Quan trắc biến dạng công trình

Các công trình trong quá trình xây dựng và sử dụng có thể bị biến dạng, nhất là khi tải trọng của chúng lớn và được xây dựng trên nền đất yếu. •Biến dạng công trình có thể do tự bản thân công trình gây ra (đê, đập đất tự dẽ lún) hoặc do tải trọng công trình tác động đến nền móng hoặc do tác động của ngoại lực (gió, bão, nhiệt độ, áp lực nước bên trên đập, vv…)Lún:•Dưới áp lực của công trình, nền đất bị ép lại lún•Nền lớp dưới móng bị ép không đều hoặc tải trọng truyền lên các phần móng khác nhau nhưng móng chưa được tính toán kỹ lún không đều hiện tượng nghiêng, võng, xoắn, nứt.(lún đều không nguy hiểm) Công trình trên nền cát  lún nhanh, nhiều nhưng chấm dứt nhanh Công trình trên nền cát pha sét lún chậm, ít nhưng chậm chấm dứt. Chuyển dịch: Khi bị tác động một phía như áp lực của khối nước khổng lồ ở thượng lún (hồ chứa nước), sóng vỗ, gió…, công trình nhà phát điện, đập bê tông, đập đất sẽ bị chuyển dịch về phía hạ lún. Nền là đất chuyển dịch nhanh, là đá chuyển dịch chậm. Chuyển dịch không đều cũng sinh ra các hiện tượng nghiêng, võng, xoắn, nứt. Trượt: Khi xây dựng trên nền đất dốc (bờ sông, sườn đồi…) công trình có thể bị trượt. Trượt là tổng hợp của lún và chuyển dịch. Một công trình có thể đồng thời bị lún và chuyển dịch như đập thủy điện…

CHƯƠNG V QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CƠNG TRÌNH  5-1 KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG CƠNG TRÌNH Các cơng trình q trình xây dựng sử dụng bị biến dạng, tải trọng chúng lớn xây dựng đất yếu A NGUN NHÂN VÀ PHÂN LOẠI  Biến dạng cơng trình tự thân cơng trình gây (đê, đập đất tự dẽ lún) tải trọng cơng trình tác động đến móng tác động ngoại lực (gió, bão, nhiệt độ, áp lực nước bên đập, vv…)  Lún:  Dưới áp lực cơng trình, đất bị ép lại lún  Nền lớp móng bị ép khơng tải trọng truyền lên phần móng khác móng chưa tính tốn kỹ lún khơng hiện tượng nghiêng, võng, xoắn, nứt.(lún không nguy hiểm) - Cơng trình cát  lún nhanh, nhiều chấm dứt nhanh - Cơng trình cát pha sét lún chậm, chậm chấm dứt  Chuyển dịch: - Khi bị tác động phía áp lực khối nước khổng lồ thượng lún (hồ chứa nước), sóng vỗ, gió…, cơng trình nhà phát điện, đập bê tông, đập đất bị chuyển dịch phía hạ lún - Nền đất chuyển dịch nhanh, đá chuyển dịch chậm - Chuyển dịch không sinh tượng nghiêng, võng, xoắn, nứt  Trượt: - Khi xây dựng đất dốc (bờ sơng, sườn đồi…) cơng trình bị trượt Trượt tổng hợp lún chuyển dịch - Một cơng trình đồng thời bị lún chuyển dịch đập thủy điện… B MỤC ĐÍCH VÀ THỜI ĐIỂM QUAN TRẮC BDẠNG - Biến dạng lớn nguy hại cho thân cơng trình (sập nhà, vỡ đập) mà cịn nguy hại đến tính mạng, tài sản, môi trường vùng xung quanh (nhà cao tầng) hạ lún (vỡ đập nước