Nhƣ vậy, ma trận trọng số của trị đo (x, y) là:
1 2 2 2 2 2 2 2 2 S S 2 1 xy xy 2 2 2 2 2 S m 1 1 m
cos .m S .sin . sin 2 .m S .sin 2
2 2
P .K
m sin .m S .cos .
(3.19)
Coi x, y là cỏc trị đo phụ thuộc, đối với mỗi trị đo tọa độ cực sẽ viết đƣợc phƣơng trỡnh số hiệu chỉnh.
Trong hệ thống quan trắc tự động giỏ trị tọa độ thu đƣợc là cỏc trị đo: đo đo x = x y = y (3.20) Suy ra: x x y y V 1 0 x l x V 0 1 y l (3.21)
Khi điểm quan trắc đƣợc đo từ n trạm quan trắc tới, với tọa độ gần đỳng là x(0), y(0). Khi đú: 1 1 n n (0) x 1 (0) y 1 (0) x n (0) y n v x - x 1 0 v y - y 0 1 x . . x . . . y 1 0 x - x v 0 1 y - y v (3.22)
Ký hiệu: 1 1 n n (0) x 1 (0) y 1 (0) x n (0) y n v x - x 1 0 v y - y 0 1 x A . . ; X ; L . . ; V . y 1 0 x - x v 0 1 y - y v
Khi đú, hệ phƣơng trỡnh (3.21) đƣợc viết dƣới dạng:
A.δX + L = V (3.23) Với ma trận trọng số: 1 2 n P P P . P ; (3.24)
Trong đú, đối với mỗi điểm quan trắc trọng số Pi đƣợc tớnh theo cụng thức (3.19). Áp dụng nguyờn lý số bỡnh phƣơng nhỏ nhất ta cú: T T A PA X A PL 0 (3.25) -1 T T X - A PA A PL (3.26)
Tọa độ sau bỡnh sai của điểm quan trắc đƣợc tớnh theo cụng thức: (0) (0) x = x + δx y = y + δy (3.27) Nhƣ vậy, cú thể thấy rằng phƣơng phỏp xử lý số liệu quan trắc từ nhiều trạm đo nhƣ đề xuất ở trờn cho phộp nõng cao độ tin cậy của hệ thống quan trắc tự động.
3.2.9. Nhận xột chung về quan trắc chuyển dịch ngang tường võy bằng phương phỏp trắc địa
Phƣơng phỏp trắc địa cú ƣu điểm là cung cấp độ chớnh xỏc cao và cho giỏ trị chuyển dịch tuyệt đối vỡ chuyển dịch của cỏc điểm quan trắc đƣợc xỏc định trong hệ thống mốc khống chế cơ sở ổn định, tuy nhiờn một nhƣợc điểm rất lớn là phƣơng phỏp trắc địa thƣờng chỉ phỏt hiện đƣợc chuyển dịch của đỉnh tƣờng võy. Trong khi đú, khi thi cụng múng và tầng hầm cụng trỡnh nhà cao tầng yờu cầu phải quan trắc
tƣờng võy theo chiều sõu trong suốt quỏ trỡnh thi cụng múng và tầng hầm. Để quan trắc chuyển dịch ngang tƣờng võy theo chiều sõu, hiện nay thƣờng sử dụng cảm biến Inclinometer. Nội dung phƣơng phỏp quan trắc chuyển dịch ngang tƣờng võy bằng cảm biến Inclinometer đƣợc trỡnh bày ở mục 3.3.
3.3. QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG TƢỜNG VÂY BẰNG CẢM BIẾN INCLINOMETER
3.3.1. Cấu tạo Inclinometer
Cảm biến Inclinometer
, ... Thiết bị này cũng cú thể đƣợc dựng để theo dừi biến dạng ngang của tƣờng chắn và cọc. Cấu tạo của Inclinmeter thể hiện trong hỡnh 3.21 gồm 4 bộ phận chớnh: (1) ống dẫn hƣớng, (2) đầu đo, (3) cỏp tớn hiệu, (4) thiết bị đọc số.
Hỡnh 3.21. Cấu tạo thiết bị đo chuyển dịch ngang Inclinometer
3.3.2. Nguyờn lý đo chuyển dịch ngang bằng Inclinometer
Đo chuyển dịch bằng Inclinometer là đo giỏn tiếp chuyển dịch của đối tƣợng cần quan trắc thụng qua chuyển dịch của ống dẫn hƣớng. Khi đo chuyển dịch, đầu đo chuyển dịch ngang cú bỏnh xe chạy theo cỏc rónh dọc theo ống dẫn hƣớng. Nú bao gồm hai tốc kế đó cõn bằng lực, một tốc kế đo độ nghiờng trong mặt phẳng của cỏc bỏnh xe đầu đo chuyển dịch ngang, mặt phẳng này đƣợc gọi là trục A, tốc kế kia đo độ nghiờng trong mặt phẳng vuụng gúc với mặt phẳng của cỏc bỏnh xe, mặt phẳng này đƣợc gọi là trục B (hỡnh 3.22).
1
4 2
Phƣơng phỏp tớnh toỏn trong việc quan trắc chuyển dịch ngang bằng Inclinometer là lấy đỏy của ống đo làm cơ sở để xỏc định cỏc chuyển dịch tại cỏc vị trớ đo phớa trờn, do vậy đỏy của ống đo phải đảm bảo điều kiện khụng đƣợc chuyển dịch.
Hỡnh 3.22. Cỏc hướng quy ước trong quan trắc chuyển dịch ngang bằng Inclinometer
Hỡnh 3.23. Sơ đồ tớnh toỏn trong đo chuyển dịch ngang bằng Inclinometer
Trờn hỡnh 3.23, độ lệch ngang cho từng vị trớ đo theo một trục đƣợc xỏc định theo cụng thức: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
i i
d L.sin (3.28)
Trong đú: di - độ lệch ngang giữa hai điểm đo liền nhau theo một trục; L - khoảng cỏch đo giữa hai điểm liền nhau; θi-là gúc nghiờng so với phƣơng thẳng đứng ở điểm đo thứ i.
Kết quả đƣợc hiển thị trờn thiết bị thu tớn hiệu và xuất ra khụng phải là gúc nghiờng hay độ lệch của ống dẫn hƣớng. Giỏ trị đo đƣợc phụ thuộc vào gúc nghiờng của ống và hằng số quan trắc, đƣợc thể hiện theo cụng thức sau:
A IC.sin (3.29)
Trong đú: A - giỏ trị đo tại mỗi vị trớ (theo trục A); IC - hằng số quan trắc của thiết bị đo chuyển dịch ngang.
Trong phộp đo hai trục, kết quả cú đƣợc là 2 giỏ trị trờn mỗi trục cho mỗi vị trớ đo sau hai lần đo. Đầu đo quy ƣớc hƣớng “0” cho lần đo đầu và “180” cho lần đo thứ hai. Phộp đo hai trục này cho phộp loại bỏ sai số tớn hiệu cú thể xảy ra trong quỏ trỡnh đo. Ngoài ra phộp đo này cũn chỉ ra những lỗi thụng qua giỏ trị kiểm tra, giỏ trị kiểm tra này là tổng đại số giỏ trị đo theo hai phƣơng “0” và “180” cho mỗi trục. Để loại trừ sai số của phộp đo, giỏ trị đo trờn một trục tại mỗi vị trớ đƣợc tớnh bằng hiệu đại số giỏ trị đo theo hai phƣơng “0” và “180”.
0 180
A - A A
2 (3.30)
Trong đú: A0 - giỏ trị đo theo phƣơng “0” của trục A; A180 - giỏ trị đo theo phƣơng “180” của trục A.
Độ lệch ngang của ống dẫn hƣớng theo một trục (trục A) cho từng vị trớ đo:
i i 0 180 i i A - A A d = L.sin L L IC 2IC (3.31)
Sự thay đổi độ lệch ngang tại mỗi khoảng cỏch đo ở cỏc chu kỳ quan trắc cho thấy ống dẫn hƣớng cú sự chuyển dịch. Chuyển dịch đƣợc tớnh bằng cỏch lấy độ lệch ngang hiện tại trừ đi độ lệch ngang ban đầu. Đồ thị của tổng cỏc chuyển dịch cho thấy sự chuyển dịch của ống dẫn hƣớng, đõy cũng là sự chuyển dịch của đối tƣợng đƣợc quan trắc.
Giỏ trị độ lệch ngang của một điểm bất kỳ theo một trục là tổng giỏ trị đo từ đỏy ống đến điểm ấy (hỡnh 3.23), nú đƣợc gọi là giỏ trị tớch lũy (d) và đƣợc tớnh theo cụng thức sau:
d = d1 + d2 + d3 +…+ dn (3.32)
Trong đú: d - là độ lệch ngang của điểm n kể từ đỏy ống (theo 1 trục); di - độ lệch ngang của từng điểm theo 1 trục (i = 1 ữ n).
