thiết kế phương án quan trắc lún công trình dân dụng

Mục lục Lời nói đầu 2 Chơng I: Những vấn đề chung 4 1.1. Khái niệm chung về chuyển dịch và biến dạng công trình 4 1.1.1. Phân loại chuyển dịch và biến dạng công trình 4 1.1.2. Nguyên nhân gây chuyển dịch và biến dạng công trình 4 1.1.3. Đặc tính và các tham số chuyển dịch lún công trình 5 2.2. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc 6 2.2.1. Mục đích và nhiệm vụ 7 2.2.2. Nguyên tắc chung thực hiện quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình 7 2.2.3. Độ chính xác và chu kỳ 8 Chơng 2: Quan trắc lún công trình bằng phơng pháp trắc địa 10 2.1. Quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao hình học 10 2.1.1. Máy và dụng cụ đo 10 2.1.2. Sơ đồ và chơng trình đo 13 2.1.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu 17 2.1.4. Các nguồn sai số chủ yếu làm ảnh hởng đến kết quả đo 18 2.2. Quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh 19 2.2.1. Khái niệm 19 2.2.2. Các nguồn sai số chủ yếu ảnh hởng đến độ chính xác đo cao thuỷ tĩnh 21 2.1.3. Quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao lợng giác 23 Chơng 3: Thiết kế phơng án quan trắc ngoại nghiệp 27 3.1. Nguyên tắc chung thành lập lới khống chế trong quan trắc lún trong quan trắc lún công trình 27 3.1.1. Xác định số lợng bậc khống chế 27 3.1.2. Yêu cầu độ chính xác của mỗi bậc lới 28 3.2. Thiết kế lới khống chế cơ sở 30 3.2.1. Chọn sơ đồ lới và vị trí đặt mốc 30 3.2.2. Kết cấu mốc khống chế cơ sở 31 3.2.3. Ước tính độ chính xác bậc lới cơ sở 34 3.3. Thiết kế lới quan trắc 36 1 3.3.1. Chọn sơ đồ lới và vị trí đặt mốc 36 3.3.2. Cấu tạo mốc quan trắc 39 3.3.3. Ước tính độ chính xác bậc lới quan trắc 40 3.4. Tổ chức công tác đo đạc ngoại nghiệp 42 3.4.1. Yêu cầu chung 42 3.4.2. Thực hành đo đạc ngoại nghiệp 48 3.5. Thiết kế phơng án xử lý nội nghiệp 50 3.5.1. phân tích độ ổn định các mốc trong bậc lới cơ sở 50 3.5.2. Các phơng pháp có thể sử dụng để phân tích độ ổn định các mốc 51 3.5.3. Lựa chọn phơng pháp phân tích độ ổn định của các điểm cơ sở nhà N5D 54 3.6. Bình sai lới quan trắc 62 3.6.1. Chọn ẩn số 62 3.6.2. Lập hệ phơng trình số hiệu chỉnh 62 3.7. Tính toán các thống số chuyển dịch của công trình nhà N5D 64 3.7.1.Tính trồi (lún) tuyệt đối của điểm quan trắc thứ (i) giữa 2 chu kỳ 64 3.7.2. Độ tồi (Lún) lệch 64 3.7.3. độ trồi (lún) trung bình của công trình 64 3.7.4. Tốc độ trồi (lún) trung bình của công trình 64 Kết luận 2 Lời nói đầu Hiện nay, ở nớc ta quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá diễn ra rất nhanh chóng và mạnh mẽ. Nhất là nền kinh tế nớc ta đang trên đà phát triển, cộng với các nguồn vốn đầu t nớc ngoài rất lớn cũng nh sự năng động của các doanh nghiệp trong nớc. Để đáp ứng sự phát triển chung của đất nớc đòi hỏi phải có cơ sở hạ tầng tốt. Chính vì vậy, ngày càng có nhiều công trình vừa to, vừa hiện đại đã và đang xây dựng lên nh: Nhà cao tầng, các khu công nghiệp, các công trình giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện Trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật yêu cầu thi công công trình đòi hỏi có độ chính xác cao, đảm bảo cho công trình đợc ổn định và sử dụnglâu dài. Cho nên công tác trắc địa đóng một via trò quan trọng trong xây dựng công trình, nó phục vụ từ giai đoạn khảo sát, giai đoạn thi công đến giai đoạn sử dụng vận hành công trình. Để đảm bảo yêu cầu độ chính xác đo vẽ bản đồ, bố trí lắp ráp, quan trắc chuyển dịch công trình ứng với mỗi giai đoạn trên và thuận lợi cho công tác trắc địa tiếp theo đòi hỏi chúng ta phải thiết kế mạng l- ới