Khảo sát phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý số liệu quan trắc lún công trình pot

LUẬN VĂN

Đề tài: “Khảo sát phương pháp bình sai lới trắc địa
tự do vµ ứng dụng trong xử lý số liệu quan trắc lún
công trình”

Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 1 - Lớp Trắc địa B-K48
mục lục
Trang
Mục lục 1
Mở đầu 2
Chơng 1 - quan trắc lún công trình 3
1.1 Những vấn đề chung về quan trắc chuyển dịch và biến dạng
công trình 3
1.2 Quan trắc lún công trình 7
1.3 Thực trạng công tác quan trắc công trình ở nớc ta 20
Chơng 2 - khảo sát phơng pháp bình sai
lới trắc địa tự do 22
2.1 Một số khái niệm về lới trắc địa tự do 22
2.2 Mô hình toán học của phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do 23
2.3 Tính chất cơ bản của kết quả bình sai lới tự do 28
2.4 Vấn đề định vị hệ thống lới độ cao đo lún 30
Chơng 3 ứng dụng phơng pháp bình sai lới tự do
để xử lý số liệu quan trắc lún công trình 32

3.1 Thuật toán 32
3.2 Sơ đồ khối và quy trình xử lý lới độ cao đo lún 35
3.3 Lập trình bình sai lới quan trắc độ lún 38
3.4 Chơng trình nguồn và tệp dữ liệu 41
3.5 Sử dụng chơng trình 49
3.6 Tính toán thực nghiệm 51
Kết luận 58
Tài liệu tham khảo 59
Phụ lục 1 60
Phụ lục 2 63
Phụ lục 3 66
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 2 - Lớp Trắc địa B-K48
Mở đầu
Đối với công tác quan trắc lún công trình, tính đúng đắn của quá trình lún
công trình không những chỉ phụ thuộc vào độ chính xác quan trắc, mà còn
chịu ảnh hởng rất lớn bởi phơng pháp xử lý số liệu. Tuy nhiên, phơng pháp
xử lý số liệu quan trắc lún công trình trên thực tế cha đợc chú trọng đúng
mức. Vì vậy, việc nghiên cứu đề ra biện pháp và quy trình xử lý số liệu quan
trắc lún công trình một cách hợp lý, phù hợp với đặc điểm và bản chất của lới
quan trắc biến dạng là vấn đề rất thời sự và rất cần thiết.
Lới trắc địa công trình nói chung và lới quan chuyển dịch công trình
nói riêng đợc xây dựng theo quy trình và chỉ tiêu kỹ thuật riêng nhằm giải
quyết các nhiệm vụ đa dạng của chuyên nghành. Do đó nó không giống nh
lới đo vẽ bản đồ, mà nó tính đặc thù cao, nh đòi hỏi rất cao về độ chính xác,
hệ thống điểm gốc khởi tính không ổn định Với các đặc thù của lới trắc địa
công trình nêu trên nó đòi hỏi phải có kỹ thuật xử lý số liệu riêng phù hợp với
đặc điểm và bản chất của lới.
Nhận thấy tầm quan trọng của công tác xử lý số liệu quan trắc lún công
trình, trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp khoá học, em đã chọn và nghiên

cứu đề tài với nội dung: Khảo sát phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do
và ứng dụng trong xử lý số liệu quan trắc lún công trình .
Nội dung đồ án đợc em trình bày trong 3 chơng:
Chơng 1: Quan trắc lún công trình
Chơng 2: Khảo sát phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do.
Chơng 3: ứng dụng phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do để xử lý
số liệu quan trắc lún công trình.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy giáo
TS. NGUYễN QUANG PHúC trong suốt quá trình em làm đồ án. Do thời gian
và chuyên môn có hạn nên trong đồ án này không tránh khỏi những khiếm
khuyết. Em rất mong nhận đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các
bạn đồng nghiệp đề đồ án đợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn !
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 3 - Lớp Trắc địa B-K48
Chơng 1
QUAN TRắC LúN CÔNG TRìNH
1.1. NHữNG VấN Đề chung Về quan trắc chuyển dịch biến
dạng công trình
1.1.1. Hiện tợng chuyển dịch và biến dạng công trình
a. Hiện tợng chuyển dịch
Là sự thay đổi vị trí của công trình trong không gian và theo thời gian so
với vị trí ban đầu của nó. Có thể chia chuyển dịch công trình thành hai loại:
- Chuyển dịch thẳng đứng: là sự thay đổi vị trí của công trình theo phơng
dây dọi. Chuyển dịch theo hớng xuống dới gọi là lún. Chuyển dịch
theo hớng lên trên gọi là trồi.
- Chuyển dịch ngang: là sự thay vị trí của công trình trong mặt phẳng nằm
ngang. Chuyển dịch ngang có thể theo một hớng bất kỳ hoặc theo một
hớng xác định (hớng áp lực lớn nhất).
b. Hiện tợng biến dạng
Là sự thay đổi hình dạng và kích thớc của công trình trong không gian

