Ứng dụng Etabs trong tính toán công trình

Ứng dụng Etabs trong tính toán công trình

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đất nước ta mở cửa và hội nhập, nền kinh tế phát triển, cùng với tốc độ đô thị hóa hiện nay ngày càng nhiều các dự án xây dựng nhà cao tầng, khu chung cư, tòa nhà thương mại được triển khai rộng rãi Tuy nhiên, sự phức tạp của môi trường địa chất, sự tác động của thiên nhiên và con người 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 Vì vậy, việc đảm bảo chất lượng cho công trình là một nhiệm vụ tất yếu

Để đảm bảo được chất lượng, ngoài công tác khảo sát địa chất, bản vẽ thiết kế, chất lượng thi công xây dựng công trình thì việc quan sát 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 Nó giúp kiểm tra được giải pháp nền móng, ước tính độ biến dạng có thể xảy ra vượt quá giới hạn cho phép của thiết kế hay không? phát hiện những rủi ro có thể xảy ra một cách kịp thời

Bởi vậy, mục tiêu nghiên cứu đề tài này là nắm bắt quy trình quan trắc lún theo phương pháp đo cao hình học chính xác khoảng cách ngắn trong phạm vi công trình dân dụng – công nghiệp và xử lý tính toán số liệu đo bằng phương pháp bình sai tham số, từ đó có thể dùng kết quả quan trắc này để xác định được mức độ lún của công trình, cho phép điều chỉnh chính xác lại khối lượng công việc, bổ sung thiết kế, điều chỉnh lịch thi công, trên cơ sở giá trị thực tế lún nhằm khắc phục sự cố ngay từ đầu, tránh những rủi ro có thể xảy ra về sau

Đề tài được thực hiện dựa trên phương pháp tìm đọc tra cứu, thực tập thực hành đo lún, tìm hiểu cơ sở toán học xử lý kết quả đo lún, các tham số lún công trình và độ tin cậy của các tham số trên Cần lưu ý rằng kỹ thuật đo lún là kỹ thuật đo độ chính xác cao mà trong chương trình đào tạo kỹ sư dân dụng - công nghiệp và cầu đường chưa được đưa vào, nên một mục tiêu của đề tài sẽ là xây dựng chuyên đề mở rộng trong quá trình đào tạo của Khoa Kỹ Thuật Công Trình - Trường Đại Học Lạc Hồng

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH

1.1 KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG VÀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH

Do công trình có kết cấu khác nhau, dưới ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, hoạt động của con người nên công trình xây dựng bị biến dạng Biến dạng có thể hiểu là sự thay đổi hình dạng, vị trí, kích thước của đối tượng quan trắc theo thời gian so với thời điểm ban đầu nào đó Dưới áp lực của tải trọng công trình, nền đất dưới móng công trình dần dần bị nén lại và chuyển dịch theo phương thẳng đứng Sự chuyển dịch đó được gọi là sự trồi lún của công trình Ngoài áp lực do bản thân tải trọng công trình, độ lún công trình cũng còn có thể xảy ra do điều kiện địa chất, các tác động như sự rung động của thiết bị, búa đóng cọc, phương tiện giao thông lớn gần công trình, sự thay đổi mực nước ngầm, Độ lún có thể đồng đều và cũng có thể không đồng đều Do tải trọng khác nhau của từng phần công trình tác dụng lên móng cũng như độ nén ép của nền đất dưới móng không đều nên thường nảy sinh độ lún không đều và điều đó gây nên các hiện tượng biến dạng khác nhau như chuyển dịch nghiêng, võng, rạn nứt công trình

Tình trạng biến dạng công trình được đánh giá qua sự thay đổi tọa độ, cao độ các điểm quan trắc theo thời gian, được đánh dấu bằng các mốc quan trắc, các điểm này được phân bố tại các vị trí đặc trưng của công trình như vị trí thân móng, cột, hai bên khe lún hay những nơi dự đoán lún mạnh để cùng tham gia chuyển dịch với kết cấu công trình

1.2 NHIỆM VỤ QUAN TRẮC, ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ CHU KỲ QUAN TRẮC

Mục đích của công tác quan trắc biến dạng công trình là xác định các đại lượng biến dạng để đánh giá độ bền vững của công trình, kịp thời đưa ra những giải pháp đảm bảo cho công trình hoạt động bình thường Kết quả quan trắc biến dạng công trình sẽ minh chứng cho độ tin cậy của các giải pháp thiết kế móng và kết cấu xây dựng, cho phép sử dụng các biện pháp ngăn ngừa sự cố đảm bảo cho công trình hoạt động bình thường hay khắc phục hậu quả khi có biến dạng vượt quá giới hạn

cho phép, cũng như xác định quy luật biến dạng để có thể dự báo quá trình biến dạng tránh những tổn thất bất ngờ có thể xảy ra

Như vậy, nhiệm vụ của quan trắc biến dạng lún bao gồm các nội dung chủ yếu sau:

- Xác định độ lún, trồi thực tế của công trình rồi so với giá trị tính toán và thiết kế cho phép

- Tìm ra nguyên nhân và mức độ nguy hiểm của công trình đối với quá trình làm việc bình thường Từ đó, đưa ra các giải pháp phù hợp nhằm ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra

- Xác định các thông số đặc trưng, cần thiết về độ ổn định của nền móng công trình

- Nghiên cứu quy luật biến dạng của khu xây dựng trong những điều kiện khác nhau Làm chính xác thêm các số liệu đặc trưng cho tính chất cơ lý của đất, dùng làm số liệu kiểm tra các phương pháp tính toán, xác định các giá trị độ lún, độ chuyển dịch giới hạn cho phép đối với các loại nền đất và công trình khác nhau

- Dự đoán quá trình biến dạng trong tương lai

Quan trắc biến dạng công trình là một tập hợp các công tác đo đạc phức tạp, chính xác, đạt được mức độ sai số được quy định trong TCXDVN 271:2002 nhằm xác định giá trị biến dạng và nguyên nhân gây biến dạng Độ chính xác có thể được quy định trong nhiệm vụ kỹ thuật khi thiết kế công trình, trong quy chuẩn xây dựng hoặc bằng phương pháp tính toán

Đối với các công trình phức tạp, có giá trị kinh tế lớn, quan trọng (ví dụ như cụm Thủy điện Sơn La) thì quan trắc công trình phải được tiến hành ngay từ khi thiết kế, trên khu đất mà sau này sẽ xây dựng công trình để nghiên cứu các điều kiện tự nhiên Đồng thời tạo hệ thống mốc gốc trắc địa để đánh giá độ ổn định của hệ thống mốc gốc này trước khi dùng chúng làm cơ sở quan trắc biến dạng công trình

Đối với phần lớn các công trình thì quan trắc biến dạng được tiến hành ngay từ khi xây dựng móng công trình và được tiến hành lặp đi lặp lại, có hệ thống qua một khoảng thời gian nhất định trong suốt thời kỳ xây dựng cho đến khi công trình được đưa vào khai thác sử dụng, mỗi lần đo được gọi là một chu kỳ đo Trong những trường hợp bất thường như sự thay đổi tải trọng, nhiệt độ môi trường, bão lụt, động đất, thì phải tiến hành quan trắc đột xuất Thời gian đo trong một chu kỳ đối với công trình dân dụng thường từ 1 - 3 ngày

Khoảng thời gian giữa hai chu kỳ đo liên tiếp được chọn tùy thuộc vào loại công trình, vào đặc điểm xây dựng cũng như tốc độ biến dạng công trình Chu kỳ quan trắc đầu tiên của giai đoạn thi công được tiến hành vào thời điểm xây xong phần móng công trình Các chu kỳ tiếp theo được ấn định tùy thuộc vào tiến độ xây dựng, mức tăng tải trọng công trình Đối với công trình có chiều cao lớn, có địa chất nền móng và kết cấu phức tạp có thể tăng thêm chu kỳ đo Đối với những công trình có khả năng nhạy cảm với lún, biến dạng thì ngay cả sau khi công trình đã tắt lún, biến dạng cũng phải tiếp tục quan trắc 1-2 năm/ một chu kỳ

