Nghiên cứu phương pháp trắc địa quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng ( thông tin đưa lên website ) )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT







TRẦN NGỌC ĐÔNG



NGHIÊN CỨ ẮC,
PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG NỀ
NHÀ CAO TẦNG



Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số: 62520503






TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2014

Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa công trình,
Khoa Trắc địa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội


Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Khánh
Trường Đại học Mỏ - Địa chất


Phản biện 1: TS Dương Chí Công
Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ

Phản biện 2: TS Nguyễn Văn Vấn
Hội Trắc địa Bản đồ và Viễn thám Việt Nam

Phản biện 3: TS Vũ Văn Đồng
Cục Bản đồ - Bộ Tổng tham mưu


Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp
Trường, họp tại Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi … giờ … ngày
… tháng… năm…

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc
Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất
1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời gian gần đây, khi thi công hố đào để thi công móng và tầng hầm
nhà cao tầng không ít công trình lân cận hố đào thường xảy ra sự cố nặng nề,
gây nhiều tổn thất về kinh tế và gây ra bức xúc trong xã hội. Những tồn tại đó
phần lớn là do không kịp thời theo dõi quan trắc và phân tích những tác động do
quá trình thi công móng và tầng hầm có thể gây ra.
Hiện nay vấn đề quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm nhà
cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng trở nên cấp thiết. Tuy nhiên, vấn đề
trên vẫn chưa được chú trọng thích đáng, chưa có những nghiên cứu thấu đáo,
hoàn chỉnh và một giải pháp kỹ thuật nào được đề xuất. Vì vậy, nghiên cứu
phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình
nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng là rất cần thiết. Góp phần không
chỉ nhằm an toàn cho toàn nhà cao tầng mà còn cả các công trình lân cận, con
người và các sinh hoạt bình thường của cư dân.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm góp phần phát triển và hoàn thiện
phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng, đánh giá và mô hình hóa quá trình
chuyển dịch của nền móng và tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công
xây dựng.
- Đối tượng nghiên cứu là: phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng nền
móng và tầng hầm của các công trình nhà cao tầng ở Việt Nam.
- Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: Nghiên cứu phương pháp trắc địa,
phương pháp sử dụng cảm biến quan trắc biến dạng nền móng và tường vây

nhà cao tầng; nghiên cứu kết hợp phương pháp trắc địa và phương pháp sử
dụng cảm biến để nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả quan trắc biến dạng
nền móng và tầng hầm; phân tích, đánh giá và mô hình hóa quá trình chuyển
dịch của nền móng và tường vây nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng
và tầng hầm.
3. Nội dung nghiên cứu
1- Nghiên cứu kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng cảm
biến để quan trắc lún nền móng và chuyển dịch ngang tường vây công trình nhà
cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm.
2- Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc tự động để quan trắc liên tục
chuyển dịch của tường vây.
3- Xây dựng mô hình chuyển dịch, phân tích, đánh giá, dự báo chuyển dịch nền
móng và tường vây nhà cao tầng.
4- Lập phần mềm phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thống kê, phương pháp phân tích, phương pháp thực
nghiệm, phương pháp so sánh, phương pháp ứng dụng tin học, phương pháp
toán học.
2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển và hoàn thiện phương pháp quan
trắc, phân tích biến dạng và mô hình hóa quá trình chuyển dịch của nền móng,
tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng.
Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để quan
trắc, phân tích, đánh giá và dự báo biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao
tầng trong giai đoạn thi công xây dựng ở thực tế sản xuất. Góp phần phòng
ngừa sự cố đối với công trình và các công trình lân cận.
6. Các luận điểm bảo vệ
- Luận điểm thứ nhất: Giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp

sử dụng cảm biến như đề xuất trong luận án cho phép nâng cao hiệu quả công
tác quan trắc biến dạng nền móng và tường vây nhà cao tầng.
- Luận điểm thứ hai: Mô hình biến dạng công trình thành lập trên cơ sở số liệu
quan trắc cho phép đánh giá độ lún cũng như chuyển dịch ngang nền móng,
tường vây nhà cao tầng theo thời gian, trong không gian và đánh giá sự phụ
thuộc giữa biến dạng với tác nhân gây ra biến dạng đó.
7. Các điểm mới của luận án
1- Đề xuất giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng
cảm biến để nâng cao chất lượng, hiệu quả công tác quan trắc biến dạng nền
móng và tường vây nhà cao tầng.
2- Đề xuất thành lập các mô hình biến dạng nền móng, tường vây nhà cao tầng
theo thời gian, trong không gian và đánh giá sự phụ thuộc giữa biến dạng với
các tác nhân gây ra biến dạng.
3- Thành lập phần mềm phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình
nhà cao tầng.
8. Cấu trúc và nội dung luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận án được trình bày trong 5 chương với
hơn 130 trang thuyết minh, hình vẽ và bảng biểu.
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG NỀN MÓNG VÀ
TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI
CÔNG XÂY DỰNG
1.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu ở ngoài nước
1- Quan trắc chuyển dịch nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công
móng và tầng hầm.
- Xác định nội dung quan trắc [82].
- Phương pháp quan trắc: Phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm
biến [46], [47], [48], [49], [52], [53], [54].
2- Phân tích đánh giá kết quả quan trắc chuyển dịch nền móng và tầng hầm
nhà cao tầng [47], [50], [53], [60], [62].
3- Tự động hóa quá trình quan trắc và xử lý số liệu [51], [55], [57], [58],

[61], [63].
1.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu ở trong nước
3

1- Nghiên cứu về lý thuyết
- Nghiên cứu phương pháp và quy trình quan trắc biến dạng công trình [3], [4],
[5], [9], [13], [27], [28], [29].
- Nghiên cứu về thiết kế lưới và xử lý số liệu quan trắc biến dạng công trình [2],
[10], [15], [19], [[20], [32].
- Nghiên cứu ứng dụng các thiết bị hiện đại trong quan trắc biến dạng công
trình [3], [5], [32].
- Nghiên cứu phân tích biến dạng công trình [18], [19], [29], [32].
- Nghiên cứu ứng dụng tin học vào xử lý số liệu quan trắc biến dạng công trình
[8], [21], [29].
2- Triển khai công tác quan trắc nền móng nhà trong thực tế
Công tác quan trắc nền móng nhà cao tầng có các công trình nghiên cứu [1] và
một số công trình nghiên cứu đã trở thành tiêu chuẩn Quốc gia như [34], [35],
[37], [38].
- Xác định nội dung quan trắc [36].
- Phương pháp quan trắc: Phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến.
1.3. Đánh giá chung về tình hình nghiên cứu
1- Trên thế giới, nhìn chung các nghiên cứu về lĩnh vực này có một số điểm chưa
phù hợp với điều kiện Việt Nam (đất yếu, xây chen, yếu tố xây dựng, ).
2- Ở Việt Nam, chủ yếu sử dụng các thiết bị công nghệ hiện đại nhập khẩu,
chưa có điều kiện chế tạo các thiết bị đo chuyên dùng cho công tác quan trắc
biến dạng công trình.
1.4. Vấn đề tồn tại và định hướng nghiên cứu trong luận án
Hiện nay phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến để quan
trắc biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng vẫn đang tách biệt với nhau.
Vì vậy, nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử

dụng cảm biến nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả công tác quan trắc biến
dạng nền móng nhà cao tầng là việc làm cần thiết.
Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc tự động để tự động quan trắc liên
tục chuyển dịch của tường vây công trình nhà cao tầng nhằm góp phần phòng
ngừa sự cố có thể xảy ra trong quá trình thi công hố đào là cần thiết.
Hiện nay các số liệu quan trắc trong giai đoạn này mới chỉ ở khâu cung cấp
số liệu chứ vẫn chưa có những phân tích đánh giá cụ thể ảnh hưởng của quá trình
thi công hố đào đến các công trình lân cận. Do đó cần tiến hành nghiên cứu, phân
tích số liệu quan trắc, thành lập mô hình chuyển dịch nền móng và chuyển dịch
của tường vây nhằm kiểm soát sự cố có thể xảy ra đối với công trình.
Chương 2. QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG
TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG
2.1. Yêu cầu kỹ thuật quan trắc độ lún trong quá trình xây dựng móng và
tầng hầm nhà cao tầng
2.1.1. Nguyên nhân gây ra độ lún trong quá trình thi công móng và tầng hầm
4

