Quan trắc lún công trình

Quan trắc lún côngtrình

QUAN TRẮC LÚN CÔNG TRÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CHUẨN HÌNH HỌC CHÍNH XÁC KHOẢNG CÁCH NGẮN

Nguyễn Thị Trang Huyền – Phạm Tuấn Anh (*)

Tóm tắt: Bài báo đề xuất phương pháp đo lún và các phương pháp tính toán xử lý số liệu, đánh giá ổn định mốc gốc từ đó đánh giá quá trình lún của công trình theo thời gian

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển và hội nhập kinh tế quốc tế của Việt nam hiện nay, chúng ta đã tiến được những bước dài và đã đạt được những thành công và kết quả tương đối khích lệ trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau Sự phát triển đó yêu cầu cần phải có một cơ sở vật chất phát triển để phục vụ cho nhu cầu ngày càng cao của xã hội, trong đó ngành xây dựng là một ngành quan trọng trong việc tạo ra cơ sở vật chất cho các ngành kinh tế khác Vì vậy, hàng loạt các công trình kiến trúc nhà cao tầng, chung cư được xây dựng đã làm đẹp cho mỹ quan của các thành phố và phát triển kinh tế của Việt nam

Từ Hà Nội đến thành phố Hồ Chí Minh, từ Móng Cái đến Cà Mau các tòa nhà cao tầng mọc lên rất nhanh thể hiện cho sự thành công về mặt kinh tế và đời sống của cả nước

Tuy nhiên, cũng như thế giới nước ta đang đứng trước nguy cơ biến đổi khí hậu nghiêm trọng, thiên nhiên có nhiều biến động, như trong thời gian gần đây mực nước ở vùng khu vực phía Bắc đã giảm đáng kể, tình trạng mưa lũ ở miền Trung liên tục diễn ra Với sự thay đổi như vậy

dẫn đến mực nước ngầm cũng bị thay đổi đột ngột kéo theo tình trạng sụp lún đất và gây sập đổ các nhà ở các khu vực xây dựng Ngoài ra, còn do sự phức tạp của môi trường địa chất và sự tham gia tác động con người vào công trình xây dựng đã làm cho biến dạng xảy ra và có khả năng vượt quá các giới hạn cho phép khi tính toán thiết kế làm ảnh hưởng đến sự ổn định của công trình Các loại biến dạng đó là lún, nghiêng, chuyển dịch toàn bộ hay một phần công trình gây nguy hiểm và thiệt hại lớn cho xã hội

Trước những nguy cơ gây nguy hiểm và thiệt hại cao như vậy thì vấn đề đặt ra là cần phải làm gì để có thể chủ động được với những thay đổi và tác động trên trong suốt quá trình xây dựng, cũng như quan sát được những chuyển biến của công trình khi có sự thay đổi hoạt tải trong quá trình đưa công trình vào sử dụng cho đến khi đảm bảo công trình hoàn toàn ổn định

Để đảm bảo được chất lượng công trình, ngoài công tác khảo sát địa chất, bản vẽ thiết kế, chất lượng thi công công trình, thì việc theo dõi được những chuyển biến của địa chất bên dưới nền móng trong suốt quá trình chịu sự thay đổi tải trọng bên

trên là hết sức quan trọng Nếu làm được việc đó sẽ dễ dàng kiểm tra được giải pháp thiết kế nền móng, đồng thời ước tính được độ biến dạng có thể xảy ra có vượt quá giới hạn cho phép của thiết kế hay không, để từ đó phát hiện những rủi ro có thể xảy ra một cách kịp thời Vì vậy, nắm bắt được quy trình quan trắc lún công trình là một nhiệm vụ cần thiết thực hiện để đảm bảo chất lượng cho các công trình xây dựng đặc biệt đối với nhà cao tầng

2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Quan trắc lún cho công trình là xác định giá trị chuyển dịch đứng của công trình theo thời gian bằng cách đo lặp xác định cao độ các điểm quan trắc theo các chu kỳ đo

Để quan trắc lún công trình cần phải có một quy trình đo và các phương pháp xử lý số liệu đo một cách chính xác để có thể đánh giá đúng thực trạng lún của công trình