trắc địa, cũng nh độ cao thoả mãn những yêu cầu đặt ra. Vì vậy, buộc ngời làm công tác trắc địa cần phải xem xét các phơng pháp đo đạc đã có, nghiên cứu phơng pháp và các thiết bị đo đạc mới để đảm bảo cho công trình đợc ổn định và lâu dài. Với mục đích mong muốn đợc tìm hiểu vẫn đề này tôi đã nhận đề tài: "thiết kế phơng án quan trắc lún công trình dân dụng" Nội dung của đề tài sẽ đợc trình bày trong 3 chơng: Chơng I: Những vấn đề chung Chơng II: Quan trắc lún công trình bằng phơng pháp trắc địa Chơng III: Thực nghiệm thiết kế phơng án quan trắc lún công trình Đợc sự chỉ đạo bảo hớng dẫn tận tình của thầy giáo ThS. Nguyễn Quang Phúc và sự nỗ lực tìm tòi học hỏi của bản thân đồ án tốt nghiệp của tôi đã đợc hoàn thành. Tuy nhiên, do cha có phong phú về tài liệu sử dụng và kinh nghiệm thực tiễn cho nên khó tránh khỏi những sai sót trong nội dung cũng 3 nh trong công việc sử dụng các thuật ngữ khoa học. Vì thế, tôi rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để bản đồ án của tôi đợc hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng 8 năm 2005 Sinh viên thực hiện Hoàng Anh Hiền Lớp trắc địa B - K45 - TC 4 Chơng 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 và biến dạng công trình Trong quá trình thi công cũng nh vận hành công trình thì xảy ra hiện t- ợng: một phần công trình hay toàn bộ công trình thay đổi vị trí theo thời gian. Sự thay đổi đó gọi là sự chuyển dịch công trình. sự thay đổi vị trí của công trình theo phơng dây dọi đợc gọi là chuyển dịch thẳng đứng. Nếu công trình bị chuyển dịch theo hớng lên trên trong mặt phẳng thẳng đứng thì ta nói công trình bị trồi và ngợc lại thì ta nói công trình bị lún. ở các thời điểm quan trắc khác nhau nếu các điểm quan trắc đều có một giá trị trồi (lún) nh nhau thì ta gọi đó là hiện tợng trồi (lún) đều và ngợc lại là trồi (lún) không đều. Sự thay đổi vị trí của công trình trong mặt phẳng nằm ngang theo thời gian thì đợc gọi là chuyển dịch ngang. Khi công trình có sự chuyển dịch không đều có thể gây nên biến dạng. Các biến dạng thờng gặp: cong, vặn, xoắn, đứt, gẫy, đổ, vỡ Do đó nhiệm vụ của ngời làm công tác trắc địa là phải tìm nguyên nhân gây chuyển dịch biến dạng, từ đó đa ra các biện pháp phòng và chống. Sau đây là các nguyên nhân gây chuyển dịch và biến dạng công trình. 1.1.2. Nguyên nhân gây chuyển dịch và biến dạng công trình Có rất nhiều nguyên nhân làm cho công trình bị chuyển dịch và biến dạng nhng quy nạp lại có hai nhóm nguyên nhân chính sau đây: Nhóm nguyên nhân thứ nhất: Do tác động của các yếu tố tự nhiên gây nên. Trái đất của chúng ta luôn luôn chuyển động và biến đổi không ngừng với các hoạt động kiến tạo và hoạt động nội sinh của lớp vỏ trái đất. Chính các hoạt động đó đã làm cho các lớp đất đã, các hiện tợng địa chất công trình, địa chất thuỷ văn dới nền móng công trình bị thay đổi tính chất cơ lý (lún, tr- ợt ) dẫn đến sự chuyển dịch và biến dạng công trình. 5 Nhóm nguyên nhân thứ hai: Liên quan đến quá trình xây dựng và vận hành công trình. Trong quá trình xây dựng do thiếu chính xác của quá trình khảo sát địa chất, do sự tăng trực tiếp và gián tiếp tải trọng của công trình, do sự thay đổi áp lực của nền móng bởi các công trình khác ở gần đã làm cho công trình bị chuyển dịch. Ngoài ra, ảnh hởng của quá trình vận hành máy móc, quá trình hoạt động của các phơng tiện giao thông và quá trình thi công các công trình ngầm cũng góp phần không nhỏ vào sự rung động của nền móng công trình để gây ra chuyển dịch, biến dạng. 1.1.3. Đặc tính và các tham số chuyển dịch lún công trình Các đặc điểm ở 