Trong quá trình thi công hố đào để thi công móng và tầng hầm, khi lấy đi
một lượng đất nào đó sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất nên dẫn tới biến dạng
của khối đất quanh hố đào. Đất sẽ chuyển dịch về phía hố đào, độ lớn của
chuyển dịch phụ thuộc vào chất lượng của kết cấu chống giữ, loại đất, khoảng
cách cũng như vị trí và tải trọng của công trình lân cận. Tổng hợp các loại
chuyển dịch này sẽ làm mặt đất lân cận hố đào lún xuống. Nếu trong vùng ảnh
hưởng này có các công trình thì chúng sẽ bị biến dạng.
2.1.2. Nội dung công tác quan trắc độ lún trong quá trình thi công móng và
tầng hầm
- Quan trắc lún bề mặt đất, quan trắc lún theo chiều sâu của các lớp đất
xung quanh hố đào.
- Quan trắc lún các công trình lân cận.
- Quan trắc trồi hố móng (bùng nền đáy hố đào).

- Theo [35] việc đo và xác định độ lún của công trình cần được tiến hành
ngay từ khi xây xong phần móng. Do vậy, khi thi công xây dựng tầng hầm,
công trình đã có tải trọng nên cần quan trắc độ lún của công trình ngay cả trong
giai đoạn này.
2.1.3. Xác định vùng quan trắc lún trong quá trình thi công móng và
tầng hầm
Trong trường hợp thiết kế không đưa ra vùng cần quan trắc lún thì chúng ta
có thể tính vùng ảnh hưởng này theo các công thức ước tính của lý thuyết cơ
học đất. Theo đó, phạm vi ảnh hưởng của đất xung quanh hố đào ước tính theo
công thức [80]:
o
o
B = H . tg(45 - / 2 )
(2.1)
Trong đó: B
o
- Phạm vi ảnh hưởng lún của khối đất (m); H - Độ sâu của kết cấu
tường chắn (m); φ - Góc ma sát trong của đất (
o
).
2.1.4. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc lún trong quá trình thi công
móng và tầng hầm
2.1.4.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún
Cách 1: Dựa vào giá trị độ lún dự báo (do đơn vị thiết kế cung cấp) để xác
định yêu cầu độ chính xác quan trắc.
Cách 2: Có thể sử dụng các cấp hạng đo lún trong TCVN 9360:2012 [35]
để quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng. Theo tiêu chuẩn này việc đo độ lún
công trình được chia làm ba cấp: cấp I, cấp II và cấp III.
2.1.4.2. Chu kỳ quan trắc lún
Chu kỳ quan trắc lún trong quá trình thi công móng và tầng hầm phụ thuộc

vào tốc độ thi công mà xác định.
2.2. Quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công
móng và tầng hầm bằng phương pháp trắc địa
2.2.1. Kết cấu mốc quan trắc lún nền móng và tầng hầm nhà cao tầng
2.2.2. Thiết kế hệ thống lưới quan trắc
5

Hệ thống lưới độ cao quan quan trắc lún công trình thường được thiết kế
gồm 2 bậc lưới: lưới độ cao cơ sở và lưới quan trắc.
2.2.3. Quan trắc lún nền đất xung quanh hố móng
Độ cao của điểm quan trắc lún nền đất xung quanh hố móng nên đo theo
phương pháp đo cao hình học với độ chính xác theo đo lún cấp III.
2.2.4. Quan trắc lún các công trình lân cận hố đào
Độ chính xác đo lún các công trình lân cận (nhà dân, công trình bê tông cốt
thép) cần đo lún với độ chính xác đo lún cấp II.
2.2.5. Quan trắc trồi hố móng
Độ cao của điểm quan trắc biến dạng trồi hố móng nên đo theo phương
pháp đo cao hình học với độ chính xác theo đo lún cấp III.
2.2.6. Quan trắc lún công trình chính trong quá trình thi công tầng hầm
Quan trắc lún công trình chính thực chất là quan trắc lún tường vây (tường
tầng hầm) và các phần bên trong tường vây (cột, vách, vách thang máy, …). Độ
chính xác đo lún cho công trình chính cần đo lún với độ chính xác đo lún cấp II.
2.2.7. Xử lý số liệu quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn
thi công móng và tầng hầm
2.2.7.1. Phân tích độ ổn định mốc độ cao cơ sở
Tiêu chuẩn ổn định của mốc độ cao cơ sở:
S
i
2
m

| S | t.
1k

(2.15)
Trong công thức (2.15): S
i
- độ lún của điểm độ cao cơ sở ở chu kỳ đang
xét so với chu kỳ đầu; m
S
- yêu cầu độ chính xác xác định độ lún; t: là hệ số xác
định tiêu chuẩn sai số giới hạn (t = 2÷3); k - hệ số suy giảm độ chính xác giữa
các bậc lưới (k = 2÷3).
2.2.7.2. Tính toán bình sai lưới độ cao quan trắc lún
2.2.7.3. Tính toán tham số độ lún công trình
2.2.8. Nhận xét về quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng bằng phương
pháp trắc địa
Phương pháp trắc địa có ưu điểm là cho phép đạt độ chính xác cao, cho giá trị
độ lún tuyệt đối. Nhược điểm của phương pháp là để quan trắc lún các lớp đất theo
chiều sâu (quan trắc lún các tầng đất nền) đòi hỏi phải thi công các mốc quan trắc
riêng biệt cho nên công lắp đặt lớn, do tại mỗi vị trí độ sâu cần quan trắc phải thực
hiện một hố khoan riêng biệt để lắp đặt mốc.
2.3. Quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây
dựng bằng cảm biến
2.3.1. Cấu tạo hệ thống đĩa từ
Đĩa từ là loại thiết bị chuyên dùng để quan trắc độ lún theo nguyên lý cảm
ứng từ. Hệ thống thiết bị đĩa từ bao gồm: Ống dẫn hướng, nam châm chuẩn,
6

nam châm nhện, nam châm đĩa, dây đo và đầu dò từ.

Hình 2.9. Quan trắc lún bằng đĩa từ [17]
P O O P
H = H + L - L
(2.18)
Trong đó: H
P
: Độ cao điểm P; H
o
: Độ cao mốc đáy (độ cao mốc chuẩn); L
o
:
Khoảng cách giữa đỉnh ống và mốc đáy; L
P
: Khoảng cách từ đỉnh ống đến điểm
quan trắc P.
Giá trị độ lún của điểm quan trắc được xác định bằng cách so sánh độ cao
của điểm đó ở 2 chu kỳ đo khác nhau.