Khi thực hiện quan trắc cần phải tính đến khả năng tác động của các yếu tố tự nhiên như: độ địa chấn, nhiệt độ theo từng mùa, mực nước ngầm, các yếu tố do hoạt động của con người như sự rung động cơ học của các loại động cơ, búa,

1.3 PHẠM VI ÁP DỤNG CÔNG TÁC ĐO LÚN CÔNG TRÌNH

Các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp thuộc những đối tượng sau đây (được quy định trong TCXDVN 271:2002) đều phải tiến hành đo và xác định độ lún:

- Các công trình cao tầng đặt trên móng cọc ma sát - Các công trình nhạy cảm với lún không đều - Các công trình đặt trên nền đất yếu

- Các loại đối tượng công trình khác khi có yêu cầu đo và xác định độ lún Đối với khu vực Nam Bộ, nơi chủ yếu có đặc trưng là nền đất yếu thì việc đo lún đặc biệt quan trọng Việc quan trắc lún không chỉ giới hạn ở những công trình đang xây dựng mà còn phải quan trắc ở những công trình lân cận

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ĐO LÚN CÔNG TRÌNH

2.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐO

Trước hết chúng ta phải khẳng định rằng lún là sự thay đổi cao độ công trình theo thời gian Nếu các mốc quan trắc gắn trên công trình có cao độ giảm xuống theo thời gian thì ta nói công trình đang bị lún, nếu cao độ các mốc tăng lên theo thời gian thì ta nói công trình đang trồi Như vậy, đo lún tức là xác định cao độ của các mốc quan trắc được gắn trên công trình và xác định lún là tìm hiệu cao độ các mốc quan trắc giữa các chu kỳ đo

Độ trồi lún công trình có thể được xác định bằng các phương pháp trắc địa như:

- Phương pháp đo cao hình học khoảng cách ngắn (25m); - Phương pháp đo cao thủy tĩnh;

- Phương pháp đo cao lượng giác khoảng cách ngắn; - Phương pháp đo chụp ảnh lập thể

Sử dụng phương pháp này hay phương pháp kia là tùy vào điều kiện đo, thiết bị đo và độ chính xác yêu cầu Tuy nhiên, phương pháp được áp dụng phổ biến hiện nay là phương pháp đo cao hình học chính xác khoảng cách ngắn, do có nhiều ưu điểm nên nó được xem là phương pháp thông dụng nhất Phương pháp này có độ chính xác cao, tiến hành đo đạc đơn giản, nhanh chóng, máy móc thiết bị không quá đắt tiền, có thể tiến hành trong những điều kiện khó khăn, chật hẹp Phương pháp này có thể xác định được hiệu độ cao các điểm cách nhau 5 đến 10m với sai số từ 0,05 đến 0,1mm

Ngoài ra, phương pháp thủy tĩnh dựa trên đặc điểm bề mặt chất lỏng trong bình thông nhau luôn nằm trên cùng một mức độ cao Phương pháp này đạt được độ chính xác rất cao, nó được ưu tiên áp dụng ở những nơi khó lui tới, trong các tầng hầm chật chội, độ chiếu sáng kém, có những tác động có hại cho sức khỏe con người như dưới các tầng hầm và trong các nhà máy điện nguyên tử

Phương pháp đo cao lượng giác được thực hiện bằng tia ngắm nằm nghiêng của máy kinh vĩ có độ chính xác thấp hơn, nhưng nó thuận lợi trong những trường hợp phải quan trắc nhiều điểm của công trình ở những độ cao khác nhau như trên công trình đập thủy điện

Phương pháp chụp ảnh lập thể dựa trên việc đo chênh cao theo mô hình lập thể mặt đất được tạo nên nhờ các dụng cụ chuyên dùng, phương pháp này không có lợi về mặt kinh tế nên ít được áp dụng

2.2 THIẾT BỊ ĐO ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH THEO PHƯƠNG PHÁP ĐO CAO HÌNH HỌC CHÍNH XÁC KHOẢNG CÁCH NGẮN

Theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 271:2002, để đo độ lún công trình cần phải sử dụng các máy thủy chuẩn có độ chính xác cao, có bộ đo cực nhỏ như (Ni004, Ni002, NA3003, H1, H2, H3, NAK2…) hoặc các máy có độ chính xác tương đương với các tính năng kỹ thuật như sau:

- Độ phóng đại của ống kính lớn hơn 24 lần (tùy từng cấp đo) - Giá trị khoảng chia trên ống nước dài không vượt quá 12”/2mm

- Giá trị vạch khắc vành đọc số của bộ đo cực nhỏ (bộ phận micrometer) là 0.05mm hoặc 0.10mm

Hình 2.1 – Máy thủy chuẩn Leica NA2 và NAK2

Hình 2.2 – Máy thủy bình NAK2 và phụ tùng đi kèm

Hình 2.3 – Các bộ phận máy thủy bình NAK2

4 Ốc điều chỉnh bàn độ ngang 2 Ốc điều quang 3 Ốc điều chỉnh

chập vạch 5 Ống đọc số trên

bộ đo cưc nhỏ

1 Kính mắt

6 Số đọc trực tiếp trên bàn độ ngang 7 Ốc cân đế

máy

8 Chân ba

Mia để đo độ lún là mia Invar, khung mia bằng gỗ hoặc nhôm, mia có chiều dài 1m, 1.7m, 2m hoặc 3m Giữa thân mia là dải invar có độ co giãn rất thấp có khắc vạch chia Mặt trước của mia là 2 dãy số được quy ước là thang chính và thang phụ khi đọc số, giá trị khoảng chia (là khoảng cách giữa hai vạch thang chính hoặc thang phụ) của các vạch trên mia là 5mm hoặc 10mm

Đây là máy của hãng Leica (Thụy Sĩ), máy này không có bọt nước dài mà tia ngắm tự điều chỉnh về vị trí nằm ngang nhờ bộ phận tự điều chỉnh và khi đo chỉ cần điều chỉnh cho bọt nước tròn vào giữa là được

Dùng ốc điều chỉnh bàn độ ngang 4 (hình 2.3) bắt mục tiêu và ốc chập vạch 3 (hình 2.3) sao cho chỉ chữ V tiếp xúc với một vạch thang chính hoặc thang phụ (hình 2.6, hình 2.7)

Sau khi chập vạch giữ nguyên trạng thái của máy tiến hành đọc số trên ống kính (hình 2.6) và trên bộ đo cực nhỏ (hình 2.5) trong ống đọc số 5 (hình 2.3)

Hình 2.5 - Đọc số trên bộ đo cực nhỏ Hình 2.6 - Thị trường ống kính

Hình 2.7- Chụp vạch bằng chỉ chữ V Ví dụ: Số đọc theo mỗi thang chính hoặc phụ gồm 2 phần:

- Đọc số trong ống kính trực tiếp trên mia (thang phụ): 427 (hình 2.6) - Đọc trên bộ đo cực nhỏ : 564 (số “4” là phần ước lượng căn cứ vào vạch “0” bộ đo cực nhỏ)

=> Tổng hợp số đọc là : 427564

Chỉ chữ v

Lưu ý : Khi đọc số chỉ chập được một vạch thang chính và một vạch thang phụ kề vạch thang chính

2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐO CAO HÌNH HỌC CHÍNH XÁC KHOẢNG CÁCH NGẮN

Phương pháp đo cao hình học chính xác là phương pháp chủ yếu hiện nay sử dụng lập lưới hạng 1,2 Nhà nước Khoảng cách trung bình từ máy tới mia là 50 đến 60 mét Tuy nhiên, trong đo lún công trình bằng phương pháp này thì khoảng cách từ máy tới mia là không quá 25 mét Chính vì thế nhiều sai số được giảm xuống khi đo chênh cao với khoảng cách ngắn Nên để xác định độ lún, người ta sử dụng phương pháp này và gọi là phương pháp đo cao hình học chính xác khoảng cách ngắn

Nguyên lý đo: Phương pháp đo cao hình học dựa trên cơ sở dùng tia ngắm

nằm ngang của máy thủy bình (máy Nivô) để xác định độ chênh cao giữa hai điểm đặt mia Độ chênh cao được xác định theo số đọc trên mia đặt thẳng đứng tại hai điểm đo

Trước khi đo độ lún công trình cần phải kiểm nghiệm máy và mia, đảm bảo cho mia không bị cong, các vạch khắc và các dòng chữ số trên mia rõ ràng, trục ngắm khi điều chỉnh tiêu cự của máy phải chính xác, các vít trên máy hoạt động tốt

Hình 2.8- Sơ đồ nguyên lý đo cao hình học

Thao tác trên một trạm đo khi chỉ dùng một mia đo lún như sau:

Đặt máy ở vị trí gần giữa hai điểm mia, chân máy đặt chắc chắn đảm bảo độ ổn định cao Lắp máy vào chân ba, ốc vít vặn vừa chặt, dùng ba ốc cân điều chỉnh cho bọt nước thủy tròn vào chính giữa tâm

Đọc số thang chính mia trước Đọc số thang phụ mia trước Đọc số thang chính mia sau Đọc số thang phụ mia sau

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 0,8 m Trong trường hợp đặc biệt, khi đo trong các tầng hầm của các công trình có chiều dài tia ngắm không vượt quá 15m thì được phép thực hiện việc đo ở độ cao tia ngắm là 0,5m

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

Trước khi bắt đầu thực hiện công việc đo ngắm 15 phút, cần đưa máy ra khỏi hòm để tiếp nhận nhiệt độ môi trường

Không nên đo vào thời gian khi mặt trời sắp mọc hoặc sắp lặn, khi hình ảnh dao động, khi có gió mạnh từng hồi, nhiệt độ lên cao hoặc không đều

Chênh lệch khoảng cách từ máy tới mia trước và mia sau ΔD = ⎜DS-DT ⎜ tối đa là 0,4m với đo cao hình học cấp I và 1m với đo cao hình học cấp II

Mẫu ghi chép số đọc trên mia theo các chương trình:

Chương trình I Chương trình II

- Chênh cao một trạm đo theo phương pháp đo trên được xác định bằng cách: - Chênh cao đo tính theo thang chính: hc = (Sc) – (Tc)

- Chênh cao đo tính theo thang phụ: hp = (Sp) – (Tp) ⇒ Chênh cao trạm theo một chiều cao máy đo:

⇒ Chênh cao trạm đo tính theo hai chiều cao máy:

Sơ đồ và chương trình đo được thống nhất cho tất cả các chu kỳ quan trắc Đồng thời chỉ sử dụng một bộ máy móc, dụng cụ đo cố định, cố gắng đo trong những điều kiện tương tự nhau trong các chu kỳ nhằm giảm ảnh hưởng các nguồn sau số hệ thống đối với kết quả đo

Mẫu sổ đo được trình bày trong phụ lục 1

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC LÚN CÔNG TRÌNH

Trong giai đoạn xây dựng, ngay từ lúc bắt đầu đào hố móng phải tiến hành quan trắc để qua đó xác định đại lượng trương nở của đất, điều chỉnh chính xác khối lượng công việc, bổ sung thiết kế, Kết quả đo biến dạng trong giai đoạn thi công được dùng là cở sở để xem xét công trình có được đưa vào sử dụng, vận hành hay không

Trong quá trình vận hành, số liệu quan trắc giúp ta đưa ra các giải pháp kịp thời để bảo vệ công trình khỏi các sự cố hoặc khắc phục các nguyên nhân gây lún

Kết quả quan trắc biến dạng bằng phương pháp đo lặp trắc địa cần phải thỏa mãn về mật độ điểm đo, tính thời sự và độ chính xác

• Mật độ điểm đo phụ thuộc vào tính đúng đắn lựa chọn vị trí gắn mốc quan trắc Các mốc này phải được gắn ở nơi có khả năng xảy ra biến dạng nguy hiểm, dẫn tới dịch chuyển công trình hoặc từng bộ phận của công trình

• Tính thời sự kết quả đo phụ thuộc chủ yếu vào tần suất đo (chu kỳ đo) • Độ chính xác kết quả đo phụ thuộc vào hai yếu tố: phương pháp đo và sơ đồ đo

Để đảm bảo được các yêu cầu trên và kết quả đạt độ chính xác cao cần phải xác định rõ trình tự và nội dung công việc trong từng giai đoạn cụ thể Vì vậy, cần lập phương án kỹ thuật xây dựng chương trình quan trắc biến dạng công trình Phương án kỹ thuật đo độ lún công trình được thiết kế tùy thuộc vào tầm quan trọng của công trình, điều kiện địa chất của khu vực xây dựng công trình, các đối tượng đo và phải đảm bảo được các nội dung sau:

1- Tóm tắt miêu tả đối tượng quan trắc, các đặc điểm hiện trạng, sơ đồ các đối tượng này và các đặc điểm khác có liên quan đến công tác đo độ lún

2- Thiết kế hệ thống mốc đo

3- Xác lập cấp đo, thiết kế sơ đồ đo lặp trắc địa, chu kỳ đo

4- Lập quy trình đo độ lún công trình

5- Phân tích đánh giá độ ổn định của các mốc chuẩn 6- Phương pháp tính toán số liệu đo lún

7- Tính toán các thông số độ lún 8- Lập biểu đồ độ lún

3.1 TÓM TẮT MIÊU TẢ ĐỐI TƯỢNG QUAN TRẮC

Để mô tả đối tượng đo trước hết phải lập sơ đồ vị trí có thể đặt mốc và công trình cần nghiên cứu khảo sát Tóm tắt mô tả điều kiện địa chất công trình, thủy văn, khí hậu, địa hình, kết cấu công trình: kích thước móng, độ sâu móng, sơ đồ các cột, khoảng cách giữa các nhịp, khe co giãn

Tất cả những thông tin nêu trên (càng chi tiết càng tốt) phục vụ cho việc soạn thảo bản thiết kế vị trí đặt các mốc quan trắc và mốc gốc thuận tiện, tối ưu cho việc quan trắc lâu dài sau này

3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MỐC ĐO

Quan trắc biến dạng công trình được tiến hành theo một sơ đồ đo chung cho tất cả các chu kỳ Sơ đồ này bao trùm lên tất cả các điểm đo cao, mà độ cao gần đúng của chúng được biết trước khi bố trí các mốc này ngoài thực địa Các điểm này được chia làm 3 loại:

+ Các điểm gốc: độ cao của chúng được xem ổn định trong phạm vi sai số giới hạn cho phép

+ Các điểm quan trắc: cao độ của chúng cần phải xác định trong từng chu kỳ đo Các điểm này gắn vào công trình cần xác định biến dạng

+ Các điểm đo nối cần thiết để xây dựng sơ đồ đo tối ưu

+ Cho phép kiểm tra một cách tin cậy độ ổn định của các mốc khác + Cho phép dẫn độ cao đến các mốc đo lún một cách thuận lợi

Cao độ của mốc cơ sở có thể được dẫn từ mốc độ cao quốc gia hoặc giả định độ cao của một mốc cơ sở

Vị trí các mốc cơ sở cần được đặt vào lớp đất tốt, ổn định (cát, sạn sỏi hoặc sét cứng có bề dày lớn), địa tầng có điều kiện thủy văn tốt Ví dụ: mốc được đặt gối đầu lên đá gốc ở các công trình thủy điện, hoặc khoan nhồi để làm mốc Mốc đặt cách nguồn gây ra chấn động khoảng cách lớn hơn chiều sâu của mốc (đối với mốc chôn sâu); phải ở ngoài phạm vi các đường giao thông chính, những nơi có dốc trượt Mặt khác, các mốc cơ sở không được bố trí quá xa công trình để hạn chế các sai số tích lũy khi chuyền cao độ từ mốc cơ sở tới mốc quan trắc Khoảng cách từ mốc cơ sở (chuẩn) đến công trình thường từ 50m đến 100m (TCXDVN 271:2002) để không bị ảnh hưởng của biến dạng công trình tới độ ổn định của mốc

Khi lợi dụng các công trình cũ để đặt mốc cơ sở thì các công trình này phải hoàn toàn ổn định (không có các hiện tượng biến dạng do chuyển dịch, lún) Không đặt mốc chuẩn tại các công trình có tải trọng động (tải trọng thay đổi)

Trong trường hợp khó khăn về mặt bằng, mốc cơ sở được đặt cách xa khoảng 2/3 chiều cao công trình, không chôn ở nơi ngập nước, sườn đất trượt, gò đống, bờ đê, cách xa đường sắt hơn 50m, cách đường ô tô 30m (mục 3.3 TCXD 203:1997)

Vị trí đặt cụ thể được thể hiện trong bản thiết kế chương trình đo lún được chủ đầu tư phê duyệt

Tùy theo tính chất, diện tích mặt bằng và tầm quan trọng của công trình, số lượng mốc chuẩn cần chọn phù hợp với TCXDVN 3972:85 Thông thường để đánh giá được độ ổn định của các mốc cơ sở và đảm bảo mức độ tin cậy khi xác định độ lún, đối với mỗi công trình độc lập cần xây dựng ít nhất là 3 mốc cơ sở Các mốc này phải được bố trí thành một lưới thủy chuẩn khép kín

Để thiết kế kết cấu mốc cơ sở cần dựa vào số liệu địa chất công trình, thủy văn khu đo Các mốc cơ sở được chia thành 3 loại:

Mốc chuẩn loại A: là mốc có dạng cọc ống Mốc này thường sử dụng khi đo

độ lún công trình quan trọng xây dựng trên nền đất đá ổn định, chiều sâu khá lớn, khu vực thi công chịu tác động của lực động học Hình dạng cấu tạo mốc chuẩn loại A được trình bày ở hình 2.1

Hình 3.1 - Mốc chuẩn loại A

Mốc chuẩn loại B: là mốc có dạng cọc bêtông cốt thép Mốc này thường áp dụng khi đo độ lún các công trình xây dựng trên móng cọc, chiều sâu đạt đến lớp đất đá tốt được sử dụng để tựa cọc công trình Hình dạng cấu tạo được trình bày ở hình 3.2

Thông thường trên khu vực xây dựng nếu công trình được thi công bằng cọc ép thì lõi mốc cơ sở cũng được ép cọc bêtông đến độ sâu thiết kế Có một số công trình như Saigonpearl thì mốc cơ sở làm luôn bằng cọc khoan nhồi có độ sâu đến 60 mét

Đá gốc

Hình 3.2 - Mốc chuẩn loại B

Mốc chuẩn loại C: là mốc có dạng cọc ngắn hoặc khối bêtông được chôn vào lớp đất tốt nguyên thổ đầu tiên Loại mốc này thường áp dụng khi đo độ lún các công trình dân dụng được xây dựng trên nền đất đá kém ổn định Hình dạng cấu tạo được trình bày ở hình A.3a, hình A.3b, hình A.3c

Mốc loại này thường được đặt trên các vỉa Laterít tốt Hình 3.3a - Mốc chuẩn loại C dạng khối bêtông

1 Trụ mốc bêtông

2 Dấu mốc bằng sứ hoặc đồng 3 Mốc phụ hình ống

4 Vỏ ống mốc phụ bằng thép hoặc nhựa

5 Thành cổ mốc bằng bê tông 6 Nắp đậy bê tông

Cấu tạo đầu đo của các mốc chuẩn có dạng hình cầu, chỏm cầu bằng thép không gỉ, bằng đồng hoặc bằng sứ Phần đầu của các mốc chuẩn cần được xây bảo vệ có nắp đậy sao cho tác động của mặt đất không làm ảnh hưởng đến vị trí của

Hình 3.3b - Mốc chuẩn loại C hình ống

Hình 3.3c - Mốc chuẩn loại C dạng cọc

1 Đầu mốc (φ = 2cm ÷ 4cm) 2 Ống mốc (φ = 7cm ÷8cm) 3 Ống bảo vệ (φ = 2cm ÷ 4cm) 4 Vòng kẹp giữ ống bảo vệ 5 Thanh neo

6 Đệm bêtông 7 Nắp

8 Giếng gạch hoặc bêtông 9 Cửa nắp

10 Xỉ

11 Lớp đệm bêtông

1 Đầu mốc (φ = 2cm ÷ 4cm) 2 Cọc mốc (φ = 7cm ÷ 8cm)

3 Giếng dầu hoặc giếng dầu đặt trong hố móng cọc hoặc giếng quét bitum (nhựa đường) bọc cọc mốc khi chôn

4 Hố gạch xây, bêtông 5 Cửa nắp

6 Xỉ

7 Lớp đệm bêtông khi đặt trong hố móng (loại mốc này được lắp đặt bằng cách đóng cọc hay chôn chặt dưới hố có độ sâu từ 1m ÷ 2m) 1 Đầu mốc (φ = 2cm ÷ 4cm) 2 Ống mốc (φ = 7cm ÷8cm) 3 Ống bảo vệ (φ = 2cm ÷ 4cm) 4 Vòng kẹp giữ ống bảo vệ 5 Thanh neo

6 Đệm bêtông 7 Nắp

8 Giếng gạch hoặc bêtông 9 Cửa nắp

10 Xỉ

11 Lớp đệm bêtông

mốc Đối với các công trình quan trọng mốc chuẩn cần được xây rào bảo vệ và khóa cổng khi ra vào

Hình 3.4 - Mốc cở sở ngoài hiện trường ™ Thực trạng ở nước ta :

Công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình hiện nay ở nước ta được thực hiện với hầu hết các mốc chôn sâu lõi đơn Khu vực đô thị như Hà Nội TP Hồ Chí Minh với điều kiện địa tầng là sỏi cuội cũng phải ở độ sâu khoảng 50m Nếu mốc cơ sở đo lún đặt vào tầng sỏi cuội thì độ dài của mốc cũng cỡ 50m Hơn nữa, chúng ta đều xây dựng mốc đo lún với kết cấu lõi đơn được làm bằng thép ống có mạ kẽm bên trong và bên ngoài, đường kính khoảng 40mm Việc làm này cũng có lý do, một phần vì thi công dễ dàng hơn, phần khác vì kinh phí có hạn Tuy nhiên như trên đã phân tích, với loại mốc đó thì độ cao mốc sẽ có biến động lớn khi nhiệt độ không khí thay đổi Đây chính là bất cập mà lâu nay các chuyên gia trắc địa gặp phải Để giải bài toán này, từ những năm 90 của thế kỷ trước đã có đề xuất xây dựng quanh Hà Nội một hệ thống mốc cơ sở đo lún dạng chôn sâu theo đúng quy trình công nghệ với kinh phí khá lớn Nhưng cho đến nay, dự án vẫn chưa thực hiện được

™ Trên thế giới thường phân chia 3 loại mốc cơ sở: - Mốc chôn sâu đến tầng đá gốc

- Mốc chôn nông khoảng 2m

- Mốc gần tường hoặc gần nền các công trình đã lún ổn định

Tuy nhiên, do trên khu vực cần đo lún ít có công trình hiện hữu mà độ lún đã ổn định, nên các mốc cơ sở dạng gần tường hay gần nền ít được sử dụng Các mốc chôn nông dễ bị ảnh hưởng bởi các xung động của lớp đất mặt như: tải trọng của công trình gần đó, tải trọng động của các phương tiện vận tải Nên việc xây dựng các mốc dạng chôn sâu được ưu tiên hàng đầu Để tiến hành đặt mốc cơ sở đo lún loại chôn sâu vào tầng đá gốc, phải thực hiện nhiều giai đoạn

Sau khi khoan tạo lỗ với độ sâu đến hàng trăm mét, đặt ống thép cách ly với đất đá xung quanh thân mốc nhằm hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ các địa tầng đến sự thay đổi chiều dài độ cao của mốc

Chu kỳ đầu, công tác đo đạc xác định độ cao của đỉnh mốc được tiến hành đồng thời với việc đo nhiệt độ thân mốc, để qua đó hiệu chỉnh vào độ cao mốc trong các chu kỳ sau này Để xác định nhiệt độ thân mốc, người ta thả xuống lỗ khoan đặt mốc nhiều đầu đo nhiệt độ, ứng với nhiều độ sâu khác khau, nhiệt độ trung bình của mốc được tính dựa trên nhiệt độ không khí tại các vị trí khác nhau trong lỗ khoan và khoảng cách giữa các điểm đo nhiệt độ Do việc đo nhiệt độ trong lòng hố khoan rất khó khăn, nên ngày nay phương pháp này ít dùng trên thế giới

Nếu thân mốc được làm bằng thép ống, thì do hệ số giãn nở của thép, chiều dài thân mốc có thể thay đổi cỡ 0,5mm/4m giữa hai mùa đông-hè giả thiết giữa hai mùa chênh nhiệt độ là 10oC, nghĩa là với chiều dài thân mốc khoảng 50m, ta có sự thay đổi chiều dài độ cao mốc giữa hai mùa đông - hè cỡ 6mm

Trên đây là với mốc lõi đơn, hiện nay trên thế giới người ta xây dựng mốc cơ sở đo lún dạng chôn sâu với kết cấu lõi kép: gồm một lõi chính và một lõi phụ Chiều dài của lõi chính và lõi phụ lúc ban đầu khi chưa chôn mốc được xác định Sau khi chôn mốc, do nhiệt độ trong lòng ống khoan thay đổi theo mùa khí hậu, do hệ số giãn nở nhiệt của lõi chính và lõi phụ khác nhau lúc này chiều dài giữa lõi chính và lõi phụ có một lượng chênh Δ so với ban đầu Ta xác định được sự thay đổi chiều dài của mốc chính ΔLC nhờ biết trước hệ số giãn nở nhiệt của lõi chính αC, lõi phụ αP:

αTrong đó :

Δ: đo được tại thời điểm công tác (là chênh lệch cao độ giữa lõi mốc chính và phụ)

αC, αP: là hệ số giãn nở nhiệt đã biết trước

ΔLC độ giãn nở của lõi chính do nhiệt độ tại thời điểm công tác Hiệu chỉnh ΔLC vào độ cao của mốc, ta có độ cao chuẩn

™ Giải pháp cho mốc cơ sở đo lún tại Việt Nam:

Trước mắt, để thực hiện công tác đo lún công trình, chúng ta vẫn phải xây dựng các mốc cơ sở đo lún tại khu đô thị mới hoặc công trình công nghiệp Tuy nhiên, có thể giảm thiểu phần nào sự thay đổi độ cao mốc do nhiệt độ Đó là xây dựng các mốc đo lún dạng lõi đơn với chiều sâu khoảng 10m, lúc này ΔL do nhiệt độ thay đổi khoảng 1mm và nên chọn vị trí sao cho địa tầng đặt mốc -10m là sét dạng dẻo đến dẻo cứng hoặc cát hạt mịn Đồng thời, trong hệ thống mốc cơ sở phải có một mốc được đặt tới địa tầng ổn định ví dụ như tầng sỏi cuội tại Hà Nội, áp dụng phân tích xác suất thống kê hoặc phương pháp bình sai lưới tự do, ta sẽ tìm được mốc ổn định trong chu kỳ đo

3.2.2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG MỐC QUAN TRẮC LÚN

Mốc đo lún là mốc được gắn trực tiếp vào các vị trí đặc trưng của các kết cấu chịu lực trên nền móng hoặc thân công trình (thân móng, cột, hai bên khe lún ) để tham gia chuyển dịch cùng với công trình, dùng để quan sát độ trồi lún của công trình

Mốc đo độ lún được phân ra các loại như sau: - Mốc gắn tường, cột;

- Mốc nền móng;

- Các mốc chôn sâu dùng để đo độ lún các lớp đất

Sau khi thi công xong phần móng phải gắn các mốc đo lún vào các vị trí chịu lực của công trình theo đúng thiết kế

Mốc đo lún phải có kết cấu vững chắc, đơn giản và thuận tiện cho việc đo đạc, khi đặt mia, hoặc treo mia, không làm thay đổi độ cao của nó

Mốc đo lún cần bố trí sao cho phản ảnh đầy đủ nhất về độ lún của toàn công trình và bảo đảm được các điều kiện đo đạc Khoảng cách giữa các mốc đo độ lún phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình, giá trị độ lún ước tính

Mốc đo lún phải được đặt sao cho có thể chuyền độ cao trực tiếp từ mốc này sang mốc khác, đồng thời có thể đo nối với mốc chuẩn một cách thuận tiện

Mốc độ lún phải được đặt ở các vị trí đặc trưng về độ lún không đều., các vị trí dự đoán là lún mạnh, những vị trí thay đổi về địa chất, hai bên khe lún, hầm thang máy, vị trí tiếp giáp giữa hai công trình và những vị trí có biến dạng đột xuất

Với nhà khung chịu lực, mốc đo lún được đặt tại các vị trí cột chịu lực của công trình phân bố theo trục ngang, dọc của công trình và các vị trí tiếp giáp của các đơn nguyên

Với các nhà vách cứng được đặt theo chu vi công trình với khoảng cách 15m đến 20m có một mốc Các mốc được đặt cao hơn mặt nền từ 15cm đến 20cm đối với các mốc có thể dựng mia lên trên mặt mốc, từ 0.8m đến 2m với mốc sử dụng mia treo Khoảng cách từ mốc tới mặt tường từ 3cm đến 4cm

Khoảng cách giữa các mốc đo lún phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình và kết cấu của từng loại công trình và được thể hiện trong bản thiết kế sơ đồ bố trí mốc

Số lượng mốc đo độ lún cho một công trình cần được tính toán thích hợp sao cho vừa phản ảnh được đặc trưng về độ lún của công trình, vừa đảm bảo tính kinh tế

Số lượng mốc đo độ lún cho nhà dân dụng hoặc công nghiệp được ước tính theo công thức tổng quát sau:

LPN =

Trong đó :

N : là số lượng mốc đo lún

P : là chu vi nhà hay chiều dài móng

L : là khoảng cách giữa các mốc đo độ lún (8-10 m)

Đối với nhà xây trên móng cọc hoặc móng bè số lượng đầu mốc được tính bằng công thức:

FSN =Trong đó :

S: là diện tích mặt móng (m2)

F: là diện tích khống chế của một mốc (m2) thường lấy từ 100m2 – 150m2Cấu tạo của mốc đo lún được phân ra 3 phần chính:

- Thân mốc - Đầu mốc - Phần bảo vệ

Tùy thuộc vào công trình mà thân mốc có cấu tạo khác nhau Khi đặt mốc phải bảo đảm sự liên kết vững chắc giữa thân mốc với công trình Đầu mốc dạng hình cầu hoặc bán cầu, để bảo đảm khi dựng mia thì sẽ luôn tiếp xúc tại một điểm cố định cao nhất của mốc

Hình 3.5 - Mốc đo độ lún Hình 3.6 - Mốc đo độ Hình 3.7 - Mốc đo độ có cấu tạo vững chắc lún nền đất lún mặt nền

3.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐO LẶP TRẮC ĐỊA, CHU KỲ ĐO

Việc đo độ lún công trình được chia làm 3 cấp: Cấp I, Cấp II, Cấp III Độ chính xác yêu cầu của từng cấp được đặc trưng bởi sai số trung phương xác định lún nhận được từ hai chu kỳ đo

- Đối với cấp I: ± 1mm - Đối với cấp II: ± 2mm - Đối với cấp II: ± 5mm

Các giá trị này ta phải hiểu là ΔS là sai số trung phương giới hạn đo lún Từ ΔS = t.mS ta suy ra

(**)

Các cấp đo độ lún công trình dựa vào đặc điểm của nền đất và tầm quan trọng của công trình, được quy định tại TCXDVN 271:2002 - phụ lục D

Dựa trên cơ sở sơ đồ mốc gốc và mốc quan trắc tiến hành lập tuyến thủy chuẩn bao trùm lên tất cả các điểm gốc và quan trắc Sơ đồ đo trắc địa được hiểu là sơ đồ chuyền cao độ từ các mốc gốc đến mốc quan trắc

Căn cứ sơ đồ đo và yêu cầu đo (**) ta tìm được sai số đơn vị trọng số cho mỗi cấp đo lưới cơ sở và lưới quan trắc riêng Từ đó thiết lập quy trình công nghệ đo riêng cho từng cấp hạng

™ Chu kỳ đo:

Đối với các công trình phức tạp, có giá trị kinh tế lớn, quan trọng thì quan trắc công trình phải được tiến hành ngay từ khi thiết kế, trên khu đất mà sau này sẽ xây dựng công trình để nghiên cứu các điều kiện tự nhiên

Quan trắc biến dạng được tiến hành ngay từ khi xây dựng móng công trình và được tiến hành lặp đi lặp lại, có hệ thống qua một khoảng thời gian nhất định trong suốt thời kỳ xây dựng cho đến khi công trình được đưa vào khai thác sử dụng, mỗi lần đo được gọi là một chu kỳ đo Trong những trường hợp bất thường như sự thay đổi tải trọng trình có khả năng nhạy cảm với lún, biến dạng thì ngay cả sau khi công trình đã tắt lún, biến dạng cũng phải tiếp tục quan trắc 1-2 năm/ một chu kỳ

Khi thực hiện quan trắc cần phải tính đến khả năng tác động của các yếu tố tự nhiên như: độ địa chấn, nhiệt độ theo từng mùa, mực nước ngầm, các yếu tố do hoạt động của con người như sự rung động cơ học của các loại động cơ, búa,

Tùy theo tính chất đất nền mà hiện tượng lún sẽ tắt dần nhanh hay chậm, như công trình trên nền đất pha sét lún nhanh hơn trên nền cát

Tốc độ lún thường xảy ra trong thời gian xây dựng nhanh hơn trong thời gian vận hành, sử dụng công trình Trị số độ lún lớn nhất cũng xảy ra trong thời gian xây dựng công trình

Tùy thuộc vào tính chất từng công trình mà dự kiến chu kỳ đo Chu kỳ được tính toán sao cho kết quả phản ánh được đúng thực chất quá trình làm việc của nền móng và sự ổn định của công trình Có thể phân chia chu kỳ đo thành 2 giai đoạn

- Giai đoạn thi công xây dựng (công trình lún nhiều )

- Giai đoạn khai thác sử dụng

1/ Quan trắc lún trong giai đoạn thi công xây dựng công trình

Đặt mốc và tiến hành đo chu kỳ đầu tiên sau khi thi công phần móng

Tiến hành đo lún chu trình đầu tiên bằng phương pháp thủy chuẩn hình học sử dụng các máy có độ chính xác trên bộ đo cực nhỏ từ 0.05 mm đến 0.1 mm Độ phóng đại từ 35x đến 40x, ống thủy chuẩn dài có giá trị vạch khắc nhỏ hơn 12”/2mm Các mia được sử dụng là mia inva có chiều dài từ 1 tới 3 m, vạch chia từ 5mm đến 10mm Tất cả đã được kiểm nghiệm và hiệu chỉnh Đo theo phương pháp thủy chuẩn hình học chính xác khoảng cách ngắn với vòng đo khép kín sai số cho phép không được vượt quá fh =±0.5 n với n là số trạm máy

Xử lý bình sai in kết quả độ cao các mốc lún chu kỳ đầu tiên Hoàn thiện hồ sơ cho chu kỳ đo đầu tiên

Các chu kỳ tiếp theo tùy thuộc vào công trình cụ thể và tốc độ xây dựng (có thể xác định bằng (%) tải trọng) nên đo vào các giai đoạn khi tải trọng của công trình được 25% , 50%, 75%, 100% tải trọng công trình Khi tiến độ xây dựng đều thì có thể bố trí chu kỳ đo theo tuần hoặc tháng Các chu kỳ này cần kiểm tra độ ổn định của mốc chuẩn, lựa chọn những mốc ổn định làm mốc cơ sở cho việc quan trắc lún

Đối với công trính nhà cao tầng thi công từ 2-3 tầng thì tiến hành đo một chu kỳ [4]

2/ Quan trắc lún trong giai đoạn khai thác sử dụng

Việc quan trắc lún trong quá trình khai thác sử dụng là sự kế tục quá trình này trong giai đoạn xây dựng công trình Vì vậy, về phương pháp đo, yêu cầu độ chính xác và phương pháp xử lý số liệu không có gì khác biệt so với giai đoạn thi công nhưng cần phải lưu ý một số trường hợp có thể xảy ra trong quá trình quan trắc:

Các mốc đo lún: trong giai đoạn sử dụng có thể một số mốc bị mất hoặc một số mốc bị hư hỏng không thể sử dụng được ta phải gắn thêm các mốc mới để tiếp tục đo trong các chu kỳ sau Như vậy, mốc mới có cao độ khác với mốc nó thay thế và sẽ không có số liệu ít nhất của một chu ký quan trắc

Chu kỳ đo trong giai đoạn này có thể chia ra thành hai giai đoạn:

+ Giai đoạn độ lún giảm dần: Tùy thuộc vào dạng móng, loại nền đất mà quyết định chu kỳ đo 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 quyết định trên cơ sở độ lún của chu kỳ gần nhất đã xác định Số lượng chu kỳ trong giai đoạn này tùy thuộc vào giá trị và tốc độ lún của công trình mà quyết định

+ Giai đoạn ổn định và tắt lún được đo theo chu kỳ từ 1 đến 2 năm, cho đến khi giá trị độ lún của công trình nằm trong giới hạn ổn định

3.4 THIẾT LẬP QUY TRÌNH ĐO LÚN CÔNG TRÌNH

Lập quy trình đo là xác định cách đo như thế nào đó, chọn thiết bị đo dựa vào các hạn sai theo TCXDVN 271:2002 hoặc các sai số đã ước tính khi lập sơ đồ lưới để kết quả cuối cùng đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu

3.4.1 CÁC SAI SỐ KHI ĐO CAO HÌNH HỌC VÀ HẠN SAI CHO PHÉP

2/ Sai số do mia

- Sai số khắc vạch trên mia mang tính chất ngẫu nhiên và có hệ thống Theo khảo sát, sai số ngẫu nhiên khắc vạch trên mia từ 0,07 tới 0,1 mm Để giảm ảnh hưởng sai số này có thể thực hiện theo các phương pháp sau:

+ Kiểm nghiệm sai số ngẫu nhiên khắc vạch và chỉ dùng mia nào đảm bảo có sai số khắc vạch ngẫu nhiên <0,005 mm

+ Thực hiện quan trắc cùng chiều cao máy tại tất cả các chu kỳ đo hoặc hiệu chỉnh vào số đọc do sai số khắc vạch

- Sai số do mia bị cong

- Sai số do trục bọt nước tròn không đúng với trục thang mia

3/ Sai số do điều kiện ngoại cảnh

- Sai số do chân ba bị thay đổi

- Sai số do góc i máy thủy bình không ổn định

- Sai số do tác động của môi trường xung quanh tới mia - Sai số do ảnh hưởng của chiết quang đứng

4/ Các hạn sai cho phép và chỉ dẫn đo đạc

Trong quá trình đo đạc ta cần có các hạn sai để có thể kiểm tra sơ bộ kết quả đo, nhằm khỏi mất thời gian khi về phòng xử lý số liệu khi kết quả đo không đạt yêu cầu, khi đó phải đo lại Hạn sai được xây dựng trên cơ sở số lần đo θ (hay là số

lần chiều cao đặt máy) của một vòng đo khép kín, được xác định bằng công thức:

Độ lệch cho phép giữa chênh cao tính theo thang chính và thang phụ của một trạm đo là: dAhchpmen

Độ lệch cho phép chênh cao tính theo hai chiều cao máy là:

Với : me là sai số trung phương chênh cao 1 trạm đo theo chiều cao máy

Trong quá trình đo lún chúng ta phải tính toán sai số giới hạn các vòng khép, độ lệch chênh cao thang chính và thang phụ, độ lệch chênh cao 2 chiều cao máy rồi so sánh với giới hạn cho phép, sai số giới hạn các vòng khép Nếu không thỏa các hạn sai cho phép thì phải tiến hành đo lại

3.4.2 QUY TRÌNH ĐO LÚN CÔNG TRÌNH

Việc đo độ lún được thực hiện qua hai bước:

Bước 1 - Đo lưới cơ sở cao độ

Lưới cơ sở là lưới được dẫn từ mốc độ cao quốc gia hoặc giả định độ cao của một mốc chuẩn và đo nối các điểm chuẩn với nhau Mục đích của việc đo lưới cơ sở là kiểm tra độ ổn định của các mốc chuẩn Việc đo lưới cơ sở cao độ được tiến hành theo phương pháp đo cao hình học cấp I Khi đo phải tạo thành các vòng khép kín Sai số khép vòng đo không được vượt quá sai số giới hạn cho phép là

fh =±0.3 (với n là số trạm máy trong tuyến đo cao)

Bước 2 - Dẫn độ cao từ các mốc cơ sở vào các mốc đo lún của lưới quan

trắc lún

Mục đích của việc dẫn độ cao vào các mốc đo lún là để xác định độ cao thực tế của các mốc trong chu kỳ hiện tại Việc dẫn độ cao các mốc đo lún được thực hiện bằng phương pháp đo cao hình học chính xác cấp II Khi đo phải tạo thành các vòng khép kín Sai số khép vòng đo không được vượt quá sai số giới hạn cho phép là fh =±0.5 n (với n là số trạm máy trong tuyến đo cao) Số vòng khép càng nhiều thì càng có điều kiện kiểm tra, kết cấu lưới càng tốt

3.5 TÍNH TOÁN SỐ LIỆU MẠNG LƯỚI ĐO CAO THỦY CHUẨN HÌNH HỌC CHÍNH XÁC

Theo lý thuyết, tổng chênh cao các giá trị thực trong mạng lưới khép kín phải bằng 0, tuy nhiên trong thực tế giá trị sai số khép không thỏa được điều kiện trên do trong đo đạc luôn có sai số Muốn làm triệt tiêu các sai số khép kín ta phải bình sai

số liệu đo, nghĩa là phải tính số hiệu chỉnh v vào số liệu đo hay số liệu tính toán sơ bộ để loại trừ sai số đo, làm tăng độ chính xác đại lượng cần xác định

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

Phương pháp bình sai chặt chẽ trên cơ sở bình phương nhỏ nhất:

Khi đo n lần các đại lượng (X1, X2, , Xn) sẽ làm xuất hiện tập hợp các sai số (Δ1, Δ2, , Δn) nhưng vấn đề đặt ra là từ nhiều trường hợp các sai số sẽ tự loại trừ lẫn nhau làm triệt tiêu sai số khép (W1, W2, , Wn) vậy sai số trong tập hợp nào có giá trị gần với trị thực nhất Để làm được điều đó ta phải xác định xem xác suất xuất hiện của tập hợp sai số nào là lớn nhất dưới điều kiện ∑

min(3.13) (tổng chênh lệch giữa bình phương các trị sai số là nhỏ nhất)

Tương tự, sau khi bình sai ta có tập hợp các số hiệu chỉnh (V1, V2, , Vn) vậy cần xác định tập hợp có số hiệu chỉnh xác suất nhất dưới điều kiện

min1 2

pvvv

Điều kiện: ( )ghh

Sai số khép cho phép được xác định theo công thức sau:

o Đối với đo độ lún cấp I (hoặc lưới đo cao cơ sở): ( )fghImmn

h =±0,3. , Sai số trung phương chênh cao trạm đo là 0,15mm/trạm

o Đối với đo độ lún cấp II: ( )fghIImmn

h =±0,5. , Sai số trung phương chênh cao trạm đo là 0,25mm/trạm

o Đối với đo độ lún cấp III: ( )fghIIImmn

h =±2. , Sai số trung phương chênh cao trạm đo là 1mm/trạm

n – là số trạm máy trong vòng đo khép kín

Nếu: Thỏa điều kiện (3.15) thì tiếp tục tính toán

3.5.2 ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÁC KẾT QUẢ ĐO

Để có giá trị lún của các mốc gắn vào công trình, phải tiến hành xử lý số liệu đo các chu kỳ Ở đây, trình bày tính toán xử lý số liệu từng chu kỳ đo riêng biệt với mục đích tìm được trị cao độ xác xuất nhất và sai số trung phương cao độ này

Trước khi bình sai tính toán cần đánh giá kết quả đo dựa vào các sai số khép mạng lưới Khi có sai số khép tuyến W và trọng số tương ứng là P thì sai số đơn vị

NWP. i2=

với N là số lượng sai số khép

Xác định sai số trung phương phụ thuộc vào việc tính trọng số:

- Nếu P = 1/L thì μ = m1km là sai số chênh cao trên chiều dài tuyến 1 km - Nếu P = 1/n thì μ = mtrạm là sai số chênh cao trạm đo

Sau khi đánh giá theo (3.16), so sánh kết quả với số liệu thiết kế (μTK) để có thể đưa ra kết luận: chất lượng đo có đảm bảo yêu cầu thiết kế hay không

3.5.3 XỬ LÝ BÌNH SAI SỐ LIỆU ĐO CHÊNH CAO THEO PHƯƠNG PHÁP BÌNH SAI THAM SỐ

Đối với lưới thủy chuẩn thường áp dụng phương pháp bình sai tham số Khi bình sai tham số lưới cao độ thì tham số được chọn là cao độ các điểm cần xác định

™ Trình tự tính toán bình sai số liệu đo:

Trong chu kỳ 0 có thể chọn bất kỳ mốc nào trong cụm mốc gốc (RP1, RP2, RP3, RP4) làm gốc để tính Các chu kỳ khác phải phân tích độ ổn định mốc gốc theo mục 2.6

1- Chọn tham số là cao độ điểm xác định (số lượng tham số lấy bằng số lượng đo

đủ k)

2- Thiết lập trọng số: 22

mP = μ

(3.17)

Trong đó : mi – sai số trung phương chênh cao một trạm đo μ - sai số đơn vị trọng số

Nếu chọn μ là sai số trung phương chênh cao trạm đo thì:

Lập ma trận đường chéo các trọng số trị đo hđo

3- Tính độ cao gần đúng (tham số gần đúng)

Hi0 , Hj0 , , Hn0

4- Lập phương trình số hiệu chỉnh

hibs = hiđo + vi

vhij + hijđo = Hj – Hi = Hj0 + δHj – Hi0 - δHi vhij = -δHi + δHj + (Hj0 – Hi0 – hijđo)

δH - vectơ cột hiệu chỉnh vào các ẩn số, có k phần tử l – vectơ cột số hạng tự do, có n phần tử (l = h0 – hđo)

Nhân hai vế cho R-1 ta được: R-1.R.(δH) = -R-1.b ⇒ δH = -R-1.b

⇒ Độ cao bình sai: H = Hđo + δH (3.21)

6- Để tính được sai số trung phương các cao độ ta tính [PVV] = VTPV Tính sai số trung phương đơn vị trọng số:

Đánh giá độ chính xác hàm bất kỳ:

P

Với trọng số đảo FRFP

Trong đó Qii - là phần tử thứ i trên đường chéo ma trận R-1

3.6 ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA CÁC MỐC CHUẨN

Trong quá trình quan trắc không những các mốc dùng để đo độ lún bị thay đổi độ cao theo thời gian mà ngay cả các mốc chuẩn cũng không giữ được cao độ ổn định trong suốt quá trình đo Vì vậy, việc kiểm tra độ ổn định của các mốc chuẩn đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc xác định và xử lí số liệu đo lún công trình

Nguyên nhân gây ra sự chuyển dịch thẳng đứng (trồi, lún) của các mốc chuẩn là:

- Sự dịch chuyển của các lớp đất đá;

- Sự thay đổi nhiệt độ của các lớp đất đá dẫn đến sự co dãn thân mốc; - Ảnh hưởng bởi sự chuyển dịch thẳng đứng của bản thân công trình - Sự thay đổi các mạch nước ngầm, điều kiện thủy văn

Việc phân tích kiểm tra độ ổn định của các mốc chuẩn cần phải được tiến hành trước khi xác định độ lún cho các mốc kiểm tra Chỉ có các mốc chuẩn sau khi kiểm tra được đánh giá là ổn định thì mới được chọn để làm cơ sở đánh giá mức độ chuyển dịch của lưới quan trắc trong chu kỳ tiếp theo (ngoại trừ chu kỳ 0)

Độ tin cậy kết quả đo phụ thuộc nhiều vào độ ổn định của mốc chuẩn Đánh giá độ tin cậy của mốc chuẩn nghĩa là phân tích được sự chuyển động riêng của từng mốc và sai số xác định chúng

Quan trắc mốc cơ sở phải được thực hiện kiểm tra thường xuyên, mốc có độ cao không ổn định sẽ không được chọn làm mốc gốc cho quan trắc lún công trình Độ ổn định của mốc cơ sở được đánh giá theo phương pháp 1 mốc, theo phương pháp bình sai lưới tự do, hay phương pháp cao độ trung bình

Phương pháp đánh giá độ ổn định của mốc gốc được chia thành 2 nhóm

Nhóm 1: Nguyên tắc dựa trên độ cao không đổi của một mốc gốc

Nhóm 2: Dựa trên cao độ trung bình số liệu đo các chu kỳ trước đó của hệ

thống mốc gốc (bình sai lưới tự do cùng nhóm này)

3.6.1 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:

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

Để minh họa cho phương pháp tính toán này chúng tôi chọn một mạng lưới quan trắc lún ở thực tế sản xuất Lưới quan trắc thử nghiệm là một mạng lưới khống chế đo lún được xây dựng từ 4 điểm khống chế độ cao (ký hiệu Rp1, Rp2, Rp3, Rp4) và 3 chu kỳ quan trắc

Hình 3.1 - Sơ đồ lưới độ cao cơ sở gồm 4 mốc thủy chuẩn cơ sở Bảng 3.1: Giá trị đo chênh cao trong lưới

Kết quả đo chênh cao (mm) Số

Số trạm

14 Rp4 Rp3 1 204.13 204.23 204.33 15 Rp3 Rp1 1 453.61 453.51 453.32 16 Rp1 Rp2 1 211.33 210.84 210.43

¾ Trong chu kỳ 1: chưa có mốc nào bị xê dịch nên có thể chọn một mốc bất kỳ làm mốc gốc để bình sai tính toán cao độ các mốc còn lại Ta chọn mốc RP1 = 7225 mm làm mốc gốc Dùng chương trình bình sai cao1.for (mà tính đúng đắn đã được kiểm chứng tại phụ lục 2) để bình sai mạng lưới đo cao ta có cao độ của các điểm trong chu kỳ 1

n ten docao b/s (mm) 1 RP1 7225.00

2 RP2 7436.19 3 PR3 6771.52 4 RP4 6567.36

- ¾ Trong chu kỳ 2:

Dùng chương trình “BSCAO1.for ” tính chênh cao bình sai cho chu kỳ 2

Rp1 Rp2

Chênh cao bình sai (mm) RP1-RP2 210.891 RP1-RP3 -453.561

Cao độ mốc tính theo mốc gốc được chọn (mm) Chọn mốc gốc

Bảng 3.3: Chuyển dịch cao độ các mốc Chuyển dịch so

với mốc gốc RP1

Chuyển dịch so với mốc gốc RP2

Chuyển dịch so với mốc gốc RP3

Chuyển dịch so với mốc gốc RP4

Để đánh giá độ ổn định các mốc cơ sở khác ta kiểm tra điều kiện:

t - là sai số chuẩn (chọn t = 2); μ - là sai số đơn vị trọng số

QTB - là trọng số đảo trung bình của mốc QTB = (Q1+Q2+Q3)/4

Q1 ; Q2 ; Q3 -lấy trên đường chéo của ma trận R-1

1 0.5 0.5

0.5 0.625 0.375

0.5 0.375 0.6251

⇒ QTB = (0 + 0.625 + 0.625 + 1)/4= 0,56 và μ = 0,15; t = 2 Suy ra: ta có vế trái công thức (3.5) là Sgh = 0,22 (mm)

Với phương án chọn RP3 làm mốc gốc thì sự thay đổi cao độ các mốc khác đều nhỏ hơn 0,22 (xem hàng 3 bảng 3.4)

¾ Trong chu kỳ 3:

Suy luận tương tự, khi RP3 được chọn trong chu kỳ 2 thì cao độ của nó ở chu kỳ 2 và chu kỳ 3 (chu kỳ kế tiếp) là như nhau, còn cao độ các mốc gốc khác là giá trị tương ứng trong chu kỳ 3 (bảng 2.5)

Dùng chương trình “BSCAO1.for ” tính chênh cao bình sai cho chu kỳ 3 Chênh cao bình sai (mm)

Thực hiện tính toán cho chu kỳ 3 tương tự chu kỳ 2 ta được các kết quả sau:

Bảng 3.5 : Cao độ các mốc theo phương pháp 1 mốc gốc

Cao độ mốc tính theo mốc gốc được chọn (mm) Chọn mốc gốc

Bảng 3.6 : Chuyển dịch cao độ các mốc Chuyển dịch so với

mốc gốc RP1

Chuyển dịch so với mốc gốc RP2

Chuyển dịch so với mốc gốc RP3

Chuyển dịch so với mốc gốc RP4

(1) (2) (3) (4) 0.0850 -0.6850 0.2450 0.0850 0.5510 -0.2190 0.7110 0.5510 -0.1600 -0.9290 0.0000 -0.1600 0.0760 -0.6940 0.2350 0.0750 Bảng 3.7: Chuyển dịch cao độ trung bình và tổng bình phương chuyển dịch các mốc

Bảng 3.8: Tổng hợp cao độ các mốc qua các chu kỳ