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 là không nh nhau. Lún không đều làm cho công trình bị nghiêng, cong, vặn, xoắn và biến dạng khác. Biến dạng lớn 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: 1) Các tham số lún a. Độ lún tuyệt đối giữa chu kỳ thứ i và chu kỳ không 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. S = H (i) H (0) (1.1) H (i) : Cao độ của điểm ở chu kì thứ i H (0) : Cao độ của điểm ở chu kỳ không Nếu S = 0: Điểm ổn định không xảy ra sự trồi lún Nếu S < 0: Điểm bị lún Nếu S > 0: Điểm bị trồi b. Tốc độ lún V S = (mm/tháng) (1.2) S: Độ lún T: Là khoảng thời gian từ chu kì không đến chu kì thứ i 6 c. Độ lún trung bình của nền móng S TB = N S N 1i i = (1.3) S i : Là độ lún tuyệt đối của điểm thứ i N: Là điểm số quan trắc d. Độ lún lệch và độ nghiêng của công trình + Độ lún lệch S = S 1 S 2 (1.4) + Độ nghiêng = arctag (1.5) S 1 , S 2 : Là độ lún tuyệt đối của hai điểm ở hai đầu công trình L : Là độ dài công trình e. Độ cong võng công trình + Độ võng tuyệt đối f= 2S 2 (S 1 + S 3 ) (1.6) S 1 , S 3 : Là độ lún tuyệt đối của hai điểm ở hai đầu công trình S 2 : Là độ lún tuyệt đối của điểm ở giữa công trình + Độ võng tơng đối f 0 = (1.7) 2.2. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc 7 S 2 1 2 S S 1 S 2 Hình 1.1 S 1 S 3 S 2 S 2 f 3 2 1 L Hình 1.2 2.2.1. Mục đích và nhiệm vụ Trong những năm gần đây, ở nớc ta có rất nhiều công trình xây dựng đòi hỏi độ chính xác cao trong thi công xây lắp cũng nh quá trình sử dụng và vận hành công trình. Xuất phát từ thực tế đó công tác trắc địa nói chung và công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình nói riêng đóng một vai trò hết sức quan trọng. Mục đích của quá trình quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là để xác định mức độ chuyển dịch biến dạng công trình, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng và quy luật biến dạng. Từ đó đa ra những dự báo trong tơng lai và tìm ra biện pháp phòng chống. Ngoài ra việc quan trắc biến dạng còn góp phần vào công tác điều chỉnh bổ sung lý thuyết cơ học đất nền móng, đề ra những kinh nghiệm về tính toán thiết kế công trình. 2.2.2. Nguyên tắc chung thực hiện quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình Để công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình đạt đợc kết quả tốt chúng ta cần thực hiện theo 4 nguyên tắc sau: - Nh chúng ta đã biết, chuyển dịch biến dạng công trình thờng diễn ra theo thời gian. Do đó để phát hiện ra mức độ chuyển dịch của công trình chúng ta cần phải tiển hành đo nhiều lần ỏ nhiều thời điểm khác nhau, mỗi lần đo đợc gọi là một chu kỳ. - Trong từng chu kỳ quan trắc cần phải so sánh tơng đối độ cao của các điểm quan trắc với một: "đối tợng" nằm ở bên ngoài công trình đợc xem là ổn định để phát hiện ra độ lún của công trình. - Mức độ chuyển dịch của công trình là rất nhỏ nên ta cần chọn máy và dụng cụ đo độ lún có các tính năng kỹ thuật phù hợp, đảm bảo độ chính xác. Máy và dụng cụ đo cần đợc kiểm tra, kiểm nghiệm chặt chẽ trớc khi đo. Để bảo đảm độ chính xác yêu cầu trong các chu kỳ đo nên theo một sơ đồ đo, một loại dụng cụ đo, cùng một ngời đo và cố gắng đo trong những điều kiện t- ơng tự nhau. 8 - Lới khống chế dùng để quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình khác với các lới khống chế phục vụ cho các mục đích khác (lới khống chế dùng để đo vẽ địa hình, địa chính ). Vì vậy, chúng ta cần có ph ơng pháp riêng để xử lý số liệu sao cho phù hợp với những đặc điểm và bản chất của lới đo biến dạng, bảo đảm cho các kết quả đo trong các chu kỳ không chịu ảnh h- ởng