2.3.4. Độ chính xác đo lún bằng phương pháp đĩa từ
Theo tài liệu [14] thì sai số trung phương độ lún xác định theo công nghệ
đĩa từ đạt cỡ (5 8) mm.
2.3.5. Ví dụ đo lún nền công trình bằng đĩa từ
2.3.6. Nhận xét quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng bằng cảm biến
Phương pháp sử dụng cảm biến (đĩa từ) có ưu điểm là tại một lỗ khoan có
thể bố trí nhiều mốc quan trắc cho nhiều độ sâu khác nhau. Nhược điểm của
phương pháp là lấy điểm đáy ống làm chuẩn. Vì vậy, đòi hỏi đáy ống dẫn
hướng cần được neo vào lớp đất đá ổn định nằm ở dưới sâu (không bị lún).
Trong trường hợp lớp đất đá này nằm ở quá sâu thì khó lắp đặt và không hợp lý
về kinh tế để khoan sâu. Mặt khác, trong mỗi chu kỳ quan trắc không thể đánh
giá được độ ổn định của điểm tham chiếu cho nên dẫn tới tình trạng nếu điểm
tham chiếu bị lún thì giá trị độ lún thu được tại các bàn đo lún sẽ không phản
ánh chính xác độ lún của các lớp đất được quan trắc.
2.4. Giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm
biến quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng
Để khắc phục nhược điểm của phương pháp trắc địa và phương pháp sử
dụng cảm biến, trong luận án đề xuất sử dụng kết hợp hai phương pháp với
nhau để quan trắc lún các lớp đất và trồi hố móng. Quá trình kết hợp được thực
2.3.2. Phương pháp lắp đặt
Ống dẫn hướng có chân
nhện từ được lắp đặt trong hố
khoan và bố trí theo thứ tự
như hình 2.9.
2.3.3. Nguyên lý đo độ lún
bằng đĩa từ
Trong phương pháp đĩa
từ lấy điểm đáy ống làm
chuẩn và độ cao điểm quan
trắc được xác định như sau

(hình 2.9).


. . . . . .
. .
. . . . . .
. . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . .
. . . . . .
Đầu dò
Nam châm đĩa
Nam châm nhện
Nam châm chuẩn
Đất đắp
Đá gốc
L

0

L
P

A
P
1

O
P
n

P
i

Dây đo

7

hiện như sau:
2.4.1. Trường hợp đáy ống dẫn hướng được neo vào lớp đất đá ổn định
Sai số khép đo độ lún bằng đĩa từ ( ), được tính theo công thức sau:
Δ
§T T§
= S - S
(2.19)
Trong công thức (2.19): S
ĐT
- độ lún điểm đỉnh ống (điểm A – hình 2.9) đo bằng

đĩa từ; S
TĐ
- độ lún điểm đỉnh ống đo bằng trắc địa.
Phân phối sai số khép ( ) cho các điểm đo nằm ở dưới sâu theo nguyên tắc tỷ
lệ thuận với khoảng cách từ đáy ống đến điểm đo sẽ xác định được các giá trị độ
lún tại các bàn đo lún với độ chính xác được nâng cao (công thức 2.20).
Δ
i
ii
OP
§T
PP
OA
.L
S = S -
L
(2.20)
Trong đó:
i
§T
P
S
: độ lún của điểm P
i
đo bằng đĩa từ;
i
OP
L
: khoảng cách từ điểm
đáy ống đến điểm quan trắc P

i
;
OA
L
: khoảng cách từ điểm đáy ống đến điểm
quan trắc A ở đỉnh ống.
2.4.2. Trường hợp đáy ống dẫn hướng được neo vào lớp đất đá không ổn định
Đối với trường hợp này giá trị tính được theo công thức (2.19) có thể coi
là độ lún của điểm tham chiếu ở đáy ống, khi đó tiến hành hiệu chỉnh giá trị
cho các điểm đo nằm ở dưới sâu theo công thức sau:
Δ
ii
§T
PP
S = S -
(2.21)
Cũng trong trường hợp này, có thể sử dụng điểm đỉnh ống để làm điểm
tham chiếu. Độ cao của điểm tham chiếu được xác định bằng phương pháp trắc
địa (thường là đo thủy chuẩn hình học).
2.4.3. Ví dụ đo lún nền công trình bằng phương pháp trắc địa kết hợp đĩa từ
2.4.3.1. Ví dụ trong trường hợp đáy ống dẫn hướng neo vào lớp đất đá ổn định
2.4.3.2. Ví dụ trong trường hợp đáy ống dẫn hướng không neo vào lớp đất đá
ổn định
2.4.4. Nhận xét quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng bằng phương pháp
trắc địa kết hợp với phương pháp sử dụng cảm biến
Giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến (đĩa
từ) để quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng có ý nghĩa như sau:
- Nâng cao độ chính xác đo độ lún tại các bàn quan trắc lún (trong trường
hợp đáy ống dẫn hướng được neo vào lớp đất đá ổn định).
- Cho phép lấy điểm đỉnh ống làm chuẩn để xác định độ lún tại các bàn quan

trắc lún. Như vậy, trong trường hợp này thì ống dẫn hướng không cần neo vào
nền đất đá ổn định mà chỉ cần lắp đặt ống dẫn hướng đến độ sâu của lớp đất cần
quan trắc lún, do đó sẽ thuận lợi cho việc thi công lắp đặt ống dẫn hướng, cho
phép nâng cao hiệu quả công tác quan trắc lún nền móng công trình nhà cao tầng.
Chương 3. QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG TƯỜNG VÂY NHÀ
CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG MÓNG VÀ TẦNG HẦM
8

3.1. Yêu cầu kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang tường vây nhà cao tầng
3.1.1. Một số khái niệm chung về thi công móng và tầng hầm nhà cao tầng
3.1.1.1. Các biện pháp thi công tầng hầm nhà cao tầng
3.1.1.2. Các biện pháp chắn đất để thi công hố đào trong quá trình thi công
móng và tầng hầm
3.1.1.3. Tường vây nhà cao tầng
3.1.2 Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng của tường vây
Trong quá trình đào đất để thi công móng và tầng hầm công trình nhà cao
tầng, khi lấy đi một lượng đất nào đó sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất dẫn tới
biến dạng của khối đất quanh hố đào. Đất sẽ chuyển dịch về phía hố đào và làm
cho tường vây có thể bị chuyển dịch.
3.1.3. Mục đích quan trắc chuyển dịch ngang của tường vây
Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây nhằm các mục đích xác định mức
độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch biến
dạng của tường vây và từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng sự cố đối với công
trình và công trình lân cận.
3.1.4. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc chuyển dịch ngang
tường vây
3.1.4.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc
Cách 1: Dựa vào giá trị chuyển dịch ngang dự báo (do đơn vị thiết kế cung
cấp) để xác định yêu cầu độ chính xác quan trắc.
Cách 2: Có thể sử dụng các cấp đo chuyển dịch ngang trong TCVN

9399:2012 “Nhà và công trình xây dựng - Xác định chuyển dịch ngang bằng
phương pháp trắc địa” [38] để quan trắc chuyển dịch ngang tường vây.
3.1.4.2. Chu kỳ quan trắc chuyển dịch ngang tường vây
Chu kỳ quan trắc phụ thuộc vào tốc độ thi công hố đào.
3.2. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng phương pháp trắc địa
3.2.1. Thiết kế kết cấu và phân bố mốc quan trắc chuyển dịch ngang
tường vây
3.2.2. Thiết kế hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch ngang tường vây
Hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch ngang tường vây thường được thiết kế
gồm 2 bậc lưới là bậc lưới khống chế cơ sở và bậc lưới quan trắc.
Yêu cầu sai số xác định chuyển dịch đối với các cấp lưới được xác định
theo các công thức sau:
- Đối với lưới cơ sở:

CS
q
q
2
m
m =
1k
(3.3)
- Đối với lưới quan trắc:

QT
q
q
2
k.m
m =

1k
(3.4)
Trong các công thức (3.3) và (3.4): m
q
- độ chính xác yêu cầu quan trắc chuyển
9

dịch ngang; k là hệ số giảm độ chính xác giữa 2 cấp lưới (thông thường k = 2÷3).
3.2.3. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng lưới đo góc - cạnh
3.2.3.1. Phương pháp tam giác
3.2.3.2. Phương pháp đa giác
3.2.3.3. Phương pháp giao hội
3.2.4. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng phương pháp
hướng chuẩn
3.2.5. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng hệ thống quan trắc
tự động
3.2.5.1. Giới thiệu hệ thống quan trắc tự động
3.2.5.2. Quan trắc tự động chuyển dịch tường vây bằng máy toàn đạc điện tử
3.2.5.3. Phần mềm xử lý số liệu quan trắc tự động
3.2.6. Xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang tường vây
3.2.6.1. Phân tích đánh giá độ ổn định các mốc cơ sở trong quan trắc chuyển
dịch ngang tường vây
Cũng giống như trong quan trắc lún tiêu chuẩn ổn định của điểm khống
chế cơ sở là:

q
i
2
m
q t.

