Tính toán bình sai và xử lý số liệu đo lún nhà cao tầng

Để đạt được độ chính xác cao trong quan trắc lún công trình, chiều dài tia ngắm từ điểm đặt máy đến mia được hạn chế đáng kể không vượt quá 25-30m, do đó được gọi là phương pháp đo cao h

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây cùng với sự phát triển về kinh tế, các công trình nhà cao tầng được xây dựng khắp nơi trên cả nước, đặc biệt ở các thành phố lớn và các khu công nghiệp Hà Nội là một thành phố được xây dựng từ lâu và các thời

kỳ xây dựng bị ngắt quãng nên đặc điểm xây dựng ở đây không được 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 như tầng Hải Hưng, tầng Thái Bình, có thể nói đây là vùng đất yếu, kém chịu nén Mặt khác do nhu cầu cuộc sống, việc khai thác nước ngầm ngày càng tăng, làm cho điều kiện địa chất bị thay đổi Từ những nguyên nhân trên cùng một số nguyên nhân khác như thiết kế móng công trình, chất lượng vật liệu công trình, điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa 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 được 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 trước khi công trình bị hư hỏng trầm trọng thì công tác quan trắc độ lún công trình không thể thiếu và phải được tiến hành thường xuyên

Theo thực tế hiện nay thì công tác quan trắc độ lún công trình không những được quan tâm mà còn không thể thiếu được 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 Nhưng với sự phát triển của ngành khoa học công nghệ thông tin hiện nay thì việc xử lý số liệu quan trắc đã được thực hiện nhanh và chính xác.

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó , trong phần đồ án tốt nghiệp em đã chọn và

nghiên cứu đề tài: “Tính toán bình sai và xử lý số liệu đo lún nhà cao tầng”.

Đồ án được thực hiện gồm 3 chương với các nội dung sau:

Chương I: Khái quát chung.

Chương II: Tính toán bình sai và xử lý số liệu đo lún công trình cao tầng Chương III: Thực nghiệm.

Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của thầy giáo

ThS.Võ Ngọc Dũng trong thời gian qua để em có thể hoàn thành bản đồ án của

CHƯƠNG I 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 thường 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 phương thẳng đứng

1.1.2 Nguyên nhân của việc chuyển dịch theo phương thẳng đứng

Các công trình bị chuyển dịch theo phương thẳng đứng là do tác động của

2 loại yếu tố chủ yếu:

- Điều kiện tự nhiên

- Quá trình xây dựng, vận hành xây dựng

1 Tác động của yếu tố tự nhiên

- Khả năng lún, trượt lún của các 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

2 Các yếu tố liên quan đến quá trình xây dựng, vận hành công trình

- Ảnh hưởng của trọng lượng bản thân công trình

- Sự thay đổi tính chất cơ lý, đất đá do việc quy hoạch cấp thoát nước

- Sự sai lệch trong sự khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn

- Sự suy yếu của nền móng công trình do xây dựng các công trình dưới công trình.

- Sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình do xây dựng các công trình khác ở gần

- Sự rung động của nền móng công trình do vận hành máy móc và hoạt động các phương tiện giao thông

1.1.3 Đặc tính các tham số chuyển dịch theo phương 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 được 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 như nhau

Độ lún không đều xảy ra do sự chênh lệch áp lực lên nền và mức độ chịu nén đất đá không như nhau Lún không đều làm cho công trình bị nghiêng, cong, vặn, xoắn và các biến dạng khác

Biến dạng lớn có thể dẫn đến hiện tượng gãy, nứt ở nền móng và tường của công trình

Sự chuyển dịch công trình được thể hiện qua các tham số:

- Độ lún công trình của nền móng: S tb;

- Chênh lệch tương đối độ lún 2 điểm trên nền là tỷ số giữa hiệu độ lún và

khoảng cách giữa hai điểm đó:

- Độ vặn xoắn tương đối của công trình được đặc trưng bằng góc

- 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:

- Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng để đánh giá mức độ ổn định công trình

- Kiểm tra tính toán, thiết kế công trình

- Nghiên cứu quy luật biến dạng trong những điều kiện khác nhau và dự đoán biến dạng của công trình trong tương lai

Xác định các loại biến dạng một công trình, trước hết cần phải thiết kế phương án kinh tế - kỹ thuật bao gồm:

- Nhiệm vụ kỹ thuật

- Khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên và chế độ vận hành

- Sơ đồ phân bố mốc khống chế và mốc kiểm tra

- Sơ đồ quan trắc

- Yêu cầu độ chính xác quan trắc ở những giai đoạn khác nhau

- Phương pháp và dụng cụ đo

- Phương pháp chỉnh lý kết quả đo

- Sơ đồ lịch cho công tác quan trắc

- Biên chế nhân lực và dự đoán kinh phí

1.2 Các phương pháp quan trắc độ lún công trình

Khi đo lún công trình, có thể sử dụng một trong các phương pháp sau:

- Phương pháp đo cao hình học

- Phương pháp đo cao lượng giác

- Phương pháp đo cao thủy tĩnh

- Phương pháp chụp ảnh

1.2.1 Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao hình học

1 Nguyên tắc chung

Đo cao hình học dựa trên nguyên lý tia ngắm nằm ngang của máy thủy chuẩn Để đạt được độ chính xác cao trong quan trắc lún công trình, chiều dài tia ngắm từ điểm đặt máy đến mia được hạn chế đáng kể (không vượt quá 25-30m),

do đó được gọi là phương pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn

Có hai cách để xác định chênh cao giữa hai điểm là phương pháp đo cao

từ giữa và phương pháp đo cao phía trước

Phương pháp đo cao từ giữa: đặt máy thủy chuẩn ở giữa hai điểm AB, tại hai điểm A và B đặt hai mia (hình 1.1), chênh cao giữa hai điểm A, B được xác định theo công thức:

Trong đó: a và b là số đọc chỉ giữa trên mia sau và mia trước

2 2

Tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xác cần thiết đối với từng công trình cụ thể để chọn máy đo thích hợp.