tràn) phải tổ chức quan trắc phát kịp thời tượng B/dạng để có biện pháp gia cố - Kiểm tra tính đắn xác cơng tác tính tốn móng - Quan trắc biến dạng từ bắt đầu XD cơng trình, suốt thời gian XD, năm đầu vận hành sử dụng cơng trình sơ khởi có tượng B/dạng C CÁC GIAI ĐOẠN QUAN TRẮC BIẾN DẠNG Lập bảng thiết kế kỹ thuật: độ cxđd, P.pháp đo, cấu tạo phân bố loại mốc, sơ đồ lịch thi công Công tác chuẩn bị: gia công, chôn gắn loại mốc, chọn dụng cụ, thiết bị đo, kiểm tra kiểm nghiệm dụng cụ đo… Tiến hành đo: theo phương pháp thiết kế theo lịch định Chỉnh lý tính tốn: kết đo, tính tri số biến dạng, lập bảng số liệu cho chu kỳ, vẽ biểu đồ biến dạng Lập báo cáo kỹ thuật: phân tích số liệu  5-2 KHÁI NIỆM VỀ QUAN TRẮC LÚN  Giả sử vào ngày tháng từ mốc sở độ cao I dẫn tuyến đo cao hình học hạng III qua điểm từ 16 khép lại điểm I Sau tính tốn bình sai ta độ cao điểm  Sau tháng vào tháng tiến hành đo lại tức đo chu kỳ II H 12 , H 22 , H 32 , H 42 , H 52 , H 62  Cứ đến tháng 10 ta đo chu kỳ 10 H 110 , H 210 , H 610 Độ lún: hiệu độ cao mốc (ví dụ mốc số 1) hai chu kỳ độ lún mốc Ví dụ: - Độ lớn mốc chu kỳ 10 (độ lớn tương đối) S 10  H 10  H S 10  1 H 10 1  H 11 - Độ lớn mốc chu kỳ 10 tổng hợp 10 chu kỳ) (độ lớn A CHU KỲ QUAN TRẮC  Tùy theo chất đất mà tượng lún cơng trình “tắt dần” nhanh hay chậm (đất pha sét, cát, bùn)  Tốc độ lún thường diễn nhanh thời gian XD cơng trình Trị số độ lún lớn xảy thời gian [khoản thời gian hai lần đo kề chu kỳ đo]  Chu kỳ bắt đầu sau xây móng chu kỳ sau tính theo: Sự tăng dần trọng lượng cT : 25% 50% 75% 100% Sự tăng tầng XD : tầng 1, 2, 3,…10…15,vv… Theo thời gian: sau tuần, 10 ngày, 15N, 30N  Sau đạt tải trọng toàn phần dựa vào sử dụng QTrắc quý/lần, tháng/lần (mùa khô, mùa mưa) tốc độ lún < 1-2mm/năm  Quan trắc lại có tượng biến dạng khả nghi B Độ cx quan trắc lún Theo tiêu chuẩn VN TCVN 3972-84 Sai số trung phương xác định độ lún Ms nhà lớn cơng trìmh so với mốc sở không vượt quá: + 1mm công trình XD đất cứng nửa cứng + 2mm _nền cát, sét chịu nén + 5mm _nền đất đắp, đất bùn chịu nén Đối với cơng trình phức tạp quan trọng phải tiến hành dự tính độ xác riêng  5-5 CẤU TẠO VÀ BỐ TRÍ CÁC LOẠI MỐC PHỤC VỤ QUAN TRẮC LÚN A BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO MỐC CƠ SỞ  Là sở để xác định độ cao mốc kiểm tra chu kỳ Từ tính độ lún mốc  Yêu cầu: không thay đổi độ cao suốt trình xác định độ lún cơng trình - Mốc phải đặt chỗ an toàn (làm rào bảo vệ) nằm vùng ảnh hưởng cơng trình khơng q xa cơng trình (giảm ảnh hưởng sai số dẫn độ cao tới mốc quan trắc) - Để kiểm tra độ ổn định mốc sở cơng trình quan trắc phải có mốc Nếu vị trí mốc phải bố trí thành cụm mốc gần - Đối với cơng trình dân dụng cơng nghiệp đặt mốc cách