1k

(3.7)
Trong công thức (3.7): q
i
- chuyển dịch ngang của điểm khống chế cơ sở
ở chu kỳ đang xét so với chu kỳ đầu; m
q
- yêu cầu độ chính xác xác định
chuyển dịch ngang; t: là hệ số xác định tiêu chuẩn sai số giới hạn (t = 2÷3); k
- hệ số suy giảm độ chính xác giữa các bậc lưới (k = 2÷3).
3.2.6.2. Bình sai lưới quan trắc
3.2.7. Tính toán tham số chuyển dịch ngang của tường vây
3.2.7.1. Tính toán các tham số chuyển dịch cục bộ
3.2.7.2. Thể hiện đồ họa chuyển dịch ngang tường vây
3.2.8. Đề xuất xử lý số liệu hệ thống quan trắc tự động khi quan trắc nhiều
hơn một trạm máy
Phương pháp quan trắc tự
động bằng máy toàn đạc điện tử từ
một trạm máy thực chất là phương
pháp đo tọa độ cực và không có trị
đo thừa do đó độ tin cậy không
cao và có thể dẫn tới sai lầm. Để
tăng thêm trị đo thừa của trị đo cần
áp dụng phương pháp quan trắc từ
hai hay nhiều trạm máy cùng một
thời điểm.

Hình 3.20. Đồ hình quan trắc
tự động nhiều hơn 1 trạm máy
Để xác định tọa độ tin cậy nhất của điểm quan trắc thì cần tiến hành bình sai
A

3

y
O

x
B
P
S
1
α
1
S
2
α
2

1 2

C
S
3
α
3
10

tọa độ của điểm quan trắc. Quá trình tính toán xử lý số liệu được thực hiện như sau:
Từ hình 3.20, tọa độ của điểm quan trắc được xác định theo công thức:
G 0 G
G 0 G
x x S.cos( ) x S.cos
y y S.sin( ) y S.sin
(3.14)
Triển khai tuyến tính biểu thức (3.14) với tọa độ gần đúng của điểm quan trắc
x
(0)
,
y
(0)
thu được:
(0)
G
(0)
G
x - x
x cos -S.sin dS
x
y sin S.cos d
y - y

(3.16)
Trong (3.14) và (3.16): x
G,
y
G
- tọa độ điểm trạm máy; dS, dβ - số hiệu chỉnh đối
với các trị đo S và β.
Ký hiệu: K
xy
là ma trận tương quan của tọa độ điểm quan trắc (x, y) và K
Sα
là
ma trận tương quan của cạnh đo (S, β). Khi đó:

XY S
cos S.sin cos sin
K .K .
sin S.cos S.sin S.cos
(3.17)
Với
2
S
S
2
m0
K
0m

Ma trận trọng số của trị đo (x, y) là:

21
xy xy
P .K

(3.19)
Phương trình số hiệu chỉnh tọa độ điểm quan trắc:

ii
ii
xx
yy
vl
1 0 x
x
v 0 1 y l
(i=1÷n) (3.21)
Trên cơ sở công thức (3.21), áp dụng nguyên lý số bình phương nhỏ nhất
để lập và giải hệ phương trình chuẩn để xác định số hiệu chỉnh tọa độ đối với
điểm quan trắc và tính tọa độ sau bình sai theo công thức:

δ
δ
(0)
(0)
x = x + x
y = y + y
(3.27)
3.2.9. Nhận xét chung về quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng
phương pháp trắc địa

Phương pháp trắc địa có ưu điểm là cho phép đạt độ chính xác cao và xác
định được giá trị chuyển dịch tuyệt đối, tuy nhiên nhược điểm cơ bản của
phương pháp là chỉ thuận tiện để quan trắc chuyển dịch của các điểm phân bố ở
đỉnh tường vây. Trong khi đó, khi thi công móng và tầng hầm công trình nhà
cao tầng yêu cầu phải quan trắc tường vây theo chiều sâu trong suốt quá trình
thi công móng và tầng hầm.
3.3. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng cảm biến Inclinometer
3.3.1. Cấu tạo Inclinometer
11

Inclinometer là thiết bị chuyên dùng để quan trắc chuyển dịch ngang theo
chiều sâu. Cấu tạo của thiết bị này gồm 4 bộ phận chính gồm: ống dẫn hướng, đầu
đo, cáp tín hiệu và thiết bị đọc số.
3.3.2. Nguyên lý đo chuyển dịch ngang bằng Inclinometer
Đo chuyển dịch bằng cảm biến Inclinometer là đo gián tiếp chuyển dịch
của đối tượng cần quan trắc thông qua chuyển dịch của ống dẫn hướng (hình
3.22, 3.23).

Hình 3.22. Các hướng quy ước trong quan trắc bằng Inclinometer


Hình 3.23. Sơ đồ tính toán trong đo chuyển dịch bằng Inclinometer
Phương pháp tính toán trong việc quan trắc chuyển dịch ngang bằng
Inclinometer là lấy đáy của ống đo làm cơ sở để xác định các chuyển dịch tại
các vị trí đo phía trên, do vậy đáy của ống đo phải đảm bảo điều kiện không
được chuyển dịch.
Trên hình 3.23, độ lệch ngang cho từng vị trí đo theo một trục được xác
định theo công thức:
ii
d L.sin

(3.28)
Trong đó: d
i
- độ lệch ngang giữa hai điểm đo liền nhau theo một trục; L -
khoảng cách đo giữa hai điểm liền nhau;
θ
i
-là góc nghiêng so với phương thẳng
đứng ở điểm đo thứ i.
Giá trị độ lệch ngang của một điểm bất kỳ theo một trục là tổng giá trị đo
từ đáy ống đến điểm ấy (hình 3.23), nó được gọi là giá trị tích lũy (d) và được
12

tính theo công thức sau:
d = d
1
+ d
2
+ d
3
+…+ d
n
(3.32)
Trong đó: d - là độ lệch ngang của điểm n kể từ đáy ống (theo 1 trục); d
i
- độ
lệch ngang của từng điểm theo 1 hướng trục (i = 1 ÷ n).
Sự thay đổi độ lệch ngang tại mỗi khoảng cách đo ở các chu kỳ quan trắc
cho thấy ống dẫn hướng có sự chuyển dịch. Chuyển dịch được tính bằng cách
lấy độ lệch ngang hiện tại trừ đi độ lệch ngang ban đầu.

3.3.3. Độ chính xác đo chuyển dịch ngang bằng Inclinometer
Căn cứ vào lý lịch của thiết bị đo nhà sản xuất cung cấp, đầu đọc số của
Inclinometer hiện nay cho phép đọc số với giá trị hiển thị trên màn hình tới
0.01mm, mỗi lần đầu đo di chuyển 0.5m trong ống dẫn hướng thì sẽ đọc số với
sai số mắc phải là 0.25mm và khi chiều dài của ống dẫn hướng là 25m thì sai số
tích lũy là 6mm [16], [86].
3.3.4. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng Inclinometer
3.3.4.1. Lắp đặt ống dẫn hướng
3.3.4.2. Trình tự quan trắc
3.3.4.3. Xử lý số liệu và lập báo cáo kết quả quan trắc
3.3.5. Nhận xét chung về quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng cảm
biến Inclinometer
Phương pháp sử dụng cảm biến Inclinometer để quan trắc theo chiều sâu
của tường vây có ưu điể ện ra các chuyển dịch theo chiều sâu. Tuy
nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là chỉ xác định được chuyển dịch
tương đối của tường vây ở các độ sâu khác nhau so với một điểm nằm ở dưới
sâu (đáy của tường vây). Trong trường hợp điểm nằm ở dưới sâu không ổn định
thì giá trị quan trắc thu được không phản ánh đúng mức độ chuyển dịch tuyệt
đối của tường vây.
3.4. Giải pháp quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng phương pháp
trắc địa kết hợp với phương pháp sử dụng cảm biến
Như đã trình bày ở trên, phương pháp trắc địa có ưu điểm là cung cấp độ
chính xác cao và cho giá trị chuyển dịch tuyệt đối, tuy nhiên nhược điểm cơ bản
của phương pháp là chỉ cho phép quan trắc chuyển dịch của các điểm phân bố ở
đỉnh tường vây.
Phương pháp sử dụng cảm biến Inclinometer có ưu điể ện ra
các chuyển dịch theo chiều sâu. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp là chỉ
xác định được chuyển dịch tương đối của tường vây ở các độ sâu khác nhau so
với một điểm nằm ở dưới sâu (đáy của tường vây). Trong trường hợp điểm nằm
ở dưới sâu không ổn định thì giá trị quan trắc thu được không phản ánh đúng

