Phương pháp xây dựng lưới và xử lý số liệu đo lún công trình cao tầng doc

 LUẬN VĂN Đề tài: "Phương pháp xây dựng lới và xử lý số liệu đo lún công trình cao tầng" Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Doãn Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 1 Mở đầu Những năm gần đây cùng với sự phát triển về kinh tế, các công trình nhà cao tầng đợc xây dựng khắp nơi trên cả nớc, đặc biệt ở các thành phố lớn và các khu công nghiệp. Hà Nội là một thành phố dợc xây dựng từ lâu và các thời kỳ xây dựng bị ngắt quãng nên đặc điểm xây dựng ở đây không đợc xây dựng đồng bộ các công trình xây dựng xen kẽ lẫn nhau vào các thời kỳ khác nhau. Theo tài liệu khảo sát địa chất vùng châu thổ Sông Hồng nhất là khu vực Hà Nội cho thấy đây là vùng đất có lịch sử hình thành là đồng bằng tích tụ nên khả năng chịu tải của một số tầng địa chất kém nh tầng Hải Hng, tầng Thái Bình, có thể nói đây là vùng đất yếu, kém chịu nén. Mặt khác do nhu cầu cuộc sống, việc khai thác nớc ngầm ngày càng tăng, làm cho điều kiện địa chất ở đây bị thay đổi. Từ những nguyên nhân nêu trên cùng với một số nguyên nhân khác nh thiết kế kết cấu móng công trình, chất lợng vật liệu công trình, điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, ma nhiều . . . đã làm cho các công trình xây dựng bị biến dạng, dẫn đến kết cấu bị phá vỡ làm cho một số công trình không thể sử dụng đợc. Biến dạng công trình do nhiều nguyên nhân gây nên trong đó nguyên nhân chủ yếu là công trình bị lún và lún không đều dẫn đến công trình bị vặn xoắn. Để có cơ sở đánh giá mức độ và khả năng biến dạng của công trình , từ đó có biện pháp kịp thời can thiệp , khắc phục trớc khi công trình bị h hỏng trầm trọng thì công tác quan trắc độ lún công trình là không thể thiếu và phải đợc tiến hành thờng xuyên. Theo thực tế hiện nay thì công tác quan trắc độ lún công trình không những đợc quan tâm mà còn không thể thiếu đợc khi xây dựng và sử dụng công trình. Trong công tác quan trắc độ lún công việc quan trọng nhất là việc xử lý số liệu sau khi quan trắc. Nhng với sự phát triển của ngành khoa học công nghệ thông tin hiện nay thì việc xử lý kết quả quan trắc đã đợc thực hiện nhanh và chính xác. Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Doãn Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 2 Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong đồ án tốt nghiệp em đã chọn và nghiên cứu đề tài : Phơng pháp xây dựng lới và xử lý số liệu đo lún công trình cao tầng. Đồ án đợc thực hiện gồm 3 chơng với các nội dung sau : Chơng I : Khái quát chung. Chơng II : Thiết kế phơng án xây dựng lới và xử lý số liệu đo lún công trình cao tầng. Chơng III : Thực nghiệm. Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo, hớng dẫn tận tình của thầy giáo TS.Dơng Vân Phong trong thời gian qua để em có thể hoàn thành bản đồ án của mình đúng thời hạn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2007 Sinh viên thực hiện Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Doãn Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 3 Chơng 1 KháI quát chung 1.1 Khái quát về chuyển dịch biến dạng công trình 1.1.1 Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, có thể chia chuyển dịch công trình thành 2 loại: - Sự trồi lún: công trình bị chuyển dịch trong mặt phẳng thẳng đứng; - Chuyển dịch ngang: công trình bị chuyển dịch trong mặt phẳng nằm ngang; Sự chuyển dịch không đều có thể gây nên biến dạng công trình; Các biến dạng thờng gặp là cong, vặn xoắn, rạn nứt. Nếu công trình bị biến dạng nghiêm trọng thì có thể dẫn đến sự cố. Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu chuyển dịch theo phơng thẳng đứng. 1.1.2 Nguyên nhân của chuyển dịch theo phơng thẳng đứng Các công trình bị chuyển dịch theo phơng thẳng đứng là do tác động của 2 loại yếu tố chủ yếu: - Điều kiện tự nhiên. - Quá trình xây dựng, vận hành công trình. Tác động của các yếu tố tự nhiên bao gồm: a. Khả năng lún, trợt của lớp đất đá dới nền móng công trình và các hiện tợng địa chất công trình, địa chất thủy văn khác. b. Sự co giãn của đất đá. c. Sự thay đổi của các điều kiện thủy văn theo nhiệt độ, độ ẩm và mực nớc ngầm. Các yếu tố liên quan đến quá trình xây dựng, vận hành công trình bao gồm: a. ảnh hởng của trọng lợng bản thân công trình. Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Doãn Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 4 b. Sự thay đổi các tính chất cơ lý, đất đá do việc quy hoạch cấp thoát nớc. c. Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn. d. Sự suy yếu của nền móng công trình do thi công các công trình dới công trình. e. Sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình do xây dựng các công trình khác ở gần. f. Sự rung động của nền móng công trình do vận hành máy móc và hoạt động của các phơng tiện giao thông. 1.1.3 Đặc tính và các tham số chuyển dịch theo phơng thẳng đứng Độ lún tuyệt đối của 1 điểm là đoạn thẳng (tính theo chiều thẳng đứng) từ mặt phẳng ban đầu của nền móng đến mặt phẳng lún ở thời điểm quan trắc sau đó. Các điểm ở những vị trí khác nhau của công trình có độ lún bằng nhau thì quá trình lún đợc coi là lún đều. Lún đều chỉ xảy ra khi áp lực của công trình và mức độ chịu nén của đất đá ở các vị trí khác nhau của nền là nh nhau. Độ lún không đều xảy ra do sự chênh lệch áp lực lên nền và mức độ chịu nén của đất đá không nh nhau. Lún không đều làm cho công trình bị nghiêng, cong, vặn, xoắn và các biến dạng khác. Biến dạng lớn sẽ có thể dẫn đến hiện tợng gãy, nứt ở nền móng và tờng của công trình. Sự chuyển dịch của công trình đợc đặc trng bởi các tham số: a. Độ lún công trình của nền móng: S tb ; b. Chênh lệch tơng đối độ lún 2 điểm trên nền là tỷ số giữa hiệu độ lún và khoảng cách giữa 2 điểm đó: L S ; c. Độ nghiêng i của nền móng là tỷ số giữa hiệu độ lún giữa 2 điểm ở 2 đầu công trình và chiều dài công trình. Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Doãn Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 5 d. Độ cong tơng đối của công trình : L f (tỷ số giữa tên trơng cung và dây cung). e. Độ vặn xoắn tơng đối của công trình đợc đặc trng bằng góc f. Chuyển dịch ngang của công trình: u 1.1.4 Mục đích và nhiệm vụ quan trắc độ lún Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là để xác định mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch biến dạng và từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng tai biến đối với công trình. Cụ thể là: a. Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng để đánh giá mức độ ổn định của công trình. b. Kiểm tra việc tính toán, thiết kế công trình. c. Nghiên cứu quy luật biến dạng trong những điều kiện khác nhau và dự đoán biến dạng của công trình trong tơng lai. d. Xác định các loại biến dạng có ảnh hởng đến quá trình công nghệ, vận hành công trình. Để quan trắc chuyển dịch biến dạng một công trình, trớc hết cần phải thiết kế phơng án kinh tế - kỹ thuật bao gồm: a. Nhiệm vụ kỹ thuật. b. Khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên và chế độ vận hành. c. Sơ đồ phân bố mốc khống chế và mốc kiểm tra. d. Sơ đồ quan trắc. e. Yêu cầu độ chính xác quan trắc ở những giai đoạn khác nhau. f. Phơng pháp và dụng cụ đo. g. Phơng pháp chỉnh lý kết quả đo. h. Sơ đồ lịch cho công tác quan trắc. i. Biên chế nhân lực và dự toán kinh phí. Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Doãn Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 6 1.2. Các phơng pháp quan trắc độ lún công trình Khi đo độ lún công trình, có thể sử dụng một trong các phơng pháp sau: - Phơng pháp đo cao hình học. - Phơng pháp đo cao lợng giác. - Phơng pháp đo cao thủy tĩnh. - Phơng pháp chụp ảnh. 1.2.1 Quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao hình học Đây là phơng pháp cơ bản đợc ứng dụng trong hầu hết các công trình. Tùy theo yêu cầu độ chính xác quan trắc biến dạng công trình mà ngời ta dùng các loại máy khác nhau. Thông thờng quan trắc lún đòi hỏi độ chính xác hạng II thuỷ chuẩn nhà nớc, do vậy máy thờng đợc sử dụng là Ni004 hoặc Ni007. Gần đây, do tiến bộ của khoa học kỹ thuật, máy thủy chuẩn điện tử bớc đầu đợc đa vào sử dụng trong đo thủy chuẩn hạng 2 nhà nớc. Mia đợc sử dụng là mia invar mã vạch. Trớc mỗi chu kỳ đo máy và mia cần phải đợc kiểm nghiệm cẩn thận theo quy phạm, đặc biệt là xác định độ ổn định của góc i của máy. Sơ đồ lới và chơng trình đo đợc quy định thống nhất với tất cả các chu kỳ đo để giảm thiểu lợng sai số hệ thống tới kết quả đo lún, đồng thời với mỗi công trình nên sử dụng 1 máy thủy chuẩn và 1 mia invar cố định, cùng với một ngời đo từ chu kỳ đầu tới chu kỳ cuối, trong những điều kiện ngoại cảnh tơng tự nhau (sáng, tra, chiều) nhằm hạn chế sai số hệ thống lên kết quả đo. Các chỉ tiêu kỹ thuật và hạn sai tuân thủ theo quy phạm hiện hành. Phơng pháp này đo đợc độ lún tuyệt đối, máy và dụng cụ đơn giản, nhng để chỉnh lý thì phơng pháp này đòi hỏi kỹ thuật rất cao. 1.2.2 Quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao thủy tĩnh Trong những điều kiện đặc biệt, ngời ta áp dụng phơng pháp này, ví dụ trong các công trình công nghiệp có các bệ móng máy phức tạp với điều kiện quan trắc chật hẹp. Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Doãn Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 7 Thực chất của phơng pháp này là áp dụng nguyên lý bình thông nhau. Trong phơng pháp, ngời ra gắn phần đầu và phần cuối của hệ thống đo vào mốc kiểm tra và mốc cơ sở. Với mỗi chu kỳ đo, kết nối các mốc kiểm tra với mốc cơ sở bằng dây dẫn chất lỏng. Trong phơng pháp này có mất điểm chú ý: - Lựa chọn chất lỏng trong ống dẫn hợp lý, có thể là dầu nhẹ (SEA 10 đến SEA 15), để giảm khả năng tạo bọt, giảm khả năng giãn nở do nhiệt. - Chọn tuyến đo có sự chênh lệch nhiệt độ trong môi trờng ít nhất. - Tính số hiệu chỉnh do chênh cao nhiệt độ theo tuyến ống. - Đọc số đầu - cuối đồng thời. 1.2.3 Quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao lợng giác Trong những điều kiện không thuận lợi hoặc kém hiệu quả đối với đo cao hình học và yêu cầu độ chính xác đo lún không cao thì áp dụng phơng pháp đo cao lợng giác tia ngắm ngắn, không quá 100m. Máy kinh vĩ dùng trong phơng pháp này có độ chính xác cao nh Theo 010, wild T2, T1, T2 và các máy có độ chính xác tơng đơng. Trong đo cao lợng giác, chênh cao giữa trục quay của ống kính máy kinh vĩ và điểm ngắm trên mia đợc tính theo công thức: lctgZh (1.1) Trong đó: l - khoảng cách nằm ngang từ tâm máy đến mia, đợc đo trực tiếp hoặc đợc tính theo công thức: )sin( sin.sin 21 21 ZZ ZZ bl (1.2) Trong trờng hợp l đợc tính theo công thức (1.1) thì khi đó phải ngắm hai điểm trên mia để có hai góc thiên đỉnh 21 ,ZZ Khoảng cách b giữa hai điểm ngắm mia phải đợc xác định chính xác. Phơng pháp này có thể đợc thay thế cho đo cao hình học. Tuy nhiên phơng pháp này mất tơng đối nhiều công sức vào việc đánh dấu điểm. Ngoài ra còn bị ảnh hởng bởi chiết quang. Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Doãn Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 8 1.2.4 Quan trắc lún bằng phơng pháp chụp ảnh Phơng pháp đo là chụp ảnh đơn và chụp ảnh lập thể. Cơ sở của phơng pháp là gia công các ảnh chụp mặt đất. Phạm vi ứng dụng của phơng pháp này là khi cần xác định các đại lợng biến dạng rất nhanh. Độ chính xác của phơng pháp phụ thuộc vào khoảng chụp. Trong đo độ lún công trình thì phơng pháp đo cao lợng giác và chụp ảnh không đảm bảo độ chính xác, còn phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh quá phức tạp nên ngời ta sử dụng phổ biến phơng pháp đo cao hình học vì phơng pháp này cho độ chính xác cao lại đo đạc thuân lợi. Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Doãn Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 9 Chơng 2 Phơng pháp xây dựng lới và xử lý số liệu đo lún công trình cao tầng 2.1 Xác định độ chính xác quan trắc độ lún công trình và lựa chọn chu kỳ đo hợp lý 2.1.1 Xác định độ chính xác quan trắc lún công trình Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình đợc thực hiện dựa trên yêu cầu khảo sát độ biến dạng công trình. Độ chính xác quan trắc biến dạng tùy thuộc lợng và tốc độ biến dạng, độ chính xác thực tế mà phơng pháp và máy móc, thiết bị có thể đạt đợc và mục đích quan trắc biến dạng. Nói chung, nếu quan trắc biến dạng là để đảm bảo an toàn cho công trình thì sai số quan trắc phải nhỏ hơn 1/10 1/20 lợng biến dạng cho phép. Để thỏa mãn các đòi hỏi trên, công tác quan trắc biến dạng phải đạt độ chính xác quan trắc ở từng loại công trình và sự phân bố các chu kỳ quan trắc sao cho phù hợp với loại công trình đó. Về nguyên tắc, quan trắc lún công trình đòi hỏi độ chính xác xác định bằng biểu thức : )1( . itti tiS SS m (2.1) Trong đó: Sti m - yêu cầu độ chính xác quan trắc độ lún ở thời điểm i t ; )1( , itti SS - độ lún (dự báo) ở thời điểm ti và )1( i t ; - hệ số đặc trng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc, thông thờng 64 ; Công tác quan trắc độ lún nhà cao tầng thực hiện theo phơng pháp đo cao hình học. Độ chính xác của phơng pháp này phụ thuộc vào tầm quan trọng và tốc độ lún của công trình. [...]... chênh cao đo Sau khi thực hiện các tuyến đo khép kín, phải tính toán kiểm tra sai số khép vòng đo Sai số khép vòng đo không được vượt quá sai số cho phép tính theo công thức : f h 0.5 n (mm) Trong đó : n là trạm máy trong tuyến đo cao khép kín 2.3.2 Xử lý số liệu đo lún công trình Việc xử lý số liệu đo lún công trình được bắt đầu từ việc kiểm tra sổ đo ngoại nghiệp Nếu các số liệu ghi trong sổ đo ngoại... với tiêu chuẩn độ chính xác tương đương với lưới hạng II nhà nước Phương án đo đạc dùng phương pháp đo cao hình học a .Đo độ lún toà nhà bằng phương pháp đo cao hình học hạng I nhà nước Đo độ lún bằng phương pháp đo cao hình học hạng I nhà nước, được tiến hành bằng phương pháp kết hợp đo hai chiều : đo đi và đo về, bằng máy đo cao có độ chính xác cao loại H 1 và máy tự động cân bằng loại Ni 002 của cộng... chất - Giai đo n độ lún giảm dần - Giai đo n tắt lún và ổn định a Giai đo n thi công xây dựng Giai đo n thi công xây dựng, (công trình lún nhiều), nên đặt mốc và đo chu kỳ đầu tiên sau khi thi công xong phần móng Có thể xác định bằng (%) tải trọng, nên đo vào các công đo n công trình đạt 25%, 50%, 75% và 100% tải trọng bản thân toà nhà Khi tiến độ xây dựng đều thì có thể bố trí chu kỳ đo theo tuần... thực hiện xong một tuyến đo khép kín, cần phải tính sai số khép vòng đo Sai số khép vòng đo không được vượt quá sai số giới hạn cho phép là: f h 0.3 n (mm) Trong đó: n là số trạm máy trong tuyến đo cao b Đo độ lún công trình bằng phương pháp đo cao hình học hạng II Đo độ lún bằng phương pháp đo cao hình học hạng II được tiến bằng máy đo cao loại H 1, H 2, NAK 2, Ni 004 và các máy đo có độ chính xác tương... độ cao điểm mốc yếu nhất đối với từng bậc lưới Nếu chỉ xây dựng một mạng lưới khống chế duy nhất cho việc quan trắc nhiều hạng mục công trình thì mạng lưới này phải thoả mãn độ chính xác cao nhất trong số các hạng mục quan trắc 2.3 Phương án đo đạc và xử lý số liệu đo lún 2.3.1 Phương án đo đạc Lưới cơ sở được đo với tiêu chuẩn độ chính xác tương đương với lưới hạng I nhà nước Lưới quan trắc được đo. .. theo phương pháp bình sai chặt chẽ trên cơ sở của phương pháp số bình phương nhỏ nhất Tùy theo điều kiện cụ thể có thể sử dụng một trong các phương pháp sau đây: - Phương pháp bình sai điều kiện - Phương pháp bình sai gián tiếp Trong thực tế người ta hay sử dụng phương pháp bình sai gián tiếp để xử lý số liệu đo lún Trình tự các bước bình sai lưới độ cao theo phương pháp bình sai gián tiếp 1 Chọn ẩn số. .. của mốc lún thứ j P là diện tích toàn bộ nền móng công trình Thông thường có thể tính độ lún trung bình của công trình theo công thức sau : n ( S tb ) i S j 1 j i n Trong đó : n là số mốc lún được đo trên công trình - Tốc độ lún của công trình trong chu kỳ đo độ lún thứ i được tính theo công thức sau : i ( S tb ) i 30 t -Tốc độ lún trung bình tổng cộng của công trình từ chu kỳ đầu đến chu kỳ đo hiện... có đủ số liệu gốc tối thiểu cần thiết cho việc định vị mạng lưới đó Mỗi dạng lưới có một tập hợp số liệu gốc tối thiểu riêng biệt, cụ thể là : lưới độ cao có số liệu gốc tối thiểu là độ cao của một điểm gốc Như vậy có thể rút ra định nghĩa cụ thể hơn cho các dạng lưới độ cao tự do như sau: 1 Lưới độ cao tự do là lưới không có điểm độ cao gốc 2.Đối với lưới độ cao tự do, số khuyết d = 1 và là lưới tự... 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 hai bậc lưới : lưới cơ sở và lưới quan trắc 1 Lưới khống chế cơ sở Có tác dụng là cơ sở độ cao để thực hiện đo nối độ cao đến các điểm quan trắc gắn trên thân công trình. .. thiết bị chu trình sản xuất liên hợp dùng đo cao hình học hạng I và hạng II; với nhà và công trình bình thường dùng đo cao hình học hạng III Sai số cho phép khi đo lún quy định như sau: 1mm đối với toà nhà xây dựng trên nền đất cứng và nửa cứng; 2mm đối với toà nhà xây dựng trên nền đất cát, đất sét chịu nén kém; 5mm đối với toà nhà xây dựng trên nền đất đắp, đất bùn chịu nén kém; Đo lún được tiến . Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 9 Chơng 2 Phơng pháp xây dựng lới và xử lý số liệu đo lún công trình cao tầng 2.1 Xác định độ chính xác quan trắc độ lún công trình và lựa chọn chu kỳ đo hợp lý 2.1.1. Hiếu Cao đẳng Trắc địa B K49 11 - Giai đo n độ lún giảm dần. - Giai đo n tắt lún và ổn định. a. Giai đo n thi công xây dựng Giai đo n thi công xây dựng, (công trình lún nhiều), nên đặt mốc và đo chu. phơng pháp quan trắc độ lún công trình Khi đo độ lún công trình, có thể sử dụng một trong các phơng pháp sau: - Phơng pháp đo cao hình học. - Phơng pháp đo cao lợng giác. - Phơng pháp đo cao thủy