và theo thời gian. Biến dạng là hậu quả tất yếu của sự chuyển dịch không đều
của công trình và các biểu hiện thờng gặp là sự: cong, vênh, vặn xoắn, các vết
rạn nứt
1.1.2. Nguyên nhân gây nên chuyển dịch và biến dạng công trình
Có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện tợng chuyển dịch và biến dạng
công trình, nhng quy nạp lại thì có hai nhóm nguyên nhân chính. Cụ thể:
a. Nhóm nguyên nhân liên quan đến các điều kiện tự nhiên
Nhóm nguyên nhân này gây ra do : Tính chất cơ lý của các lớp đất đá
dới nền móng của công trình, ảnh hởng của các yếu tố khí tợng (nh nhiệt
độ, độ ẩm, hớng chiếu sáng ), sự thay đổi chế độ nớc mặt, nớc ngầm
ngoài ra sự vận động nội sinh trong lòng trái đất cũng gây nên chuyển dịch và
biến dạng của công trình (tuy nhiên mức độ chuyển dịch do nguyên nhân này
gây ra thờng rất bé).
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 4 - Lớp Trắc địa B-K48
b. Nhóm nguyên nhân có liên quan đến quá trình xây dựng và vận hành
công trình
Trong quá trình xây dựng và vận hành công trình do sự gia tăng tải trọng
của công trình, do những sai sót trong quá trình khảo sát địa chất công trình,
do việc khai thác nớc ngầm gây nên hiện tợng sụt lún dới lòng đất hoặc có
thể là việc xây dựng các công trình ngầm, các công trình xây chen .đã gây
nên chuyển dịch và biến dạng công trình.
1.1.3. Công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
a. Mục đích quan trắc
Công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình cần đợc tiến
hành theo phơng án kỹ thuật nhằm đạt đợc các mục đích sau:
- Thứ nhất là xác định các giá trị độ lún, độ chuyển dịch tuyệt đối và
tơng đối của nền nhà và công trình so với các giá trị tính toán theo thiết kế
của chúng. Từ đó tìm ra những nguyên nhân gây ra lún, chuyển dịch và mức
độ nguy hiểm của chúng đối với quá trình làm việc bình thờng của nhà và

công trình trên cơ sở đó đa ra các giải pháp nhù hợp nhằm phòng ngà các sự
cố có thể xảy ra;
- Thứ hai là xác định các thông số đặc trng cần thiết về độ ổn định của
nền và công trình, làm chính xác thêm các số liệu đặc trng cho tính chất cơ lý
của nền đất; Dùng làm số liệu kiểm tra các phơng pháp tính toán, xác định
các giá trị độ lún, độ chuyển dịch giới hạn cho phép đối với các loại nền đất và
các công trình khác nhau.
b. Nguyên tắc thực hiện công tác quan trắc
Công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình đợc tiến hành
theo 4 nguyên tắc sau:
- Việc quan trắc chuyển dịch biến dạng phải đợc thực hiện theo nhiều thời
điểm, mỗi thời điểm đợc gọi là một chu kỳ. Chu kỳ đầu đợc gọi là chu kỳ 0.
- Chuyển dịch biến dạng công trình đợc so sánh tơng đối với một đối
tợng khác đợc xem là ổn định.
- Chuyển dịch biến dạng công trình thờng có trị số nhỏ vì vậy phải có
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 5 - Lớp Trắc địa B-K48
phơng pháp và phơng tiễn có độ chính xác cao.
- Cần phải có kỹ thuật xử lý riêng phù hợp với đặc điểm và bản chất của một
mạng lới quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình.
c. Yêu cầu độ chính xác quan trắc.
Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch chính là độ chính xác cần
thiết xác định chuyển dịch công trình, chỉ tiêu định lợng của đại lợng này
phụ thuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý đất đá dới nền móng, đặc điểm kết cấu
và vận hành công trình.
Yêu cầu độ chính xác có thể đợc xác định theo giá trị chuyển dịch dự báo
(cho trong bản thiết kế) hoặc có thể đợc xác định theo các tiêu chuẩn xây
dựng, vận hành công trình (quy định trong các tiêu chuẩn ngành).
- Nếu theo độ chuyển dịch dự báo (cho trong bản thiết kế hoặc đợc xác
định theo một số chu kỳ đã quan trắc), yêu cầu độ chính xác quan trắc sẽ

đợc xác định theo công thức:
2
Q
m
Q

Với
Q
m
là yêu cầu độ chính xác quan trắc ở thời điểm
t
.
Q
là giá trị chuyển dịch dự báo giữa 2 chu kỳ quan trắc.

là hệ số đặc trng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc. Thờng
chọn
3
và lúc này sẽ có
Qm
Q
17.0
.
- Nếu yêu cầu độ chính xác quan trắc đợc xác định dựa vào quy mô của
công trình và tính chất của nền đất dới móng công trình thì yêu cầu độ
chính xác quan trắc đợc quy định theo bảng 1.1.
Bảng 1.1 Độ chính xác quan trắc
Loại công trình và nền móng
Độ chính xác
quan trắc(mm)

Công trình xây dựng trên nền đá gốc và nửa đá gốc

1.0
Công trình trên nền sét nền chịu lực

3.0
Các loại đập đất, đá chịu lực cao

5.0
Các công trình xây dựng trên nền trợt

10.0
Các loại công trình bằng đất đắp

15.0
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 6 - Lớp Trắc địa B-K48
d. Chu kỳ quan trắc
Nhìn chung chu kỳ quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình đợc
quy định phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Tùy thuộc vào loại công trình và tính chất của nền đất đá dới móng công trình
- Tùy thuộc vào từng giai đoạn xây dựng và vận hành công trình.
1. Đối với quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình
Việc xác định thời gian đo (chu kỳ đo) chiếm một vai trò rất quan trọng. Theo
kinh nghiệm khi quan trắc các công trình ngời ta chia làm 2 giai đoạn:
- Quan trắc lún trong giai đoạn thi công;
- Quan trắc lún khi công trình đa vào sử dụng;
Giai đoạn thi công, quan trắc lún thờng đợc xác định theo tiến độ thi công
và mức độ phức tạp của công trình. Để dễ dàng cho việc theo dõi, ngời ta đo
theo tải trọng hoàn thành của quá trình xây dựng cụ thể là:

- Công trình hoàn thành xong phần móng.
- Công trình đạt tới 20% tải trọng.
- Công trình đạt tới 50% tải trọng
- Công trình đạt tới 75% tải trọng
- Công trình đạt tới 100% tải trọng
Đối với các công trình phức tạp, ngoài việc theo dõi chuyển dịch biến dạng
của móng (khi hoàn thành xây xong phần móng) có thể cứ đạt 10% tải trọng
thì cần phải quan trắc một lần. Tại mỗi lần quan trắc, kết quả so sánh với lần
đo trớc gần đó và sau khi xem xét hiệu chênh lệch cao của hai lần đo kề nhau
h (độ lún) là cơ sở để quyết định việc tăng dầy các lần đo hay cứ tiến hành đo
theo tiến độ đã ấn định ngay từ đầu.
- ở giai đoạn thứ hai khi công trình đ đa vào sử dụng. Việc phân định số
lần đo phụ thuộc hoàn toàn vào yêu cầu độ chính xác đo lún của mỗi công
trình nh đ trình bày ở trên. Nếu sai số cho phép đo và cấp chính xác càng
nhỏ thì các chu kỳ (thời gian) cách nhau càng lớn ngợc lại sai số cho phép đo
và độ chính xác càng lớn thì chu kỳ đo cách nhau càng ít hơn. Khi công trình
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 7 - Lớp Trắc địa B-K48
có dấu hiệu biến dạng lớn thì chu kỳ đo với một số yêu cầu đặc biệt do ngời
t vấn hoặc thiết kế quy định. Thời kỳ công trình đi vào ổn định (tốc độ
chuyển dịch của công trình đạt đợc từ 1mm /năm 2mm/năm), thời kỳ này
chu kỳ quan trắc có thể là 6 tháng hoăc 1 năm và có thể là 2 năm.
2. Đối với quan trắc chuyển dịch ngang công trình
Thời gian thực hiện các chu kỳ quan trắc chuyển dịch đợc tiến hành dựa
vào các yếu tố :
- Loại nhà và công trình;
- Loại nền đất xây dựng nhà và công trình;
- Đặc điểm áp lực ngang;
- Mức độ chuyển dịch ngang;
- Tiến độ thi công xây dựng công trình.

Chu kỳ quan trắc đầu tiên đợc thực hiện ngay sau khi xây dựng móng công trình
và trớc khi có áp lực ngang tác động đến công trình. Các chu kỳ tiếp theo đợc
thực hiện tuỳ thuộc vào mức tăng hoặc giảm áp lực ngang tác động vào công trình
hoặc có thể quan trắc 2 tháng 1 lần trong thời gian xây dựng công trình.
Trong thời gian sử dụng công trình, số lợng chu kỳ quan trắc đợc tiến hành
từ 1 2 chu kỳ trong một năm, vào những thời điểm mà điều kiện ngoại cảnh
khác biệt nhất. Ngoài ra cần phải quan trắc bổ sung đối với các công trình có
độ chuyển dịch ngang lớn, hoặc quan trắc bổ sung để tìm ra nguyên nhân gây
nên sự cố công trình.
1.2. quan trắc lún công trình
1.2.1. Các phơng pháp quan trắc lún công trình
a. Đo cao hình học
Phơng pháp này dựa trên nguyên lý sử dụng tia ngắm nằm ngang xác
định chênh cao giữa hai điểm (Hình 1.1).
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 8 - Lớp Trắc địa B-K48
Hình 1.1. Trạm đo cao hình học
Nếu máy thủy chuẩn đặt giữa khoảng A, B, ký hiệu (a), (b) là các số đọc
tơng ứng trên mia sau (đặt tại A) và mia trớc (đặt tại B), khi đó chênh cao
giữa hai điểm A, B đợc tính theo công thức:
h
AB
= (a) (b)
Việc quan trắc để xác định độ lún công trình phải đợc tiến hành theo một quy
định đo cao hình học chính xác đặc biệt hay còn gọi là đo cao hình học tia
ngắm ngắn. Những chỉ tiêu kỹ thuật của đo cao hình học tia ngắm ngắn đợc
quy định ở bảng 1.3
Bảng 1.3 Chỉ tiêu kỹ thuật của thủy chuẩn hình học tia ngắm ngắn
Chỉ tiêu
Hạng thủy chuẩn

I
II
III
Chiều dài tia ngắm (m)
25
25
40
Chiều cao tia ngắm (m)
0,8
0,5
0,3
Chênh lệch khoảng ngắm (m):
- Trên 1 trạm
- Trên toàn tuyến
0,4
2,0
1,0
4,0
2,0
5,0
Sai số khép cho phép (mm)

n3,0

n0,1

n0,2
b. Đo cao thuỷ tĩnh
Phơng pháp đo cao thủy tĩnh dựa trên nguyên lý bình thông nhau: Bề
mặt chất lỏng trong các bình thông nhau luôn có vị trí nằm ngang (vuông góc

phơng dây dọi) và có cùng một độ cao, không phụ thuộc vào hình dạng mặt
cắt cũng nh khối lợng chất lỏng trong các bình.
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 9 - Lớp Trắc địa B-K48
(a)-V
trớ o thun (b)
-V
trớ o o
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo máy đo cao thủy tĩnh
Để xác định chênh cao h giữa hai điểm A, B nếu :
- Đo thuận h
AB
= (d
1
S
1
) (d
2
T
1
)
- Đo đảo h
AB
= (d
2
S
2
) (d
1
T

