Giáo trình Quan trắc biến dạng công trình (Nghề Trắc địa công trình Cao đẳng)

BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG

GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: QUAN TRĂC BIẾN DẠNG CƠNG TRÌNH
NGHỀ: TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Quảng Ninh, năm 20…..




TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể
được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và
tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.




BÀI 1. QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG CƠNG
TRÌNH
1. Sự cần thiết đo đạc biến dạng cơng trình xây dựng
2. Phân loại chuyển dịch và biến dạng cơng trình
Chuyển dịch: Là sự thay đổi vị trí của cơng trình trong không gian
* Chuyển dịch thẳng đứng (trồi, lún): Là sự chuyển dịch trong mặt phẳng
đứng có sự thay đổi vị trí về độ cao của cơng trình theo thời gian.
* Chuyển dịch trong mặt phẳng nằm ngang: Là sự thay đổi vị trí về mặt

bằng (x, y) của cơng trình theo thời gian.
Biến dạng:.Là sự thay đổi hình dạng ban đầu của cơng trình theo thời
gian, có các dạng biến dạng như: Vặn xoắn, cong vênh, rạn nứt…
3. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch và biến dạng cơng trình
Các cơng trình bị chuyển dịch và biến dạng là do tác động chủ yếu của 2
loại yếu tố:
3.1. Điều kiện tự nhiên
- Khả năng lún, trượt của lớp đất đá dưới nền móng cơng trình và các hiện
tượng địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn khác.
- Sự co giãn của đất đá.
- Sự thay đổi của điều kiện thuỷ văn theo nhiệt độ, độ ẩm và mực nước
ngầm.
3.2. Quá trình xây dựng và vận hành cơng trình
- Ảnh hưởng của trọng lượng bản thân cơng trình.
- Sự thay đổi các tính chất cơ lý đất đá do việc quy hoạch cấp thoát nước.
- Sự sai lệch trong khảo sát địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn.
- Sự suy yếu của nền móng cơng trình do thi cơng các cơng trình ngầm
dưới cơng trình.
- Sự thay đổi áp lực lên nền móng cơng trình do xây dựng các cơng trình
khác ở gần.
- Sự rung động của nền móng cơng trình do vận hành máy móc và hoạt
động của các phương tiện giao thơng.
4. Mục đích và nhiệm vụ của quan trắc chuyển dịch và biến dạng cơng
trình
4.1. Mục đích
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng cơng trình là để xác định mức độ
chuyển dịch và biến dạng, nghiên cứu tìm ra ngun nhân chuyển dịch và biến
dạng, từ đó có biện pháp xử lý, để phịng tai biến đối với cơng trình.
4.2. Nhiệm vụ
- Xác định giá trị chuyển dịch và biến dạng để đánh giá mức độ ổn định

của cơng trình.
1


- Kiểm tra việc tính tốn thiết kế cơng trình.
- Nghiên cứu quy luật biến dạng trong những điều kiện khác nhau và dự
tốn biến dạng của cơng trình trong tương lai.
- Xác định các loại biến dạng có ảnh hưởng đến q trình cơng nghệ, vận
hành cơng trình.
4.3. Nội dung bản đề cương (thiết kế kỹ thuật) quan trắc
Để quan trắc chuyển dịch biến dạng một cơng trình, trước hết cần thiết kế
phương án kinh tế- kỹ thuật bao gồm:
- Nhiệm vụ kỹ thuật của công tác quan trắc.
- Khái qt về cơng trình, điều kiện tự nhiên, đặc điểm kết cấu và chế độ
vận hành cơng trình.
- Kết cấu và phân bố mốc quan trắc.
- Thiết kế sơ đồ hệ thống lưới quan trắc.
- Ước tính độ chính xác và các chỉ tiêu kỹ thuật quan trắc.
- Thiết kế công tác đo đạc ngoại nghiệp và xử lý số liệu.
- Tính tốn tham số chuyển dịch và biến dạng cơng trình.
- Phân tích, suy giải kết quả quan trắc.
- Lập biểu đồ nhân lực, thời gian và tiến độ thi cơng phương án.
- Dự tốn kinh phí cho phương án.
5. Những quy định chung về đo độ lún và đo chuyển dịch cơng trình
Việc đo độ lún, đo chuyển dịch nền nhà và cơng trình, cần được tiến
hành theo một chương trình cụ thể nhằm các mục đích sau:
- Xác định các giá trị độ lún, độ chuyển dịch tuyệt đối và tương đối của
nền nhà và công trình so với các giá trị tính tốn theo thiết kế của chúng;
- Tìm ra những nguyên nhân gây ra lún, chuyển dịch và mức độ nguy
hiểm của chúng đối với quá trình làm việc bình thường của nhà và cơng trình

trên cơ sở đó đưa ra các giải pháp phù hợp nhằm phịng ngừa các sự cố có thể
xảy ra;
- Xác định các thông số đặc trưng cần thiết về độ ổn định của nền và cơng
trình;
- Làm chính xác thêm các số liệu đặc trưng cho tính chất cơ lý của nền
đất;
- Dùng làm số liệu kiểm tra các phương pháp tính tốn, xác định các giá
trị độ lún, độ chuyển dịch giới hạn cho phép đối với các loại nền đất và các cơng
trình khác nhau.
- Cơng việc đo độ lún và đo chuyển dịch nền móng của nhà và cơng trình
được tiến hành trong thời gian xây dựng và sử dụng cho đến khi đạt được độ ổn
định về độ lún và chuyển dịch. Việc đo chuyển dịch trong thời gian sử dụng

