Quan trắc chuyển dịch ngang từng phần toà nhà hoặc toàn bộ công trình đợc tiến hành bằng nhiều phơng pháp trắc địa nh phơng pháp đo hớng chuẩn, phơng pháp toạ độ (dùng máy toàn đạc điện tử, đo tam giác, đo toàn cạnh, đo hớng giao hội, đo đờng chuyền…), phơng pháp đo chụp ảnh lập thể, phơng pháp dùng công nghệ GPS và phơng pháp kết hợp.
Độ chuyển dịch tuyệt đối của công trình đợc xác định so với những điểm gốc cố định nằm ngoài phạm vi bị dịch chuyển. Ngoài ra còn có thể xác định đợc độ dịch chuyển tơng đối giữa các điểm trên công trình so với nhau. Độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang các phần toà nhà và công trình đợc quy định tuỳ thuộc đặc điểm và nền móng của chúng và không đợc vợt quá những giá trị sau :
- 1mm đối với nhà và công trình xây trên nền đá gốc và nửa gốc;
- 3mm đối với nhà và công trình xây trên nền cát, sét và những nền đất chịu nén;
- 5mm đối với nhà và công trình xây trên nền đất lấp, dễ lún và những nền đất kém chịu nén khác;
- 15mm đối với những công trình đắp đất.
Đối với những công trình quan trọng, đòi hỏi độ chính xác cao, độ chính xác quan trắc chuyển dịch đợc xác định trên cơ sở những tính toán cụ thể. Số lợng và khoảng thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc chuyển dịch ngang công trình phụ thuộc vào đặc điểm của nền móng, vào dạng công trình, vào độ chuyển dịch dự tính và vào tiến độ cũng nh công nghệ thi công công trình.
Chu kỳ quan trắc đầu tiên đợc tiến hành sau khi các mốc chuẩn đã bắt đầu ổn định và khi cha có áp lực ngang lên công trình. Chu kỳ này thờng đợc đo đi đo lại 2-3 lần.
Chu kỳ thứ hai tiến hành ngay sau khi có áp lực ngang lên công trình. Sau đó tiến hành đo các chu kỳ tiếp theo dựa vào sức tăng hoặc giảm áp lực ngang lên công trình nếu nó vợt quá 25% áp lực thiết kế. Sau khi công trình đợc đa vào sử dụng, việc quan trắc còn đợc tiến hành để kiểm tra độ ổn định và bền chắc của nó bằng cách đo vài chu kỳ trong một năm vào những thời điểm có thay đổi đột ngột của các yếu tố bên ngoài, thờng là trớc và sau mùa ma.
Quan trắc chuyển dịch ngang công trình có thể kết thúc khi tốc độ chuyển dịch giảm dần và đạt giá trị không quá 2mm/năm. Trong trờng hợp thay đổi chế độ và diều kiện vận hành công trình cũng nh khi xuất hiện những hiện tợng biến dạng vợt quá quy định thiết kế cần phải khôi phục lại công tác quan trắc.
Để quan trắc chuyển dịch ngang cần bố trí các mốc chuyển dịch vào càng gần móng càng tốt để giảm ảnh hởng của biến dạng do nhiệt độ và độ ngiêng công trình. Các mốc bố trí cách nhau từ 10 đến 20m.
Mốc chuẩn đợc bố trí ngoài phạm vi chuyển dịch, tại những nơi ổn định và đợc đo nối tới các điểm định hớng để kiểm tra. Nếu trong các chu kỳ phát hiện mốc chuẩn cũng bị dịch chuyển vợt quá giới hạn thì phải tính toán hiệu chỉnh. Mốc chuẩn có thể là cột bê tông cốt thép (hình 11.7) hay dạng ống thép (hình 11.8).
Hình 11.7 Hình 11.8 Hình 11.9
Bảng ngắm sử dụng trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thờng có hai loại, loại bảng ngắm cố định và loại bảng ngắm di động. Bảng ngắm cố định (hình 11.9) thờng đợc dùng trong các phơng pháp có đo góc và đo hớng. Bảng ngắm di động (hình 11.10 a, b) là loại bảng ngắm có thể xê dịch tới từng 0,01mm trong một phạm vi nhất định trên thang số nằm ngang, nó thờng đợc sử dụng trong phơng pháp đo hớng chuẩn.
Hình 11.10. Hai loại bảng ngắm di động
Đối với những công trình có các mốc chuyển dịch gắn ở nhiều độ cao khác nhau nh đập thuỷ điện, thì tiện lợi nhất là áp dụng phơng pháp toạ độ có sử dụng máy toàn đạc điện tử hoặc công nghệ GPS (hình 11.11). Trên cơ sở so sánh toạ độ các điểm chuyển dịch 1, 2 trên công trình xác định đợc trong các chu kỳ tiếp theo với toạ độ của chúng đã xác định đợc trong chu kỳ đầu ta có thể tính đợc giá trị chuyển dịch cũng nh hớng chuyển dịch của các điểm ấy.
Hình 11.11. Lới quan trắc
Hiện nay, nhờ có sự phát triển mạnh của tiến bộ kỹ thuật đã xuất hiện nhiều loại thiết bị đo đạc hiện đại nh các loại máy toàn đạc điện tử cùng một lúc có thể xác định đợc toạ độ không gian của điểm với độ chính xác cao nên việc áp dụng phơng pháp toạ độ là rất tiện lợi và kinh tế.
Đối với những công trình có thể gắn các mốc chuyển dịch trên gần cùng một độ cao và thẳng hàng, thì tiện lợi nhất là áp dụng phơng pháp hớng chuẩn. ở hai đầu hớng chuẩn cần bố trí các mốc chuẩn A1, A2 (hình 11.12) và các mốc quan trắc I, II nằm trên hớng chuẩn đó. Độ dịch chuyển của các điểm 1, 2... gắn trên công trình đợc xác định qua sự thay đổi độ lệch y so với h- ớng chuẩn giữa các chu kỳ quan trắc. Độ lệch này có thể đợc xác định gián tiếp bằng phơng pháp đo góc hay xác định trực tiếp nhờ sử dụng bảng ngắm di động.
Hình 11.12. Sơ đồ hớng chuẩn
Khi áp dụng phơng pháp đo góc nhỏ, độ lệch đợc tính theo công thức:
yi = li "
"
p
i
γ ; (12.7)
Trong trờng hợp sử dụng bảng ngắm di động, độ lệch y đợc xác định trực tiếp qua số đọc trên thang số khi điều chỉnh bảng ngắm vào đúng hớng chuẩn. Khoảng cách từ mốc chuẩn tới các điểm trên công trình không đợc vợt quá 1000m, nếu khoảng cách lớn hơn cần đo theo các chơng trình phân đoạn.
Phơng pháp này tơng đối đơn giản, khối lợng tính toán ít và có thể tự động hoá quá trình đo đạc, đọc số. Giá trị chuyển dịch của điểm trong chu kỳ đo so với chu kỳ đầu đợc xác định theo công thức:
Uj - 0 = yj - y0 ; (11.8) và giá trị chuyển dịch giữa hai chu kỳ liên tiếp nhau:
Uj - (j-1) = yj - yj – 1 ; (11.9) Đối với những công trình không bố
trí đợc hớng chuẩn và khi số lợng điểm cần quan trắc không nhiều (khoảng 3 - 4 điểm) có thể áp dụng phơng pháp đo h- ớng.
Để áp dụng phơng pháp này cần bố trí ít nhất ba mốc chuẩn I, II, III (hình 11.13).
Đại lợng dịch chuyển của các điểm xác định từ mốc chuẩn đợc tính theo công thức: q = S ""
p
β
∆ ; (11.10)
Trong đó S - là khoảng cách từ mốc chuẩn đến điểm chuyển dịch trên công trình; ∆β - là giá trị thay đổi của hớng ngắm tới điểm trên công trình giữa các chu kỳ quan trắc. Các hớng ngắm từ các điểm chuẩn tới các điểm định hớng 01, 02,... trong mọi chu kỳ đều phải giữ nguyên và dùng để kiểm tra độ ổn định của mốc chuẩn. Để xác định độ chuyển dịch các công trình dạng vòng cung hoặc dạng tròn có thể áp dụng phơng pháp toạ độ bằng cách lập đờng chuyền độ chính xác cao.
Độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang thờng đòi hỏi rất cao, vì thế khi đo góc, đo h- ớng cần sử dụng các loại máy kinh vĩ quang học, điện tử có độ chính xác 0”,5 đến 2” hoặc các máy chuyên dùng và dụng cụ đo dài cho phép đo đợc các cạnh với sai số tơng đối không quá 1/300 000. Kết quả quan trắc chuyển dịch ngang cũng đợc xử lý tính toán lập bảng biểu và biểu diễn bằng biểu đồ để tiện cho việc theo dõi, sử dụng những kết quả ấy.