Tổng cỏc độ lệch ngang đƣợc gọi là tổng độ lệch của ống dẫn hƣớng, đồ thị của tổng độ lệch cho thấy độ nghiờng của ống dẫn hƣớng so với phƣơng thẳng đứng.
Phần mềm chuyờn dụng dựa trờn cỏc số liệu đó đƣợc xử lý để xõy dựng biểu đồ chuyển dịch của ống dẫn hƣớng (mốc). Mỗi vị trớ quan trắc đƣợc thể hiện bằng 2 biểu đồ (hỡnh 3.24).
Hỡnh 3.24. Đồ thị chuyển dịch của điểm quan trắc bằng Inclinometer
Trờn hỡnh 3.24:
- Biểu đồ bờn trỏi thể hiện chuyển dịch theo hƣớng A0 - A180. - Biểu đồ bờn phải thể hiện chuyển dịch theo hƣớng B0 - B180. Mỗi biểu đồ đƣợc quy định thống nhất nhƣu sau:
- Trục tung: Độ sõu (m).
- Trục hoành: Chuyển dịch lũy tớch tớnh từ đỏy (mm).
- Đƣờng thẳng kộo dài bắt đầu từ tọa độ (0.0) lờn đƣợc gọi là đƣờng biểu diễn lần đo gốc (số liệu 0) S0, đõy là lần đo đầu tiờn, nờn đƣợc coi là chƣa cú chuyển dịch.
3.3.3. Độ chớnh xỏc đo chuyển dịch ngang bằng Inclinometer
Nhƣ đó đề cập ở trờn, trị đo chuyển dịch bằng Inclinometer đƣợc so sỏnh với điểm tham chiếu là đỏy của ống dẫn hƣớng. Trƣờng hợp này, ống dẫn hƣớng đƣợc neo chặt vào lớp đỏ gốc khụng cú chuyển dịch nờn cỏc chu kỳ đo, điểm này khụng cú sai số. Đầu đo càng di chuyển lờn cao sai số của việc đo chuyển dịch ngang bằng Inclinometer càng lớn và điểm cú sai số lớn nhất là điểm trờn miệng ống dẫn hƣớng ở trờn mặt đất. Căn cứ vào lý lịch của thiết bị đo nhà sản xuất cung cấp, đầu đọc số của Inclinometer hiện nay cho phộp đọc số với giỏ trị hiển thị trờn màn hỡnh tới 0.01mm, mỗi lần đầu đo di chuyển 0.5m trong ống dẫn hƣớng thỡ sẽ đọc số với sai số mắc phải là 0.25mm và khi chiều dài của ống dẫn hƣớng là 25m thỡ sai số tớch lũy là 6mm [16], [86].
3.3.4. Quan trắc chuyển dịch ngang tường võy bằng Inclinometer
3.3.4.1. Lắp đặt ống dẫn hướng
Để quan trắc chuyển dịch tƣờng võy bằng Inclinometer (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hiện chuyển dịch lớn nhất hoặc những vị trớ kết cấu quan trọng (cỏc vị trớ này thƣờng do đơn vị thiết kế đƣa ra).
cao hơn cao độ đỉnh tƣờng võy tối thiểu 10cm.
cú thể đƣợc buộc chặt vào lồng thộp của tƣờng võy và đƣợc lắp đặt theo tiến độ thi cụng tƣờng võy ống dẫn hƣớng
114mm đó đƣợc lắp đặt cố định trong lũng tƣờng
võy để đảm bảo ống dẫn hƣớng đƣợc cố định trong
lũng tƣờng võy và cựng chuyển dịch với tƣờng võy.
hay biến dạng trong suốt quỏ trỡnh đo quan trắc. Mỗi ống dẫn hƣớng phải đƣợc lắp đặt một nắp bảo vệ để đảm bảo khụng cú dị vật rơi vào.
(a) (b)
Hỡnh 3.25. Lắp đặt ống đo chuyển dịch ngang Inclinometer tại cụng trường
3.3.4.2. Trỡnh tự quan trắc
Nhƣ đó thể hiện ở hỡnh 3.22, trong ống dẫn hƣớng Inclinometer tồn tại hai trục đo A và B vuụng gúc với nhau và cú thể coi đú là hệ trục tọa độ giả định x, y của mỗi trị đo Inclinometer . Trƣớc khi tiến hành đo phải kết nối đầu đo với bộ thu tớn hiệu, chỉnh cỏc bỏnh xe vào hƣớng A0-A180 của ống dẫn hƣớng rồi thả
-
(cỏch nhau 0.5m), chờ cho giỏ trị trờn màn hỡnh của thiết bị đọc số ổn định rồi ghi hoặc lƣu số liệu, lần lƣợt cho tới khi đầu đo lờn đến miệng ống thu đƣợc chuỗi số liệu A0. Lặp lại trỡnh tự thao tỏc nhƣ trờn nhƣng xoay đầu đo ngƣợc 1800
với hƣớng vừa đo (A180-A0) sẽ thu đƣợc chuỗi số liệu A180.
Tiếp theo thả đầu đo vào ống dẫn hƣớng theo hƣớng B0-B180 vuụng gúc với hƣớng A0-A180, làm tƣơng tự sẽ thu đƣợc chuỗi giỏ trị B0 và B180. Từ hỡnh 3.23 cú thể thấy rằng cỏc giỏ trị độ lệch ngang (di) đƣợc xỏc định bằng cỏch so sỏnh vớ
ổn định phải xõy dựng thuật toỏn để xỏc định giỏ trị chuyển dịch bằng cỏch so sỏnh với điểm tham chiếu là miệng ống, cụ thể quy trỡnh tớnh toỏn xử lý số liệu đƣợc trỡnh bày ở phần sau. Ở chu kỳ đo đầu tiờn ngay sau khi lắp đặt cần tiến hành vài lần rồi lấy giỏ trị trung bỡnh của cỏc lần đo để tăng độ chớnh xỏc của số liệu ban đầu. Giỏ trị chuyển dịch ngang đƣợc xỏc định thụng qua so sỏnh kết quả quan trắc lần đầu tiờn
(chu kỳ 1) với giỏ trị thu đƣợc của những chu kỳ quan trắc tiếp theo, do vậy nờn sử dụng cựng loại đầu đo và cỏp truyền tớn hiệu trong mỗi lần quan trắc.
Chờnh lệch độ lệch ngang giữa cỏc chu kỳ đo chớnh là giỏ trị chuyển dịch của tƣờng võy theo trục A0-A180 và B0-B180 tƣơng ứng của Inclinometer đƣợc tớnh toỏn tự động bằng phần mềm do hóng sản xuất bỏn kốm theo thiết bị. Ngoài ra phần mềm cũn cung cấp những thụng số khỏc nhƣ tổng chuyển dịch tớch lũy từ đỏy ống đến điểm đo cú độ sõu bất kỳ, sai số giữa hai chiều đo lệch nhau 1800
của cựng điểm đo, sai số tớch lũy ... và xõy dựng 2 biểu đồ chuyển dịch theo trục A0-A180 và B0-B180 của mỗi lần quan trắc từ cỏc số liệu này.
3.3.4.3. Xử lý số liệu và lập bỏo cỏo kết quả quan trắc
Kết quả quan trắc chuyển dịch ngang đƣợc tớnh toỏn và in ra bởi phần mềm chuyờn dụng gồm cú:
- Bỏo cỏo gồm cỏc cột số liệu của lần đo hiện tại đƣợc so sỏnh với số liệu của lần đo gốc.
- Biểu đồ thể hiện sự chuyển dịch của lần đo hiện tại so với lần đo gốc.
3.3.5. Nhận xột quan trắc chuyển dịch ngang tường võy bằng cảm biến Inclinometer
Phƣơng phỏp sử dụng cảm biến Inclinometer để quan trắc chuyển dịch ngang
và cú thể cảnh bỏo sớm đƣợc cỏc biến dạng nguy hiểm của tƣờng võy để cú biện phỏp đảm bảo an toàn khi biến dạng chƣa xảy ra hoặc mới bắt đầu, nhƣ vậy việc xử lý sẽ đơn giản và đỡ tốn kộm hơn. Tuy nhiờn phƣơng phỏp này cũng cú nhƣợc điểm là chỉ xỏc định đƣợc chuyển dịch tƣơng đối của tƣờng võy ở cỏc độ sõu khỏc nhau so với một điểm nằm ở dƣới sõu khụng thể tiếp cận đƣợc ở dƣới đỏy của ống dẫn hƣớng. Trong trƣờng hợp điểm đỏy ống dẫn hƣớng khụng ổn định thỡ giỏ trị quan trắc thu đƣợc khụng phản ỏnh chớnh xỏc mức độ chuyển dịch của tƣờng võy. Vỡ vậy, để xỏc định chớnh xỏc độ chuyển dịch ngang của tƣờng võy, ngoài đo chuyển dịch ngang bằng cảm biến Inclinometer cần thiết phải kết hợp với phƣơng phỏp trắc địa.
3.4. GIẢI PHÁP QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG TƢỜNG VÂY BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRẮC ĐỊA KẾT HỢP VỚI PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG CẢM BIẾN
Nhƣ đó trỡnh bày ở trờn, phƣơng phỏp trắc địa cú ƣu điểm là cung cấp độ chớnh xỏc cao và cho giỏ trị chuyển dịch tuyệt đối vỡ chuyển dịch của cỏc điểm quan trắc đƣợc xỏc định trong hệ thống mốc khống chế cơ sở ổn định, tuy nhiờn một nhƣợc điểm rất lớn là phƣơng phỏp trắc địa thƣờng chỉ phỏt hiện đƣợc chuyển dịch của đỉnh tƣờng võy.
Phƣơng phỏp sử dụng cảm biến Inclinometer
. Tuy nhiờn phƣơng phỏp này cũng cú nhƣợc điểm là chỉ xỏc định đƣợc chuyển dịch tƣơng đối của tƣờng võy ở cỏc độ sõu khỏc nhau so với một điểm nằm ở dƣới sõu khụng thể tiếp cận đƣợc ở dƣới đỏy của tƣờng võy. Trong trƣờng hợp điểm nằm ở dƣới sõu khụng ổn định thỡ giỏ trị quan trắc thu đƣợc khụng phản ỏnh chớnh xỏc mức độ chuyển dịch của tƣờng võy. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để khắc phục nhƣợc điểm của hai phƣơng phỏp này, trong luận ỏn chỳng tụi đề xuất sử dụng kết hợp hai phƣơng phỏp với nhau để quan trắc chuyển dịch ngang
của tƣờng võy nhà cao tầng :
- Inclinometer
(theo lý lịch của thiết bị đo Inclinometer do nhà sản xuất cung cấp, khi chiều dài của ống dẫn hƣớng là 25m thỡ sai số tớch lũy tớnh cho điểm miệng ống đo chuyển dịch ngang bằng Inclinometer theo 1 trục là 6mm. Do vậy, cú thể thấy rằng phƣơng phỏp trắc địa cú độ chớnh xỏc cao hơn hẳn phƣơng phỏp Inclinometer).
- Inclinometer
Inclinometer .
Trong cỏc trƣờng hợp trờn, đỏy ống dẫn hƣớng đƣợc coi là ổn định khi tƣờng võy đƣợc thi cụng tới độ sõu ngậm vào tầng đỏ gốc (hoặc tầng cuội sỏi), trƣờng hợp ngƣợc lại thỡ đỏy ống dẫn hƣớng đƣợc coi là khụng ổn định.
Quỏ trỡnh kết hợp phƣơng phỏp trắc địa và phƣơng phỏp Inclinometer để quan trắc chuyển dịch ngang tƣờng võy nhà cao tầng đƣợc thực hiện nhƣ sau:
3.4.1. Trường hợp đỏy ống dẫn hướng được gắn vào lớp đất đỏ ổn định
Khi đỏy ống dẫn hƣớng đó đƣợc gắn vào lớp đất đỏ ổn định, v hợp số liệu đo trắc địa với kết quả đo bằng Inclinometer nhằm
đƣợc thực hiện theo phƣơng ỏn đo nhƣ sau:
- Thiết kế một nắp đậy trờn miệng ống đo Inclinometer và cú kẻ cỏc trục tọa độ vuụng gúc (hỡnh 3.26). Dựng thƣớc để đo khoảng cỏch từ tõm của nắp đậy đến cỏc điểm đỏnh dấu trờn cỏc trục (cỏc điểm A, B, C, D) với độ chớnh xỏc tới ±0.1mm. Trục A-B trựng với trục A0-A180 và trục C-D trựng với trục B0-B180 của ống dẫn hƣớng.
- Quỏ trỡnh quan trắc đƣợc thực hiện nhƣ sau: Trong mỗi chu kỳ ngoài việc đo chuyển dịch ngang theo chiều sõu bằng Inclinometer thỡ tõm miệng ống dẫn hƣớng cũn đƣợc xỏc định chuyển dịch bằng phƣơng phỏp trắc địa. Nhƣ vậy, tõm miệng ống dẫn hƣớng (O) sẽ cú 2 đại lƣợng chuyển dịch. Chuyển dịch đo bằng trắc địa TĐ (o) X q , TĐ