2


cơng trình cịn được tiến hành khi phát hiện thấy cơng trình xuất hiện các vết nứt
lớn hoặc có sự thay đổi rõ nét về điều kiện làm việc của nhà và cơng trình.
- Trong q trình đo chuyển dịch nhà và cơng trình cần phải xác định (độc
lập hoặc đồng thời) các đại lượng sau: Chuyển dịch thẳng đứng (độ lún, độ
võng, độ trồi); chuyển dịch ngang (độ chuyển dịch); độ nghiêng; vết nứt.
- Việc đo độ lún và chuyển dịch cơng trình được tiến hành theo các trình
tự sau:
+ Lập đề cương hoặc phương án kỹ thuật.
+ Lựa chọn thiết kế cấu tạo các loại mốc chuẩn và mốc quan trắc.
+ Phân bố vị trí đặt mốc cơ sở mặt bằng và độ cao.
+ Gắn các mốc đo lún hoặc đo chuyển dịch cho nhà và cơng trình.
+ Sử dụng máy đo các giá trị độ lún, độ chuyển dịch ngang và độ
nghiêng.
+ Tính tốn sử lý số liệu và phân tích kết quả đo.

- Các phương pháp đo độ lún, đo chuyển dịch ngang và độ nghiêng nêu
trong đề cương hoặc phương án kỹ thuật được chọn tuỳ thuộc vào yêu cầu độ
chính xác của phép đo, đặc điểm cấu tạo của móng, đặc điểm về địa chất cơng
trình, địa chất thuỷ văn của đất nền, khả năng ứng dụng và hiệu quả kinh tế của
phương pháp.
Việc xác định sơ bộ độ chính xác đo độ lún, đo chuyển dịch ngang được
thực hiện phù hợp với các giá trị độ lún và độ chuyển dịch ngang dự tính theo
thiết kế được nêu ở bảng (4.1).
Bảng 4.1. Sai số đo chuyển dịch đối với các giai đoạn xây dựng và sử dụng
cơng trình
Đơn vị tính bằng mm
Giá trị tính tốn độ lún và
độ chuyển dịch ngang dự
tính theo thiết kế
< 50
50  100
100  250
250  500
> 500

Giai đoạn xây dựng

Giai đoạn sử dụng cơng
trình

Loại đất nền
Cát

Đất sét

Cát

Đất sét

1
2
5
10
15

1
1
2
5
10

1
1
1
2
5

1
1
2
5
10

Dựa trên cơ sở sai số cho phép đo chuyển dịch ở bảng (4.1) để xác định
độ chính xác của các cấp đo; khi khơng có các số liệu dự tính theo thiết kế thì

3


việc lựa chọn các cấp đo dựa vào đặc điểm của nền đất và tầm quan trọng của
cơng trình theo bảng (4.2).
Bảng 4.2. Sai số giới hạn đo chuyển dịch và độ chính xác của các cấp đo
Đơn vị tính bằng mm
Sai số đo chuyển dịch.

Độ chính xác
của các cấp đo

Độ lún

Độ chuyển dịch ngang

1

1

2

2

2

5

3

5

10

Cấp 1: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và cơng trình được
xây dựng trên nền đất cứng và nửa cứng (thời gian sử dụng trên 50 năm), các
cơng trình quan trọng, các cơng trình có ý nghĩa đặc biệt.
Cấp 2: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và công trình được
xây dựng trên nền cát, đất sét và trên nền đất có tính biến dạng cao, các cơng
trình được đo để xác định các nguyên nhân hư hỏng.
Cấp 3: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và cơng trình được
xây dựng trên nền đất đắp, nền đất yếu và trên nền đất bị nén mạnh.
6. Quan trắc chuyển dịch cơng trình bằng phương pháp trắc địa
H

P1’

P2’

P1

X

P2

QY

P1’’

Q

QX

P2’’
O

Y
Hình 4.1. Chuyển dịch công trình

Nếu ở thời điểm T1 công trình có vị trí P1, ở thời điểm T2 cơng trình có vị
trí P2, khi đó vector P1P2 thể hiện chuyển dịch cơng trình trong khơng gian (hình
4.1). Thơng thường vector P1P2 được phân tích từ 2 thành phần:
- Theo phương thẳng đứng thu được đoạn S = P1’P2’, thể hiện độ lún cơng
trình.
- Theo mặt phẳng ngang thu được đoạn Q= P1’’P2’’, thể hiện chuyển dịch
ngang cơng trình, chuyển dịch ngang lại được phân tích theo 2 trục tọa độ để xác
4


định được chuyển dịch theo hướng trục OX (Q X) và chuyển dịch theo hướng
trục OY (QY).
Sau đây sẽ đi tìm hiểu cụ thể về các phương pháp quan trắc chuyển dịch
đó.

5


BÀI 2. QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH THẲNG ĐỨNG CƠNG TRÌNH
1. Ngun lý quan trắc lún cơng trình
Do điều kiện địa chất dưới nền móng cơng trình thường khơng đồng nhất,
cơng trình có kết cấu phức tạp, tải trọng khơng đều nên độ lún ở các vị trí khác

nhau cũng có thể khác nhau. Để xác định được giá trị lún tuyệt đối tại từng vị trí
và các tham số lún chung của cơng trình, các cơng tác quan trắc lún bằng
phương pháp trắc địa được thực hiện trên cơ sở các ngun tắc sau:
- Độ lún cơng trình dược xác định thông qua các mốc lún (mốc quan trắc)
gắn tại những vị trí chịu lực của đối tượng quan trắc. Số lượng mốc lún lắp đặt
tại mỗi cơng trình phụ thuộc vào đặc điểm điều kiện nền móng, kết cấu, quy mơ,
kích thước của cơng trình đó. Độ lún của các mốc quan trắc đặc trưng chi độ lún
cơng trình ở vị trí mà mốc được gắn.
- Phương pháp quan trắc độ lún thơng dụng là đo cao chính xác trong mỗi
chu kỳ để xác định độ cao của các mốc quan trắc tại thời điểm đo, độ lún được
tính là hiệu độ cao tại thời điểm quan trắc so với độ cao ở chu kỳ được chọn làm
mức so sánh (chu kỳ cơ sở):
S = H(j) - H(i)
(4.1)
Trong đó H(j), H(i) là độ cao đo được ở chu kỳ thứ j và thứ i của điểm quan
trắc.
Như vậy, nếu S < 0 thì cơng trình bị lún, nếu S > 0 thì cơng trình bị trồi
lên phía trên.
Độ cao của mốc lún ở các chu kỳ khác nhau phải được xác định trong
cùng một hệ độ cao duy nhất, có thể là hệ độ cao Quốc gia hoặc hệ độ cao giả
định. Nhưng yêu cầu bắt buộc là các mốc cơ sở phải có tính ổn định trong suốt
thời kỳ theo dõi độ lún cơng trình.
2. Thiết kế hệ thống lưới quan trắc độ lún
Để đảm bảo tính chặt chẽ và độ chính xác cần thiết cho việc xác định độ
cao, cần thành lập một mạng lưới liên kết các mốc lún và mốc cơ sở trong một
hệ thống thống nhất. Như vậy, mạng lưới độ cao trong đo lún cơng trình có cấu
trúc là hệ thống với ít nhất gồm 2 bậc lưới: Bậc lưới cơ sở và bậc lưới quan trắc.
* Lưới độ cao cơ sở có tác dụng xác định một hệ độ cao ổn định, thống
nhất để thực hiện đo nối độ cao đến các điểm quan trắc gắn trên thân cơng trình
trong suốt thời gian theo dõi độ lún. Yêu cầu cơ bản được đặt ra đối với lưới độ

cao cơ sở là: Các điểm mốc phải ổn định, có độ cao được đo nối liên kết với
nhau tạo thành một mạng lưới chặt chẽ với độ chính xác cao và được kiểm tra
thường xuyên trong mỗi chu kỳ quan trắc.
* Lưới quan trắc: Được thành lập bằng cách đo nối liên kết các điểm quan
trắc gắn trên cơng trình, tồn bộ bậc lưới này được đo nối với các mốc của lưới
độ cao cơ sở. Khi thiết kế lưới quan trắc nên tạo thành vịng khép để đảm bảo độ
vững chắc đồ hình lưới và có điều kiện kiểm tra sai số khép tuyến trong q
trình đo đạc ở ngồi thực địa.
6


2.1. Thiết kế lưới độ cao cơ sở
Lưới độ cao cơ sở bao gồm các tuyến đo chênh cao liên kết toàn bộ điểm
mốc trong lưới. Mạng lưới này được thành lập và đo lại trong từng chu kỳ quan
trắc nhằm 2 mục đích:
- Kiểm tra, đánh giá độ ổn định của các điểm mốc.
- Xác định hệ thống độ cao cơ sở thống nhất trong tất cả các chu kỳ đo.
Thông thường, sơ đồ lưới được thiết kế trên bản vẽ mặt bằng cơng trình
sau khi đã khảo sát, chọn vị trí đặt mốc khống chế ở thực địa. Cần phải lựa chọn
cẩn thận vị trí đặt và kết cấu mốc để bảo toàn lâu dài, thuận lợi cho việc đo nối
đến cơng trình, đặc biệt cần chú ý bảo đảm sự ổn định của mốc trong suốt quá
trình quan trắc. Các mốc cơ sở được đặt tại những vị trí bên ngồi phạm vi ảnh
hưởng lún của cơng trình (cách khơng dưới 1,5 lần chiều cao cơng trình quan
trắc), tuy nhiên cũng không nên đặt mốc ở quá xa đối tượng quan trắc nhằm hạn
chế ảnh hưởng tích lũy của sai số đo nối độ cao.
Để có điều kiện kiểm tra, nâng cao độ tin cậy của lưới cơ sở thì đối với
mỗi cơng trình quan trắc cần xây dựng không dưới 3 mốc độ cao. Hệ thống mốc
cơ sở có thể được phân bố thành từng cụm (hình 4.2), các mốc trong cụm cách
nhau khoảng 15-50m có thể đo nối được từ một trạm đo.

Hình 4.2. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở dạng cụm

Cách phân bố thứ 2 là đặt mốc rải đều xung quanh công trình (hình 4.3)
Trên sơ đồ thiết kế ghi rõ tên mốc, vạch các tuyến đo và ghi rõ số lượng
trạm đo hoặc chiều dài đường đo (dự kiến) trong mỗi tuyến, trong điều kiện cho
phép cần cố gắng tạo các vịng khép kín để có điều kiện kiểm tra chất lượng đo
chênh cao, đồng thời bảo đảm tính chặt chẽ của toàn bộ mạng lưới.
Để xác định cấp hạng đo và các chỉ tiêu hạn sai, cần thực hiện ước tính
lưới để xác định sai số đo chênh cao trên một trạm hoặc 1km chiều dài tuyến đo.
So sánh số liệu này với chỉ tiêu đưa ra trong quy phạm để xác định cấp hạng đo
cần thiết. Thực tế quan trắc độ lún tại nhiều cơng trình ở Việt Nam và các nước
khác cho thấy, lưới khống chế cơ sở thường có độ chính xác tương đương thủy
chuẩn hạng I hoặc II Nhà nước.

7


Hình 4.3. Sơ đồ lưới khống chế rải đều xung
quanh

2.2. Thiết kế lưới quan trắc
Các mốc quan trắc được đặt ở những vị trí đặc trưng cho q trình lún của
cơng trình và phân phối đều khắp mặt cơng trình. Mốc được đặt ở vị trí tiếp giáp
của các khối kết cấu, bên cạnh khe lún, tại những nới áp lực động lớn, những
khu vực có điều kiện địa chất cơng trình kém ổn định. Nên bố trí các mốc lún ở
gần cùng độ cao để thuận lợi cho việc đo và hạn chế ảnh hưởng của một số
nguồn sai số trong q trình thi cơng lưới. Số lượng và sơ đồ phân bố mốc lún
được thiết kế cho từng cơng trình cụ thể, mật độ điểm mốc phải đủ để xác định
được các tham số đặc trưng cho quá trình lún của cơng trình.
Đối với các tịa nhà có kết cấu móng băng, tường chịu lực: Mốc đặt theo

chu vi tại vị trí giao của các tường ngang và dọc, qua 10- 15m đặt 1 mốc.
Đối với nhà dân dụng công
nghiệp kết cấu cột, mốc lún đặt trên
các cột chịu lực với mật độ không
dưới 3 mốc trên mỗi hướng trục
(ngang hoặc dọc). Đối với nhà lắp
ghép, mốc lún được đặt theo chu vi tại
các vị trí trục nhà với mật độ độ 6 8m một mốc. Với công trình có kết
cấu móng cọc, mốc được đặt dọc theo
trục cơng trình với mật độ khơng q
15m. Trên hình (4.4) đưa ra sơ đồ
Hình 4.4. Bố trí mốc quan trắc tại
phân bố mốc lún để quan trắc nhà dân
cơng trình dân dụng
dụng.
Đối với cơng trình dạng tháp (silơ, tháp truyền
thanh truyền hình, ống khói....): Mốc được bố trí đều
quanh chân đế cơng trình, số lượng tối thiểu là 4 mốc
(hình 4.5)
Lưới quan trắc là mạng lưới độ cao liên kết giữa
các điểm lún gắn trên cơng trình và đo nối với hệ thống
điểm mốc lưới khống chế cơ sở. Các tuyến đo cần được
lựa chọn cẩn thận, bảo đảm sự thơng hướng tốt, tạo
8

Hình 4.5. Bố trí mốc
quan trắc tại cơng
trình tháp

nhiều vòng khép, các tuyến đo nối với lưới khống chế được bố trí đều quanh
cơng trình. Đặc biệt cố gắng đạt được sự ổn định của sơ dồ lưới trong tất cả mọi
chu kỳ quan trắc.
Trên hình (4.6) nêu ví dụ về một lưới quan trắc lún cơng trình dân dụng
với 18 mốc lún gắn trên cơng trình và 4 mốc khống chế cơ sở (ký hệu từ Rp1
đến Rp4) được thiết kế đặt xung quanh đối tượng quan trắc.

Hình 4.6. Sơ đồ lưới quan trắc

2.3. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc lún
2.3.1. Độ chính xác quan trắc phụ thuộc chủ yếu vào:
- Tính chất cơ lý của nền cơng trình.
- Quy mơ của cơng trình xây dựng.
- Vật liệu xây dựng cơng trình.
- Tốc độ chuyển dịch cơng trình: Đây là yếu tố chủ yếu.
- Mục đích xây dựng cơng trình.
* Xác định độ chính xác:
Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún được xác định bằng biểu thức:
m Sti =

S ti − S t ( i −1)


(4.2)

Trong đó:
Sti, St(i-1) là giá trị lún dự báo ứng với 2 thời điểm: ti và t(i-1)
 là hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc (thông thường 
= 4- 6)
Đo lún được tiến hành nhiều lần, mỗi lần đo gọi là một chu kỳ. Thời gian

tiến hành các chu kỳ đo được xác định trong khi thiết kế kỹ thuật quan trắc lún.
Chu kỳ quan trắc phải được tính tốn sao cho kết quả quan trắc phản ánh được
thực chất quá trình lún của cơng trình.
2.3.2. Chu kỳ quan trắc
Có thể phân các chu kỳ quan trắc trong ba giai đoạn:
9


* Giai đoạn thi công:
- Chu kỳ quan trắc đầu tiên là chu kỳ 0 được tiến hành ngay sau khi xây
xong phần móng cơng trình.
- Các chu kỳ tiếp theo được ấn định tùy thuộc vào tiến độ xây dựng và
mức tăng tải trọng của cơng trình.
Thường thực hiện các chu kỳ quan trắc lúc cơng trình xây dựng đạt 25%,
50%, 75%, 100% tải trọng của bản thân nó. Đối với những cơng trình quan
trọng có điều kiện địa chất đặc biệt, có thể tăng thêm chu kỳ quan trắc.
* Giai đoạn đầu vận hành cơng trình: Các chu kỳ quan trắc tuỳ thuộc vào
tốc độ lún trồi của cơng trình, đặc điểm vận hành của cơng trình. Thời gian đo
giữa hai chu kỳ trong giai đoạn này có thể chọn từ 2 đến 6 tháng.
* Giai đoạn công trình đi vào ổn định:
Thời gian giữa hai chu kỳ kế tiếp thường thưa hơn có thể 6 tháng đến 1
năm hoặc 2 năm.
Trong một số trường hợp đặc biệt khi xuất hiện yếu tố ảnh hưởng đến độ
ổn định của cơng trình, cần thực hiện những chu kỳ quan trắc đột xuất.
4. Kết cấu mốc quan trắc lún
Trong quan trắc lún cơng trình, có 2 loại mốc chủ yếu là mốc khống chế
(mốc cơ
sở) và mốc quan trắc (mốc lún). Đối với các cơng trình lớn, phức tạp có thể đặt
các mốc
chuyển tiếp gần đối tượng quan trắc.