12.5. Quan trắc độ nghiêng và độ rạn nứt công trình
Độ nghiêng là một đặc trng biến dạng của công trình, nó thờng xảy ra đối với những công trình cao nh ống khói, tháp vô tuyến truyền hình, cột ăng ten, nhà cao tầng... Độ nghiêng có thể xuất hiện do thi công bị sai lệch, do công trình bị lún không đều, cũng nh do sự uốn cong, vặn xoắn phần trên công trình dới tác động đốt nóng không đều của mặt trời và áp lực gió. Vì thế, để có đợc đầy đủ thông tin về độ nghiêng, độ uốn cong cần phải kết hợp quan trắc cả phần móng và phần thân công trình. Độ nghiêng công trình cũng đợc quan trắc ngay trong quá trình xây dựng và cả trong giai đoạn sử dụng.
Khi quan trắc độ nghiêng công trình phải đảm bảo các sai số giới hạn không vợt quá: 0,0001L - đối với móng tổ máy và bệ máy;
0,0001H - đối với tờng nhà dân dụng và công nghiệp ; 0,0005H - đối với ống khói, tháp cao và cột ăng ten;
Trong đó L và H tơng ứng là chiều dài móng và chiều cao công trình. Tuỳ thuộc vào hình dạng và độ cao của công trình, vào các yếu tố kỹ thuật và điều kiện quan trắc, độ nghiêng công trình có thể đợc xác định bằng nhiều phơng pháp. Phơng pháp đơn giản nhất để xác định độ nghiêng là dùng quả dọi và dụng cụ chiếu thẳng đứng. Tuy nhiên, do ảnh hởng của ngoại cảnh nên quả dọi chỉ đợc dùng để xác định độ nghiêng những công trình có chiều cao không quá 15m. Đối với những công trình có chiều cao lớn (tới hàng trăm mét) có thể sử dụng dụng cụ chiếu thẳng đứng quang học hoặc dùng tia laze, cũng có thể dúng các loại máy quang học hoặc điện tử có kính ngắm vuông góc. Những dụng cụ này cho phép xác định độ lệch so với phơng thẳng đứng với sai số không quá 1mm trên mỗi 100m chiều cao. Tuy nhiên, nó chỉ đợc áp dụng khi có thể đặt dụng cụ vào tâm công trình hoặc có tầm nhìn thông suốt theo phơng thẳng đứng.
Trong thực tế, nhất là đối với những công trình đang vận hành có độ cao lớn, độ nghiêng của chúng lại thờng đợc xác định bằng máy kinh vĩ theo phơng pháp toạ độ, phơng pháp chiếu hoặc phơng pháp đo hớng...
Trong phơng pháp toạ độ, độ nghiêng đợc xác định bằng cách đặt một đờng chuyền gồm 3 - 4 điểm mốc chạy xung quanh và cách công trình một khoảng gần bằng 2 lần chiều cao của nó. Trong mỗi chu kỳ đo, dùng phơng pháp giao hội hoặc dùng máy toàn đạc điện tử để xác định toạ độ điểm tâm trên công trình. Theo hiệu toạ độ đỉnh xác định đợc giữa các chu kỳ ta có thể tính đợc độ nghiêng thành phần:
Qx = xj - xo; Qy = yi - yo ; (11.11) độ nghiêng toàn phần và hớng nghiêng:
Q = 2 2 y x Q Q + ; (11.12) tgαQ = x y Q Q ; (11.13)
Trong phơng pháp chiếu, từ hai điểm I, II (hình 12.14) nằm trên hai trục vuông góc của công trình và cách công trình một khoảng bằng hai lần chiều cao của nó, ta dùng máy kinh vĩ chính xác chiếu điểm đỉnh công trình xuống chân công trình (ngang tầm máy). Biết đợc khoảng cách S từ máy đến công trình, bán kính của nó và các số đọc b, b1 trong mỗi chu kỳ ta có thể tính đợc các độ lệch thành phần Qx, Qy và độ lệch toàn phần Q theo công thức (11.12).
Trong trờng hợp chân công trình bị che khuất, có thể áp dụng phơng phápđo góc ngang β tại điểm quan trắc I, II (hình 11.15) giữa hớng tới điểm chuẩn M, N và hớng tới điểm đỉnh công trình. Theo giá trị thay đổi của góc đo giữa các chu kỳ và khoảng cách từ điểm đo tới công trình ta cũng có thể xác định đợc độ nghiêng thành phần:
Hình 11.14. Phơng pháp chiếu
Hình 11.15. phơng pháp đo góc ngang
Q1 = 1 " 1 p l ∆β ; QII = 2 " 2 p l ∆β ; (11.14)
và độ nghiêng toàn phần Q theo công thức (12.12). Nếu hai hớng từ điểm I và II tới công trình không vuông góc mà cắt nhau dới một góc γ thì độ nghiêng toàn phần đợc tính theo công thức:
Q = 2 cos ;
sin
1 2 2
γ
γ QI +QII +− QIQII ; (11.15)
Độ nghiêng móng công trình thờng đợc xác định theo phơng pháp đo cao hình học chính xác hoặc dùng máy đo độ nghiêng móng.
Biến dạng nền móng không những làm cho công trình bị nghiêng mà có thể còn sinh ra những vết rạn nứt trên các kết cấu chịu tải. Để quan trắc sự phát triển của các vết rạn nứt có thể sử dụng dạng tiêu mốc đặc biệt gắn trực tiếp vào khu vực vết nứt. Trờng hợp đơn giản nhất là dùng thớc và compa để đo chiều rộng vết nứt. Để có đầy đủ thông tin về hiện tợng rạn nứt cần kết hợp ghi chép, mô tả và minh hoạ bằng hình ảnh.
TàI liệu tham khảo
[1]. Nguyễn Quang Tác. Trắc địa. Nhà xuất bản Xây dựng. Hà Nội, 1998.
[2]. Nguyễn Quang Tác. Trắc địa ứng dụng độ chính xác cao. Giáo trình cao học. Đại học Mỏ - Địa chất. Hà Nội, 1998.
[3]. Nguyễn Quang Tác và nnk. Chơng 2, Sổ tay xây dựng thuỷ điện. Nhà xuất bản GTVT. Hà Nội, 1998.
[4]. Nguyễn Quang Tác. Tổng kết đề tài Nhà nớc 46A-05-01. Hà Nội, 1990.
[5]. Ký hiệu bản đồ địa hình. Tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1: 2000 và 1:5000. Tổng cục Địa chính. Hà Nội, 1995.
[6]. Tiêu chuẩn ngành 96 TCN 42-90. Quy phạm đo vẽ bản đồ địa hình. Tỷ lệ
1:500, 1:1000, 1: 2000 và 1:5000 (phần trong phòng).
[7]. Tiêu chuẩn ngành 96 TCN 42-90. Quy phạm đo vẽ bản đồ địa hình. Tỷ lệ
[8]. Tiêu chuẩn và quy tắc xây dựng SNIP. 3.01.03.84. Matxcơva, 1998– . Công tác trắc địa trong xây dựng – Tiêu chuẩn LB Nga (bản tiếng Nga) .
[9]. Quy phạm trắc địa công trình GB. 50026-93. Bắc Kinh 1993.
[10]. Anđrêepva. Ph.V. và nnk. Đảm bảo trắc địa trong xây dựng dân dụng và công nghiệp. Matxcơva, Nhedra 1988 (bản tiếng Nga).
[11]. Bolsakov V.D., Vaxiutinski I.IU. Kliusin E.B. và nnk. Các phơng pháp và dụng cụ đo đạc chính xác cao trong xây dựng. Matxcơva, Nhedra 1976.
[12]. Bus. V.V., Kalughin V.V. Công tác trắc địa khi xây dựng công trình dạng tháp. Matxcơva, Nhedra 1985 (bản tiếng Nga).
[13]. Kliusin E.B. và nnk. Trắc địa công trình - Matxcơva, Trung tâm xuất bản Viện
hàn lâm, 2006 (bản tiếng Nga).
[14]. Kliusin E.B. và nnk. Thực hành trắc địa ứng dụng. Matxcơva, Nhedra 1985
(bản tiếng Nga).
[15]. Levtruc G.P. và nnk. Trắc địa ứng dụng - Các phơng pháp và nguyên tắc cơ
bản của công tác trắc địa công trình. Matxcơva, Nhedra 1981.
[16]. Levtruc G.P. và nnk. Trắc địa ứng dụng - Các công tác trắc địa trong khảo sát
và xây dựng công trình . Matxcơva, Nhedra 1983 (bản tiếng Nga).
[17]. Xunđacov IA.A. Công tác trắc địa trong xây dựng công trình công nghiệp lớn
và nhà cao tầng. Matxcơva, Nhedra 1980 (bản tiếng Nga).
[18]. Jack C., Mc. Cormac. Surveying Fundamentals. PrentrceHall, 2002.
[19]. Kaplan E. Understanding GPS: Principles & Applications. Artech House Publishers. Boston, 2002.