cơng trình 50-100m - Đối với cơng trình thủy lợi cách 100-300m - Mốc sở có cấu tạo phụ thuộc vào độ cx cần đo lún điều kiện địa chất  Mốc ống khoan sâu  Có thể bố trí gần gần với cơng trình chân mốc phải nằm lớp đất có khả bị nén bên cơng trình Tốt nằm lớp đất gốc ổn định  Mốc ống K.sâu (H.3) sử dụng đất yếu Chân mốc có cấu tạo đặc biệt chõi bám chặt vào lớp bùn - Thân mốc ống kim loại khơng có Ø =114-168 mm đầu có dấu mốc đồng Xung quanh có ống bảo vệ bịt bê tơng đầu Đầu bao bọc giếng sâu khoảng 62m có nắp đậy - Ở vùng đất yếu sử dụng mốc có dạng cọc bê tơng cốt thép với tiết diện 25x25cm (giống móng cọc xây nhà)(H.4)  Mốc đúc:  Hình mốc đúc liền khối có cốt thép có dấu móc giếng bảo vệ dấu mốc bí mật mặt chậu đế ống kim loại có nắp đậy(dự trữ kiểm tra mốc trên) Được sử dụng làm mốc sở có lớp đá gốc gần mặt đất  Mốc đúc H.4 có cấu tạo đơn giản sử dụng làm mốc thi công nằm sát cơng trình có khả bị lún (được sử dụng mốc sở xa cơng trình)  Mốc gắn tường (H.5) Khi quan trắc cơng trình dân dụng cơng nghiệp có u cầu độ cx khơng cao (hạng III) sử dụng mốc gắn tường cơng trình XD từ lâu (được xem ổn định tương đối gần cơng trình) làm mốc sở B BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO CÁC LOẠI MỐC KTRA I Bố trí: - Việc bố trí chỗ đủ số lượng cần thiết có ảnh hưởng lớn đến việc phát hiện tượng biến dạng cơng trình xác, đầy đủ (lún, nghiêng, võng,…) - Dựa vào cấu trúc móng, tải trọng lên phần nền, điều kiện địa chất đ/c thủy văn - Mốc phải tồn lâu dài, đủ sáng thơng thống dựng mia, cố gắng độ cao  Đối với nhà dân dụng có móng tường xây bố trí mốc theo chu vi 10-15m chỗ giao tường dọc tường ngang  Đối với nhà dân dụng công nghiệp có khung sườn (có nhiều cột) bố trí mốc cột xung quanh bên nhà cho…trên trục dọc trục ngang có từ 3-7 mốc  Đối với nhà lắp ghép Panen lớn bố trí mốc cách 6-8m (2 Panen) theo chu vi theo trục dọc, ngang  Đối với nhà có móng cọc bố trí mốc cách 15m theo trục dọc trục ngang  Tháp nước, ống khói, bệ máy lớn bố trí mốc  Cơng trình thủy điện 3-4 mốc khối mặt, hàng mốc mép thượng hạ lún đập, hành lang ngầm, tuốc bin vv…  Cảng tường chắn đất dọc sơng dọc theo chiều dài bố trí mốc cách 15-20m II Cấu tạo:  Mốc gắn tường  Mốc gắn mặt sàn  Mốc chôn lớp đất  Mốc quan trắc lớp đất thân đập (đê)  Hoặc quan trắc lớp đất bên cơng trình  5-7 TÍNH TỐN CÁC TRỊ SỐ BIẾN DẠNG VÀ VẼ CÁC BIỂU ĐỒ 1. Độ lún tuyệt đối: độ lún mốc Ktra (ví dụ mốc số 1) cơng trình so với mốc độ cao sở (mốcI) S13 , S11 10 độ lún tuyệt đối  Độ lún tương đối: độ lún điểm (ví dụ mốc Ktra 1) so với điểm khác (ví dụ mốc Ktra 2) cơng trình hiệu độ lún chu kỳ hai mốc Ktra  S 1 S  S (1) 2. Độ nghiêng móng: i1  S1 l1 (2) l1 - khoảng cách hai mốc Ktra 3. Độ võng đối xứng dọc theo trục móng f   Độ võng tương đối S  ( S1  S ) f tđ  f l1 (3) (4) S1,S3 – độ lún hai mốc Ktra 1,3 đặt hai đầu trục móng S2 – độ lún mốc Ktra đặt l1 - khoảng cách mốc Ktra 4. Tốc độ lún trung bình tháng năm mốc N VN = SN t (5)  Tốc độ lún trung bình tồn cơng trình: r v VTB =  r (6) Trong đó: t – thời gian quan trắc tháng năm SN – độ lún tổng hợp mốc N tháng năm r – số mốc kiểm tra Dựa vào số liệu tính thành lập biểu đồ  Mặt cắt độ lún theo trục  Đồ thị lún mốc  Sơ đồ đường thẳng lún  5-8 KHÁI NIỆM VỀ QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH I, II – mốc thi cơng (nằm vùng bị chuyển dịch) 1,2,3,4,5,6 – mốc kiểm tra (gắn công trình) q1,q2,q3 …q6 – độ lệch mốc kiểm tra so với hướng chuẩn I, II A, B – mốc sở (ổn định để kiểm tra vị trí mốc thi công)  Thực chất việc quan trắc độ chuyển dịch (bằng phương pháp đường ngắm chuẩn) đo độ lệch mốc kiểm tra q 1,q2… q10 so với đường ngắm chuẩn nhiều chu kỳ  Độ chuyển dịch mốc N hai chu kỳ kề i+1 i (độ chuyển dịch tương đối) Ví dụ (8-1) U N5 q N5  q N4  Độ chuyển dịch mốc N chu kỳ thứ I so với chu kỳ đầu (độ chuyển dịch tổng hợp) Ví dụ (8-2) U N5 q N5  q 1N Độ chuyển dịch tuyệt đối điểm tren cơng trình độ chuyển dịch so với mốc sở ổn định nằm khu vực ảnh hưởng cơng trình  Độ chuyển dịch tương đối độ chuyển dịch điểm  cơng trình xác định so với điểm cơng trình  5-9 ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ CHU KỲ QUAN TRẮC ĐỘ CHUYỂN DỊCH A ĐỘ CHÍNH XÁC QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH Tùy theo kết cấu cơng trình cấu tạo đất mà qui định độ xác quan trắc chuyển dịch Theo tiêu chuẩn VN TCVN – 3927 – 84 sai số trung phương xác định độ chuyển dịch không vượt q + 1mm – cơng trình xây dựng đất cứng đất nửa cứng + 3mm – công trình xây dựng cát, đất sét chịu nén + 10mm – cơng trình xây dựng đất đắp, đất bùn chịu nén + 15mm – cơng trình đất Đối với cơng trình địi hỏi độ xác cao phải tiến hành ước tính riêng B CHU KỲ QUAN TRẮC Khoảng thời gian hai chu kỳ kề phụ thuộc vào  đặc tính đất  loại cơng trình  trị số dịch chuyển dự đốn  biểu đồ cơng tác thi công xây dựng  Chu kỳ đầu : sau mốc sở ổn định, áp lực ngang (hồ chứa nước) chưa hình thành Đo 2-3 lần  Chu kỳ hai: sau có tác động áp lực ngang vào cơng trình  Chu kỳ 3,4,5,6: tiến hành áp lực ngang tăng lên 25%, 50%, 75% 100% so với thiết kế  Các chu kỳ tiếp theo: tiến hành thời gian vận hành cơng trình lần mùa khơ lần mùa mưa  Tạm thời chấm dứt:quan trắc tốc độ chuyển dịch giảm dần < 1-2mm/năm  Quan trắc lại: có dấu hiệu biến dạng nghi ngờ  5-10 BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO MỐC CƠ SỞ VÀ MỐC THI CƠNG A Bố trí Mốc thi cơng: bố trí gần cơng trình, có khả bị biến dạng Từ mốc trực tiếp xác