của sai số số liệu gốc và đợc định vị trong cùng một hệ thống toạ độ đã chọn từ chu kỳ đầu tiên. 2.2.3. Độ chính xác và chu kỳ a. Độ chính xác quan trắc Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún công trình phụ thuộc chu yếu vào tính chất cơ lý đất đá dới nền móng công trình và phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu, vận hành công trình.Việc đo độ lún công trình đợc chia làm 3 cấp: Cấp I, cấp II, cấp III. Độ chính xác yêu cầu của tng cấp đợc đặc trng bởi sai số trung phơng nhận đợc từ hai chu kỳ đo. - Đối với cấp I: 1mm - Đối với cấp II: 2mm - Đối với cấp III: 5mm Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún đợc xác định bằng biểu thức : m S ti = )1( iStSti (1.8) Trong đó : m S ti yêu cầu độ chính xác quan trắc độ lún ở thời điểm t S ti , S t(i-1) - độ lún (dự báo) ở thời điểm t i , t i-1 - hệ số đặc trng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc, thông th- ờng = 4 ữ 6. b. Chu kỳ quan trắc Chu kỳ : là khoảng thời gian cần thiết giữa hai thời điểm quan trắc chuyển dịch biến dạng. Hiệu số độ cao của các điểm quan trắc giữa các chu kỳ là giá trị trồi( lún) của các điểm. Thời gian tiến hành các chu kỳ đo đợc xác định trong thời gian thiết kế kỹ thuật quan trắc lún. Chu kỳ quan trắc lún phải đợc tính toán sao cho kết quả quan trắc phản ánh đợc thực chất quá trình lún của công trình. 9 Có thể phân ra làm 3 giai đoạn: - Giai đoạn thi công : Chu kỳ quan trắc đầu tiên đợc tiến hành lúc thi công xong phần móng công trình. Các chu kỳ tiếp theo đợc ấn định tùy thuộc tiến độ xây dựng và mức tải trọng công trình. Thờng thực hiện các chu kỳ quan trắc vào lúc tiến độ công trình xây dựng đạt đợc 25%, 50%, 75% và 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 đo. - Giai đoạn vận hành công trình: Các chu kỳ quan trắc phụ thuộc vào tốc độ lún công trình, đặc điểm vận hành 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 có thể từ 6 tháng đến 1 năm hoặc 2 năm. Trong một số trờng hợp đặc biệt khi xuất hiện yếu tố ảnh hởng đến độ ổn định của công trình, cần thực hiện những chu kỳ quan trắc đột xuất. Sai số cho phép đo độ lún theo giai đoạn (đv.mm) Bảng 1.1 Giá trị độ lún dự tính Giai đoạn xây dựng Giai đoạn khai thác sử dụng (mm) Loại đất nền Cát Đất sét Cát Đất sét 1 2 3 4 5 <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 15 5 10 10 [...]... từ yêu cầu độ chính xác quan trắc lún công trình Yêu cầu này phụ thuộc chủ yếu và tính chất cơ lý đất đá dới nền móng công trình và điểm kết cấu vận hành công trình Trong quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình, yêu cầu về độ chính xác quan trắc thờng đợc quy định nh ở bảng 3 1 dới dây [1] Bảng 3.1 STT 1 2 3 4 5 Loại công trình Công trình xây dựng trên nền đá cứng Công trình xây dựng trên nền đất,cát,sét... trong từng chu kỳ qua trắc ta cần phải so sánh độ cao tơng đối của các điểm quan trắc với mọt đối tợng nằm ở bên ngaòi công trình đợc xem là ổn định để phát hiện ra độ lún của công trình Do vậy trong quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình nói chung cũng nh quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình nói riêng không cần thiết phải xây dựng lới khống chế nhiều bậc mà nên thiết kế một mạng lới khống... 