Mia được sử dụng trong đo lún là mia invar thường hoặc mia invar chuyên dùng có kích thước ngắn (chiều dài mia từ 2m đến 3m), nếu là thủy chuẩn số thì dùng mia invar với mã vạch Ngoài ra còn có các dụng cụ hỗ trợ khác như nhiệt kế, cóc mia, ô che nắng Trước và sau mỗi chu kỳ đo, máy và mia phải được kiểm nghiệm theo đúng qui định trong qui phạm đo cao

3 Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu

Khi quan trắc lún bằng phương pháp đo cao thủy chuẩn hình học tia ngắm ngắn cần phải tuân thủ theo các chỉ tiêu kỹ thuật sau [6]:

Bảng 1.1: Bảng chỉ tiêu kỹ thuật đo cao hình học

3

Chênh lệch khoảng cách từ

máy đến mia

4 Các nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng tới kết quả đo

a Sai số do máy và mia

Sai số do trục ống ngắm và trục ống thủy dài khi chiếu lên mặt phẳng đứng không song song với nhau (gọi là sai số góc i)

Sai số do lăng kính điều quang chuyển dịch không chính xác trên trục quang học (sai số điều quang).

Để làm giảm ảnh hưởng của các sai số này ta dùng phương pháp đo cao hình học từ giữa, tức là đặt máy thủy chuẩn giữa hai mia sao cho chênh lệch khoảng cách từ máy đến mia trước và mia sau nằm trong giới hạn cho phép

b Sai số do điều kiện ngoại cảnh

Do ảnh hưởng độ cong quả đất: để làm giảm ảnh hưởng của sai số này thì khi đo cần chọn vị trí đặt máy sao cho chênh lệch khoảng cách từ máy đến hai mia (trước và sau) nằm trong giới hạn đã được quy định

Do ảnh hưởng của chiết quang: để làm giảm ảnh hưởng của sai số này cần chọn thời điểm đo thích hợp và bố trí trạm đo sao cho tia ngắm không đi qua lớp không khí ở sát mặt đất

c Sai số do người đo

Sai số làm trùng bọt thủy dài và sai số đọc số trên bộ đo cực nhỏ, các sai

số này được giảm đáng kể khi sử dụng máy có bộ tự cân bằng và máy thủy chuẩn điện tử

1.2.2 Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao thủy tĩnh

Phương pháp đo cao thủy tĩnh được áp dụng để quan trắc lún của nền kết cấu xây dựng trong điều kiện rất chật hẹp không thể dựng máy, dựng mia được

Đo cao thủy tĩnh được dựa trên định luật thủy lực là “Bề mặt chất lỏng trong các bình thông nhau luôn có vị trí nằm ngang (vuông góc phương dây dọi) và có cùng một độ cao, không phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt cũng như khối lượng chất lỏng trong bình”.

Dụng cụ đo thủy tĩnh là một hệ thống gồm ít nhất 2 bình thông nhau N1,

N2 (hình 1.3) Để đo chênh cao giữa 2 điểm A, B đặt bình N1 tại A, bình N2 tại B

đo thuận Hoặc ngược lại, khi đo đảo đặt bình N1 tại B, bình N2 tại A

d 1

d 2

s 1

1 t

AB h A

2 N

1 N

t11

s

2 d 1

d

Khi đo thuận, chênh cao hAB giữa 2 điểm A, B được tính theo công thức:

) (

) (d1 s1 d2 t1

h AB = − − − (1.2) Trong đó:

1 d

d khoảng cách từ vạch “ 0 ” của thanh số đến mặt phẳng đáy của bình

Từ (1.2) ta có:

) (

) (t1 s1 d1 d2

Tương tự, khi đo đảo chênh cao được tính theo công thức:

) (

) (t2 s2 d1 d2

Hiệu (d1 −d2)được gọi là sai số MO của máy, khi chế tạo cố gắng làm cho

MO có giá trị tuyệt đối nhỏ nhất (MO → 0) Lần lượt lấy tổng và hiệu các công thức (a), (b) sẽ xác định được chênh cao theo kết quả 2 chiều đo:

2

) (

) (t1 s1 t2 s2

h AB = − + − (1.5)

Và sai số MO:

2

) (

) (t1 s1 t2 s2

Các nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng đến độ chính xác đo cao thủy tĩnh là

(a)- Vị trí đo thuận (b)- Vị trí đo đảo Hình 1.3 Sơ đồ máy đo cao thủy chuẩn thuỷ tĩnh

các sai số do điều kiện ngoại cảnh Vì vậy trong quá trình đo phải áp dụng các biện pháp sau để giảm ảnh hưởng của sai số này:

- Lựa chọn tuyến đo có gradien nhiệt độ thấp, tức là chọn tuyến đo có sự thay đổi ít nhất về nhiệt độ và môi trường

- Lựa chọn chất lỏng trong ống dẫn giữa các bình thông nhau

- Tính số hiệu chỉnh kết quả đo do sự thay đổi nhiệt độ, áp suất dọc theo ống dẫn

- Thực hiện đọc số đồng thời trên các máy thủy tĩnh để làm giảm ảnh hưởng của sự giao động chất lỏng trong bình thông nhau

1.2.3 Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao lượng 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 có thể áp dụng phương pháp đo cao lượng giác tia ngắm ngắn (chiều dài tia ngắm không quá 100m) Hiện nay để đo cao lượng giác thường dùng các loại máy toàn đạc điện tử chính xác cao như TC-2002, TC-2003, Geodimeter…

Để xác định chênh cao giữa các điểm, đặt máy kinh vĩ (A) và ngắm điểm (B), cần phải đo các đại lượng là khoảng cách ngang D, góc thiên đỉnh Z (hoặc góc đứng V) chiều cao máy (i) và chiều cao tiêu (l) ký hiệu ở hình 1.4

Chênh cao giữa 2 điểm A và B được xác định theo công thức:

f l i ctgZ D

h AB = + − + (1.7)Hoặc

f l i ctgV D

hAB= + − + (1.8)Trong đó: f là số hiệu chỉnh độ cao do chiết quang đứng của trái đất theo công thức gần đúng:

2

D R 2

k 1

1.2.4 Quan trắc lún bằng phương pháp chụp ảnh

Phương pháp đó là chụp ảnh đơn và chụp ảnh lập thể

Cơ sở phương pháp là ra công các ảnh chụp mặt đất Phạm vi ứng dụng của phương pháp này là khi cần xác định các đại lượng biến dạng rất nhanh Độ chính xác phụ thuộc vào khoảng chụp

Trong đo độ lún công trình thì phương pháp đo cao lượng giác và phương pháp chụp ảnh không đảm bảo độ chính xác, còn phương pháp đo cao thủy tĩnh quá phức tạp nên người ta sử dụng phương pháp phổ biến là đo cao hình học vì phương pháp này cho độ chính xác cao lại đo đạc thuận lợi