Máy thủy chuẩn Leica NA2 và NAK2

Việc đo lún được bắt dầu ngay sau khi xây dựng xong phần móng của công trình và đo theo các chu kỳ Thông thường

các chu kỳ tiếp theo được đo vào những lúc công trình đạt 25% , 50%, 75%, 100% tải trọng công trình Đối với công trình nhà cao tầng thi công từ 2-3 tầng thì tiến hành đo một chu kỳ Công tác đo đươc thực hiện theo phương pháp đo cao thủy chuẩn hình học chính xác khoảng cách ngắn

Sơ đồ nguyên lý đo cao hình học

Đọc số trên bộ đo cực nhỏ và ống kính

Qua các chu kỳ, ta tiến hành truyền cao độ từ các mốc chuẩn (mốc cơ sở) tới các mốc quan trắc được gắn trực tiếp trên công trình Tiến hành xử lý đánh giá độ chính xác kết quả đo và bình sai lưới quan trắc theo phương pháp bình sai tham số xác định được sự thay đổi cao độ giữa các mốc Dựa vào kết quả này và kết quả đánh giá ổn định mốc cơ sở qua các chu kỳ đo ta tính được các thông số đo lún công trình Việc đánh giá ổn định mốc cơ sở thực hiện theo

nguyên tắc dựa trên độ cao không đổi của một mốc gốc và phương pháp bình sai lưới tự do

Hiện nay, để đánh giá ổn định mốc cơ sở các đơn vị thường dùng phương pháp dựa trên độ cao không đổi của một mốc gốc Phương pháp lưới tự do chưa được sử dụng rộng rãi vì tính phức tạp và sự hiểu biết về phương pháp này còn giới hạn

ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH DỰA TRÊN NGUYÊN TẮC ĐỘ CAO KHÔNG ĐỔI CỦA MỘT MỐC GỐC

Trong từng chu kỳ (trừ chu kỳ 0), luôn được tiến hành bằng cách chọn lần lượt các mốc gốc trong hệ thống làm mốc gốc để tính độ cao các mốc còn lại và độ dịch chuyển các mốc còn lại Mốc nào thỏa mãn các điều kiện sau thì sẽ được chọn làm mốc gốc:

- Tổng bình phương chuyển dịch của nó bé nhất;

- Giá trị tuyệt đối chuyển dịch của trung bình bé nhất

Khi đó độ ổn định của các mốc khác sẽ được đánh giá theo công thức sau:

S>.μ. Trong đó:

STB - là trị dịch chuyển trung bình; t - là sai số chuẩn (chọn t = 2 ÷3); μ - là sai số đơn vị trọng số

QTB - là trọng số đảo trung bình của mốc

Theo phương pháp này mốc được chọn ổn định sẽ có cao độ bằng cao độ chu kỳ trước đó

ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH MỐC GỐC THEO THUẬT TOÁN BÌNH SAI LƯỚI TỰ DO

Sơ đồ độ cao lưới cơ sở gồm 4 mốc chuẩn

¾ Chu kỳ 0: chưa có mốc nào bị xê dịch nên có thể chọn một mốc bất kỳ làm mốc gốc rồi dùng chương trình BSCAO1.For bình sai tính độ cao các mốc còn lại theo kết quả đo chu kỳ 0

¾ Đến chu kỳ 1: ta có chênh cao đo là: h1

1, h12, h1

3, h1

4…. khi đó tiến hành bình sai lưới tự do như sau:

a Trong mạng lưới coi độ cao tất cả

các điểm mốc cơ sở đều là ẩn số

b Lập ma trận đường chéo các trọng

số trị đo hđo

Với trọng số

P=1 nếu tính trọng số theo số trạm đo trên tuyến

c. Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh trị đo:

Sau khi bình sai chu kỳ 0 ta được độ cao bình sai là H0

1, H02, H0

3, H0

4 ; với các số hiệu chỉnh vào tham số δH1, δH2, δH3, δH4 ta có hệ phương trình số cải chỉnh:

V = (δH)+ Với :

A – ma trận hệ số của phương trình số hiệu chỉnh, có kích thước nxk; n là đại lượng đo, k là ẩn số

δH - vectơ cột số hiệu chỉnh vào các ẩn số, có k phần tử

l – vectơ cột số hạng tự do, có n phần tử (với li = hi0 – hiđo)

h0: là trị chênh cao bình sai chu kỳ 0 hiđo: là chênh cao đo tại chu kỳ xem xét

d. Lập hệ phương trình chuẩn

Trong đó: R = AT.P.A - là ma trận hệ số phương trình chuẩn

b = AT.P.l - là ma trận cột số hạng tự do phương trình chuẩn

e. Do ma trân R bị suy biến nên để giải hệ phương trình chuẩn (3.7) ta thêm điều kiện sau: δH1 + δH2 + δH3 + δH4 = 0 Nghĩa

là, trong chu kỳ đang khảo sát giả thiết cao độ trung bình các mốc cơ sở không thay đổi

Điều kiện (3.8) dưới dạng ma trận là: CT.(δH) = 0 (3.9), với CT = (1 1 1 1)

Kết hợp (3.7) và (3.9) suy ra :

với K - là số liên hệ do có điều kiện Ma trận =⎜⎜⎝⎛CT 0⎟⎟⎠⎞

biến, do đó có ma trận nghịch đảo tổng quát là: − =⎜⎜⎝⎛ 0⎟⎟⎠⎞

Theo (3.10) để tính được

T (3.10)* ta cần tính T và R~ Lúc đó mới có thể tìm được vectơ ẩn Δx và K

Theo chứng minh của [1] trang 245 thì R~ = (R+ CCT)-1-TTT với T =B.(CTB)-1trong đó B = C là ma trận gốc định vị ban đầu

Từ (3.10)* suy ra: Δx = -R~.b (3.10)**

f. Sau đó kiểm tra tiêu chuẩn dịch chuyển các mốc cao độ theo [5]:

iiHtμ 2.Q

đo, k là đại lượng đo đủ)

+ Đánh giá độ chính xác của hàm bất kỳ:

1 là trọng số đảo

của đại lượng cần đánh giá

Đánh giá cho từng điểm cụ thể:

m =μ 1 =μ , với Qii là phần tử thứ i trên đường chéo của ma trậnR~

Nếu thỏa điều kiện (3.11) thì số hiệu chỉnh bé và mốc ổn định Ngược lại mốc i bị xê dịch và cần thay đổi điều kiện CT Nghĩa là, δH3 ngược lại với (3.11) thì mốc RP3 chuyển dịch lúc đó điều kiện CT = (1 1 0 1) và tính lại các mục e,f (kiểm tra lại bất đẳng thức ngoài mốc i đã bị loại trừ)

- Sau khi kiểm tra ta thấy các mốc ổn định thì độ cao các mốc được tính:

………

H1 = 0 +δ

- Cao độ các mốc sau bình sai sẽ được dùng làm mốc gốc để bình sai lưới quan trắc lún

Trên cơ sở các thông số đo lún có thể đưa ra biện pháp khắc phục sự cố cho công trình, tránh được những rủi ro có thể xảy ra gây thiệt hại về vật chất và con người

3 THỰC TRẠNG QUAN TRẮC LÚN NƯỚC TA HIỆN NAY

Ở nước ta, thực hiện quy trình quan trắc lún hiện nay chưa được quan tâm đúng mức, còn mang tính chất bắt buộc mới thực hiện và còn co hẹp trong phạm vi nhà cao tầng mà chưa được triển khai rộng rãi Đồng thời kiến thức về quy trình quan trắc lún công trình cũng chưa được đào tạo rộng rãi trong ngành kỹ thuật xây dựng mà chỉ được giảng dạy tại các trường có bộ môn chuyên ngành trắc địa vì vậy dẫn đến hạn chế kiến thức cho các kỹ sư, giám sát xây dựng sau khi ra trường

Đặc biệt tại Đồng Nai là một Tỉnh thành có mức độ phát triển khá cao, nơi tập trung nhiều khu công nghiệp, mật độ dân số cũng ngày càng tăng do đó các dự án xây dựng chung cư cao tầng, cao ốc văn phòng cũng đang được triển khai mạnh mẻ Tuy nhiên, ngoài Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng 3 (Quatest 3) thì chưa có doanh nghiệp nào có chức năng quan trắc, đánh giá sự cố công trình, thực hiện quan trắc lún để đánh giá chất lượng công trình Hơn nữa, Trường Lạc Hồng là nơi cung cấp nguồn nhân lực chủ yếu cho Tỉnh Đồng Nai nhưng kiến thức về công trình nhà cao tầng nói chung và vấn đề về quan trắc lún công trình nói riêng chưa đáp ứng triệt để cho nhu cầu của tỉnh nhà

Do vậy cần chuẩn bị những kiến thức phục vụ cho xây dựng nhà cao tầng, trong đó quan trắc lún công trình đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho

công trình ngay trong quá trình xây dựng nên cần phải được quan tâm nhiều hơn

Trước những nguy cơ tiềm ẩn có thể xảy ra cho công trình, gây nguy hiểm, thiệt hại đến con người và xã hội mà trong quá trình tính toán, thiết kế hoặc khảo sát địa chất ta không thể lường trước được thì quan trắc lún là một biện pháp tối ưu và cần thiết phải tiến hành khi thực hiện các dự án xây dựng đặc biệt là các dự án lớn và công trình xây dựng trên nền đất yếu Số liệu đo lún là cơ sở chứng nhận độ ổn định, bền vững kết cấu công trình trước khi đưa vào khai thác sử dụng

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Qua nghiên cứu đề tài đã tổng hợp quy trình đo lún, xác định các hạn sai cho phép tùy theo cấp độ chính xác và vận dụng các phần mềm để tính toán, xử lý lưới đo lặp thủy chuẩn Đặc biệt là tìm hiểu phương pháp bình sai lưới cao độ tự do để phân tích độ ổn định hệ thống mốc chuẩn và tính toán

đánh giá độ tin cậy của các tham số lún công trình Cụ thể nội dung chính đề tài như sau:

- Phương pháp đo cao thủy chuẩn hình học chính xác khoảng cách ngắn cùng với yêu cầu về thiết bị đo

- Trình bày các phương pháp đánh giá độ chính xác, xử lý số liệu đo của mạng lưới đo cao thủy chuẩn

- Các phương pháp phân tích đánh giá ổn định của hệ thống mốc cơ sở

Với xu thế hội nhập và cạnh tranh như hiện nay, ngoài việc đảm bảo chất lượng cho công trình thì yếu tố kinh tế cũng đóng vai trò không nhỏ Vì vậy để có thể thực hiện dự án trên cơ sở “an toàn - kinh tế” thì những thông tin chính xác, số liệu tin cậy cùng với những dự báo rủi ro trong quá trình thi công dưới ảnh hưởng của tự nhiên và hoạt động của con người là rất cần thiết Và đề tài này đã phần nào đáp ứng được yêu cầu trên

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Đào Xuân Lộc, Trắc địa công trình trong thi công xây dựng hầm và quan trắc biến

dạng lún công trình, NXB Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, 2009

2 Đào Xuân Lộc, Cơ sở lý thuyết xử lý số liệu đo đạc, NXB Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí

Minh, 2007

3 Tiêu Chuẩn Xây Dựng Việt Nam TCXDVN 271:2002, NXB Xây dựng – Hà Nội 4 Phạm Văn Chuyên, Trắc địa, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2006

5 Đào Xuân Lộc, Bình sai lưới thủy chuẩn bằng phần mềm BSCAO1.for - Báo cáo khoa

học tại hội nghị Khoa học Quốc tế nhân dịp kỷ niệm 225 thành lập trường Đại học Trắc địa không ảnh và bản đồ Moxcơva CHLB Nga 5/2004 (tiếng Nga)

6 Trần Khánh, Phân tích và quan trắc biến dạng công trình, Trường Đại học Mỏ Địa chất,

Hà Nội, 2005

7 Trần Khánh, Phân tích đánh giá độ ổn định mốc độ cao cơ sở trong quan trắc lún công

trình - Tuyển tập báo cáo khoa học lần thứ nhất của trường Đại Học Bách Khoa, TP Hồ