2 Quan trắc lún công trình bằng phơng pháp trắc địa Để quan trắc lún công trình ta vẫn phải dùng các phơng pháp đo cao thông thờng nh phơng pháp đo cao hình học, phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh, phơng pháp đo cao hình học Ngoài ra, có thể xác định cao độ bằng phơng pháp đo ảnh phi địa hình (nhng ít đợc sử dụng) Dới đây tôi xin phép trình bày ba phơng pháp cơ bản nhất thờng đợc dùng trong quan trắc lún công. .. đợc thiết kế nhằm mục tiêu xác định điểm khởi tính độ cao hợp lý nhất cho lới khống chế quan trắc Chính vì lẽ đó thông thờng các điểm của lới khống chế cơ sở đợc bố trí ở bên ngoài khu vực cần quan trắc biến dạng và có yêu cầu cao vế mức độ ổn định Tối thiểu ở mỗi công trình phải có 3 mốc cơ sở - Cấp lới quan trắc: Bao gồm các mốc kiểm tra gắn trên công trình và trực tiếp chuyển dịch cùng với công trình. .. đợc áp dụng khi lắp đặt và điều chỉnh về độ cao các thiết bị công nghệ nh băng tải dây chuyền xử lý lạnh trong sản xuất kính gơng, các tổ hợp máy phát điện các công trình ngầm và trong quan trắc biến dạng móng và nền móng Nhất là phơng pháp này đợc áp dụng để quan trắc lún của nền các kết cấu xây dựng trong điều kiện rất chật hẹp, không thể quan trắc bằng phơng pháp đo cao hình học Các loại máy đo... chuyển dịch thẳng đứng đo lặp theo chu kỳ Do đó cần có quy trình và thuật toán xử lý số liệu phù hợp để xác định chính xác giá trị chuyển dịch của công trình ứng với thời điểm quan trắc Nguyên lý xác định độ chuyển dịch biến dạng của công trình là dựa vào sự thay đổi vị trí của các mốc kiểm tra gắn trên công trình cho nên trong các chu kỳ quan trắc các mốc trong lới phải đợc định vị trong cùng một hệ... nhất trong dùng quan trắc, còn phơng pháp thuỷ chuẩn lợng giác thì thờng thực hiện yêu cầu thấp về độ chính xác, đối với phơng pháp thuỷ tĩnh thi đợc ứng dụng khi phơng pháp thuỷ chuẩn hình học không thực hiện đợc có nghĩa là chỉ dùng trong điều kiện chật hẹp 27 Chơng 3 Thiết kế phơng án quan trắc ngoại nghiệp 3 1 nguyên tắc chung thành lâp lới khống chế trong quan trắc lún công trình 3.1.1 Xác định... bê tông và đợc phân bố bao quanh công trình nên rất thuận tiện cho việc đo nối tới các điểm qua trắc n 1=4 MC-2 MC-1 n 2=6 n 4=6 MC-3 MC-4 n 3=4 Hình 3.1 Sơ đồ lới khống chế cơ sở 3.2.2 Kết cấu mốc khống chế cơ sở Mốc cơ sở là mốc khống chế độ cao, là cơ sở để xác định độ lún công trình Tuỳ theo tính chất, diện tích mặt bằng và tầm quan trọng của công trình 32 mà ta có phơng án lựa chọn số lợng các mốc... nhất để quan trắc các công trình dân dụng và công nghiệp Các mốc này đợc làm bằng cột bê tông và đợc nén xuống lòng đất ở độ sâu 10 mét Phía trên có hình chỏm cầu làm bằng sứ hoặc bằng sắt và có nắp dậy để bảo vệ (Hình 3.2.d) - Mốc gắn tờng: Đợc đặt ở chân cột hoặc chân tờng của các công trình ổn định nhiều năm Việc lựa chọn loại mốc cơ sở hoàn toàn phụ thuộc vào yêu cầu của công tác quan trắc biến... đo, và bản chất của từng công trìh cụ thể Đối với các công trình dạng đặc biệt nh công trình cầu, đập thuỷ điện thì chúng ta nên bố trí thành từng cụm 3 điểm ở hai bên bờ còn với các công trình công nghiệp và dân dụng thì bố trí lới có ít nhất từ 3 điểm cơ sở trở lênYêu cầu cơ bản đối với các mốc cơ sở là phải đảm bảo ổn định, không bị chuyển dịch Vì vậy các mốc cơ sở phải có kết cấu thích hợp đợc đặt . đo cao lợng giác 23 Chơng 3: Thiết kế phơng án quan trắc ngoại nghiệp 27 3.1. Nguyên tắc chung thành lập lới khống chế trong quan trắc lún trong quan trắc lún công trình 27 3.1.1. Xác định số. ít đợc sử dụng) . Dới đây tôi xin phép trình bày ba phơng pháp cơ bản nhất thờng đợc dùng trong quan trắc lún công trình. 2.1. Quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao hình học Quan trắc lún bằng. dạng công trình 1.1.1. Phân loại chuyển dịch và biến dạng công trình Trong quá trình thi công cũng nh vận hành công trình thì xảy ra hiện t- ợng: một phần công trình hay toàn bộ công trình thay