Mốc khống chế được sử dụng để xác định hệ độ cao cơ sở trong suốt q
trình quan trắc, do đó u cầu cơ bản đối với các môc cơ sở là phải ổn đinh,
khơng bị trồi lún hoặc chuyển dịch. Vì vậy, mốc khống chế phải có kết cấu thích
hợp, được đặt ở ngoài phạm vi ảnh hưởng của chuyển dịch cơng trình hoặc đặt ở
tầng đất cứng. Mốc quan trắc được gắn cố định vào cơng trình tại các vị trí đặc
trưng cho q trình lún và cùng trồi lún cùng cơng trình.
4.1. Mốc khống chế cơ sở
Tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xác đo lún và điều kiện địa chất nền xung
quanh khu vực đối tượng quan trắc, mốc cơ sở dùng cho đo lún có thể được thiết
kế theo một trong ba loại mốc: Mốc chôn sâu, mốc chôn nông, mốc gắn tường
hoặc gắn nền. Xây dựng hệ thống mốc cơ sở có đủ độ ổn định cần thiết trong
quan trắc độ lún cũng như chuyển dịch ngang cơng trình là cơng việc phức tạp,
có ý nghĩa quyết định đến chất lượng và độ tin cậy của kết quả cuối cùng.
a. Mốc chơn sâu
Mốc chơn sâu có thể được đặt gần đối tượng quan trắc, nhưng mốc phải
đạt được độ sâu ở dưới giới hạn lún của lớp đất nền cơng trình, tốt nhất là đến
tầng đá gốc, tuy vậy trong nhiều trường hợp thực tế có thể đặt mốc đến tầng đất
cứng là đạt yêu cầu. Điều kiện bắt buộc đối với mốc chôn sâu là phải có độ cao
ổn định trong suốt q trình quan trắc. Để bảo đảm yêu cầu trên cần có biện
10


pháp tính số hiệu chỉnh dãn nở lõi mốc do thay đổi nhiệt độ, nếu lõi mốc được
căng bằng lực kéo thì phải tính đến cả số hiệu chỉnh đàn hồi mốc. Trong thực tế
sản xuất thường sử dụng 2 kiểu kết cấu mốc chơn sau điển hình là mốc chôn sâu
lõi đơn và mốc chôn sâu lõi kép.
* Mốc chơn sâu lõi đơn
Mốc chơn sâu lõi đơn có kết cấu gồm các bộ phận chủ yếu như sau (hình
4.7): Ống bảo vệ (1) được đặt trong lỗ khoan đến tầng đá hoặc đất ổn định (2),
lõi mốc (3) bằng hợp kim (thường là bằng hợp kim thép- invar hoặc kim loại với

hệ số dãn nở nhiệt nhỏ) được đặt trong ống bảo vệ, phần dưới đáy ống được đổ
bê tông, lõi mốc được giữ cách ly với thành ống thơng qua lớp đệm từ các miếng
xốp (4). Ở phía trên đỉnh lõi mốc được gia cố đầu mốc hình chỏm cầu (5), với
nắp bảo vệ (6), xung quanh đầu mốc xây dựng hố bảo vệ (7).
Do có sự dãn nở chiều dài lõi mốc theo nhiệt độ nên trong mỗi chu kỳ
quan trắc cần tính số hiệu chỉnh vào độ cao mốc theo công thức:
L =  .L. ( t = to )
(4.3)

Hình 4.7. Kết cấu mốc chơn sâu lõi đơn

Nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng đến độ chính xác xác định số hiệu chỉnh
chiều dài của mốc (lõi kim loại) là sai số đo nhiệt độ. Để hiệu chỉnh độ cao của
mốc do ảnh hưởng của nhiệt độ cần dùng nhiệt kế đặc biệt để đo nhiệt độ ở
nhiều vị trí khác nhau trong lỗ khoan và tính nhiệt độ trung bình của thân mốc.
Trong bảng (4.3) đưa ra thông tin về hệ số dãn nở nhiệt của một số kim
loại thường được sử dụng để gia công lõi mốc.
Bảng 4.3. Hệ số dãn nở nhiệt của một số kim loại (10-5)
11


Kim loại

Thép

Nikel

Platin

Đồng

Latul



1.25

1.25

0.89

1.80

1.87

Hợp kim invar có hệ số dãn nở nhiệt tương đối nhỏ (cỡ 10 -6), tuy nhiên ở
Việt Nam vật liệu này hiếm và ít được sử dụng để làm lõi mốc độ cao.
Nhược điểm chủ yếu của mốc chôn sâu lõi đơn là ở việc đo nhiệt độ trong
thân mốc, vấn đề xác định chính xác nhiêt độ trung bình trong thân mốc là phức
tạp và địi hỏi phải có loại nhiệt kế chuyên dùng. Nhược điểm trên có thể khắc
phục được bằng cách sử dụng mốc chơn sâu 2 lõi (mốc chôn sâu lõi kép).
* Mốc chôn sâu lõi kép
Về cách thức cấu tạo, mốc chôn sâu lõi kép có kết cấu gần giống với mốc
lõi đơn, điểm khác biệt duy nhất là mốc chơn sâu có 2 lõi: Một lõi chính và một
lõi phụ với hệ số dãn nở nhiệt khác nhau là c và p (hình 4.8). Kết cấu mốc 2
lõi cho phép xác định số hiệu chỉnh vào chiều dài mốc mà không cần phải đo
nhiệt độ trong ống thân mốc. Cơ chế hoạt động của mốc chơn sâu lõi kép như
sau:

Hình 4.8. Kết cấu mốc chơn sâu lõi kép

Khi nhiệt độ trung bình trong thân mốc là t, chênh lệch nhiệt độ của thân
mốc so với nhiệt độ ở thời điểm kiểm nghiệm là ∆t, dẫn đến độ dãn nở của 2 lõi
chính và lõi phụ là:
LC = LC t. C

 LP = LP t. P

(4.4)

12


Hiệu số dãn nở giữa lói phụ và lõi chính được xác định theo công thức:
 = LP − LC = L.t ( P −  C )

Từ đó tính được nhiệt độ ∆t ở thời điểm đo:
t =


= K .
L ( P −  C )

(4.5)

Trong công thức (5.5) hệ số K được tính theo cơng thức:
K=

C
 P − C

(4.6)

Có thể gia cơng sao cho chiều dài lõi mốc chính và mốc phụ bằng nhau
(LC= LP = L), khi đó hiệu độ dãn nở giữa 2 lõi chính và lõi phụ ∆ được đo trực
tiếp tại thời điểm quan trắc, bằng cách đo chênh cao giữa 2 đầu mốc của các lõi.
Mốc chơn sâu có độ ổn định cao, có thể đặt ở gần cơng trình, tuy nhiên thi
cơng loại mốc này tương đối phức tạp và đòi hỏi nhiều chi phí.
b. Mốc chơn nơng và mốc gắn tường
Trong trường hợp đo lún với yêu cầu độ chính xác tương đương với đo
cao hạng II, III có thể sử dụng loại mốc chôn nông hoặc mốc gắn tường, gắn nền
làm mốc cở sở.
Các mốc chôn nông được đặt ở ngồi phạm vi lún của đối tượng quan trắc
(cách ít nhất 1,5 lần chiều cao cơng trình), mốc gắn tường được đặt ở chân cột
hoặc chân tường, mốc gắn nền được đặt ở nền của những cơng trình đã ổn định,
không bị lún. Trong khả năng cho phép cố gắng bố trí mốc cơ sở cách đối tượng
quan trắc khơng quá xa để hạn chế ảnh hưởng sai số chuyền độ cao đến các mốc
lún gắn trên cơng trình.
Do khả năng ổn định của các mốc chôn nông là không cao nên các mốc
loại này được đặt thành từng cụm, mỗi cụm có khơng dưới 3 mốc. Trong từng
chu kỳ quan trắc thực hiện đo kiểm tra giữa các mốc trong cụm và giữa các cụm
mốc nhằm mục đích để phân tích, xác định các mốc ổn định nhất làm cơ sở độ
cao cho tồn cơng trình. Trên hình (4.9) nêu sơ đồ kết cấu của một loại mốc
chôn nông được sử dụng rộng rãi trong sản xuất.

13
Hình 4.9. Mốc chôn nông dạng ống


4.2. Kết cấu mốc lún (mốc quan trắc)

Mốc lún thường có 2 loại: Mốc gắn tường được sử dụng để lắp vào tường
hoặc cột cơng trình và mốc gắn nền.
Kết cấu đơn giản của mốc lún dạng gắn cố định lên đối tượng quan trắc là
một đoạn thép dài khoảng 15cm hoặc 5- 6cm tùy thuộc vào chiều dày tường
(hoặc cột) mà mốc được gắn trên đó. Để tăng tính thẩm mỹ, loại mốc này
thường được gia công từ đoạn thép trịn, một phần gắn vào tường, phần nhơ ta
được gia cơng hình chỏm cầu để thuận tiện đặt mia khi thực hiện quan trắc (hình
4.10a).
Mốc gắn tường loại chìm được kết cấu gồm 2 phần: Một ống trụ rống
chôn cố định chìm trong tường và bộ phận đàu đo rời có thể tháo lắp được, trên
hình (4.10b) đưa ra sơ đồ kết cấu một loại mốc chìm do giáo sư Piscunov
(CHLB Nga) đề xuất thiết kế.

Hình 4.10. Mốc gắn tường
(a) Loại cố định
(b) Loại chìm

Các mốc lún đặt ở nền móng cơng trình gồm 2 loại chính: Một thanh kim
loại dài khoảng 60- 100mm, phía trên có chỏm cầu bằng kim loại khơng rỉ,
đường kính 20- 30mm. Mốc có thể được đặt trong ống bảo vệ (đường kính
100mm), trên có lắp đậy (hình 4.11).

14


Hình 4.11. Mốc gắn nền

5. Phương pháp đo độ cao trong quan trắc lún cơng trình
5.1. Đo cao hình học
a. Nguyên tắc chung

Đo cao hình học dựa trên nguyên lý tạo tia ngắm nằm ngang của máy
thủy chuẩn. Để đạt độ chính xác cao trong quan trắc độ lún cơng trình, chiều dài
tia ngắm từ điểm đặt máy đến mia được hạn chế đáng kể (không vượt quá 2530m), do đó phương pháp đã nêu có tên gọi là đo cao hình học tia ngắm ngắn
(hình 4.12, 4.13).

Hình 4.12. Trạm đo cao hình học

Hình 4.13. Tuyến đo cao hình học

Nếu máy thủy chuẩn đặt ở giữa khoảng A, B ký hiệu (a), (b) là các số đọc
tương ứng trên mia sau (đặt tại A) và mia trước (đặt tại B), khi đó chênh cao
giữa 2 điểm A, B được tính theo công thức:
hAB = (a) - (b)
(4.7)
Các loại máy thủy chuẩn được sử dụng để đo lún đều có bộ đo cực nhỏ,
độ phóng đại ống kính lớn và được chia thành 2 loại là máy có ống thủy dài và
máy có bộ tự cân bằng. Ở Việt Nam hiện nay các loại máy hay được sử dụng là:
H- 05, H1 (CHLB Nga), Ni002, Ni004, Koni 007 (CHLB Đức cũ),
Na2002/2003 (Thụy sỹ), DL 101C (topcon- Nhật) và một số loại máy khác có
độ chính xác tương đương.
Mia được sử dụng trong đo lún là mia invar thường hoặc mia invar
chuyên dùng có kích thước ngắn (chiều dài mia từ 1,5- 1m), nếu là thủy chuẩn
số thì dùng mia invar với mã vạch.
Ngồi ra cịn cần có các dụng cụ phụ trợ khác như nhiệt kế, cóc mia, ơ che
nắng. Trước và sau mỗi chu kỳ đo, máy và mia phải được kiểm nghiệm theo
đúng quy định, đặc biệt phải xác định giá trị và bảo đảm độ ổn định góc i của
máy thủy chuẩn.

15

Phương pháp đo cao hình học có thể đạt độ chính xác rất cao, những
nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã xác định rằng: Với máy thủy chuẩn
Ni004, sai số trung phương đo chênh cao trên 1 trạm đó có thể đạt đến giá trị
được thể hiện qua cơng thức:
mh/trạm=(0.014 + 0.0014D)mm
(4.8)
Ngồi ra đo cao hình học cịn có ưu điểm ở tính tốn đơn giản trong quy
trình thao tác và tính tốn. Hiện nay đây là phương pháp đo cao chủ yếu, được
áp dụng rộng rãi nhất trong quan trắc lún cơng trình.
b. Các nguồn sai số trong đo cao hình học tia ngắm ngắn
Có thể phân loại các nguồn sai số trong đo thủy chuẩn chính xác thành 3
nhóm: Nhóm 1 bao gồm các sai số thiết bị đo, nhóm 2 có các nguồn sai số do
điều kiện ngoại cảnh và nhóm 3 là các sai số do thao tác viên gây ra.
* Sai số thiết bị gồm có:
- Sai số làm trùng bọt thủy tiếp xúc, theo các khảo sát đã thực hiện thì giá
trị của sai số này vào khoảng 0.27”, khi chiều dài tia ngắm bằng 25m sẽ dẫn đến
sai số đọc số trên mia vào khoảng 0.03mm.
- Sai số ngắm, được xác định theo cơng thức: mngắm= 10”/V (V là độ
phóng đại ống kính). Với V = 44x, chiều dài tia ngắm D = 25m, ảnh hưởng của
sai số này đến số đọc đạt đến giá trị 0.03mm.
- Sai số do không thực hiện điều kiện hình học cơ bản của máy thủy
chuẩn (sai số góc i). Trong điều kiện cho phép i = 8”, chênh lệch chiều dài tia
ngắm giữa mia trước và mia sau 1m, sai số này có thể đạt giá trị 0.04mm. Cũng
cần chú ý rằng sự thay đổi giá trị góc i ngay trên một trạm đo (do tác động bức
xạ nhiệt đối với máy thủy chuẩn) cũng dẫn đến sai số đáng kể trong số đọc trên
mia.
- Sai số đọc số trên bộ đo cực nhỏ, bao gồm sai số xác định giá trị vạch
chia bộ đo cực nhỏ, sai số khắc vạch, sai số ước đọc. Giá rtị của nguồn sai số
này có thể đạt tới 0.05mm.

- Sai số điều quang, sai số này được triệt tiêu nếu áp dụng đo cao từ giữa.
- Sai số do dịch chuyển của lưới chỉ, có thể đạt đến giá trị 0.06mm.
- Sai số khắc vạch trên mia có thể đạt tới 0.07mm.
* Sai số do điều kiện ngoại cảnh:
- Sai số do biến dạng của máy dưới tác động nhiệt.
- Sai số do máy và mia bị lún.
- Sai số do chiết quang đứng.
- Sai số do dãn nở của lõi mốc và dãn nở nhiệt của bản thân cơng trình.
- Sai số do dao động khơng khí.
* Sai số do người đo:

16


Nhóm sai số liên quan đến người đo gồm có sai số làm trùng bọt thủy dài
và sai số đọc số trên bộ đo cực nhỏ, các sai số này được giảm đáng kể khi sử
dụng máy có bộ tự cân bằng và máy thủy chuẩn điện tử.
c. Đặc điểm đo cao hình học trong quan trắc lún công trình
Trong thực tế sản xuất, đo cao hình học là phương pháp được sử dụng phổ
biến nhất để quan trắc lún. Các phương pháp đo cao khác chỉ được dùng như
biện pháp hỗ trợ, khi yêu cầu độ chính xác quan trắc không cao hoặc điều kiện
thực tế không cho phép áp dụng được đo cao hình học.
Để bảo đảm độ chính xác đo chênh cao trong lưới quan trắc, cần đề ra và
áp dụng các biện pháp hạn chế một số nguồn sai số do máy, do người đo và do
điều kiện ngoại cảnh. Trong quá trình thiết kế sơ đồ lưới và tổ chức đo đạc ngoại
nghiệp nên cố gắng thực hiện những quy định sau:
- Sơ đồ, chương trình, dụng cụ đo được quy định thống nhất cho tất cả các
chu kỳ quan trắc để giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số hệ thống đến kết quả
xác định độ lún. Tuyến đo được thiết kế lựa chọn cẩn thận, đi dọc theo nơi có
nền đất ổn định, ít chịu ảnh hưởng của chiết quang đứng và tác động rung của

các phương tiện máy móc cơ giới.
- Chiều dài tia ngắm từ máy đến mia hạn chế không quá 25- 30m.
- Kiểm tra và hiệu chỉnh máy thủy chuẩn và mia invar trước và sau mỗi
chu kỳ quan trắc, đặc biệt chú ý kiểm nghiệm góc i sao cho i≤ 8”.
- Chọn thời điểm đo thích hợp: Đo trong thời tiết râm mát, gió nhẹ ít chịu
ảnh hưởng chiết quang dao động của khơng khí.
- Hạn chế chênh lệch chiều dài tia ngắm đến mia trước và mia sau cũng
như tích lũy chênh lệch khoảng cách tổng tuyến đo.
- Đối với mỗi cơng trình nên sử dụng một bộ máy đo cố định, cố gắng bảo
đảm điều kiện tương tự như nhau trong các chu kỳ quan trắc.
- Bảo vệ máy đối với biến động nhiệt độ môi trường.
- Sử dụng bộ kích nâng chuyên dùng để thay đổi chiều cao máy.
d. Chỉ tiêu kỹ thuật đo cao hình học trong quan trắc lún công trình
Trong quan trắc lún bằng phương pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn cần
bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu đưa ra trong bảng (4.4)
Bảng 4.4. Chỉ tiêu kỹ thuật đo cao hình học trong quan trắc độ lún công trình
TT

Chỉ tiêu kỹ thuật

1

Chiều dài tia ngắm

2

Chiều cao tia ngắm (m)

3

Chênh lệch khoảng cách từ
máy đến mia (m)
- Trên một trạm đo

Hạng I

Hạng II

Hạng III

≤25m

≤25m

≤40m

0.8≤ h ≤2.5

0.5≤ h ≤2.5

0.3≤ h ≤2.5

0.4

1.0

20.

17

- Tích lũy trên một tuyến đo

2.0

4.0

5.0

4

Chênh lệch chênh cao đo/
trạm, mm

0.5

0.5

1.0

5

Chênh lệch chênh cao giữa
tuyến đo đi và đo về

 0.3 n

 0.5 n

 1.0 n

6

Sai số khép tuyến giới hạn
fhgh (n là số trạm đo)

 0.3 n

 1.0 n

 2.0 n

e. Tính tốn khái lược kết quả đo
Tính tốn khái lược bao gồm các cơng việc: Kiểm tra sổ đo ngoại nghiệp
và các ghi chú về ngày đo, người đo, loại máy sử dụng, điều kiện thời tiết, các
thơng số khí tượng có liên quan đến độ trồi lún cơng trình, đánh giá sơ bộ độ
chính xác đo độ cao, lập sơ đồ lưới đo.
Đánh giá độ chính xác đo bao gồm các nội dung sau:
- Sai số trung phương của chênh cao trên một trạm đo được xác định theo
kết quả đo đi và đo về (hoặc đo kép):
nkm = mhtr

n
 L

(4.9)

Trong đó:
di là hiệu số của kết quả hai lần đo.
n là số trạm đo.

- Tính sai số khép vòng của tất cả các tuyến đo và chỉ tiêu độ chính xác
chung đối với tồn bộ mạng lưới:
mhtr =

 f h2 
 
 n 
N

nkm = mhtr

(4.10)

n
 L

(4.11)

Trong đó:
fh là sai số khép của tuyến phù hợp hoặc khép kín (mm).
n là số lượng trạm máy trên tuyến.
N là số lượng tuyến.
[L] là tổng chiều dài các tuyến (km).
nkm là sai số trung phương của chênh cao trên tuyến dài 1km.
mhtr là sai số trung phương đo chênh cao trên một trạm đo.
5.2. Đo cao thủy tĩnh
a. Cơ sở lý thuyết của đo cao thủy tĩnh
18

Đo cao thủy tĩnh được dựa trên định luật thủy lực: Bề mặt chất lỏng trong
các bình thơng nhau ln có vị trí nằm ngang (vng góc với phương dây dọi)
và có cùng một độ cao, khơng phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt cũng như khối
lượng chất lỏng trong các bình.
Thực tế nếu nhiệt độ, áp suất và mật độ chất lỏng trong các bình có các
giá trị khác nhau thì phương trình thủy lực được thể hiện dưới dạng (hình 4.14)

Hình 4.14. Nguyên lý đo cao thủy tĩnh
p1
p
= 2
g.1 g.2

(4.12)

Trong đó:
h1, h2 là độ cao chất lỏng trong các bình, tính từ điểm thấp nhất của
hệ thống.
p1, p2 là áp suất chất lỏng trong các bình 1 và 2.
1, 2 là mật độ chất lỏng trong các bình 1 và 2.
g là gia tốc trọng trường.
Từ biểu thức (4.12) có thể nhận thấy, bề mặt chất lỏng tại các bình chỉ có
độ cao bằng nhau khi:
p1
p
= 2
g.1 g.2

b. Cấu tạo của máy đo cao thủy tĩnh

19