2
)
Trong đó:
S
1
, T
1
(S
2,
T
2
) - số đọc trên thang số tại các bình N
1
và N
2
tơng ứng.
d
1
, d
2
- khoảng cách từ vạch 0 của thang số đến mặt phẳng đáy của bình.
Phơng pháp này cho độ chính xác cao nhng phạm vi ứng dụng hạn chế và
chỉ dùng khi phơng pháp thủy chuẩn hình học không có hiệu quả.
c. Đo cao lợng giác
Phơng pháp đo cao lợng giác dựa trên nguyên lý xác định gián tiếp
chênh cao thông qua việc đo góc nghiêng và khoảng cách.
Phơng pháp này có độ chính xác không cao nên chỉ dùng quan trắc các công
trình có độ chính xác thấp và khi những điều kiện không thuận lợi hoặc kém
hiệu quả đối với đo cao hình học. Trong quan trắc lún công trình thờng sử
dụng phơng pháp đo cao lợng giác tia ngắm ngắn (chiều dài tia ngắm không

vợt quá 100m).
D
l
V
Z
B
A
i
Hình 1.3: Đo cao lợng giác
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 10 - Lớp Trắc địa B-K48
Chênh cao giữa hai điểm A và B đợc xác định theo công thức:
.
AB
h D ctgZ i l f
Hoặc:
.
AB
h D tgV i l f
Trong đó: D là khoảng cách ngang, Z là góc thiên đỉnh, V là góc đứng, i là
chiều cao máy , l là chiều cao tiêu, f là số hiệu chỉnh do chiết quang đứng.
Trong thực tế sản xuất, đo cao hình học là phơng pháp đợc sử dụng phổ biến
nhất để quan trắc độ lún. Các phơng pháp đo cao khác chỉ đợc dùng nh
biện pháp bổ trợ, khi yêu cầu độ chính xác quan trắc không cao hoặc điều kiện
thực tế không cho phép áp dụng đợc đo cao hình học. Và nh đã trình bày, để
đạt độ chính xác cao trong quan trắc độ lún công trình chúng ta phải áp dụng
đo cao hình học tia ngắm ngắn. Vì có những đặc thù nh vâỵ nên phải có
những yêu cầu riêng cho hệ thống lới và các loại mốc dùng trong quan trắc
lún công trình. Vấn đề này sẽ đợc chúng tôi trình bày ở phần tiếp theo.
1.2.2 Lới khống chế và các loại mốc dùng trong quan trắc lún công trình

Chuyển dịch thẳng đứng công trình là sự thay đổi độ cao của công trình
theo thời gian, vì vậy để quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình phải lập
lới khống chế độ cao nhằm xác định độ cao công trình ở các thời điểm để so
sánh với nhau tìm ra chuyển dịch.
Lới khống chế trong quan trắc chuyển dịch là mạng lới độc lập, đợc tiến
hành đo lặp trong các chu kỳ quan trắc. Các mạng lới này thông thờng đợc xây
dựng thành 2 bậc; bậc 1 là lới khống chế cơ sở và bậc 2 là lới quan trắc.
a. Cấp lới cơ sở
Cao độ các điểm mốc của lới khống chế cơ sở là số liệu gốc cho việc
thính toán và đánh giá độ chuyển dịch của các điểm kiểm tra đợc gắn trên
công trình cần theo dõi, và nếu chỉ cần một trong các mốc này bị chuyển dịch
vị trí sẽ làm sai lệch vị trí các mốc quan trắc và tất nhiên điều này sẽ ảnh
hởng đến các kết quả đánh giá độ chuyển dịch của công trình.
Do vậy các điểm khống chế cơ sở cần đợc bố trí tại những nơi có điều kiện
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 11 - Lớp Trắc địa B-K48
địa chất ổn định, nằm ngoài phạm vị chịu tác động của sự chuyển dịch công
trình và đặc biệt phải có độ ổn định cao trong suốt quá trình quan trắc.
Yêu cầu về hệ thống mốc cơ sở [7]
Hệ thống mốc chuẩn đóng vai trò rất quan trọng, nó là điểm gốc của hệ
chuẩn (hệ quy chiếu). Vì vậy cần xây dựng một hệ thống mốc chuẩn cố định,
tức là độ cao của chúng không thay đổi theo thời gian.
Nếu vì trờng hợp quá khó khăn cũng có thể dựa vào các mốc chuẩn không ổn
định tức là các mốc chuẩn này vẫn bị lún do những nguyên nhân khác gây ra,
nhng phải biết đợc quy luật lún của chúng để nội suy hoặc ngoại suy giá trị
độ cao ở thời điểm nào đó với độ chính xác cần thiết.
Tuy nhiên, việc xác định đợc độ ổn định của các mốc chuẩn là rất khó khăn
và phức tạp. Vì thế khi xây dựng hệ thống mốc chuẩn phải nghiên cứu kỹ các
tài liệu địa chất công trình, địa chất thuỷ văn.
Số lợng mốc chuẩn phải đủ và đờng tuyến dẫn từ các mốc chuẩn gốc phải

chính xác, hợp lý và ổn định và có đủ điều kiện kiểm tra, đánh giá đợc sự ổn
định của chúng.
Về số lợng mốc chuẩn: nên tạo thành những cụm hệ thống mốc chuẩn, mỗi
cụm này có ít nhất 3 mốc. Tuỳ thuộc vào quy mô và diện tích của nhà và công
trình xây dựng mà bố trí số lợng mốc chuẩn và số cụm.
Các mốc chuẩn phải đợc đặt ở tầng đá gốc hoặc tầng cuội sỏi, trong trờng
hợp này mốc chuẩn phải đợc cấu tạo theo kiểu chôn sâu nh hình 1.4 (a)
Trong trờng hợp khó khăn, có thể xây dựng mốc chôn nông nh hình 1.4 (b)
Các mốc này đợc quy định với kích thớc lớn, có đế rộng và đợc chôn ở
những nơi có cấu tạo địa chất ổn định , cách xa hợp lý nơi quan trắc lún
(thờng cách xa công trình quan trắc lún là 2/3H, H là chiều cao của công
trình) không chôn ở nơi ngập nớc, sờn đất trợt, gò đống, bờ đê, bãi đổ và
phải xa đờng sắt hơn 50m, cách đờng ô tô 30m.
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 12 - Lớp Trắc địa B-K48
Hình 1.4- Mốc cơ sở chôn sâu (a) và chôn nông (b).
2
4
l
1
6
7
5
3
a
a
1-ống b ảo vệ
2-T ầ n g đất cứng
3- L õi m ốc kim loại
4- Đ ệm xốp