mức độ chuyển dịch tuyệt đối của tường vây.
Nhằm khắc phục các nhược điểm trên để xác định chuyển dịch tuyệt đối ở
các vị trí độ sâu của tường vây. Trong luận án đề xuất sử dụng kết hợp hai phương
pháp với nhau để quan trắc chuyển dịch ngang của tường vây. Quá trình kết hợp
13

thực hiện như sau:
3.4.1. Trường hợp đáy ống dẫn hướng được gắn vào lớp đất đá ổn định
Trong trường hợp này quá
trình quan trắc được thực hiện
như sau: Trong mỗi chu kỳ ngoài
việc đo chuyển dịch ngang theo
chiều sâu bằng Inclinometer thì
tâm miệng ống dẫn hướng còn
được xác định chuyển dịch bằng
phương pháp trắc địa. Từ hình
(3.27) xác định được công thức
chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ (từ









Hình 3.27. Hệ tọa độ đo chuyển dịch
hệ tọa độ trắc địa về hệ tọa độ Inclinometer) đối với điểm tâm miệng ống dẫn
hướng theo công thức (hình 3.27):

T § ICL T § T §
T § ICL T § T §
(o) (o) (o)
X X Y
(o) (o) (o)
Y X Y
q q .cos - q .sin
q q .sin q .cos
(3.33)
Trong đó:
T§
(o)
X
q
,
T§
(o)
Y
q
- chuyển dịch điểm tâm miệng ống (điểm O) đo bằng trắc
địa trong hệ tọa độ trắc địa;
T§-ICL
(o)
X
q
,
T§-ICL
(o)
Y
q

- chuyển dịch điểm tâm miệng ống
đo bằng trắc địa trong hệ tọa độ Inclinometer; là góc xoay giữa 2 hệ trục tọa
độ Inclinometer và trắc địa (hình 3.27) có thể được xác định bằng phương pháp
trắc địa hoặc xác định trên bản vẽ.
Giá trị độ lệch của các trục tọa độ được tính theo công thức:
ICL T §-ICL
ICL T §-ICL
(o) (o) (o)
X X X
(o) (o) (o)
Y Y Y
q - q
q - q
(3.34)
Trong công thức (3.34):
ICL
(o)
X
q
,
ICL
(o)
Y
q
- chuyển dịch điểm tâm miệng ống đo
bằng Inclinometer trong hệ tọa độ Inclinometer.
Phân phối sai số khép cho các điểm đo theo tỷ lệ thuận với độ cao điểm
quan trắc sẽ xác định được trị bình sai của các giá trị chuyển dịch đo bằng
Inclinometer:
X X X

ICL-T § ICL
YY
ICL-T § ICL
(i) (i) (o)
i
(i) (i) (o)
i
Y
H
q q -
H
H
q q -
H
(3.35)
Trong đó:
X
ICL
(i)
q
,
Y
ICL
(i)
q
là chuyển dịch của điểm i đo bằng Inclinometer tại độ cao
H
i
;
X

ICL-T§
(i)
q
,
X
ICL-T§
(i)
q
là chuyển dịch điểm i đo bằng Inclinometer đã được hiệu
chỉnh sai số; H
i
, H tương ứng là độ cao của điểm quan trắc i và độ cao của điểm
X
ICL
Y
TĐ
X
TĐ
T§
X
q
ICL
Y
q

ICL
X
q

α

Y
ICL
q
T§
Y
q

O

14

đỉnh ống so với điểm đáy ống.
3.4.2. Trường hợp đáy ống dẫn hướng được gắn vào lớp đất đá không ổn định
Như trên đã đề cập, nguyên lý đo Inclinnometer là số liệu chuyển dịch
được so sánh với điểm tham chiếu ở đáy ống dẫn hướng nên khi điểm này
không ổn định thì độ chuyển dịch xác định được sẽ không chính xác. Do vậy
cần chọn điểm tham chiếu trong đo Inclinometer là điểm có khả năng xác định
được vị trí bằng phương pháp trắc địa - đó là tâm các miệng ống dẫn hướng
Inclinometer trên mặt đất. Điều thuận lợi là phần mềm xử lý số liệu đo của
Inclinometer do nhà sản xuất cung cấp kèm theo thiết bị cho phép xác định độ
chuyển dịch của các điểm đo Inclinometer theo điểm tham chiếu là miệng ống
dẫn hướng. Vì vậy, trong quá trình tính toán bằng phần mềm cần đặt lại điểm
tham chiếu của giá trị đo Inclinometer là điểm trên miệng ống dẫn hướng, kết
quả thu được các đại lượng chuyển dịch
ICL
(i)
X
q
,
ICL

(i)
Y
q
đo trong lòng tường vây.
Tuy các điểm miệng ống dẫn hướng không phải là các điểm ổn định, nhưng độ
chuyển dịch của nó có thể xác định được bằng phương pháp trắc địa. Như vậy,
trong mỗi chu kỳ quan trắc, tâm của miệng ống dẫn hướng Inclinometer cần
phải định vị chính xác trong hệ tọa độ trắc địa và chênh lệch tọa độ giữa các
chu kỳ chính là giá trị chuyển dịch
T§
(o)
X
q
,
T§
(o)
Y
q
của tâm miệng ống dẫn hướng
trên mặt đất.
Tính chuyển giá trị chuyển dịch của miệng ống dẫn hướng đo bằng trắc
địa về tọa độ Inclinometer theo công thức (3.33) được độ chuyển dịch của
miệng ống
T§-ICL
(o)
X
q
,
T§-ICL
(o)

Y
q
.
Xác định tọa độ theo phương pháp trắc địa có độ chính xác cao nên độ
chuyển dịch xác định bằng phương pháp trắc địa có độ tin cậy cao hơn hẳn so
với xác định chuyển dịch bằng Inclinometer. Như vậy có thể sử dụng giá trị
chuyển dịch đo bằng trắc địa để cải chính cho kết quả chuyển dịch đo bằng
Inclinometer. Ký hiệu
T§-ICL
(o)
X
qx
,
T§-ICL
(o)
Y
qy
, sử dụng giá trị này để cải
chính cho từng trị đo Inclinometer
ICL
(i)
X
q
,
ICL
(i)
Y
q
trong ống dẫn hướng
Inclinometer tương ứng theo công thức sau:

XX
ICL-T § ICL
YY
ICL-T § ICL
(i) (i)
(i) (i)
q q x
q q y
(3.36)
3.4.3. Nhận xét phương pháp quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng
phương pháp trắc địa kết hợp phương pháp sử dụng cảm biến
Giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng cảm biến
nêu trên cho phép xác định chuyển dịch tuyệt đối của các điểm quan trắc ở các
độ sâu khác nhau của tường vây. Trong giải pháp kết hợp này đáy ống dẫn hướng
đo bằng Inclinometer cũng không cần neo vào lớp đất đá ổn định. Tuy nhiên đối
với quan trắc tường vây thì ống dẫn hướng cần được lắp đặt bằng chiều sâu của
15

tường vây để có số liệu quan trắc từ đáy lên đến đỉnh của tường vây.
Chương 4. PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM
CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG
XÂY DỰNG
4.1. Nguyên tắc thành lập mô hình chuyển dịch công trình theo số liệu
quan trắc
Khi tổng hợp chuyển dịch công trình ở nhiều chu kỳ cần phân tích các
vấn đề sau:
1- Xu hướng chuyển dịch chung của công trình trong không gian.
2- Xu hướng chuyển dịch chung của công trình theo thời gian.
3- Đánh giá mức độ phụ thuộc độ chuyển dịch công trình vào một số yếu tố ngoại cảnh
(chuyển dịch công trình có phụ thuộc vào một số yếu tố nào không? nếu có phụ thuộc

thì xác định biểu thức toán học).
Để giải quyết các vấn đề nêu trên cần phải xây dựng mô hình chuyển dịch
của công trình mà thực chất là mô tả quá trình chuyển dịch công trình bằng một
số hàm toán học nào đó. Về nguyên tắc mô hình chuyển dịch công trình được
thể hiện thông qua hàm số [17]:
= F
1
(x) + F
2
(u) + F
3
(z) + w] (4.1)
Trong đó: F
1
(x)-thành phần ảnh hưởng của một nhóm yếu tố chủ đạo gây nên
chuyển dịch công trình. Thông thường chỉ cần xây dựng mô hình với các yếu tố
chủ đạo là đủ.
4.2. Mô hình lún nền móng và chuyển dịch tường vây trong không gian
4.2.1. Mô hình lún nền móng công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi
công móng và tầng hầm
4.2.1.1. Mô hình lún của kết cấu móng cứng
Đối với kết cấu móng cứng, khi các điểm quan trắc phân bố trên một diện
rộng, sử dụng phương trình mặt phẳng để xây dựng mô hình lún. Phương trình
mặt phẳng lún có dạng [17]:
i i i
S a.x b.y c
(4.2)
Trong đó: x
i
, y

i,
S
i
là tọa độ theo trục OX, OY và giá trị độ lún của điểm quan
trắc i; a, b, c: tham số của mặt phẳng lún (các tham số cho phép xác định hướng
và góc nghiêng lớn nhất của công trình).
Trong trường hợp đặc biệt các điểm quan trắc phân bố trên một đường
thẳng (hoặc khi cần xây dựng mô hình lún theo trục), khi đó biểu diễn độ lún
thông qua phương trình đường thẳng. Phương trình đường thẳng có dạng tổng
quát sau:
ii
S a.x b
(4.10)
Trong đó: S
i
- độ lún của điểm i (i=1÷n); x
i
- là tọa độ theo hướng ngang
của điểm quan trắc (i=1÷n); a, b tham số của đường thẳng.
4.2.1.2. Mô hình lún nền đất lân cận hố móng
Theo lý thuyết cơ học đất, độ lún của nền đất xung quanh công trình
16

thường xảy ra không đều và hình thành phễu lún. Để thể hiện độ lún tổng quát
của phễu lún đó có thể sử dụng hàm parabol (ví dụ như parabol bậc 2).
Mô hình lún nền đất ở mỗi thời điểm (chu kỳ) có dạng hàm parabol bậc 2
tổng quát:
22
i 0 1 i 2 i 3 i 4 i i 5 i
S a a x a y a x b x y a y

(4.11)
Để xác định tham số của mô hình lún theo (4.2), (4.10) và (4.11), dựa trên
số liệu quan trắc (khi số lượng điểm quan trắc lớn hơn số lượng tham số) trong
luận án đã đề xuất quy trình và hệ thống công thức xác định các tham số theo
nguyên lý số bình phương nhỏ nhất.
4.2.2. Mô hình chuyển dịch ngang của tường vây
4.2.2.1. Mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng ngang
Chuyển dịch tổng thể của
tường vây có thể được biểu
diễn thông qua 4 thông số là:
chuyển dịch tịnh tiến tại điểm
trọng tâm của công trình (a
x
,
a
y
), góc xoay ( ) và hệ số biến
dạng chiều dài (m) - hình
(4.4). Bốn tham số chuyển
dịch trên được xác định trên
cơ sở công thức chuyển đổi
tọa độ (4.13):

Hình 4.4. Chuyển dịch giữa hai hệ tọa độ
X
Y
X' a X.m.cos( ) - Y.m.sin( )
Y' a Y.m.cos( ) X.m.sin( )
(4.13)
Ký hiệu vector tham số chuyển dịch là Z; Z= (a
x
a
y
m)
T
. Để ý rằng góc xoay có
giá trị nhỏ ( ≈ 0), hệ số biến dạng m ≈ 1, lấy z
(0)
= (0 0 0 1)
T
, dựa trên số liệu
quan trắc lập được hệ phương trình số hiệu chỉnh cho mỗi điểm đo dạng sau:
α
δ
ii
ii
x
xx
y
ii
y i i y
a

vq
a
1 0 -y x
=-
v 0 1 x y q
m
; (i=1÷n)
Khi số điểm quan trắc lớn hơn 2, áp dụng nguyên lý số bình phương nhỏ
nhất sẽ xác định được vector ẩn số
T
XY
z (a , a , , m)
và từ đó xác định được
các tham số chuyển dịch:
Z = Z
(0)
+ Z
4.2.2.2. Mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng đứng
Đối với tường vây được quan trắc theo chiều sâu, các điểm quan trắc được
phân bố gần trong một mặt phẳng thẳng đứng. Khi đó có thể xây dựng mô hình
chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng đứng. Phương trình mặt phẳng chuyển
Y'
a
Y
O
P
2
a
x

X’
X

O’
P1
Y
17

dịch trong trường hợp này có dạng [27]:
i i i
q aX bH c
(4.25)
Trong đó: X
i
, H
i
, q
i
là tọa độ theo trục OX, độ cao và giá trị chuyển dịch
của điểm quan trắc i; a, b, c: tham số của mặt phẳng. Khi số điểm quan trắc
lớn hơn 3, các tham số của mô hình được xác định theo nguyên lý số bình
phương nhỏ nhất.
4.2.3. Ứng dụng phân tích phương sai để đánh giá biến dạng công trình
Mô hình lún (4.2), (4.10) hoặc mô hình chuyển dịch (4.13), (4.25) được xây
dựng trên các giả thiết là công trình tuyệt đối cứng (có độ biến dạng không đáng
kể). Sai số mô hình này được tính theo công thức:

2
MH
[V ]

m
nk

Trong đó: n – số lượng giá trị chuyển dịch; k- số lượng tham số mô hình.
Dựa vào giá trị sai số mô hình có thể đánh giá được mức độ biến của công
trình. Để thực hiện điều này có thể sử dụng phân tích phương sai theo tiêu chuẩn
kiểm định Fisher, bằng cách lập tỉ số:
MH
0
2
2
m
F
m
(4.30)
với bậc tự do bằng (n-k) và (n), trong đó: n là số trị đo, k là số lượng tham số
của mô hình.
Trong công thức (4.30): m
MH
- sai số mô hình; m
0
- sai số trung phương trung
bình độ chuyển dịch của các điểm quan trắc.
So sánh, Nếu
gh
FF

(F
gh
- tra bảng) thì công trình không bị biến dạng. Nếu

gh
FF
thì chứng tỏ rằng công trình có biến dạng.
4.3. Mô hình lún và chuyển dịch nền móng nhà cao tầng theo thời gian
4.3.1. Cơ sở lý thuyết dự báo chuyển dịch công trình theo số liệu quan trắc
Giả sử mô hình chuyển dịch công trình theo thời gian được thể hiện thông
qua hàm số ở dạng tổng quát:
q f(t)
(4.31)
Triển khai tuyến tính biểu thức (4.31) theo các biến z
i
với vector tham số
gần đúng
0 0 0 T
0 1 2 k
Z (z , z , , z )
, xác định được:
0
i i1 1 i2 2 ik k i
q a dz a dz a dz q
; (i=1÷n) (4.33)
với các hệ số a
ij
(j=1÷k) là hàm của thời gian quan trắc.
0 0 0 0
i 1 1 2 2 k k
q a z a z a z
(4.34)
Hàm số (4.31) với các tham số tính được là biểu thức thể hiện mô hình
chuyển dịch theo thời gian. Các tham số của mô hình được xác định dựa trên số

liệu quan trắc và nguyên lý số bình phương nhỏ nhất.
4.3.2. Ứng dụng phân tích phương sai để đánh giá mức độ tin cậy của mô hình
18

Trong trường hợp xây dựng mô hình chuyển dịch theo thời gian, mô hình
lựa chọn là mô hình dự đoán, chúng ta chưa biết trước được thực tế mô hình
như thế nào. Do vậy, trong trường hợp này có thể sử dụng phân tích phương sai
để đánh giá mức độ tin cậy của mô hình theo tiêu chuẩn kiểm định Fisher, bằng
cách lập tỷ số:
MH
0
2
2
m
F
m
(4.40)
với bậc tự do là (n-k) và (n). Trong đó: n là số chu kỳ quan trắc (không kể chu
kỳ quan trắc đầu tiên); k là số lượng tham số của mô hình. Nếu F ≤ F
gh
thì mô
hình lựa chọn là phù hợp.
4.3.3. Một số mô hình lún và chuyển dịch nền móng nhà cao tầng theo
thời gian
4.3.3.1. Mô hình hàm số mũ
4.3.3.2. Mô hình hàm đa thức
4.4. Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố gây nên chuyển dịch biến dạng
công trình
Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố gây nên chuyển dịch biến dạng công
trình có thể áp dụng phương pháp phân tích tương quan tuyến tính đơn. Quá

trình được thực hiện như sau [17]:
4.4.1. Xác định hệ số tương quan
Xi, Yi i=1,n
XY
r
:
i
XY
22
22
22
ii
(Xi - X)(Yi - Y)
XY - X Y
n
r
(Xi - X) (Yi - Y)
X -(X) Y -(Y)
nn
(4.43)
:
i
Xi
X =
n
;
i
Yi
Y =
n

;
i
XiYi
XY =
n
(4.44)
2
2
i
Xi
X =
n
;
2
2
i
Yi
Y =
n
(4.45)
Để đánh giá độ tin cậy của hệ số tương quan tuỳ thuộc vào số lần quan
trắc mà sử dụng các công thức sau:
- (n ≥ 50)
Tính độ lệch chuẩn của hệ số tương q :
19

2
r
1- r

n
(4.46)
:
r
r3
(4.47)
2- Khi n < 50
Khi n < 50 sử dụng hàm đặc biệt phân bố theo quy luật chuẩn, được gọi
là tiêu chuẩn Fisher.
1 1+r
Z = ln
2 1-r
(4.48)
:
σ
Z
1
n-3
(4.49)
Trong trường hợp này mối quan hệ tương quan giữa X và Y cũng được thiết lập
với điều kiện giống như công thức (4.47).
4.4.2. Xây dựng hàm hồi quy
Khi quan hệ tương quan giữa 2 đại lượng X và Y đã được xác lập, sẽ sử
dụng hàm hồi quy tuyến tính đơn để mô tả mối quan hệ đó, hàm hồi quy có dạng.
Y a.X b
(4.50)
Các tham số a, b của hàm hồi quy được xác định dựa trên nguyên lý số
bình phương nhỏ nhất hoặc có thể được xác định như sau:
2
2

XY
2
2
X - (X)
a r .
Y - (Y)
b Y - a.X
(4.53)
ển dịch các công trình lân cận trong quá
trình thi công móng và tầng hầm
4.5.1. Một số tiêu chí dùng đánh giá hư hại sự cố công trình lân cận
Biến dạng góc được dùng để đánh giá sự hư hại của công trình hiện hữu
gần hố đào:

L
(4.59)
Trong đó: - là chênh lún tại 2 điểm cách nhau L.
4.5.2. Đánh giá mức độ hư hại công trình lân cận
Dựa trên kết quả khảo sát, quan trắc hố đào và công trình lân cận hố đào để
xếp loại hư hại công trình theo biến dạng, từ đó sẽ đưa ra các biện pháp (thiết
kế và thi công) nhằm quản lý rủi ro trong xây dựng móng và tầng hầm công
trình nhà cao tầng.
4.5.3. Kiểm soát rủi ro và sự cố công trình lân cận hố đào
20

Để hệ kết cấu chống giữ hố đào cũng như công trình lân cận nó không xảy
ra sự cố thì phải khống chế chuyển dịch của công trình hố đào thông qua tính
toán và quan trắc.
4.6. Thành lập phần mềm phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm
4.6.1. Ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ sử dụng để lập trình là ngôn ngữ Visual Basic.NET (VB.NET).
Phần mềm được thành lập mang tên ADFB có giao diện giúp cho người sử dụng
dễ dàng thao tác, khả năng tính toán nhanh và cho kết quả đáng tin cậy.
4.6.2. Thiết kế tổng quan phần mềm
Phần mềm được thiết kế có các tính năng như bảng 4.3.
Bảng 4.3. Tính năng của phần mềm ADFB
Tệp
Tính toán
chuyển dịch
Mô hình
chuyển dịch
Phân tích
và dự báo
chuyển dịch
Trợ
giúp
Tạo
tệp
Độ lún
-Tham số lún
-Thể hiện đồ
họa lún
Mô hình lún
-Tính theo mặt phẳng
-Tính theo parabol
-Tính theo đường thẳng
-Phân tích
tương quan
tuyến tính
đơn

-Dự báo
chuyển dịch
theo hàm đa
thức

HDSD

Mở
tệp
Chuyển dịch
ngang
-Tham số CDN
- Đồ thị CDN
-Mặt cắt CDN
Mô hình chuyển dịch
ngang
-Trong mặt phẳng ngang
-Trong mặt phẳng đứng
-Tính theo đường thẳng
Ghi
tệp
Ghi
tên
mới
Thoát
Chương 5. THỰC NGHIỆM
5.1. Thực nghiệm quan trắc chuyển dịch ngang tường vây nhà cao tầng
trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm
ển dị ằng hệ
thống quan trắc tự động

Quá trình thực nghiệm được thực hiện đối với tường vây của một công
trình nhà cao tầng ở quận Ba Đình - TP. Hà Nộ
,
chống đỡ thành hố đào là tường vây được neo trong đất.
Hệ thống sử dụng để quan trắc chuyển dịch liên tục của tường vây là máy
TĐĐT Leica viva TS15PR1000 và phần mềm quan trắ
.
21

Hệ thống quan trắc tự độ ều ưu điểm nổi trội hơn so với công
nghệ truyền thống, đó là: Độ chính xác cao, thời gian cung cấp kết quả nhanh
nhất, cung cấp được nhiều thông tin nhất, giảm tối đa các nguồn sai số đo và
tính toán do yếu tố chủ quan của con người.
5.1.2. Thực nghiệm quan trắc chuyển dịch ngang tường vây công trình Cục
tần số vô tuyến điện bằng phương pháp trắc địa kết hợp với Inclinometer
Để kiểm chứng lý thuyết ở trên, tiến hành thực nghiệm đối với 5 vị trí quan
trắc (ICL1, ICL2, ICL3, ICL4 và ICL5) của tường vây công trình Cục tần số vô
tuyến điện, số 115 Trần Duy Hưng, Hà Nội. Tại mỗi vị trí quan trắc chuyển dịch
ngang bằng Inclinometer tiến hành xác định chuyển dịch tâm miệng ống dẫn
hướng bằng trắc địa.
Sau khi tính toán xác định được độ lệch tâm miệng ống dẫn hướng giữa hai
phương pháp, trong trường hợp này coi đáy ống dẫn hướng là ổn định nên độ
lệch này chính là sai số khép của hai phương pháp, tiến hành phân phối sai số
này cho các điểm đo trong lòng ống dẫn hướng theo công thức (3.35) sẽ xác
định được giá trị chuyển dịch với độ chính xác nâng cao.
5.2. Thực nghiệm thành lập mô hình lún nền móng công trình nhà cao tầng
trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm
5.2.1. Thực nghiệm thành lập mô hình lún đối với móng công trình Nhà Văn
phòng số 22-24-26 Mạc Thị Bưởi, TP. HCM
Trên cơ sở số liệu quan trắc lún (tọa độ, độ lún và sai số trung phương độ

lún) của 14 mốc đo lún [40]. Tiến hành sử dụng 11 mốc đo lún để xây dựng mô
hình và 3 mốc còn lại để so sánh với độ lún nội suy từ mô hình. Sử dụng phần
mềm ADFB để xây dựng mô hình, kết quả thu được:
Phương trình mặt phẳng lún:
S = -0.0000001x + 0.0000056y -0.00792 (m) với sai số mô hình: 0.13mm.
Đánh giá biến dạng móng công trình:
Từ sai số trung phương độ lún của 11 mốc quan trắc tham gia xây dựng mô
hình tính được m
0
= 0.44mm. Khi đó:
2
2
0.13
F 0.09
0.44
; F
gh
= F
α=0.05
(8,11)