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN BÌNH SAI VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO LÚN NHÀ 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 được thực hiện dựa trên yêu cầu khảo sát độ biến dạng công trình Độ chính xác quan trắc biến dạng tùy thuộc vào tốc độ biến dạng, độ chính xác thực tế mà phương pháp và máy móc, thiết bị có thể đạt được 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 lượng 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:

(2.1)

Trong đó:

- yêu cầu độ chính xác quan trắc độ lún ở thời điểm ;

- độ lún dự báo ở thời điểm và ;

- hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc, thông

thường = 4 ÷ 6;

Công tác quan trắc lún công trình nhà cao tầng thực hiện theo phương pháp đo cao hình học Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào tầm quan trọng và tốc độ lún của công trình

Đối với nền móng các thiết bị động lực, các thiết bị chu trình sản xuất liên hợp dùng cho đo cao công trình hạng I và hạng II; với nhà công trình bình thường dùng cho đo cao hình học hạng III

Sai số cho phép khi đo lún quy định theo bảng 2.1 [6]

Bảng 2.1: Độ chính xác quan trắc

độ lún (mm)

1 Công trình xây dựng trên nền đá gốc và nửa đá gốc

2 Công trình trên nền đất sét hoặc các nền chịu lực

3 Công trình đất đá chịu áp lực cao

4 Công trình xây dựng trên nền trượt

250 - 500 10 5 2 5

2.1.2 Lựa chọn chu kỳ đo hợp lý

Tùy thuộc vào từng tòa nhà mà dự kiến chu kỳ đo Chu kỳ đo được tính toán sao cho kết quả thu được của tòa nhà Có thể phân chia chu kỳ đo 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 Giai đoạn thi công xây dựng

Giai đoạn 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 đoạn công trình đạt 25%, 50%, 75%, và 100% tải trọng bản thân tòa nhà Khi tiến độ xây dựng đều thì có thể bố trí chu kỳ theo tuần hoặc theo tháng

2 Giai đoạn độ lún giảm dần

Giai đoạn độ lún của tòa nhà giảm dần, tùy thuộc vào dạng móng loại nền đất mà quyết định chu kỳ đo cho thích hợp, các chu kỳ đầu của giai đoạn này có thể tiến hành từ 3 đến 6 tháng, các chu kỳ tiếp theo được dựa trên cơ sở độ lún của chu kỳ gần nhất đã được xác định Số lượng chu kỳ trong giai đoạn này tùy thuộc vào giá trị và tốc độ lún của tòa nhà quyết định

Chu kỳ quan trắc đầu tiên được thực hiện ngay sau khi xây tòa nhà và trước khi có áp lực ngang tác động lên tòa nhà.

Chu kỳ quan trắc tiếp theo được thực hiện tùy theo mức tăng hoặc giảm

áp lực ngang đối với tòa nhà

Trong giai đoạn sử dụng tòa nhà, thực hiện 1-2 chu kỳ quan trắc trong một năm vào những lúc điều kiện ngoại cảnh khác nhau nhiều nhất

Khi tòa nhà ổn định, tốc độ dịch chuyển khoảng 1-2mm/năm thì có thể ngừng quan sát chuyển dịch ngang

Trong trường hợp điều kiện vận hành tòa nhà hoặc mức độ chuyển dịch tòa nhà có sự thay đổi thì phải quan trắc bổ sung

2.2 Lưới khống chế phục vụ đo lún công trình

2.2.1 Thiết kế lưới độ cao trong quan trắc lún

Để đảm bảo tính chặt chẽ và độ chính xác cần thiết cho việc xác định độ cao, cần thành lập một mạng lưới liên kết các mốc lún và mốc cơ sở trong một

hệ thống thống nhất Như vậy mạng lưới độ cao trong đo lún công trình có cấu trúc là hệ thống có ít nhất gồm 2 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 trong suốt thời gian theo dõi độ lún Yêu cầu đối với lưới cơ sở là các điểm mốc cơ sở phải ổn định, có độ cao được xác định với

độ chính xác cần thiết Các mốc độ cao được đo nối với nhau tạo thành một mạng lưới chặt chẽ với độ chính xác cao và được kiểm tra thường xuyên trong mỗi chu kỳ quan trắc

Lưới khống chế độ cao cơ sở bao gồm các tuyến đo chênh cao liên kết toàn bộ các điểm mốc độ cao cơ sở Mạng lưới này được thành lập và đo từng chu kỳ quan trắc nhằm hai mục đích:

- Kiểm tra đánh giá độ ổn định các điểm mốc.

- Xác định hệ thống độ cao cơ sở thống nhất trong tất cả các chu kỳ đo.Thông thường sơ đồ lưới được thiết kế trên mặt bằng công trình sau khi

đã khảo sát, chọn vị trí đặt mốc khống chế ở thực địa Vị trí đặt và kết cấu mốc phải lựa chọn cẩn thận sao cho mốc được bảo toàn lâu dài, thuận lợi cho việc đo nối công trình, đặc biệt chú ý sự ổn định của mốc trong suốt quá trình quan trắc Các mốc cơ sở được đặt bên ngoài phạm vi ảnh hưởng lún công trình, tuy nhiên không nên đặt mốc quá xa đối tượng quan trắc nhằm hạn chế tích lũy sai số đo nối độ cao

Để có điều kiện kiểm tra, nâng cao chất lượng tin cậy của lưới khống chế thì mỗi chu kỳ quan trắc cần xây dựng không dưới 3 mốc khống chế độ cao cơ

sở Hệ thống mốc khống chế cơ sở có thể được phân bố thành từng cụm, các mốc trong cụm cách nhau khoảng (15-50m) để có thể đo nối được từ một trạm

đo hoặc phân bố các mốc giải đều xung quanh công trình

Trên sơ đồ thiết kế ghi rõ tên mốc, vạch các tuyến đo và ghi rõ số lượng trạm đo hoặc chiều dài đường đo trong mỗi tuyến, trong điều kiện cho phép cần

cố gắng tạo vòng đo khép kín để có điều kiện kiểm tra chất lượng đo chênh cao, đồng thời đảm bảo tính chặt chẽ của toàn bộ mạng lưới

Để xác định thứ hạng và chỉ tiêu hạn sai, cần thực hiện ước tính để xác định sai số đo chênh cao trên 1 trạm hoặc 1km chiều dài tuyến đo So sánh số liệu này với chỉ tiêu đưa ra trong quy phạm để xác định cấp hạng cần thiết Thực

tế quan trắc đo lún tại nhiều dạng công trình ở Việt Nam và các nước khác cho thấy lưới khống chế cơ sở thường có độ chính xác tương đương thủy chuẩn hạng

I hoặc hạng II nhà nước

2 Lưới quan trắc

Lưới quan trắc là mạng lưới độ cao liên kết các điểm lún gắn trên công trình và đo nối với các hệ thống điểm mốc lưới khống chế cơ sở các tuyến đo

cần được lựa chọn cẩn thận, đảm bảo sự thông hướng tốt, tạo nhiều vòng khép kín, các tuyến đo nối với lưới khống chế được bố trí đều quanh công trình Cố gắng đạt được sự ổn định của sơ đồ lưới trong tất cả mọi chu kỳ quan trắc.

