Tài liệu Quan trắc lún công trình bằng phương pháp đo cao thủy chuẩn

1 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. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 2 CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TR Ì N H 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 SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 3 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. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 4 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. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 5 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ĐO LÚN CÔNG TR Ì N H 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. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 6 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 SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 7 Hình 2.1 – Máy thủy chuẩn Leica NA2 và NAK2 Hình 2.2 – Máy thủy bình NAK2 và phụ tùng đi kèm 5. Ống đọc số trên bộ đo cưc nhỏ 3. Ốc điều chỉnh chập vạch 2. Ốc điều quang 1. Kính mắt 4. Ốc điều chỉnh bàn độ ngang 7. Ốc cân đế máy 6. Số đọc trực tiếp trên bàn độ ngang 8. Chân ba Hình 2.3 – Các bộ phận máy thủy bình NAK2 SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 8 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. Thang chính Bọt nước Thang phụ Mặt trước Mặt sau Hình 2.4 - Mia Invar (loại có giá trị khoảng chia 10mm) Thang chính : nằm bên phải của mia, được đánh số tăng dần từ dưới lên trên (ứng với đáy mia là vạch 0). Thang phụ : nằm bên trái của mia được đánh số tăng dần từ dưới lên trên (ứng với đáy mia là một số nào đó). Khoảng cách giữa hai vạch chia cùng thang chính hoặc thang phụ là 10mm Khoảng cách trục vạch chia giữa thang chính và thang phụ kề nhau là 5mm Phía sau mia có gắn một bọt nước tròn để đưa mia về vị trí thẳng đứng. ™ Cách đọc số trên máy NAK2: 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. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 9 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 Chỉ chữ v 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 SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 10 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 SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 11 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. ™ Trình tự đo: Tiến hành bằng phương pháp kết hợp 2 chiều đo đi, đo về hoặc một chiều đo với hai chiều cao đặt máy khác nhau. Sau đây là trình tự đo theo chương trình II (chương trình I xem trang 12) + Chiều cao máy thứ nhất Đọc số thang chính mia sau (Sc) Đọc số thang phụ mia sau (Sp) Đọc số thang chính mia trước (Tc) Đọc số thang phụ mia trước (Tp) + Sau khi thay đổi chiều cao máy (đo lặp) 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. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 12 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 Chiều cao máy lần 1 Sc Tc Tp Sp Sc Sp Tc Tp Chiều cao máy lần 2 Tc Sc Sp Tp Tc Tp Sc Sp - 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) 1 = ⇒ Chênh cao trạm theo một chiều cao máy đo: hTD hc + h p ⇒ Chênh cao trạm đo tính theo hai chiều cao máy: hTD 2 1 2 hTD + hTD = 2 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 SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 13 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. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 14 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. 3.2.1. XÂY DỰNG HỆ THỐNG MỐC CƠ SỞ Mốc cơ sở là mốc khống chế độ cao, là cơ sở để xác định độ lún công trình. Mốc cơ sở cần thỏa mãn các yêu cầu sau đây: + Giữ được độ cao ổn định trong suốt quá trình đo độ lún công trình. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 15 + 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 SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 16 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 Đá gốc 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. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 17 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. 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 Hình 3.3a - Mốc chuẩn loại C dạng khối bêtông Mốc loại này thường được đặt trên các vỉa Laterít tốt. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 18 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 Hình 3.3b - Mốc chuẩn loại C hình ống 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 5. 4. 6. 5. 7. 6. 8. 7. Đầu mốc (φ = 2cm ÷ 4cm) Đầu mốc (φ = 2cm ÷ 4cm) Cọc mốc (φ = 7cm ÷ 8cm) Ống mốc (φ = 7cm ÷8cm) Giếng dầu hoặc giếng dầu đặt Ống bảo (φ = 2cm 4cm)giếng trong hốvệmóng cọc ÷hoặc quét (nhựa Vòngbitum kẹp giữ ống đường) bảo vệ bọc cọc mốc khi chôn. Thanh neo Hố gạch xây, bêtông Đệm bêtông Cửa nắp Nắp Xỉ Giếng gạch hoặc bêtông Lớp đệm bêtông khi đặt trong hố (loại mốc này được lắp đặt Cửa nắp 9. móng bằng cách đóng cọc hay chôn chặt 10. Xỉ dưới hố có độ sâu từ 1m ÷ 2m) 11 Lớp đệm bêtông Hình 3.3c - Mốc chuẩn loại C dạng cọc 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 SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 19 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. SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC 20 - 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: SVTH: 1/ PHẠM TUẤN ANH 2/ NGUYỄN THỊ TRANG HUYỀN GVHD: PGS.TS. ĐÀO XUÂN LỘC