5- Đ ầu m ố c h ình ch ỏm cầu
6- N ắp bảo vệ m ốc
7- H ố b ảo vệ
Hình 1.5 Kết cấu mốc chôn sâu lõi đơn
b. Cấp lới quan trắc
Bao gồm các điểm kiểm tra gắn lên công trình chuyển dịch cùng với công
trình. Lới phải đảm bảo các yêu cầu:
- Các điểm kiểm tra đợc bố trí đều trên mặt bằng của công trình nơi dự
kiến chuyển dịch thẳng đứng là lớn nhất.
- Các mốc thờng đợc gắn vào phần chịu lực của công trình cao hơn cốt
0 từ 20 đến 50 cm, nơi thuận tiễn cho quan trắc.
Yêu cầu về hệ thống mốc quan trắc
Trên các công trình quan trắc lún phải gắn các mốc quan trắc lún theo quy
định (hình 1.5), các mốc này đợc làm bằng thép không rỉ, bằng đồng hay bằng
sắt mạ. Khi thiết kế đặt vị trí các mốc này phải tính đến cấu trúc móng ( kết cấu
tải trọng động), các điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn.
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 13 - Lớp Trắc địa B-K48
Hình 1.6- Mốc lún gắn vào thân công trình.
Các mốc lớn phải đợc đặt theo các trục dọc và ngang móng để phát hiện độ
võng, độ nghiêng theo hớng dọc và ngang nhà , ở những vị trí có thể dự đoán
lún mạnh, ở các chỗ giao tiếp của các khối kề nhau, theo các cạnh của các
mạch co ngót hoặc khe lún, xung quanh các vùng có tải trọng động lớn và các
vùng có điều kiện địa chất kém hơn. Các mốc này cần phải đợc bảo vệ trong
suất thời gian quan trắc. ở những công trình đặc biệt, còn phải đặt ở móng
những mốc đo nhiệt độ đế móng và những mốc quan trắc mức nớc ngầm. Các
mốc này đợc quy định cụ thể cho mỗi công trình.
Hai cấp lới này tạo nên một hệ thống độ cao thống nhất và trong mỗi chu kỳ
chúng đợc đo đạc đồng thời.
1.2.3. Quy trình thực hiện quan trắc lún công trình

a. Xác định sai số tổng hợp các bấc lới
Sai số tổng hợp các bậc lới đợc xác định trên cơ sở yêu cầu độ chính xác
quan trắc lún. Nếu yêu cầu đa ra là sai số tuyệt đối độ lún thì việc xác định
sai số độ cao tổng hợp đợc thực hiện nh sau:
Gọi S là độ lún tuyệt đối của điểm kiểm tra giữa 2 chu kỳ kề nhau,
S
m
là sai số
trung phơng xác định độ lún tuyệt đối của nó.
Ta có:
i
S
=
j
i
S
-
1j
i
S
=
j
i
H
-
1j
i
H
(1.1)
Giả thiết trong các chu kỳ đợc đo cùng 1 độ chính xác, thì:

2
S
m
=
2
j
H
m
+
2
1j
H
m
(1.2)
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 14 - Lớp Trắc địa B-K48
Hay :
S
m
=
H
m
.
2
( 1.3)
Trong đó
H
m
đợc hiểu là sai số trung phơng xác định độ cao điểm yếu nhất
trong mạng lới quan trắc. Từ (1.3) ta có

H
m
=
2
S
m
(1.4)
H
m
chính là sai số trung phơng tổng hợp của 2 bậc lới.
Nếu gọi
I
H
m
,
II
H
m
là thành phần ảnh hởng của mỗi bậc lới đến độ chính xác
xác định độ cao điểm yếu nhất. khi đó:
2
H
m
=
2
I
H
m
+
2

II
H
m
(1.5)
Giữa 2 bậc lới có hệ số suy giảm độ chính xác:
II
H
m
= K.
I
H
m
(1.6)
2
H
m
=
2
I
H
m
+K
2
.
2
II
H
m
= (1+ K
2

)
2
I
H
m
(1.7)
Trên cơ sở đó, sai số của các bậc lới trong quan trắc độ lún đợc tính nh sau:
- Đối với bậc lới cơ sở :
I
H
m
=
)1(
2
K
m
H
=
)1(2
2
K
m
S
(1.8)
- Đối với bậc lới quan trắc :
II
H
m
= K.
I

H
m
=
)1(2
.
2
K
mK
S
(1.9)
b. Ước tính độ chính xác quan trắc lún công trình
Ước tính độ chính xác lới độ cao đợc thực hiện nhằm xác định chỉ tiêu độ
chính xác mà lới có thể đạt đợc trong điều kiện đồ hình lới và sai số do chênh
cao trên 1km chiều dài tuyến đo (hoặc sai số chênh cao trên 1 trạm đo), sao cho
độ chính xác của lới thoả mãn yêu cầu cho trớc. Trong quan trắc lún công trình
thì lới quan trắc độ lún là mạng lới có kích thớc nhỏ, vì vậy thờng dùng tiêu
chuẩn sai số chênh cao trạm đo để làm chỉ tiêu độ chính xác đo đạc.
Theo mục a chúng ta đã xác định đợc sai số của các cấp lới trong quan trắc
độ lún, dựa vào cái này chúng ta xác định đợc sai số trung phơng ngẫu
nhiên trên 1 trạm máy đối với từng cấp lới. Cụ thể nh sau:
Từ (1.8), (1.9) ta xác định sai số trung phơng ngẫu nhiên trên 1 trạm máy

đối với từng cấp lới nh sau:
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 15 - Lớp Trắc địa B-K48
1

=
1
yn

H
Q
m
I
,
2

=
2
yn
H
Q
m
II
(1.10)
Với
1
yn
Q
,
2
yn
Q
là trọng số đảo độ cao điểm yếu nhất của từng cấp lới và đợc
xác định bằng phơng pháp chặt chẽ.
Và
1