định tọa độ, độ lệch tuyến mốc Ktra chu kỳ  Mốc sở: bố trí ngồi vùng có khả bị chuyển dịch có tác dụng kiểm tra xác định độ chuyển dịch mốc thi cơng có Nếu phát mốc thi cơng bị chuyển dịch phải tính số hiệu chỉnh vào trị số hướng đo từ mốc thi công đến mốc Ktra  Chọn vị trí đặt mốc để tia ngắm không nghiêng, không gần chướng ngại vật  Có thể bố trí mốc mặt đất, chìm đặt nhà (bằng) ổn định B CẤU TẠO:  Mốc thi cơng phải có cấu tạo vững đơn giản gia công  Có hai loại mốc: mốc dạng cột mốc chìm  Mốc nổi: có dạng cột xây gạch đúc bê tơng cốt thép có mặt cắt 40x40cm cao 1.2m so với mặt đất, chiều dài mốc phụ thuộc vào lớp đất gốc Có thể dùng ống sắt Ø167-257mm đặt vào lỗ khoan có ống sắt bảo vệ có Ø lớn khoảng 80100mm để thay loại mốc Ở đầu mốc có trang bị phận định tâm trực tiếp để giảm ảnh hưởng số định tâm máy ngắm  Mốc chìm:  Nếu điều kiện hoạt động cơng trình khơng cho phép (CT cảng) dùng mốc đúc chìm  Nếu nước ngầm lên cao dùng mốc ống khoan sâu  Trên mốc phải dùng chân ba dọi quang nên độ xác định tâm máy bảng ngắm thấp  mốc sở: Sử dụng mốc có dạng cột có phận định tâm trực tiếp chân mốc phải tiếp xúc với lớp đất cứng có mức nước ngầm thấp  5-11 BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO CÁC MỐC KIỂM TRA  A BỐ TRÍ MỐC  Bố trí phần cơng trình gần vịi đất giảm ảnh hưởng nhiệt độ độ nghiêng công trình làm sai lệch độ chuyển dịch  Trên cơng trình dân dụng: Ở góc nhà, khe lún, xung quanh nhà cách 15-20m  Trên cơng trình cơng nghiệp: móng riêng biệt >3 móng – bố trí mốc cách 15-20m  Trên cơng trình thủy lợi: đặt mặt sàn hành lang ngầm  Trên mốc đầu hành lang có chừa lỗ trống để chuyền tâm mốc lên mặt cơng trình  Nếu cơng trình có nhiều khối liền khối có 2mốc Nếu khối rộng >20m4 mốc  Cơng trình cảng tường kè chắn đất cách 30m mốc B CẤU TẠO MỐC:  Loại có dạng thép – đầu chôn vào bê tông, đầu phận gắn bảng ngắm (đĩa sắt có lỗ).(h.1)  Loại có dạng thép (h.2) – gắn trực tiếp vào chỗ chuẩn bị sẵn móng cơng trình gắn bảng ngắm  5-12 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUAN TRẮC ĐỘ NGHIÊNG CƠNG TRÌNH  Ngun nhân nghiêng: 1.Do xây dựng 2.Do cơng trình bị lún theo thời gian  Độ xác yêu cầu: Phụ thuộc vào: 1.Loại cơng trình Chiều cao cơng trình - Đối với nhà cao tầng: MN=0.0001H (10mm/H=100) - Đối với tháp (cột) an ten: Truyền hình, ống khói MN=0.0005H (50mm/H=100m) H chiều cao cơng trình  Phương pháp quan trắc: 1.Phương pháp dây dọi 2.Phương pháp sử dụng máy chiếu thiên đỉnh (dọi ngược quang học) 3.Phương pháp đo khoảng cách máy toàn đạc điện tử (chế độ đo không gương) 4.Phương pháp tọa độ 5.Phương pháp đo góc ngang 6.Xác định độ nghiêng cơng trình có dạng hình trụ hình  5-13 PHƯƠNG PHÁP DÂY DỌI Sử dụng cho cơng trình có độ cao H