= 2.948
gh
FF
, điều đó chứng tỏ móng công trình không bị biến dạng.
Từ kết quả xây dựng mô hình và kết quả so sánh độ lún đo thực tế với độ
lún nội suy được từ mô hình, cho thấy trong trường hợp này xây dựng mô hình
lún theo phương pháp mặt phẳng là phù hợp. Khi xây dựng mô hình, áp dụng
phân tích phương sai sẽ cho phép đánh giá xem móng công trình có bị biến
dạng hay không.

5.2.2. Thực nghiệm xây dựng mô hình lún nền công trình Trung tâm giao
dịch và Tổng đài Nam Hà Nội
22

Từ số liệu quan trắc lún (tọa độ, độ lún và sai số trung phương độ lún) của
10 mốc đo lún [41]. Tiến hành sử dụng 08 mốc đo lún để xây dựng mô hình và
2 mốc còn lại để so sánh với độ lún nội suy từ mô hình. Sử dụng phần mềm
ADFB để xây dựng mô hình, kết quả thu được:
Mô hình lún nền dạng parabol:
S = -0.02773 + 0.0001905x + 0.0012355y -0.0000134x
2
+ 0.0000004xy +
0.0000492y
2
(m) với sai số mô hình là: 0.76 mm
Dựa vào kết quả xây dựng mô hình và kết quả so sánh độ lún đo thực tế
với độ lún nội suy được từ mô hình, cho thấy trong trường hợp này sử dụng
hàm Parabol để xây dựng mô hình lún nền là phù hợp.
5.3. Thực nghiệm xây dựng mô hình chuyển dịch ngang tường vây
5.3.1. Thực nghiệm xây dựng mô hình chuyển dịch ngang tường vây công
trình Golden Palace, Hà Nội trong mặt phẳng ngang
Từ số liệu quan trắc chuyển dịch ngang (tọa độ, giá trị chuyển dịch ngang
và sai số trung phương độ chuyển dịch ngang) của 15 mốc quan trắc, sử dụng
10 mốc quan trắc để xây dựng mô hình và 5 mốc còn lại để so sánh với giá trị
chuyển dịch nội suy từ mô hình. Sử dụng phần mềm ADFB để xây dựng mô
hình, kết quả thu được:
Mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng ngang:
q
x
= -0.0009800 - 0.0000318Y + 0.0000095X (m)

q
y
= 0.0012200 + 0.0000318X + 0.0000095Y (m)
Với sai số mô hình : 2.49 mm
Đánh giá biến dạng của tường vây:
Từ sai số trung phương độ chuyển dịch ngang của 10 mốc quan trắc tham
gia xây dựng mô hình tính được m
0
= 1.72 mm và tính được:

2
2
2.49
F 2.096
1.72
; F
gh
= F
α=0.05
(16,20)

= 2.20
gh
FF
, điều đó chứng tỏ tường vây công trình không bị biến dạng.
Dựa vào kết quả xây dựng mô hình và kết quả so sánh độ chuyển dịch đo
thực tế với độ chuyển dịch nội suy được từ mô hình, cho thấy trong trường hợp
này xây dựng mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng ngang là phù
hợp. Phân tích phương sai cho phép đánh giá tường vây công trình có bị biến
dạng hay không.

5.3.2. Thực nghiệm xây dựng mô hình chuyển dịch ngang tường vây công
trình trong mặt phẳng đứng
Trên cơ sở số liệu quan trắc chuyển dịch ngang (tọa độ x, độ cao H, giá trị
chuyển dịch ngang theo hướng vuông góc với tường vây và sai số trung phương
độ chuyển dịch ngang) của 7 mốc quan trắc [42], sử dụng 5 mốc quan trắc để
xây dựng mô hình và 2 mốc còn lại để so sánh với giá trị chuyển dịch nội suy từ
mô hình. Sử dụng phần mềm ADFB để xây dựng mô hình, kết quả thu được:
Phương trình mặt phẳng chuyển dịch:
23

q = -0.0000444x -0.0003826y -0.00024 (m) với sai số mô hình: 2.95mm
Đánh giá biến dạng của tường vây:
Từ sai số trung phương độ chuyển dịch ngang của 5 mốc quan trắc tính
được m
0
= 1.29 mm và tính được:
2
2
2.95
F 5.229
1.29
; F
gh
= F
α=0.05
(2,5)

= 5.786
gh
FF

điều đó chứng tỏ tường vây không bị biến dạng.
Dựa vào kết quả xây dựng mô hình và kết quả so sánh độ chuyển dịch đo
thực tế với độ chuyển dịch nội suy được từ mô hình, cho thấy trong trường hợp
này xây dựng mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng đứng là phù
hợp. Trong quá trình xây dựng mô hình, áp dụng phân tích phương sai cho phép
đánh giá biến dạng của tường vây.
5.4. Thực nghiệm phân tích tương quan tuyến tính đơn giữa mực nước
ngầm và độ lún nền nhà cao tầng
Trong phần thực nghiệ
ộ ở
ngoài sản xuấ : thời gian
quan trắ 15.
Áp dụng phần mềm ADFB để tính toán và kết quả cuối cùng thu được như sau:
1. Hệ số tương quan:
xy
r 0.68

2. Hàm Fisher: Z = -0.83
3. Phương sai của đại lượng Z:
Z
0.17

4. Phương trình hồi quy S = -0.03546H -0.34475 (m)
Qua kết quả phân tích tương quan ở trên cho thấy: độ lún nền đất công
trình và mực nước ngầm có mối quan hệ tương quan vừa.
Trên cơ sở kết quả thực nghiệm nhận thấy phương pháp phân tích tương
quan tuyến tính đơn dùng để đánh giá mức độ phụ thuộc của chuyển dịch với
một nhân tố có thể ảnh hưởng đến độ chuyển dịch đó là hoàn toàn thích hợp.
Phương pháp này giúp chúng ta biết được nhân tố mà chúng ta nghi ngờ là có
thể ảnh hưởng đến độ chuyển dịch công trình thực ra nó có ảnh hưởng hay

không và khi có ảnh hưởng thì mức độ phụ thuộc của nhân tố này đến độ
chuyển dịch công trình như thế nào.
5.5. Thực nghiệm dự báo lún nền công trình theo hàm đa thức
Quá trình thực nghiệm được thực hiện đối với 1 mốc (mốc NT11) đo lún
nền đất nguyên thổ của công trình Trung tâm giao dịch và Tổng đài Nam Hà
Nội, tại số 811 Đường Giải Phóng, Hà Nội [41], được đo 11 chu kỳ (không bao
gồm chu kỳ quan trắc đầu tiên), số liệu quan trắc gồm thời gian, độ lún và sai số
trung phương độ lún. Sử dụng số liệu 07 chu kỳ (chu kỳ 1 đến chu kỳ 7) để lập
mô hình, số liệu chu kỳ 8 đến 11 được dùng để làm kết quả đánh giá mức độ
phù hợp của phân tích lý thuyết và thực tế. Lần lượt xây dựng mô hình từ bậc 0