,
2

là cơ sở để lựa chọn máy móc và chơng trình đo ngắm hợp lý.
c. Đo đạc lới
Yêu cầu về máy và dụng cụ đo:
Khi phải quan trắc lún công trình với độ chính xác thuỷ chuẩn hạng 1 có
thể sử dụng các loại máy Ni004, Ni002, H1 và các loại có độ chính xác tơng
đơng và mia Invar với khoảng chia nhỏ nhất là 5mm, trên mia có gắn ống
thuỷ tròn, sai số chiều dài 1m trên mia không lớn hơn 0.15mm.
Khi phải quan trắc lún công trình với độ chính xác hạng 2 có thể dùng
các loại máy Ni004, WILD N3, H1, KONi -007 và mia Invar nh trên.
Máy thuỷ bình và mia Invar nh trên.
Giá trị góc i không đợc lớn hơn 8''.
d. Các yêu cầu về đo
Nh đã nói ở trên việc quan trắc để xác định độ lún công trình phải đợc
tiến hành theo một quy định đo cao hình học chính xác đặc biệt hay còn gọi là
đo cao hình học tia ngắm ngắn. Nh vậy khi tiến hành đo đạc hệ thống lới
quan trắc cần thực hiện đúng các yêu cầu kỹ thuật của thủy chuẩn hình học tia
ngắm ngắn đợc quy định ở bảng 1.3 .
Khi đo bằng một mia, phải đo theo trình tự (S -S -T -T). Thời gian đo một trạm
phải nhỏ hơn 5 phút.
Trớc khi tiến hành đo đạc cần phải thực hiện kiểm nghiệm máy và mia theo
yêu cầu của thủy chuẩn chính xác. Trong đó đặc biệt chú ý sai số góc i và độ
nghiêng của lới chỉ.
Trong mỗi chu kỳ công tác đo đạc phải đợc thực hiện bởi cùng 1 loại máy,
cùng 1 ngời đo, cùng 1 sơ đồ đo để đảm bảo :
j
H
m
=
1j

H
m
.
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 16 - Lớp Trắc địa B-K48
e. Xử lý số liệu đo đạc
Việc tính toán bình sai các kết quả quan trắc lún của từng chu kì và toàn bộ
quá trình đo đợc tiến hành bằng phơng pháp số bình phơng nhỏ nhất. Để
nhanh chóng và đảm bảo độ tin cậy cần thực hiện công việc này trên máy vi
tính với chơng trình mẫu đã đợc lập sẵn. Kết quả của quá trình tính toán
phải đạt đợc các nội dung sau:
- Độ lún, độ lún lớn nhất, độ lún nhỏ nhất, độ lún trung bình của tất cả các
điểm trên công trình (hay -Tốc độ lún, tốc độ lún lớn nhất, tốc độ lún nhỏ
nhất, tốc độ lún trung bình của tất cả các điểm và toàn công trình ).
- Chênh lệch lún trung bình của các điểm theo các chu kì và của toàn công trình;
- Sai số trung phơng xác định độ cao tại các điểm;
Toàn bộ các kết quả trên cần biểu thị bằng các biểu đồ:
- Biểu đồ lún đặc trng của các điểm lún lớn nhất và lún nhỏ nhất trong toàn
bộ thời gian đo lún nh hình 1.7.
- Mặt cắt độ lún theo trục (trục ngang và trục dọc công trình) nh hình 1.8.
- Bình đồ đờng đẳng lún ( đờng cùng độ cao) nh hình1.9.
- Mặt cắt lún theo không gian 3 chiều nh hình vẽ 1.10.
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 17 - Lớp Trắc địa B-K48
Hình 1.7 Biểu đồ lún đặc trng của các điểm lún lớn nhất
và nhỏ nhất trong toàn bộ thời gian đo lún.
Hình 1.8 Mặt cắt độ lún theo trục.
Hình1. 9 Bình đồ đờng đẳng lún.
Hình1.10 Mặt lún không gian ba chiều.
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp

Lơng Anh Tuấn - 18 - Lớp Trắc địa B-K48
1.2.4. Kỹ thuật xử lý số liệu quan trắc lún công trình
a. Yêu cầu của công tác xử lý số liệu
Công tác xử lý số liệu quan trắc lún công trình phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Trong tất cả các chu kỳ quan trắc cần phải tính toán bình sai lới trong
cùng một hệ thống độ cao đã chọn kể từ chu kỳ đầu tiên.
- Việc xử lý số liệu đo đạc phải đợc thực hiện sao cho các kết quả bình
sai không chịu ảnh hởng sai số của số liệu gốc (sai số xác định số liệu gốc)
và những chuyển dịch nếu có của các số liệu gốc.
b. Nhiệm vụ của công tác xử lý số liệu
Lới độ cao đo lún công trình thực chất là một mạng lới đo lặp ở nhiều thời
điểm (mỗi thời điểm là một chu kỳ). Việc xử lý hệ thống lới độ cao đo lún tại
một thời điểm nào đó thực chất là định vị mạng lới theo nhứng điểm độ cao
gốc ổn định tại thời điểm đó. Nh vậy, khi xử lý hệ thống lới độ cao đo lún
cần phải giải quyết đồng thời 2 nhiệm vụ sau đây:
- Phân tích hệ thống lới độ cao cơ sở, tìm ra những điểm độ cao gốc ổn định
và hiệu chỉnh vào những điểm không ổn định tại thời điểm xử lý lới.
- Bình sai lới quan trắc, xác định độ cao của các điểm đo lún gắn trên công trình.
Hai nhiệm vụ này đồng thời cũng là quy trình của việc xử lý số liệu quan trắc
lún công trình.
1.2.5. Tiêu chuẩn ổn định của các mốc độ cao cơ sở trong đo lún
công trình [5]
Nh chúng ta đã biết, lới độ cao đo lún công trình là hệ thống lới độc
lập 2 cấp, trong đó các điểm độ cao cơ sở tại thời điểm xử lý lới cha hẳn đã
hoàn toàn ổn định: chúng có bản chất là lới tự do. Hơn nữa, giá trị giới hạn
về sự ổn định của các mốc cơ sở cần phải đợc xác định xuất phát từ độ chính
xác cần thiết đo lún công trình. Phù hợp với đặc điểm đó, trong đồ án này
chúng tôi xin đa ra tiêu chuẩn ổn định của các mốc cơ sở do TS. Nguyễn
Quang Phúc đề xuất. Cụ thể nh sau:
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp

Lơng Anh Tuấn - 19 - Lớp Trắc địa B-K48
Gọi:
S
m
là sai số trung phơng xác định độ lún công trình.
I
S
m
,
II
S
m
là thành phần ảnh hởng của các bậc lới cơ sở và quan trắc đến
độ chính xác xác định lún của công trình.
i
H
là sự thay đổi độ cao của mốc độ cao cơ sở thứ i giữa 2 chu kỳ quan trắc.
Hệ thống lới khống chế độ cao trong đo lún công trình là hệ thống 2 bậc lới,
vì vậy ta có thể viết:
222
21
SSS
mmm
Mức ảnh hởng của mỗi bậc lới đến độ chính xác quan trắc lún khác nhau bởi hệ
số K (là hệ số biểu diễn mức ảnh hởng đến các bậc lới). Nghĩa là
II
S
m
= K.
I

S
m
.
Ta có :
1
2


K
m
m
S
S
I
Do đó, tiêu chuẩn ổn định của các mốc cơ sở là sự thay đổi độ cao của chúng
giữa hai thời điểm so sánh cần thoả mãn bất đẳng thức sau đây :
|
i
H
|

t.
I
S
m
(1.11)
(Những điểm có: |
i
H
|

t.
I
S
m
sẽ là những điểm không ổn định).
Với t là hệ số chuyển đổi từ giá trị trung phơng sang giá trị giới hạn.
Thông thờng chọn K = 3 và t = 3.
Trong phần lớn các trờng hợp, độ chính xác đo lún lấy bằng
)(0.1 mmm
S

.
Từ đây ta có thể xác định ảnh hởng của bậc lới cơ sở đến độ chính xác xác
định lún của công trình là:
mm
K
m
m
S
S
I
32.0
1
2



sVì thế trong phần lớn các trờng hợp, ta cần có:
|

i
H
|

t.
I
S
m
= 0.95 mm (1.12)
Với tiêu chuẩn ổn định nh trên hoàn toàn phù hợp, bởi vì:
- Lới độ cao đo lún công trình là hệ thống lới độc lập 2 cấp, trong đó các
điểm độ cao cơ sở tại thời điểm xử lý lới cha hẳn đã hoàn toàn ổn định:
chúng có bản chất là lới tự do.
- Giá trị giới hạn về sự ổn định của các mốc cơ sở đợc xác định xuất phát từ
độ chính xác cần thiết đo lún công trình.
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 20 - Lớp Trắc địa B-K48
1.3. thực trạng công tác quan trắc chuyển dịch và biến
dạng công trình ở nớc ta
Đất nớc đang dần chuyển mình mạnh mẽ bớc vào giai đoạn công nghiệp
hóa, hiện đại hóa. Một trong những minh chứng cho sự chuyển mình đó là tốc
độ xây dựng cơ sở hạ tầng phục vụ phát triển kinh tế và đáp ứng nhu cầu đời
sống xã hội. Trong bối cảnh đó, công tác trắc địa nói chung và công tác quan
trắc công trình nói riêng đóng một vai trò quan trọng. Nớc ta nằm trong khu
vực chịu ảnh hởng trực tiếp của khí hậu nhiệt đới gió mùa nên thờng xuyên
xẩy ra bão lũ, khí hậu khắc nghiệt. Với địa chất ở các khu vực là không đồng
đều và có những khu vực địa chất rất yếu, mạng lới sông ngòi dày đặc thờng
xuyên xẩy ra hiện tợng sụt lún, và bên cạnh đó là vấn đề khai thác nguồn
nớc ngầm cha hợp lý Những lý do trên đã tác động trực tiếp tới các công
trình xây dựng gây nên hiện tợng chuyển dịch và biến dạng công trình.

Tiêu biểu là ở TP Hà Nội, Hà Nội vốn nằm trên nền đất bùn, kém ổn định, lại
thêm việc khai thác nớc ngầm ồ ạt đã dẫn tới sự sụt lún của lớp đất nền. Có
thể nêu ra một số công trình tiêu biểu đó là:
- Khu chung c 5 tầng C1 Thành Công- Ba Đình, tầng 1 ban đầu cao
2.5m nay chỉ còn 1m, nơi lún nhiều nhất là 1.8m.
Hình 1.11 Nhà C1 Thành Công lún (a) 1.5m và nghiêng (b) 15
0
- Theo Viện khoa học công nghệ và kinh tế xây dựng Hà Nội Sở xây dựng
Hà Nội, kết quả quan trắc lún bề mặt đất tại 10 trạm đo lún trong những năm
qua đã phản ánh sự sụt lún tại 10 vị trí. Có nhiều nơi tốc độ lún là tơng đối
lún nh : khu Thành Công là 41.42mm/năm, khu Ngô Sỹ Liên là
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 21 - Lớp Trắc địa B-K48
31.52m/năm, khu Pháp Vân là 22.16 mm/năm
Do đó, ở nớc ta việc theo dõi chuyển dịch và biến dạng các công trình xây dựng
đang đợc nhiều đơn vị và tổ chức quan tâm. Tuy nhiên công tác theo dõi chuyển
dịch và biến dạng công trình xây dựng đợc thực hiện cho những công trình lớn
và trung bình nh nhà cao tầng, nhà máy, đập thủy điện, công trình giao thông.
Với các công trình vừa và nhỏ nh công trình dân dụngthì công tác quan trắc
chuyển dịch biến dạng cha đợc chú trọng đúng mức hoặc có thể do một số lý
do khác mà hiện tợng các công trình này bị chuyển dịch và biến dạng ngoài khả
năng kiểm soát đã gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng . Đây là vấn đề còn bất
cập, nếu chúng ta có những biện pháp theo dõi từ đó có thể đa ra đợc những
cảnh báo và tìm đợc những biện pháp phòng chống hiệu quả của chuyển dịch và
biến dạng công trình. Nhất là với tốc độ phát triển cơ sở hạ tầng rất mạnh nh
hiện nay, thông tin về chuyển dịch biến dạng luôn có giá trị cao.
- Hiện nay ở Việt Nam, quan trắc lún công trình đợc thực hiện chủ yếu bằng
phơng pháp đo cao hình học.
- Máy móc sử dụng thờng là máy thuỷ chuẩn có độ chính xác cao nh
Ni004, Ni007 và các máy có độ chính xác tơng đơng. Thời gian gần đây còn

có sử dụng thêm máy thuỷ chuẩn số nh DNA03, DNA10
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 22 - Lớp Trắc địa B-K48
Chơng 2
Khảo sát phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do
2.1. khái niệm về lới trắc địa tự do
Trong các mạng lới trắc địa, tuỳ thuộc vào số lợng và chất lợng của số
liệu gốc (số liệu khởi tính), có thể chia ra làm hai loại lới sau đây [2].
2.1.1 Lới phụ thuộc
Là lới có thừa số liệu gốc để xác định hình dạng, kích thớc và định vị lới
trong một hệ toạ độ nào đó. Số liệu gốc thừa có thể là:
- Toạ độ (hoặc cao độ) các điểm khởi tính của lới cấp trên.
- Các chiều dài cạnh hoặc các phơng vị cạnh khởi tính đã đợc xác định
với độ chính xác cao, coi nh không có sai số.
2.1.2. Lới tự do
Loại lới này có thể phân ra thành 2 trờng hợp:
a. Lới tự do không có số khuyết
Là lới có số liệu gốc tối thiểu vừa đủ để xác định hình dạng, kích thớc
và định vị lới trong một hệ toạ độ. Nh đã biết, số liệu gốc tối thiểu vừa đủ
đối với lới trắc địa mặt bằng là 4, bao gồm 4 toạ độ của 2 điểm hoặc 2 toạ độ
của một điểm, chiều dài và phơng vị của một cạnh. Với lới độ cao, số liệu
gốc tối thiểu vừa đủ là 1 và với lới toạ độ không gian là 7. Loại lới này còn
có tên gọi là lới tự do bậc 0.
b. Lới tự do có số khuyết
Là lới thiếu số liệu gốc tối thiểu cần thiết cho việc định vị. Đối với lới
mặt bằng, số khuyết d có thể bằng 1, 2, 3 hoặc 4; với lới độ cao , số khuyết
lớn nhất là 1 và đối với lới không gian thì số khuyết lớn nhất là 7. Trong đồ
an này đề lới tự do đợc hiểu là lới tự do có số khuyết d > 0.
Xét về mặt chất lợng, nếu lới trắc địa số liệu gốc có sai số vợt quá sai số đo
thì mạng lới cũng đợc coi là lới tự do, trong trờng hợp này số liệu gốc chỉ

có tác dụng là cơ sở cho việc định vị lới.
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Lơng Anh Tuấn - 23 - Lớp Trắc địa B-K48
2.2. mô hình toán học của phơng pháp bình sai lới tự do
2.2.1 Mô hình bài toán bình sai lới tự do
Chúng ta hãy xem xét mô hình bài toán bình sai lới tự do trên cơ sở của
phơng pháp bình sai gián tiếp kèm điều kiện.
Giả sử một mạng lới tự do đợc bình sai theo phơng pháp bình sai gián tiếp:
Hệ phơng trình số hiệu chỉnh đợc xác định là:
LXAV .
(2.1)
Trong đó: V, L là vector số hiệu chỉnh và vector số hạng tự do
A
là ma trận hệ số
X
là vector ẩn số
Trong lới tự do thiếu các yếu tố định vị tối thiểu nên ma trận hệ số hệ phơng
trình số hiệu chỉnh (2.1) có các cột phụ thuộc (số lợng cột phụ thuộc bằng số
khuyết trong lới).
Khi chuyển từ hệ phơng trình số hiệu chỉnh đến hệ phơng trình chuẩn theo
nguyên lý số bình phơng nhỏ nhất sẽ thu đợc:
R
.
X
+
b
= 0 (2.2)
Với:
PAAR
T

,
PLAb
T

Do lới còn thiếu số liệu gốc tối thiểu nên hệ phơng trình (2.2) có những
đặc điểm sau :
- Tổng các phần tử theo hàng hoặc theo cột đều bằng 0:



t
j
ị
t
i
ị
rr
11
0
- Không tồn tại phép nghịch đảo ma trận R, do Det(R) = 0
Hệ phơng trình chuẩn (2.2) vì vậy không thể giải hệ trên theo các phơng
pháp thông thờng. Muốn giải đợc nó cần bổ sung điều kiện:
T
C
.
X
+
C
L

= 0 (2.3)
Trong đó,
C
L
là vector không ngẫu nhiên tự chọn, thông thờng
C
L
= 0.
Ma trận
T
C
có
d
hàng độc lập tuyến tính.
Giải bài toán để ma trận
X
thoả mãn đồng thời điều kiện (2.1) và (2.3) ta sử
dụng nguyên lý số bình phơng nhỏ nhất dạng: