Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp bình sai lới đo lún công trình nhà cao tầng dựa vào các hiệu chênh cao đo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TẠ THANH LOAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP BÌNH SAI LƯỚI ĐO LÚN CƠNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG DỰA VÀO CÁC HIỆU CHÊNH CAO ĐO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2007 -1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lựa chọn phương pháp bình sai lưới quan trắc lún cơng trình vấn đề cần quan tâm tiếp tục nghiên cứu thời gian tới Khi bình sai lưới quan trắc lún cơng trình người ta thường bình sai theo dãy chênh cao đo Đề tài đề cập đến nghiên cứu ứng dụng phương pháp bình sai theo dãy hiệu chênh cao đo đưa kết luận khả ứng dụng Mục đích nghiên cứu luận văn Mục đích luận văn đạt lựa chọn phương pháp bình sai thích hợp dựa vào hiệu chênh cao đo cho lưới đo lún cơng trình nhà cao tầng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chủ yếu đề tài lựa chọn phương pháp bình sai hợp lý cho lưới khống chế sở lưới quan trắc lún cơng trình nhà cao tầng dựa vào hiệu chênh cao đo, chủ yếu chúng tơi phân tích ưu, nhược điểm phương pháp để lựa chọn Nội dung nghiên cứu Để thực mục tiêu đề tài chúng tơi xây dựng tiêu chí để lựa chọn phương pháp bình sai, phân tích ưu điểm số phương pháp bình sai lưới khống chế sở ưu điểm phương pháp bình sai theo hiệu chênh cao đo so với phương pháp bình sai theo dãy chênh cao đo Phương pháp nghiên cứu Chúng xây dựng nội dung phương pháp bình sai theo hiệu chênh cao (ít có tài liệu tham khảo) dùng phương pháp so sánh -2- đối chiếu với tiêu chí tốn bình sai để phân tích ưu nhược điểm phương pháp đưa vào ứng dụng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Từ nội dung nghiên cứu thu luận văn chúng tơi có kiến nghị thích hợp bình sai lưới sở lưới quan trắc lún cơng trình Cụ thể: a Với lưới khống chế sở nên dùng phương pháp bình sai Helmert-Mittermayer bình sai theo hiệu chênh cao đo b Với lưới quan trắc lún nên dùng phương pháp bình sai gián tiếp theo hiệu chênh cao đo c Tự động hóa q trình bình sai thơng qua việc tạo chương trình tính tốn Những kết có ý nghĩa khoa học khả ứng dụng thực tiễn cao theo chúng tơi nghiên cứu để đưa vào ứng dụng công tác đo lún Việt Nam -3- Chương TỔNG QUAN Như nêu phần đặt vấn đề, việc bình sai lưới khống chế đo lún khơng tác giả ngồi nước quan tâm nghiên cứu Các tài liệu liên quan đến mảng đề tài công bố vào năm 1950 đến 1980 cuối kỷ XX Nhìn chung tài liệu tập trung cơng bố kết bình sai lưới sở (lưới độ cao tự do) Trong số tác giả phải kể đến nghiên cứu Helmert, Mittermayer, Wolf, Bjerhammar (công bố vào năm 1950-1960) Markuze, Wisniewski (công bố vào năm 1970-1985) Các tác giả xây dựng nội dung phương pháp bình sai lưới tọa độ tự nói chung, lưới độ cao tự nói riêng hầu hết bình sai dựa vào chênh cao đo lưới Bình sai lưới quan trắc lún thường sử dụng phương pháp bình sai gián tiếp dựa vào chênh cao đo Ở Việt Nam công tác đo lún thực vào đầu năm 1980 hợp pháp hóa vào năm 1995 đến 1.1 Những tồn cần lưu ý Từ kết công bố tác giả nhận thấy tồn số vấn đề cần nghiên cứu sau: Trong nhiều phương pháp bình sai lưới tự nói chung lưới sở đo lún cơng trình nói riêng cần lựa chọn phương pháp tối ưu cho dạng cơng trình dựa vào việc xây dựng tiêu chí để lựa chọn Nếu bình sai lưới sở theo chênh cao đo phải giả định độ cao mốc chu kỳ đo khác ta giả định độ cao mốc khác (do mốc giả định chu kỳ trước không -4- ổn định thay đổi), việc xác định độ lún mốc mặt độ cao giả định độ cao khác gặp khó khăn Khối lượng tính tốn chưa giảm đến mức tối đa, điều dẫn đến tác động lớn sai số tính tốn bước đến kết cần thu sau bình sai lưới Bình sai theo hiệu chênh cao đo, tiến hành theo chu kỳ đo, nên lưới có nhóm trị đo cịn tồn sai số hệ thống chiều (chưa loại trừ triệt để) mang tính cục tác động khơng tốt đến kết bình sai theo nguyên lý số bình phương nhỏ 1.2 Hướng khắc phục tồn Để khắc phục tồn nêu mục 1.1 luận văn tập trung giải vấn đề sau: Đưa tiêu chí hợp lý để lựa chọn phương pháp bình sai tối ưu Tiến hành bình sai lưới dựa vào hiệu chênh cao đo Thực tốn bình sai theo hiệu chênh cao đo từ chênh cao hai chu kỳ đo giúp giải vấn đề sau: a Làm giảm tối đa ảnh hưởng sai số hệ thống cục chiều thông qua việc lấy hiệu chênh cao đo tuyến b Giảm khối lượng tính tốn chu kỳ sau bình sai cho ta độ lún sai số trung phương độ lún phục vụ việc đánh giá độ ổn định mốc Trên lý để lựa chọn nghiên cứu đề tài luận văn Để tài có đóng góp đáng kể mặt lý thuyết ứng dụng thực tiễn -5- Chương KHÁI QUÁT VỀ CƠNG TÁC ĐO LÚN CƠNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG 2.1 Hiện tượng trồi, lún cơng trình nhà cao tầng Các cơng trình xây dựng dân dụng, cơng nghiệp, giao thơng, thủy lợi… có tượng biến dạng theo phương đường dây dọi theo mặt phẳng nằm ngang qúa trình xây dựng đưa vào sử dụng Hiện tượng làm cho cơng trình bị lún, trượt, nghiêng, hạng mục bị cong, nứt… so với vị trí ban đầu qui mơ tổng thể diễn thời gian dài Sự thay đổi tương đối nhỏ cần theo dõi thường xuyên để xác định xem biến dạng cơng trình theo chiều hướng Nếu: Cơng trình chuyển dịch theo phương đường dây dọi: a Chuyển dịch hướng xuống gọi lún b Chuyển dịch hướng lên gọi trồi Cơng trình chuyển dịch theo mặt phẳng nằm ngang gọi chuyển dịch ngang 2.2 Ngun nhân gây trồi, lún cơng trình nhà cao tầng Cơng trình bị biến dạng chủ yếu tác động hai nhóm yếu tố chính: Tác động yếu tố tự nhiên: a Khả lún, trượt lớp đất đá móng cơng trình tượng địa chất cơng trình, địa chất thủy văn khác b Sự co giãn đất đá c Sự thay đổi điều kiện thủy văn theo nhiệt độ, độ ẩm mực nước ngầm -6- Tác động yếu tố nhân tạo, nhóm yếu tố liên quan đến hoạt động người trình xây dựng, vận hành khai thác cơng trình: a Ảnh hưởng trọng lượng thân cơng trình b Sự thay đổi tính chất lý đất đá việc quy hoạch cấp thoát nước c Sự sai lệch khảo sát địa chất cơng trình địa chất thủy văn d Sự suy yếu móng cơng trình thi cơng cơng trình ngầm cơng trình e Sự thay đổi áp lực móng cơng trình xây dựng cơng trình khác gần f Sự rung động móng cơng trình vận hành máy móc hoạt động phương tiện giao thơng Việc đo biến dạng tiến hành theo chu kỳ đối tượng nên đòi hỏi qui trình, dụng cụ đo phải có độ xác cao Từ kết đo biến dạng tìm giải pháp tối ưu móng kết cấu cơng trình cơng trình coi ổn định 2.3 Các dạng trồi, lún công trình nhà cao tầng Cơng trình nhà cao tầng xảy tượng biến dạng sau: Biến dạng võng xuống: Khi có lớp đất đá yếu dày tải trọng phân bố đều, mặt đất bị lõm xuống, đơi lan rộng phạm vi chịu tải, phần ngơi nhà lõm xuống, cịn mép nhà dốc vào phía diện tích chịu tải -7- Biểu hiện tượng biến dạng thường tường xuất vết nứt nghiêng từ mép vào giữa, phía vết nứt hướng phía có độ lún nhỏ Đoạn nhà, vết nứt thường có dạng chữa V Nếu tường có kết cấu giằng nằm ngang, nó, phần ngơi nhà xuất vết nứt nằm ngang Biến dạng uốn vồng lên: Biến dạng vồng lên xảy với nhà xây tường đá nặng xung quanh hệ cột mang tải trọng nhẹ phía Cũng trường hợp đất bị yếu đầu nhà việc đào hố móng, đường hào bên cạnh xây thêm bên cạnh phía đầu nhà, có mặt phần tử cứng phần nhà,v.v…Các góc nhà trường hợp lún xuống nhiều vết nứt nghiêng có chiều rộng lớn phía Hướng phần vết nứt phía ngơi nhà Các tường ngồi nghiêng phía ngồi tạo vết nứt chữ V phần tiếp nối tường ngang Biến dạng gây nguy hiểm nhiều so với biến dạng võng xuống, vết nứt mở rộng phía Điều dẫn đến ổn định tường hồi, sàn bị vỡ,v.v… Lún phần nhà cơng trình: Lún phần mép nhà cơng trình xuất thường ngun nhân trình bày Loại biến dạng nguy hiểm cho cơng trình nhà cao tầng Lún biến dạng vênh: Hiện tượng nhà cơng trình bị vênh xảy hậu lún chênh lệch móng kề số móng bố trí theo hàng gây tải trọng khác lên móng kề tồn lớp đất yếu bị yếu số móng Biến dạng -8- vênh dẫn đến xuất vết nứt xiên nguy hiểm mảng tường hẹp hai cửa Biến dạng nghiêng: Xảy móng riêng biệt bị trồi, lún không móng cứng riêng biệt trồi, lún khơng đều, phát triển khơng đối xứng cơng trình nhà cao tầng bị nghiêng Móng bị nghiêng làm cho phần bên kết cấu xoay Biến dạng xoắn: Cơng trình bị xoắn độ nghiêng phát triển phần khác theo cạnh đối diện cơng trình có chiều dài Đối với loại biến dạng tầng kết cấu riêng biệt nhà bị hư hại nhiều 2.4 Cơng tác đo trồi, lún cơng trình nhà cao tầng 2.4.1 Mục đích cơng tác đo trồi lún cơng trình nhà cao tầng Quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình để xác định mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm nguyên nhân chuyển dịch biến dạng từ có biện pháp xử lý, đề phịng tai biến cơng trình, cụ thể là: Kết quan trắc số liệu đối chứng để kiểm tra tính tốn giai đoạn thiết kế cơng trình Nghiên cứu quy luật biến dạng điều kiện khác dự đốn biến dạng cơng trình tương lai Xác định loại biến dạng có ảnh hưởng đến trình vận hành cơng trình từ đề chế độ sử dụng, khai thác cơng trình cách hợp lý -9- 2.4.2 Nhiệm vụ công tác đo trồi, lún cơng trình nhà cao tầng Để quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình, trước hết cần phải thiết kế phương án kinh tế-kỹ thuật với nội dung sau: Nhiệm vụ kỹ thuật công tác quan trắc Điều kiện tự nhiên, đặc điểm kết cấu chế độ vận hành cơng trình Kết cấu, sơ đồ phân bố mốc khống chế mốc quan trắc Thiết kế sơ đồ hệ thống lưới quan trắc Ước tính độ xác tiêu kỹ thuật quan trắc Thiết kế công tác đo đạc ngoại nghiệp xử lý số liệu hệ thống lưới quan trắc Tính tốn tham số chuyển dịch biến dạng cơng trình Phân tích, suy giải kết quan trắc Lập biểu đồ nhân lực, thời gian tiến độ thi công phương án Dự tốn kinh phí cho phương án 2.4.3 u cầu độ xác quan trắc Yêu cầu độ xác quan trắc chuyển dịch độ xác cần thiết xác định chuyển dịch cơng trình, tiêu định lượng đại lượng phụ thuộc chủ yếu vào tính chất lý đất đá móng, đặc điểm kết cấu vận hành cơng trình Có hai cách xác định yêu cầu độ xác quan trắc chuyển dịch cơng trình Cách 1: Theo độ chuyển dịch dự báo, yêu cầu độ xác quan trắc xác định công thức: mQ ≤ Q 2ε (2.1) Trong đó: mQ : u cầu độ xác quan trắc chuyển dịch thời đ i ểm t i Kết đo 3.2 Cơng trình: Tháp trung tâm Hà Nội (HA NOI TOWERS CENTER) Bình sai cặp chu kỳ (1,3) lưới quan trắc lún Sơ đồ lưới Chu kỳ Sơ đồ lưới tương đương cặp chu kỳ quan trắc (1,3) Số liệu đo Kết đo Bình sai cặp chu kỳ (3,5) lưới quan trắc Sơ đồ lưới Chu kỳ Chu kỳ Sơ đồ lưới tương đương cặp chu kỳ quan trắc (3,5) Số liệu đo Kết đo bình sai ... khoảng cách từ máy đến mia Chênh lệch chênh cao đo trạm, mm 2.0m Chênh lệch chênh cao - 32 - Chương NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP BÌNH SAI LƯỚI ĐO LÚN CƠNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG DỰA VÀO CÁC HIỆU... trung nghiên cứu ứng dụng phương pháp bình sai dựa vào dãy trị đo hiệu chênh cao hai chu kỳ đo Kết bình sai theo dãy hiệu chênh cao đo độ lún sai số trung phương độ lún mốc lưới Đây ưu điểm bật phương. .. để bình sai lưới đo lún cơng trình, người ta thường sử dụng dãy trị đo chênh cao đo chu kỳ đo Sử dụng phương pháp bình sai dãy chênh cao đo cho ta kết bình sai độ cao mốc lưới, sai số trung phương