Các mốc lún được đặt ở những vị trí đặc trưng cho quá trình lún của công trình và phân bố đều khắp mặt bằng công trình Mốc được đặt ở vị trí tiếp giáp của các khối kết cấu, bên cạnh khe lún, tại những nơi có áp lực lớn, những khu vực có điều kiên địa chất công trình kém ổn định Các mốc lún nên bố trí ở cùng

độ cao để thuận lợi cho đo đạc và hạn chế ảnh hưởng của một số nguồn sai số trong quá trình đo đạc, thi công lưới Số lượng và sơ đồ phân bố mốc lún được thiết kế cho từng công trình cụ thể, mật độ điểm mốc phải đủ để xác định các tham số đặc trưng cho quá trình lún của công trình

Đối với các tòa nhà có kết cấu móng băng, tường chịu lực thì mốc được đặt theo chu vi tại vị trí giao các tường ngang, dọc và khoảng (10-15m) đặt một mốc

Đối với nhà dân dụng, công nghiệp kết cấu cột, mốc lún được đặt trên mốc chịu lực với mật độ không dưới 3 mốc trên một hướng trục

Đối với nhà lắp ghép, mốc lún được đặt theo chu vi tại vị trí trục nhà với mật độ từ (6-8m) một mốc

Đối với công trình các kết cấu móng cọc, mốc được đặt theo trục công trình thì mật độ không quá 15m

Đối với các công trình dạng tháp, mốc được bố trí đều quanh chân đế công trình, số lượng mốc tối thiểu là 4 mốc

Đối với công trình cầu, mốc quan trắc được bố trí trên hai mố và các trụ cầu.Đối với công trình đường hầm, bố trí mốc ở nền và hai bên vách hầm.Đối với công trình thủy lợi, thủy điện, đập dâng, mốc được đặt theo đỉnh đập và các tuyến cơ phía hạ lưu, thường bố trí mốc trên một số mặt cắt ngang nhất định

Đối với đập tràn, mốc lún được đặt trên các khối bê tông, mỗi khối không

ít hơn 3-4 mốc Tại tuyến đường ống áp lực, mốc đặt trên các mố, trụ néo, mỗi trụ đặt 1-2 mốc

2.2.2 Xác định độ chính xác các bậc lưới

Sai số tổng hợp các bậc lưới được xác định trên cơ sở yêu cầu độ chính xác quan trắc lún Nếu yêu cầu đưa ra là sai số tuyệt đối độ lún thì việc xác định sai số độ cao tổng hợp được tiến hành như sau:

Do độ lún được tính là hiệu độ cao của hai chu kỳ quan trắc nên sai số

trung phương độ lún ( ) được xác định theo công thức:

(2.2)

Các chu kỳ quan trắc thường được thiết kế với đồ hình và độ chính xác đo

tương đương nhau, nên có thể coi Như vậy công thức sai số tổng hợp độ cao là:

Trong thực tế lưới khống chế độ cao trong quan trắc lún có cấu trúc

là lưới hai bậc vì vậy sai số độ cao tổng hợp bao gồm sai số của hai bậc lưới thể hiện dưới dạng:

(2.6)

khống chế, sai số độ cao điểm quan trắc tương ứng:

- Đối với lưới khống chế:

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 thỏa mãn độ chính xác cao nhất trong 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 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

1 Đo độ lún tòa 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

của cộng hòa dân chủ Đức (cũ), máy NA - 3003 của Thụy Sỹ hoặc các máy

đo có độ chính xác tương đương

- Độ phóng đại của ống kính yêu cầu từ trở lên

- Giá trị khoảng chia trên mặt ống thủy chuẩn dài không vượt quá 12”/2mm

- Giá trị vạch khắc vòng đọc số của bộ đo cực nhỏ 0.05mm và 0.10mm.Việc đo lún ở mỗi chu kỳ được thực hiện theo sơ đồ thiết kế từ trước, có thể sử dụng các sơ đồ đơn giản từ một đến hai tuyến đơn Trước khi đo lún máy

và mia cần được kiểm tra, kiểm nghiệm theo yêu cầu đo chênh lệch độ cao hạng I

Đối với các máy đo cao mới nhận ở xưởng về hoặc máy mới sửa chữa thì trước khi sử dụng đều phải kiểm tra, kiểm nghiệm ở trong phòng và ngoài thực địa theo những nội quy của quy phạm Máy và mia đang dùng để đo độ lún công trình thì không dùng làm việc khác

Khi đo lún công trình bằng phương pháp đo cao hình học hạng I thì cần

sử dụng mia có băng invar, trong đó có hai thang chia vạch, sự xê dịch của một vạch tương ứng với vạch khắc là 2.5mm chiều dài của mia là 1m ÷ 3m Trên

mia phải có ống nước trong với giá trị độ khắc là 10 ÷ 12 " trên 2mm Giá trị khoảng chia của các vạch có thể là 5mm hoặc 10mm Sai số khoảng chia 1m của tham số không vượt quá 0.10mm Khi đo độ lún bằng phương pháp đo cao hình học hạng I ở miền núi thì sai số này không được vượt quá 0.05mm Sai số

khoảng chia dm của các tham số khi đo độ lún hạng I không vượt quá

0.10mm Khi đó ở vùng núi thì sai số này không được vượt quá 0.05mm

Trước khi bắt đầu công việc đo độ lún cần thiết phải kiểm tra mia nhằm đảm bảo là mia không bị cong, các vạch khắc và các dòng chữ số in trên mia rõ ràng, ống thủy của mia phải hoàn hảo Khi đo độ lún người cầm mia phải chú ý những điều kiện sau:

- Đế mia phải tuyệt đối sạch

- Người cầm mia cần phải đặt mia trên điểm cao nhất của mốc, theo hiệu lệnh của người đo Khi di chuyển cần phải cẩn thận nhẹ nhàng để mia không bị

va đập

- Mia và ống thủy tròn của mia phải được đặt thẳng đứng để giữ mia thẳng đứng khi đo Không được xê dịch mia trên điểm đặt trong thời gian đo

- Khi làm việc trong điều kiện thiếu sáng, trên mia phải gắn đèn chiếu sáng

- Mia được dựng im trên mốc, người cầm mia đọc tên của mốc Không có hiệu lệnh của người đo, mia không được dời khỏi mốc Trong thời gian giải lao cần bảo quản mia không để va đập, chấn động, dựng mép mia vào tường, khi đo xong để mia trong phòng khô ráo và trong hòm riêng Trên một mốc đo trong các chu kỳ đo khác nhau chỉ nên sử dụng một mia

Trình tự thao tác trên một trạm đo gồm các công việc sau:

- Đặt chân máy: chân máy thủy chuẩn đặt trên trạm khi đo phải được thăng bằng không được nghiêng lệch, hai chân của máy được đặt song song với

đường đo, chân thứ 3 cắt ngang khi bên phải, khi bên trái, tất cả ba chân của máy phải ở trong những điều kiện giống nhau.

- Lắp máy vào chân bằng ốc nối

- Cân bằng bọt thủy theo ống thủy gắn trên máy Độ lệch của bọt thủy tối

đa là hai vạch khắc của ống thủy

Việc tính toán ghi chép số đọc trên mia được thực hiện theo các chương trình ghi ở bảng sau:

Mức độ cao thứ nhất của máy

Mức độ cao thứ hai của máy

Trong đó:

là số đọc trên thang chính mia sau (ký hiệu là )

là số đọc trên thang phụ mia sau (ký hiệu là )

là số đọc trên thang chính mia sau (ký hiệu là )

là số đọc trên thang phụ mia sau (ký hiệu là )

S là chữ viết tắt của từ sau

T chữ viết tắt của từ trước

c là chữ viết tắt của từ chính

p là chữ viết tắt của từ phụKhi đo độ lún bằng một mia và đặt trên nền đất cứng thì nên sử dụng chương trình II

Chiều dài của tia ngắm không vượt quá 25m Chiều cao của tia ngắm so với mặt đất hay so với mặt trên của chướng ngại vật không được nhỏ hơn 0.8m trong những trường hợp cá biệt khi đo trong các tầng hầm của công trình có

chiều dài tia ngắm không vượt quá 15m thì được phép thực hiện ở độ cao tia ngắm 0,5m.

Công việc đo ngắm chỉ được phép thực hiện trong những điều kiện hoàn toàn thuận lợi và hình ảnh các vạch khắc trên mia rõ ràng ổn định

Trước khi bắt đầu những công việc đo ngắm 15p, cần đưa máy ra khỏi hòm đựng để tiếp nhận nhiệt độ môi trường Trong trường hợp phải chuyền qua các lỗ hổng cửa sổ thì đường kính các lỗ hổng, của sổ tối thiểu là 0.5m Không nên đặt máy ở những nơi ranh giới không khí nóng lạnh

Chọn thời gian đo:

- Việc đo ngắm nên bắt đầu sau khi mặt trời mọc nửa giờ và kết thúc trước mặt trời lặn nửa giờ Không nên đo khi nhiệt độ không khí cao, gió mạnh từng hồi, bởi vì lúc này việc kẹp vạch và bắt mục tiêu là không chính xác

- Trong khi đo phải sử dụng ô che máy, tránh tác động trực tiếp của tia nắng mặt trời dọi vào máy Khi di chuyển chỗ này tới chỗ khác phải che máy bằng túi, bao trong làm bằng vật liệu mịn chuyên dụng

Chênh lệch khoảng cách từ máy tới mia trước và mia sau tối đa là 0,4m Tích lũy những chênh lệch khoảng cách từ máy đến mia trước và mia sau trong một tuyến đo (hoặc vòng khép kín) cho phép không vượt quá 2m Khoảng cách

từ máy đến mia được đo bằng máy đo khoảng cách hoặc bằng thước dây Việc

bố trí khoảng cách từ máy đến mia trước và từ máy đến mia sau gần bằng nhau được thực hiện bằng dây thừng, thước dây hoặc thước thép Khi góc i của máy

đo < 4 " ÷ 8 " có thể cho phép chênh lệch khoảng cách từ máy tới mia trước và mia sau là 0,8m và tích lũy những chênh lệch khoảng cách trong một tuyến đo hoặc vòng khép kín là 4m

Trên mỗi trạm máy cần kiểm tra ngay công việc đo Việc kiểm tra này bao gồm các công việc sau:

- Tính hiệu số đọc thang chính và thang phụ của mỗi mia Hiệu số của chúng phải ở trong giới hạn của hai vạch thang (0,1mm) khi có sự khác biệt lớn, việc đo ngắm phải được làm lại.

- Tính các chênh cao nhân đôi theo thang chính và thang phụ của mia trước và mia sau Sự khác biệt của các chênh cao nhân đôi theo thang chính và thang phụ không được lớn hơn 4 vạch chia của bộ đo cực nhỏ 0,2mm Khi có sự khác biệt lớn, việc đo ngắm phải được làm lại

- Tính toán chênh cao: số khác biệt về chênh cao ở hai vị trí máy cho phép không hơn 0,2 ÷ 0,3mm

Sau khi thực hiện 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:

Trong đó:

n là số trạm máy trong tuyến đo cao

2 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 hành bằng máy đo cao loại H1, H2, NAK2, Ni004 và các máy có độ chính xác tương đương Có thể dùng cả loại máy đo cao tự động cân bằng: K0Ni - 007

- Độ phóng đại ống kính của các máy đo cao yêu cầu từ

- Giá trị vạch khắc trên mặt ống nước dài không vượt quá 12 " / 2mm

- Giá trị vạch khắc vành đọc số của bộ đo cực nhỏ là 0.05 ÷ 0.10mm

Việc đo cao được tiến hành theo các vòng đo bằng một độ cao máy Tất

cả các máy và dụng cụ dùng để đo độ lún bằng phương pháp đo cao hình học hạng II đều phải được kiểm tra, kiểm nghiệm trong phòng và ngoài thực địa theo nội dung, yêu cầu quy phạm

Khi đo độ lún bằng phương pháp đo cao hình học hạng II cần dùng mia có băng invar hoặc hai thang chia vạch Giá trị khoảng chia của các vạch trên mia

có thể là 5mm hoặc 10mm chiều dài của mia từ 1m ÷ 3m Sai số các khoảng chia 1m, 1dm và toàn chiều dài mia không vượt quá 0,20mm Khi mia dùng để

