuyển đổi tọa độ bình sai ràng buộc 3.6 TÍNH TỐN XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG 3.6.1 Bình sai lưới quan trắc Tương tự quan trắc độ lún cơng trình có nhiều phương pháp để bình sai lưới quan trắc chuyển dịch ngang phương pháp bình sai điều kiện, phương pháp bình sai gián tiếp, Thơng thường hay sử dụng phương pháp bình sai gián tiếp 3.6.2 Tính thơng số chuyển dịch ngang cơng trình Đối với cơng trình có kết cấu đơn giản, số lượng điểm kiểm tra phân bố cơng trình tính thơng số chuyển dịch sau: - Chuyển dịch ngang trung bình cơng trình n qtb = Trong đó: q i =1 i (3.47) n qi chuyển dịch điểm i; n số lượng điểm kiểm tra công trình - Chênh lệch chuyển dịch theo trục (đặc trưng cho độ xoay CT) q = q3 - q1 Trong đó: (3.48) q3 , q1 - Giá trị chuyển dịch điểm đầu trục - Độ cong tuyệt đối độ cong tương đối cơng trình theo trục đó: f1 = 2q2 − (q1 + q3 ) (3.49) f2 = f1 S1.3 (3.50) f1, f2 độ cong tuyệt đối độ cong tương đối; q2 S1-3 giá trị chuyển dịch điểm kiểm tra trục; chiều dài trục cơng trình từ điểm đến điểm - Tốc độ chuyển dịch điểm: Tốc độ chuyển dịch điểm i tính theo cơng thức: vi = đó: qi t (3.51) t thời gian chu kỳ quan trắc - Tốc độ chuyển dịch trung bình cơng trình tính : -56- n vtb = v i =1 i (3.52) n Đối với cơng trình có cấu trúc phức tạp cần phải áp dụng phương pháp phân tích thống kê 3.6.3 Lập sơ đồ chuyển dịch Sơ đồ chuyển dịch ngang điểm gồm hai trục Trục thẳng đứng thể chuyển dịch ngang theo trục X (QX), trục nằm ngang thể chuyển dịch ngang theo trục Y (QY) Ví dụ quan trắc chuyển dịch ngang điểm 21 tuyến đập chu kỳ kết nêu bảng 3.3 Bảng 3.3 Tọa độ điểm mốc 21 Chu kỳ Thời gian đo 10 11 12 5-2001 12-2001 6-2002 12-2002 Tọa độ X(m) 1574674.3483 1574674.3542 1574674.3477 1574674.3556 Y(m) 805897.9482 805897.9406 805897.9515 805897.9469 Chuyển dịch QX(mm) QY(mm) 0 5.9 -7.6 -0.6 3.3 7.3 -1.3 Với kết quan trắc ta lập sơ đồ chuyển dịch điểm 21 (hình 3.12) Hình 3.12 Sơ đồ chuyển dịch điểm quan trắc 21 -57- Chương QUAN TRẮC ĐỘ NGHIÊNG CƠNG TRÌNH 4.1 Khái niệm chung 4.1.1 Độ nghiêng - Đối với cơng trình cao dạng tháp: Nghiêng trục đứng cơng trình khơng cịn trùng với phương dây dọi - Đối với bệ móng có kích thước lớn: Nghiêng bề mặt bệ máy khơng cịn nằm mặt phẳng nằm ngang Độ nghiêng xảy sai sót q trình thi công, tác động yếu tố ngoại cảnh, cơng trình lún khơng 4.1.2 Sự thay đổi độ nghiêng Là diễn biến độ nghiêng theo thời gian Để xác định độ nghiêng cần đo lần (tức xác định độ nghiêng tức thời cơng trình) Cịn để xác định thay đổi độ nghiêng cần phải thiết kế đo nhiều lần (nhiều chu kỳ) để so sánh với 4.1.3 Đơn vị độ nghiêng Độ nghiêng cơng trình biều diễn theo đơn vị góc: góc nghiêng () hướng nghiêng (); theo đơn vị chiều dài: thành phần theo trục X (ex) thành phần theo trục Y (ey) Đường dây dọi qua chân CT Góc nghiêng cơng trình Trục thực tế cơng trình  Y Hướng nghiêng cơng trình α ex X ey e Hình 4.1 Các yếu tố độ nghiêng cơng trình + e véc tơ độ lệch (độ nghiêng) tổng hợp điểm so với chân công trình; + ex véc tơ độ lệch (độ nghiêng) điểm so với chân cơng trình theo hướng trục X; + ey véc tơ độ lệch (độ nghiêng) điểm so với chân cơng trình theo hướng trục Y; -58- +  góc nghiêng góc hợp trục lý tưởng (đường dây dọi) trục đứng thực tế cơng trình +  hướng nghiêng cơng trình, góc định hướng véc tơ e y (góc hợp nửa trục Y hình chiếu véc tơ e mặt phẳng) Quan hệ yếu tố: e = e x2 + e y2 = e h (4.1) (h độ cao cơng trình)  = arctg (4.2) ey (4.3) ex 4.1.4 Độ xác quan trắc độ nghiêng cơng trình Khi quan trắc độ nghiêng móng cơng trình cao, sai số cho phép xác định độ nghiêng quy định bảng 4.1 Bảng 4.1 Sai số cho phép xác định độ nghiêng Đối tượng quan trắc TT Sai số cho phép Các bệ máy có kích thước  0.00001L Nhà cao tầng  0.0001H Ống khói nhà máy  0.0005H Các silo chứa vật liệu rời, bồn chứa dầu, khí hóa lỏng  0.001H Tháp truyền hình, ănten VTV T  0.0001H đó: L chiều dài bệ móng máy; H chiều cao cơng trình 4.2 Các phương pháp quan trắc độ nghiêng cơng trình Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể khu vực, đặc điểm đối tượng quan trắc, yêu cầu độ xác khả có máy móc thiết bị, áp dụng phương pháp sau đây: 4.2.1 Phương pháp học Đây phương pháp đơn giản để đo độ nghiêng cơng trình Phương pháp thường dùng để đo độ nghiêng cấu kiện thẳng đứng, cột cốp pha cột đối tượng có chiều cao không lớn, kiểm tra độ nghiêng tường Để đo độ nghiêng dây dọi, độ cao khác cột người ta đặt nằm ngang hai thước có vạch khắc treo sợi dây dọi qua hai thước -59- (hình 4.2) Ở trạng thái dây dọi yên tĩnh, xác định số đọc a số đọc b Độ nghiêng cột mặt phẳng chứa thước vạch tính: q=a-b (4.4) Nếu q>0 cột bị nghiêng sang trái, q