đo độ lún ở miền núi thì sai số này không được vượt quá 0,10mm

Trình tự đo ngắm trên một trạm máy: tương tự như trình tự của phương pháp đo cao hình học hạng I

Khi đo độ lún tòa nhà, quá trình đo ngắm bắt đầu từ một cọc mốc và kết thúc cũng nên dừng ở cọc mốc đó Cũng có thể kết thúc việc đo ngắm trên một cọc mốc khác theo các đường đo khép kín hoặc đường đo nối vào các mốc cơ sở

Số trạm máy trong tuyến đo treo được phép tối đa là 2 Số trạm máy trong tuyến

đo khép kín phải đảm bảo độ chính xác cần thiết của giá trị độ lún nhận được

Chiều dài của tia ngắm không được vượt quá 30m, trong trường hợp cá biệt khi đường đo dài và sử dụng mia khắc vạch có bề rộng là 2mm, thì cho phép tăng chiều dài của tia ngắm đến 40m, chiều cao tia ngắm phải đặt cách mặt đất tối thiểu là 0,5m

Sự chênh lệch khoảng cách từ máy đến mia trước và mia sau không vượt quá 1m Tích lũy khoảng cách từ máy đến mia trong các tuyến đo hoặc một vòng đo khép kín không được vượt quá 3m ÷ 4m Khi góc i của máy < 4 " ÷ 8 ", có thể cho phép chênh lệch khoảng cách từ máy đến mia là 2m và tích lũy chênh lệch khoảng cách từ máy đên mia trong một tuyến đo hoặc vòng đo khép kín không được vượt quá 8m

Việc đo độ lún phải được thực hiện trong điều kiện thuận lợi cho việc đo ngắm theo quy tắc: tương tự như phương pháp đo cao hình học I

Nếu sử dụng các điểm chuyển tiếp khi đo độ lún công trình thì phải sử dụng các “cóc” để đặt mia

Tại mỗi trạm máy cần kiểm tra ngay các kết quả đo ở ngoài thực địa

Công tác kiểm tra bao gồm:

- Tính hiệu số đọc của thang chính và thang phụ của mia Hiệu số này phải được phân biệt với số cố định không lớn hơn 3 cạch chia của bộ đo cực nhỏ (0.15mm) Khi có sự khác nhau lớn, việc đo tại trạm máy cần phải được thực hiện lại.

- Tính chênh cao nhân đôi theo thang chính và thang phụ của mia trước và mia sau Sự khác nhau của chênh cao nhân đôi ở thang chính và thang phụ không được lớn hơn 6 vạch chia của bộ đo cực nhỏ (0.3mm) Khi có sự chênh lệch lớn, công việc đo ngắm cần phải được thực hiện lại

- Tính toán 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 vượt quá sai số cho phép tính theo công thức:

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 nghiệp không có sai sót thì tiến hành xác định chênh cao trung bình theo thang chính và thang phụ hoặc chênh cao trung bình giữa hai lần đọc số

Vẽ sơ đồ các tuyến đo và ghi trên sơ đồ các số liệu sau:

- Chênh cao trung bình được tính theo thang chính và thang phụ hoặc theo hai lần đọc số

- Số trạm máy trên tuyến đo

- Hướng của tuyến đo

Xác định sai số khép của tất cả các vòng trên sơ đồ Sai số khép cho phép của các vòng đo được xác định theo công thức sau:

Hạng I :

Hạng II :

Trong các công thức trên n là số trạm máy trong vòng đo khép kín Nếu sai số vòng đo của tất cả các vòng đo nhỏ hơn hoặc bằng giá trị cho phép thì tiến hành bình sai lưới Trong trường hợp sai số khép vòng đo vượt quá giá trị cho phép thì phải tiến hành đo lại

Việc bình sai lưới thủy chuẩn đo độ lún công trình được thực hiên theo phương pháp bình sai chặt chẽ trên cơ sở của phương pháp 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

1 Chọn ẩn số:

Các ẩn số được chọn phải độc lập Đối với các lưới độ cao ẩn số có thể là các chênh cao hoặc độ cao của các điểm cần xác định Thông thường người ta thường chọn độ cao của các điểm cần xác định làm ẩn số

2 Lập phương trình số hiệu chỉnh:

Ở dạng ma trận, hệ phương trình số hiệu chỉnh như sau:

Trong đó A là ma trận hệ số phương trình số hiệu chỉnh có kích thước

; n là số đại lượng đo, m là ẩn số; là vecto hiệu chỉnh vào các ẩn số

có kích thước bằng số ẩn m L là vecto số hạng tự do có kích thước bằng đại lượng đo n, V là vecto số hiệu chỉnh có kích thước bằng số đại lượng đo n.

3 Xác định trọng số của các đại lượng đo

b Đánh giá độ chính xác của kết quả đo

Sau khi bình sai lưới phải lập bảng thống kê các mốc lún, độ cao và sai số xác định độ cao của từng mốc

Việc đánh giá độ chính xác của các kết quả đo được thực hiện như sau:

- Xác định SSTP:

(2.13)

Trong đó:

là SSTP đơn vị trọng số

n là số đoạn đo trong lưới

k là số điểm cần xác định độ cao (bằng số mốc đo lún)

- SSTP độ cao điểm bất kỳ

(2.14)

Trong đó: là trọng số đảo của điểm cần đánh giá

Sau khi có ít nhất hai chu kỳ đo có thể tính được độ lún của tòa nhà theo công thức:

- Độ lún tương đối của mốc thứ j trong chu kỳ đo thứ i là:

(2.15)

- Độ lún tổng hợp của mốc thứ j trong chu kỳ đo thứ i là:

(2.16)

Trong đó:

là độ lún của mốc thứ j trong chu kỳ đo thứ i.

là độ lún của mốc thứ j trong chu kỳ đo thứ i.

là độ cao của mốc thứ j trong chu kỳ đo kề trước.

là độ cao của mốc thứ j trong chu kỳ đo đầu tiên.

- Độ lún trung bình của công thức trong chu kỳ đo thứ i được tính theo

công thức sau:

(2.17)

- Độ lún trung bình tổng cộng của công trình từ khi bắt đầu cho đến chu

kỳ đo thứ I là:

(2.18)

Trong đó:

là diện tích của nền móng chịu ảnh hưởng của mốc lún thứ j

P là diện tích toàn bộ nền móng của công trình

Thông thường có thể tính độ lún trung bình của công trình theo công thức sau:

(2.19)

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:

(2.20)

- Tốc độ lún trung bình tổng cộng của công trình từ chu kỳ đầu tiên đến

chu kỳ đo hiện tại (chu kỳ thứ j) được tính:

(2.21)

Trong đó:

là tốc độ lún tính theo đơn vị mm/tháng

t là khoảng thời gian giữa chu kỳ kế trước và chu kỳ hiện tại (tính bằng ngày).

T là khoảng thời gian giữa chu kỳ đo đầu tiên và chu kỳ đo hiện tại (tính bằng ngày)

Sau mỗi chu kỳ đo cần lập bảng thống kê độ cao và độ lún tổng cộng của các mốc trong chu kỳ hiện tại và độ lún tổng cộng của các mốc, tính độ lún trung bình của công trình trong chu kỳ đang xét và độ lún tổng cộng của công trình Ngoài ra cần chỉ rõ các mốc có diễn biến lún đặc biệt: mốc có độ lún lớn nhất, mốc có độ lún nhỏ nhất, tốc độ lún của tòa nhà và một số nhận xét ngắn gọn

Hiệu độ lún lớn nhất giữa hai điểm trên công trình:

(2.22)

Độ nghiêng của nền công trình trên hướng AB:

(2.23)

Trong đó:

là khoảng cách giữa hai điểm có độ lún lớn nhất và nhỏ nhất

Độ cong tuyệt đối và độ cong tương đối dọc theo trục công trình:

- Độ cong tuyệt đối:

Dựa vào các tham số trên đây để thành lập các biểu độ lún.

- Biểu đồ lún theo trục ngang, trục dọc của công trình

- Biểu đồ lún theo thời gian của của điểm kiểm tra

- Bình đồ lún công trình

2.4 Phân tích độ ổn định của các mốc cơ sở

Trong đo độ lún công trình chẳng những các mốc dùng để đo độ lún bị thay đổi độ cao theo thời gian mà ngay cả các mốc cơ sở cũng không giữ được

độ cao ổn định trong suốt quá trình đo, vì vậy việc kiểm tra độ ổn định của các mốc cơ sở đóng một vai trò đặc biệt quan trọng và là một nội dung bắt buộc trong xử lý số liệu đo độ lún công trình

Để độ lún của các điểm kiểm tra gắn trên công trình được khách quan nhất, người ta phải kiểm nghiệm và phân tích độ ổn định của các mốc cơ sở, từ

đó xác định độ ổn định nhất làm căn cứ tính lún

Có nhiều phương pháp kiểm nghiệm và phân tích độ ổn định của các mốc

cơ sở, sau đây là nội dung vắn tắt các phương pháp đó:

2.4.1 Phương pháp Kostekhel

Với nhận định: sau khi lưới được bình sai theo phương pháp tự do, sự thay đổi chênh cao của cùng một đoạn đo trong lưới ở các chu kỳ khác nhau chủ yếu là do các mốc bị dịch chuyển biến dạng gây nên Cơ sở khoa học của phương pháp là:

Lần lượt chọn các mốc cơ sở của lưới tam giác làm điểm gốc khởi tính tọa

độ hoặc độ cao, bình sai lưới theo phương pháp tự do với số liệu gốc tối thiểu, tính số hiệu chỉnh V cho tất cả các mốc và cho từng 2 chu kỳ Mốc nào được chọn làm điểm khởi mà có [vv] = min thì mốc đó được coi là mốc ổn định và tọa

độ hay độ cao của nó từ chu kỳ đầu được lấy làm gốc để khởi tính

2.4.2 Phương pháp Trernhikov

Nguyên tắc của phương pháp là độ cao trung bình của nhóm mốc cơ sở trong lưới là không đổi với quan trắc lún, hoặc tọa độ trọng tâm lưới là không

đổi giữa các chu kỳ quan trắc chuyển dịch ngang công trình Cơ sở của phương pháp là:

Bình sai tự do lưới cơ sở, tìm số hiệu chỉnh cho độ cao của điểm gốc

(hoặc tọa độ trọng tâm lưới - với lưới mặt bằng) ở chu kỳ quan trắc j sao cho sau

khi hiệu chỉnh cho tất cả các mốc thì tổng bình phương của độ lệch còn lại là nhỏ nhất Số hiệu chỉnh cho độ cao của mốc khởi tính chính là số hiệu chỉnh bổ sung cho độ cao trung bình (hoặc tọa độ trọng tâm lưới - với lưới mặt bằng) của

hệ thống lưới cơ sở vì độ cao đáng tin cậy nhất là giá trị trung bình độ cao của các mốc tính được khi lần lượt lấy mỗi điểm trong lưới làm mốc độ cao khởi tính

2.4.3 Phương pháp tương quan

Phương pháp này dựa trên cơ sở phân tích quan hệ giữa các giá trị chênh cao của từng một đoạn đo (giữa hai mốc) ở các chu kỳ khác nhau để xác định độ

ổn định của hệ thống mốc cơ sở

Nội dung chủ yếu của phương pháp: tính chênh cao trung bình mỗi đoạn

đo từ n chu kỳ ( ) Tính độ chênh lệch và độ lệch chuẩn của các chênh cao được đo trong các chu kỳ so với chênh cao trung bình Tính các hệ số tương quan, kiểm tra ý nghĩa các hệ số này thông qua phân tích phương sai các hệ số tương quan

2.4.4 Phương pháp bình sai lưới tự do

Thông qua ma trận định vị C của lưới và tiêu chuẩn sai số trung phương phải nhỏ hơn 3 lần sai số giới hạn, người ta loại bỏ dần các điểm khống chế cơ

sở không ổn định tròn quá trình tính toán nhích dần Tại chu kỳ đầu tiên, lưới khống chế cơ sở được bình sai như một mạng lưới thông thường với số liệu gốc tối thiểu Từ chu kỳ thứ hai, lưới khống chế được bình sai như một mạng lưới tự

do, độ cao bình sai của chu kỳ trước được lấy làm độ cao gần dung của chu kỳ sau Nghiệm của hệ phương trình chuẩn chính là độ lún của các mốc cơ sở tại

chu kỳ đang xét, các điểm có độ lún lớn hơn tiêu chuẩn đánh giá là những điểm không ổn định.

Cuối cùng kết quả bình sai dựa trên các điểm khống chế cơ sở ổn định và kết quả lún hay dịch chuyển ngang của điểm kiểm tra được phản ánh trung thực

Để xử lý lưới khống chế trong thực tế hay sử dụng phương pháp bình sai lưới tự do vì phương pháp bình sai tự do cho phép giải quyết đồng thời 2 nhiệm

vụ đặt ra của bài toán phân tích độ ổn định lưới khống chế là: Đánh giá độ ổn định của các mốc cơ sở và định vị dạng lưới

2.5 Bình sai lưới tự do

2.5.1 Khái niệm về lưới trắc địa tự do

Phụ thuộc vào tính chất và số liệu gốc, lưới trắc địa được chia làm 2 loại: lưới phụ thuộc và lưới tự do Lưới trắc địa tự do được định nghĩa là loại lưới mà trong đó không 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 các 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 do bậc 1 (số lượng các yếu tố gốc còn thiếu trong tất cả các mạng lưới được gọi là số khuyết

và được ký hiệu bằng d, còn bản thân lưới được gọi là lưới tự do bậc d)

Nếu lưới trắc địa có thừa yếu tố gốc tối thiểu thì gọi là lưới trắc địa phụ thuộc Như vậy có một trường hợp đặc biệt khi trong lưới có vừa đủ số liệu yếu

tố gốc tối thiểu, trong lý thuyết bình sai dạng lưới như vậy được gọi là lưới tự do bậc 0 (số khuyết d = 0)

Khi lưới trắc địa có số liệu gốc có sai số vượt quá sai số đo và nếu trong tính toán, số liệu gốc chỉ được sử dụng để định vị lưới thì mạng lưới đó cũng

được coi là lưới tự do, nếu trong bình sai lưới phụ thuộc, các điểm có số liệu gốc gọi là điểm gốc (hoặc điểm khỏi tính) thì trong bình sai tự do các điểm đó gọi là điểm định vị.

2.5.2 Cơ sở lý thuyết của bình sai tự do

1 Định nghĩa

Bình sai tự do được định nghĩa là bình sai lưới trắc địa tự do theo phương pháp gián tiếp với ẩn số cần xác định là độ cao của tất cả các điểm trong lưới

2 Lý thuyết chung

Giả sử một mạng lưới tự do được bình sai theo phương pháp gián tiếp với

ẩn số là độ cao tất cả các điểm mốc trong lưới, khi đó:

a Phương trình số hiệu chỉnh có dạng:

(2.26)Trong đó:

A là ma trận hệ số

là vecto ẩn số

V,L là vecto số hiệu chỉnh và vecto số hạng tự do

Vì trong lưới tự do không có đủ các yếu tố định vị tối thiểu nên ma trận

hệ phương trình số hiệu chỉnh (2.6) có một số cột phụ thuộc (số lượng cột phụ bằng số khuyết của lưới)

b Khi chuyển từ hệ phương trình số hiệu chỉnh sang hệ phương trình chuẩn theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất sẽ thu được:

(2.27)

;

Ma trận hệ số R trong phương trình (2) có tính chất: Det (R) = 0

c Hệ phương trình chuẩn (2) có vô số nghiệm, vì vậy không thể giải theo các phương pháp thông thường Nhưng có thể xác định được vecto nghiệm riêng bằng cách đưa bổ xung một hệ phương trình điều kiện rang buộc đối với vecto

ẩn số dưới dạng:

(2.28)

Hệ phương trình (2.28) phải thỏa mãn 2 điều kiện:

- Số lượng phương trình điều kiện bằng số khuyết trong mạng lưới

- Các hàng của ma trận phải độc lập tuyến tính đối với các hàng của ma trận A

d Kết hợp hai biểu thức (2) và (3) sẽ thu được hệ phương trình chuẩn mở rộng:

Trong công thức (5) và (6) ma trận là một dạng giả nghịch đảo của R

và có thể được tính như sau:

(2.32)Trong công thức (8) B là ma trận kích thước (dxk) thỏa mãn điều kiện:

A.B = 0

Thông thường, trong các ứng dụng thực tiễn ma trận B thường được chọn như sau:

Trong các công thức trên:

: số lượng trị đo thừa trong lướif: vecto hệ số khai triển của hàm số

c Tính theo công thức

(2.38)

2.6 Bình sai lưới khống chế cơ sở và lưới đo lún

2.6.1 Bình sai lưới khống chế cơ sở

Với số liệu đo trực tiếp tại mỗi chu kỳ, lưới cơ sở được bình sai theo phương pháp bình sai lưới tự do, có thể tóm tắt gồm các bước sau:

Tại chu kỳ đầu tiên, lưới cơ sở được bình sai như một lưới thông thường với số liệu gốc tối thiểu

Từ chu kỳ thứ hai trở đi, lưới khống chế cơ sở được bình sai như một lưới

tự do Nếu lấy độ cao bình sai của chu kỳ trước làm độ cao gần đúng của chu kỳ sau thì số gia ẩn số tính được chính là độ lún của chu kỳ đang tính so với chu kỳ trước nó

Để bình sai lưới khống chế cơ sở theo phương pháp bình sai lưới tự do thì việc xác định ma trận định vị C là quan trọng nhất

Bước 2: Tiến hành bình sai lưới.

Bước 3: Tìm ra điểm i có độ lún lớn nhất , so sánh độ lún đó với tiêu

chuẩn đánh giá độ ổn định

Nếu thì gán C = 0 và quay lại bước 2

Nếu thì dừng lại

Thực chất bài toán bình sai của lưới cơ sở theo phương pháp bình sai lưới

tự do là vị trí lưới theo các điểm ổn định

2.6.2 Bình sai lưới quan trắc

Có nhiều phương pháp để bình sai lưới quan trắc lún như phương pháp bình sai điều kiện, bình sai gián tiếp, tuy nhiên phương pháp bình sai gián tiếp

có quy luật và ngắn gọn hơn nên thích hợp hơn trong việc lập trình máy tính để bình sai những mạng lưới lớn Nội dung của phương pháp này có thể nêu tóm tắt như sau:

p là tổng số điểm của lưới

là số điểm có độ cao biết trước

Sau khi xác định số lượng các ẩn số vừa đủ và độc lập, ta thường chọn ẩn

số là trị bình sai độ cao các mốc Dựa vào các điểm đã biết độ cao ta xác định được trị gần đúng của các ẩn số

2 Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh

Hệ phương trình số hiệu chỉnh có dạng ma trận:

3 Lập và giải hệ phương trình chuẩn

Trong phương pháp bình sai gián tiếp hệ phương trình chuẩn có dạng ma trận: