thiết kế phương pháp đo quan trắc lún đê chắn sóng

Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Mở đầu
Đê chắn sóng là loại công trình phụ trợ, đê chắn sóng đợc xây dựng ở các
cảng hoặc ở các cụm công trình biển. Đúng nh tên gọi của nó, nhiệm vụ chủ yếu
của đê chắn sóng là dập tắt các dao động dạng sóng của nớc biển đảm bảo cho
phơng tiện giao thông vận tải đờng biển ra vào cảng đợc an toàn.
Thế giới đã biết đến nhiều cảng lớn nổi tiếng với những con đê chắn sóng
dài nhiều cây số nh cảng Murmansk, cảng Odecxa ( Liên xô cũ), Rostexdam
( Hà Lan), cảng New York ( Mỹ), cảng Oetlingtơn( Anh).Các con đê chắn
sóng ở các cảng này đã đảm bảo cho tàu bè ra vào cảng một cách an toàn, hiệu
quả.
ở nớc ta, giao thông đờng thuỷ nói chung mới đợc phát triển ở mức độ
thấp. Cảng lớn nhất của nớc ta là cảng Hải Phòng đợc xây dựng trên sông Đình
Vũ nên không có nhu cầu xây dựng đê chắn sóng tuy vậy hàng năm phải chi phí
một nguồn kinh phí rất lớn để nạo vét luồng. Các cảng khác nh Quy Nhơn, Cửa
Lò, Đà Nẵng có quy mô không lớn và năng suất vận chuyển hàng hoá không cao
nên việc xây dựng đê chắn sóng với quy mô lớn không đợc đặt ra.
Để góp phần giải quyết vấn đề năng lợng cho đất nớc chính phủ đã phê
duyệt dự án xây dựng khu liên hợp lọc hoá dầu Dung Quất, Quảng Ngãi. Đây là
một công trình lớn đặc biệt quan trọng của nớc ta. Một trong những hạng mục
quan trọng của khu liên hợp lọc hoá dầu này là cảng Dung Quất. Đây là một
cảng lớn có thể tiếp nhận các tàu có trọng tải rất lớn ra vào với tần suất hoạt
động 363 ngày/ năm nghĩa là có thể tiếp nhận tàu hầu nh trong mọi điều kiện
thời tiết.
Cũng nh các cảng biển khác trên thế giới, để đảm bảo cho tầu bè ra vào đ-
ợc an toàn, cảng Dung Quất cần phải xây dựng một đê chắn sóng. Điều kiện địa
hình, địa chất và chế độ thuỷ văn cụ thể ở khu vực vịnh Dung Quất, phơng án
thiết kế chính thức đê chắn sóng đợc duyệt có chiều dài 1,6 km, mặt đê có bề
rộng 10m ở cao trình + 10m. Để có chiều cao trung bình 20 ữ 25m, mái dốc
1/1,5 nh vậy phần chân đê có chiều rộng từ 60 ữ 80m. Việc xây dựng đê chắn

sóng do công ty xây dựng Lũng Lô ( Bộ quốc phòng ) thực hiện với tổng kinh
phí xấp xỉ 50 triệu đô la.
Với chiều dài 1,6 km, đê chắn sóng Dung Quất không phải là đê có chiều
dài kỷ lục nhng theo đánh giá của các chuyên gia thuộc công ty này WS
ATKIN Internation (vơng quốc anh) một công ty hàng đầu về thiết kế và xây
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
1
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

dựng các công trình biển thì đê chắn sóng Dung Quất đợc sếp vào loại 10 con đê
phức tạp nhất của thế giới. Vì nó đợc xây dựng trên một nền địa chất phức tạp.
Để đảm bảo an toàn và tuổi thọ thiết kế cho công trình ( dự kiến 60 năm)
trong thời gian thi công công trình cũng nh trong quá trình khai thác sử dụng,
chúng ta cần tiến hành quan trắc biến dạng của công trình ( kể cả biến dạng
ngang và đứng ).
Thực hiện phơng châm học tập kết hợp với thực tiễn, trong thời gian làm
đồ án tốt nghiệp, tôi đã đợc giao thực hiện đề tài:
"Thiết kế phơng án quan trắc lún đê chắn sóng nhà máy lọc
dầu Dung Quất - Quảng Ngãi''
Nội dung của đồ án gồm 4 chơng
Chơng I: Giới thiệu chung
ChơngII: Những vấn đề chung về cơ sở lý thuyết đo lún công trình
Chơng III: Thiết kế lới quan trắc độ lún đê chắn sóng Dung Quất
Chơng IV: Tổ chức thực hiện việc quan trắc độ lún đê chắn sóng Dung
Quất và dự toán kinh phí
Mục đích của đề tài là đa ra các phơng án quan trắc độ lún và xử lý số
liệu đo lún, từ đó chọn ra phơng án tối u nhất phù hợp với tình hình thực tế của
công trình đê chắn sóng Dung Quất.
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp đợc sự ân cần chỉ bảo của thầy giáo,
TS. Ngô Văn Hợi cùng các thầy cô giáo trong khoa, sự góp ý chân thành của các

đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực của bản thân tôi đã hoàn thành nội dung của đề
tài đặt ra.
Mặc dù đã cố gắng nhng do kiến thức chuyên môn còn hạn hẹp, thời gian
nghiên kứu đề tài còn ít nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót.Tôi rất
mong nhận đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo cùng các đồng nghiệp
gần xa để đề tài hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo,TS.Ngô Văn Hợi cùng tất cả các thầy
cô giáo trong và ngoài khoa.
Hà nội: 6 - 2002
Sinh viên thực hiện
Diêm Công Trang
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
2
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Chơng I
Giới thiệu chung
I.1. Tình hình đặc điểm khu vực xây dựng công trình
đê chắn sóng nhà máy lọc dầu dung quất
I. Đặc điểm chung
1.Vị trí địa lý
Công trình đê chắn sóng nhà máy lọc dầu Dung Quất thuộc khu công
nghiệp Dung Quất có diện tích khoảng 20 Km
2
nằm trên khu vực 3 xã: Bình Hải,
Bình Trị và Bình Thuận huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. Trung tâm khu liên
hợp có vị trí địa lý 15
0
20' độ vĩ Bắc và 108
0

37' độ kinh Đông. Phía Bắc khu liên
hợp tiếp giáp với khu công nghiệp và cụm dân c Chu Lai, phía Nam là thành phố
Vạn Tờng. Quốc lộ 1A phân cách khu công nghiệp với huyện Núi Thành ở phía
Tây. Phía Đông của khu công nghiệp là biển Đông có hai vịnh lớn nớc sâu mà
tàu, thuyền lớn có thể ra vào đợc là vịnh Việt Thanh và vịnh Dung Quất.Trong đó
công trình đê chắn sóng đợc xây dựng trên vịnh Dung Quất, công trình nằm về
phía Đông của khu công nghiệp lọc hoá dầu Dung Quất.
2. Tình hình giao thông vận tải
Công trình đê chắn sóng nhà máy lọc dầu Dung Quất nói riêng khu công
nghiệp Dung Quất nói chung. Các hạng mục chính của công trình đều nằm sát
bờ biển, gần hai vịnh nớc sâu đó là vịnh Dung Quất và vịnh Việt Thanh, chính vì
vậy mà tuyến đờng biển đợc phát huy tối đa cho việc vận chuyển những thiết bị
siêu trờng, siêu trọng nên rất tốt cho việc tiếp nhận dầu thô từ các tầu chở dầu
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
3
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

và xuất sản phẩm của nhà máy theo đờng biển sau này.
Ngoài ra khu công nghiệp còn nằm sát với tuyến quốc lộ 1A và tuyến đ-
ờng sắt Bắc - Nam nên việc vận chuyển ngời và thiết bị theo đờng bộ và đờng sắt
có thể đợc thực hiện một cách nhanh chóng đáp ứng đợc tiến độ thi công khẩn tr-
ơng của công trình. Nhợc điểm là đờng hàng không cha vào đợc khu vực. Nhng
hiện tại có thể sử dụng phơng tiện vận chuyển hàng không từ Đà Nẵng và sau
này là sân bay Chu Lai.
3. Điều kiện địa hình
Khu vực đê chắn sóng nhà máy lọc dầu Dung Quất là khu vực có địa hình
khá đặc trng của vùng ven biển miền Trung nớc ta. Đó là vùng địa hình chia cắt
khá mạnh xen lẫn núi đá, đồi cát và biển với điều kiện địa chất công trình và địa
chất thủy văn rất phức tạp. Mặt bằng xây dựng hệ thống chân đê không thống
nhất, độ cao thấp khác nhau. Điều đó gây những trở ngại đáng kể cho công việc

xây dựng các mốc trong lới quan trắc độ lún chân đê và lới độ cao phục vụ thi
công xây lắp công trình.
4. Tình hình khí hậu
Khí hậu khu vực Dung Quất - Quảng Ngãi là khí hậu đặc trng cho vùng
ven biển miền Trung, đó là khí hậu nóng và ẩm. Phân thành hai mùa rõ rệt, mùa
khô nóng từ tháng 3 đến tháng 10, mùa ma từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau.
Nhiệt độ trung bình mùa hè là 33
0
c, trong những ngày nóng nhiệt độ lên tới 38
0
c,
39
0
c, nhiệt độ cao nhất quan sát đợc là 42 đến 43
0
c. Đây là điều kiện không mấy
thuận lợi cho công tác đo đạc đặc biệt là đo đạc độ chính xác cao.
5. Tình hình dân c
Trên địa bàn xây dựng khu công nghiệp Dung Quất, gồm ba xã thuộc tỉnh
Quảng Ngãi, dân c ở đây là những ngời có truyền thống đi theo cách mạng, giác
ngộ cách mạng cao. Nơi đây ngời dân sống chủ yếu bằng nghề nông nghiệp và
đánh bắt hải sản, một số ít ngời dân sống bằng nghề buôn bán, nói chung ngời
dân ở đây có cuộc sống còn nghèo, họ sống thành từng làng, xóm, nên trật tự an
ninh khá an toàn, điều đó tạo thuận lợi cho các đội đo đạc hoàn thành nhiệm vụ
đúng thời hạn. Nhân dân khu vực xây dựng khu công nghiệp đều ủng hộ chủ tr-
ơng của Đảng và Chính phủ xây dựng Dung Quất trở thành trung tâm công
nghiệp lớn nhất, hiện đại nhất miền Trung.
6. Địa chất công trình
Để khảo sát xây dựng công trình đê chắn sóng nhà máy lọc dầu Dung
Quất, ngời ta đã tiến hành khoan 50 lỗ vừa khoan, vừa xuyên từ b1 đến b50.Vị

trí các lỗ khoan và xuyên tĩnh nằm dọc theo đê chắn sóng với khoảng cách trung
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
4
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

bình cứ 150m có 4 lỗ khoan, trong đó gồm có 23 lỗ khoan và 27 lỗ xuyên tĩnh
CPT.
Trên cơ sở thu thập các số liệu từ các lỗ khoan, kết hợp với kết quả nghiên
cứu thí nghiệm mẫu đất đá trong phòng thí nghiệm cho thấy kết quả địa chất
công trình đê chắn sóng nhà máy lọc dầu Dung Quất có sự khác nhau rõ rệt về
độ cao thấp của chiều dày lớp đất đá.
7. Điều kiện địa chất thuỷ văn
Theo nghiên cứu của HR Wallingfor cung cấp, đặc trng của mực nớc tại
khu vực không có giông bão nh sau:
Bảng 1
Tên gọi Mực nớc theo hệ o hải đồ
Mùa ma Trung bình Mùa khô
HHW( Mực nớc cao nhất) 2.5 2.2 2.1
MHW( mực nớc trung bình) 2.3 2.0 1.9
MSL(mực nớc thấp ) 1.6 1.3 1.2
Khi có sự thay đổi do áp xuất khí quyển, các mực nớc trên sẽ thay đổi.
HR Wallingford đề nghị mức nớc thiết kế theo bảng sau
Bảng 2
Tên gọi Cao độ o hải đồ
HHW( mực nớc cao nhất) 2.7mCD
MHW( mực nớc trung bình) 2.5mCD
MSL( mực nớc thấp) 1.3mCD
LLW( mực nớc thấp nhất có thể
đảm bảo cho tầu ra vào)
0.0mCD

Trong điều kiện có giông bão, mực nớc thiết kế theo HR Wallingford nh
sau.
ứng với tần suất 100 năm, mực nớc cao nhất +5,0m ( độ cao hải đồ)
ứng với tần suất 50năm, mực nớc cao nhất +4.3m ( độ cao hải đồ)
Dòng chảy
HR Wallingford đã ớc lợng thông số các dòng chảy nh sau:
Dòng chảy do triều 0.3m/s
Dòng chảy do gió 1.1m/s
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
5
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Sóng ngoài khơi khu vực công trình tính toán theo các hớng khác nhau
trong điều kiện bình thờng đợc trình bày (Bảng 3).
Theo tính toán của HR Wallingford sóng cực hạn do giông bão ở vùng nớc
sâu ngoài khơi công trình ứng với các tần xuất khác nhau đợc thống kê trong
bảng sau:
Bảng 3
Tần suất xuất hiện Hs ( chiều cao ) Ts ( chu kỳ )
(năm) (m) (s)
10 6.65 11.4 - 13.1
20 7.90 12.2 - 13.6
50 9.35 12.9 - 14.1
100 10.55 13.4 - 14.4
200 11.45 13.7 - 14.6
II. Giới thiệu quy mô của khu liên hợp nhà máy lọc dầu Dung
Quất Và các hạng mục công trình.
Khu liên hợp lọc dầu Dung Quất, nằm trong khu phức hợp công nghiệp
Dung Quất là khu công nghiệp lọc dầu hiện đại đầu tiên của nớc ta trong đó nhà
máy lọc dầu Dung Quất đợc thiết kế và thi công với sự hợp tác của cộng hoà

Liên Bang Nga. Nhà máy có nhiệm vụ tiêu thụ chế biến sản lợng dầu thô đang đ-
ợc khai thác ở nớc ta hoặc có tính chất tơng đơng. Sản phẩm chính của nhà máy
lọc dầu là Propylen, khí hoá lỏng, xăng không chì, dầu hoả dân dụng, nhiên liệu
phản lực, nhiên liệu diesel
Nhng việc vận chuyển cung cấp dầu thô đến nhà máy để chế biến tạo ra
sản phẩm và việc tiêu thụ sản phẩm thì cần phải có những công trình cơ bản sau.
II.1. Khu nhà máy lọc dầu
1. Khu nhà máy chính
Khu nhà máy chính đợc bố trí ở độ cao từ 12.5 - 10 m so với mặt nớc biển
trung bình. Độ dốc thoải dần từ khu vực trung tâm các phân xởng công nghệ
phía Tây xuống hớng Đông Nam để đảm bảo khả năng thoát nớc và chống lũ.
Các khu phân xởng công nghệ chế biến đợc bố trí tại vị trí cao nhất còn các hạng
mục khác đợc bố trí thấp hơn.
Đây là khu vực có tổng diện tích 151ha bao gồm nhiều phân xởng đợc lắp
đặt công nghệ chế biến sâu, hiện đại :
+ Phân xởng chng cất dầu thô bằng áp suất khí quyển (CDU).
+ Phân xởng xử lý Napth bằng hyđro (HNT).
+ Phân xởng Reforming xúc tác liên tục (CCR).
+ Phân xởng Cracking xúc tác cặn dầu (RFCC).
+ Phân xởng xử lý khí hoá lỏng( LPG ).
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
6
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

+ Phân xởng thu hồi Propylen.
Ngoài ra còn có nhiều hạng mục khác nh: khu xử lý nớc thải, khu đuốc
đốt, khu bể chứa sản phẩm trung gian, bể chứa các thành phần pha trộn, bể chứa
dầu tạp, khu hành chính, đờng ống dẫn dầu trong nhà máy nối các phân xởng.
Nhà máy còn có các hệ thống phụ trợ nh: Các trạm bơm, hệ thống đờng
giao thông, hệ thống điện, hệ thống tạo và phân phối hơi cho nhà máy, hệ thống

cung cấp khí, hệ thống cung cấp Nitơ, hệ thống cấp nhiên liệu, hệ thống cứu hỏa
và chữa cháy, hệ thống xử lý chất thải rắn, .v.v
2. Khu vực bể chứa sản phẩm
Đợc bố trí ở phía Bắc khu nhà máy chính và gần với khu cảng dầu. Khu bể
chứa sản phẩm có diện tích 28 ha bao gồm các bể chứa với số lợng và dung tích
nh sau:
+ 01 bể chứa khí hoá lỏng( LPG ) với dung tích 10.000 m3.
+ 02 bể chứa xăng không chì dung tích mỗi bể 15.000 m3.
+ 01 bể chứa Propylen với dung tích 10.000 m3.
+ 02 bể chứa dầu hỏa mỗi bể có dung tích 15.000 m3.
+ 02 bể chứa nhiên liệu phản lực mỗi bể có dung tích 15.000 m3.
+ 02 bể chứa diesel động cơ với dung tích mỗi bể 30.000 m3, 01 bể có
dung tích 20.000 m3.
+ 02 bể chứa diesel công nghiệp mỗi bể có dung tích 3.000 m3.
+ 03 bể chứa F.O mỗi bể có dung tích 30.000 m3.
3. Khu vực bể chứa dầu thô
Khu vực bể chứa dầu thô đợc bố trí gần nhà máy và gần hệ thống phao neo
một điểm SPM. Có diện tích 42 ha nằm trong khu vực nhà máy chính có nhiệm
vụ chứa dầu thô dẫn từ cảng Việt Thanh vào nhà máy. Khu bể chứa dầu thô có
các bể chứa với số lợng và dung tích nh sau:
+ 06 bể chứa dầu thô mỗi bể có dung tích 50.000 m3.
+ 02 bể chứa nớc dằn mỗi bể có dung tích 10.000 m3.
4. Tuyến ống dẫn sản phẩm
Tuyến đờng ống dẫn dài 8 km bao gồm tuyến nối từ nhà máy lọc dầu đến
khu bể chứa sản phẩm và tuyến đờng ống từ bể chứa sản phẩm đến cảng xuất sản
phẩm. Hành lang an toàn của tuyến ống có chiều rộng 50 m và có tổng diện tích
40 ha. Đây là một tuyến ống lớn đòi hỏi độ chính xác bố trí về độ cao.
5. Tuyến ống dẫn dầu thô
Tuyến ống dẫn dầu thô có chiều dài 1,2 km dẫn dầu thô từ vịnh Việt
Thanh vào khu bể chứa dầu thô của nhà máy chính.

6. Tuyến ống lấy và xả nớc biển
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
7
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Tuyến ống lấy và xả nớc biển có diện tích 4 ha, có nhiệm vụ cung cấp nớc
biển phục vụ nhà máy.
II.2. Các công trình biển
1. Khu cảng xuất sản phẩm
Khu cảng kín xuất sản phẩm bố trí tại phía Đông vịnh lớn Dung Quất
(đoạn từ cửa sông Trà Bồng đến mũi Co Co) có diện tích cả đất và mặt biển là
135 ha bao gồm các hạng mục:
+ 02 bến cho tàu có trọng tải từ 20.000 - 25.000 tấn chở xăng và diesel.
+ 03 bến cho tàu có trọng tải từ 3.000 - 5.000 tấn chở xăng, diesel, Jet A1,
LPG, F.O.
+ 01 bến cho tàu dịch vụ để phục vụ hoạt động của các bến xuất sản
phẩm.
2. Khu cảng nhập dầu thô
Khu cảng nhập dầu thô đợc bố trí trên diện tích 336 ha tại vịnh Việt Thanh
bao gồm các hạng mục:
Hệ thống cảng rót dầu không bến SPM (hệ thống bến phao 1 điểm neo)
cho phép nhận dầu thô từ các tàu chở dầu có trọng tải 80.000 - 110.000 tấn. Bến
phao một điểm neo đợc đặt cách bờ 3 km. Các ống mềm nổi sẽ đợc nổi để
chuyển dầu thô từ tàu sang SPM, cùng với một cụm thiết bị (PLEM) để nối từ
ống mềm sang ống cứng.
Đờng ống ngầm dới biển và khu vực vòng quay tàu. Tổng diện tích là 336
ha cho phép nhận tàu có trọng tải từ 80.000 - 100.000 tấn. Bến phao 1 điểm neo
SPM sẽ đợc nối với khu bể chứa dầu thô của nhà máy lọc dầu bằng một đờng
ống dẫn dầu thô dới biển có đờng kính 42 inch và một đờng ống phục vụ thông
rửa cho đờng ống dẫn dầu dới biển có đờng kính 18 inch. Cả hai đờng ống này

đều đợc bảo ôn, gia nhiệt để tăng điểm đông đặc với loại dầu có điểm đông đặc
cao.
3. Khu vực đê chắn sóng
Tuyến đê đợc khống chế bởi các điểm theo hệ toạ độ nhà nớc nh sau:
Toạ độ tuyến đê Dung Quất (Bảng 4)
Căn cứ vào hồ sơ lập thiết kế đê chắn sóng nhà máy lọc dầu Dung Quất
trình duyệt, đê chắn sóng nhà máy lọc dầu Dung Quất đợc thiết kế nh sau.
Phơng án 1: Đê chạy theo hớng Đông - Tây.
Phơng án 2: Đê chạy theo hớng Đông Bắc - Tây Nam.
Trụ đèn biển đợc xây dựng trên mặt đê có toạ độ nh sau:
X = 1705448.0016m,
Y = 583843.8539m,
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
8
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Bảng 4
Vị trí Toạ độ
X (m) Y(m)
Điển đầu đê 1705455.0 583844.00
Điểm gốc đê 1705455.0 585389.07
Sau khi cân nhắc tất cả các điều kiện cụ thể, phơng án cuối cùng đợc chọn
là phơng án 1.Tuyến đê đợc thiết kế có chiều dài1,6 km, chiều rộng chân đê
100m, chiều rộng mặt đê 10 m, độ cao của đê là 25m.
Cấu tạo các tấm Accropode và lớp lót (Bảng 5)
Công trình đê chắn sóng nhà máy lọc dầu Dung Quất xây dựng nhằm mục
đích đảm bảo độ an toàn cho tầu thuyền ra vào cảng Dung Quất trong điều kiện
thời tiết thuận lợi cũng nh khó khăn. Công trình đê chắn sóng nhà máy lọc dầu
Dung Quất đợc xây dựng ở biển (vịnh Dung Quất). Chính vì vậy nên đê chắn
sóng chịu áp lực rất lớn của điều kiện tự nhiên nh sóng, gió sẽ làm cho công

trình bị biến dạng.
Bảng 5
Đoạn Đầu đê Thân đê 1 Thân đê 2 Thân đê 3 Gốc đê
Chiều dài từ đầu đê
(m)
52.5 150 600 450 275
Loại Accropode mặt
trớc đê (m
3
)
16 12 9 6.3 2
Loại Accropode mặt
sau đê ( m
3
)
16 6.3 4.0 2.0 Đá hộc
Kết cấu mặt cắt dọc đê chắn sóng hoàn chỉnh ( hình 1)
4. Các công trình cơ sở hạ tầng chính.
+ Hệ thống đờng quốc lộ nối Quốc lộ 1A với nhà máy và cảng dầu có
chiều dài 12,5 km.
+ Hệ thống cung cấp nớc ngọt cho giai đoạn xây dựng có công suất
15.000 m3/ ngày và cho giai đoạn vận hành với công suất 33.000 m3/ ngày.
+ Hệ thống cung cấp điện.
+ Hệ thống thông tin liên lạc nối nhà máy với mạng thông tin quốc gia tại
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
9
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

khu vực.
+ Nhà ở và các dịch vụ cho cán bộ công nhân viên vận hành.

Chơng II
Những cơ sở chung về lý thuyết đo lún công trình
II.1. Khái niệm về quan trắc độ lún công trình
II.1.1. Khái niệm về độ lún
Độ lún tuyệt đối của một điểm là một đoạn thẳng (tính theo chiều thẳng
đứng). Từ mặt phẳng ban đầu của nền móng đến mặt phẳng lún ở thời điểm quan
trắc sau đó.
Các điểm ở những vị trí khác nhau của công trình có độ lún bằng nhau thì
quá trình lún đợc coi là lún đều. Lún đều chỉ xảy ra khi áp lực của công trình và
mức độ nén của đất đá ở những vị trí khác nhau của nền là nh nhau.
Độ lún không đều xảy ra do sự chênh lệch áp lực lên nền và mức độ chịu
nén của đất đá là không nh nhau. Lún không đều làm cho công trình bị nghiêng,
cong, vặn xoán và các biến dạng khác nghiêm trọng có thế xảy ra.
II.1.2. Nguyên nhân gây ra độ lún công trình
Những nguyên nhân gây ra độ lún công trình gồm 2 yếu tố sau
- Điều kiện tự nhiên
- Quá trình xây dựng và vận hành công trình
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
10
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

1. Tác động của những yếu tố tự nhiên
- Khả năng lún trợt của lớp đất đá dới nền móng công trình và các hiện t-
ợng địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khác.
- Sự co giãn của đất đá.
- Sự thay đổi của các điều kiện địa chất thuỷ văn theo nhiệt độ, độ ẩm và
mực nớc ngầm.
2. Các yếu tố liên quan đến quá trình xây dựng vận hành công trình
- ảnh hởng của trọng lợng bản thân công trình
- Sự thay đổi các tính chất cơ lý đất đá do việc cấp thoát nớc

- Sự sai lệch trong điều kiện khảo sát địa chất công trình địa chất thuỷ văn.
- Sự suy yếu của nền móng công trình do thi công các công trình ngầm dới
công trình.
- Sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình do xây dựng các công trình
khác ở gần.
- Sự dung động của nền móng công trình do vận hành máy móc và hoạt
động của các phơng tiện giao thông.
Hiện tợng công trình bị lún xảy ra ngay từ khi bắt đầu xây dựng công
trình. Vì vậy, việc quan trắc lún phải tiến hành ngay từ khi công trình bắt đầu
xây dựng đến khi công trình đi vào ổn định .
II.1.3. Mục đích nhiệm vụ quan trắc độ lún công trình
Quan trắc độ lún và biến dạng công trình nói chung, đợc thực hiện nhằm
đánh giá mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển
dịch biến dạng và từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng tai biến đối với công trình.
1. Mục đích quan trắc độ lún công trình
- Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng để đánh giá mức độ ổn định của
công trình.
- Kiểm tra việc tính toán thiết kế công trình
- Nghiên cứu quy luật biến dạng trong những điều kiện khác nhau và dự
đoán biến dạng của công trình trong tơng lai.
- Xác định các loại biến dạng có ảnh hởng đến quá trình công nghệ vận
hành công trình.
2. Nhiệm vụ quan trắc độ lún công trình
- Để quan trắc biến dạng một công trình, trớc hết cần phải thiết kế phơng
án kinh tế - kỹ thuật bao gồm:
+ Nhiệm vụ kỹ thuật
+ Khái quát về công trình điều kiện tự nhiên và chế độ vận hành
+ Sơ đồ phân bố mốc khống chế và mốc kiểm tra
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
11

Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

+ Sơ đồ quan trắc
+ Yêu cầu độ chính xác quan trắc ở những giai đoạn khác nhau
+ Phơng pháp và dụng cụ đo
+ Phơng pháp chỉnh lý kết quả đo
+ Sơ đồ lịch cho công tác quan trắc
+ Biên chế nhân lực và dự toán kinh phí
II.1.4. Tham số đặc trng độ lún công trình
1. Độ lún của điểm kiểm tra i giữa hai chu kỳ j và j - 1
S
i(j,j-1)
= H
ịj
- H
ij-1
( 1)
2. Độ lún của điểm i tính từ chu kỳ đầu tiên (1) đến kỳ j
S
i(j,1)
= H
i,j
- H
i,1
( 2)
3. Độ lún trung bình của công trình
n
S
S
i

n
tb

=
1
hoặc


=
n
i
n
ii
tb
F
SF
S
1
1
( 3)
trong đó
S
i
- độ lún của điểm thứ i ( i = 1,2 n)
F
i
- Diện tích vùng nếu nằm trong phạm vị lún của điểm i
4. Tốc độ lún trung bình của công trình
j
Tb

j
T
S
V =
( 4)
Trong đó T
j
thời gian tính từ chu kỳ đầu đến chu kỳ j
5. Hiệu độ lún lớn nhất giữa hai điểm K và L
S
KL
= S
k
- S
L
( 5)
6. Độ nghiêng của nền móng công trình trên hớng KL
KL
KL
Kl
L
S
i

=
( 6 )
trong đó L
Kl
là khoảng cách giữa hai điểm K và L.
7. Độ cong tuỵêt đối và độ cong tơng đối dọc theo trục công trình

Độ cong tuyệt đối
f =
( )
2
2
312
sss +
( 7 )
Độ cong tơng đối
f =
3,1
L
f
( 8 )
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
12
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Trong đó 1,2,3 là số hiệu của ba điểm kiểm tra phân bố dọc theo trục công
trình theo thứ tự 1, 2, 3 (Đầu - Giữa - Cuối).
II.1.5. Nguyên tắc thực hiện quan trắc độ lún công trình.
Độ lún của một điểm trên công trình là sự chuyển dịch theo phơng thẳng
đứng so với vị trí ban đầu.
Cụ thể, độ lún công trình là hiệu độ cao của cùng một điểm ở hai thời
điểm đo khác nhau.
Nếu ở hai thời điểm t và t
0
độ cao của điểm quan trắc là H
t
và H

to
thì độ
lún của điểm đó đợc tính theo công thức.
S = H
t
- H
to
( 9 )
Nhận xét
S < 0 công trình bị lún
S > 0 công trình bị trồi
Nh vậy: Nguyên tắc thực hiện quan trắc độ lún là xác định độ cao của
điểm quan trắc qua các thời điểm đo lún khác nhau.Thực chất công tác quan trắc
độ lún là công tác đo độ cao.
II.2. yêu cầu độ chính xác quan trắc đo lún các
công trình xây xựng
Yêu cầu độ chính xác đo lún công trình phụ thuộc chủ yếu vào tính chất
cơ lý đất đá dới nền móng công trình và phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu, vận
hành công trình.
Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún đợc xác định bằng biểu thức:
m
sti
=
( )

1

itti
ss
( 10)

Trong đó m
sti
- yêu cầu độ chính xác đo lún ở thời điểm t
i
S
ti
và S
t(i-1)
Độ lún dự báo ở thời điểm t
i
và t
i-1
: Hệ số đặc trng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc, thông thờng


= 4 6
Qúa trình đo lún đợc tiến hành nhiều lần mỗi lần đo đợc gọi là một chu
kỳ. Thời gian tiến hành các chu kỳ đo đợc tiến hành trong khi thiết kế kỹ thuật
quan trắc lún, chu kỳ quan trắc phải đợc tính toán sao cho kết quả quan trắc
phản ánh đợc thực chất quá trình lún của công trình.
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
13
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Công trình đê chắn sóng nhà máy lọc dầu Dung Quất là một công trình
mang tính chất chiến lợc cho khu công nghiệp với các hạng mục quy mô, kết cấu
phức tạp. Vì vậy, công tác quan trắc nhằm theo dõi, kiểm tra tính ổn định các
hạng mục công trình là rất cần thiết. Kết quả quan trắc độ lún cung cấp cho cơ
quan thiết kế và quản lý công trình, những số liệu quan trọng cho công tác tính
toán, thiết kế, duy tu và bảo dỡng công trình.Tìm ra biện pháp bảo đảm an toàn

cần thiết khi có sự biến dạng vợt quá gới hạn cho phép, đồng thời thông tin số
liệu quan trắc độ lún còn có tác dụng trong việc dự phòng, ngăn ngừa các sự cố
do tính không ổn định gây ra, do tính chất của công trình đê chắn sóng, độ chính
xác yêu cầu quan trắc độ lún là 3 mm.
II.3. ớc tính chu kỳ quan trắc hợp lý
Ước tính chu kỳ quan trắc hợp lý đóng một vai trò hết sức quan trọng
trong toàn bộ quá trình theo dõi lún của công trình. Nếu các chu kỳ quan trắc
quá tha sẽ dẫn đến hậu quả tai hại là chúng ta không phát hiện đợc độ lún một
cách kịp thời. Ngợc lại nếu chu kỳ quan trắc quá dầy mà tốc độ lún của công
trình không lớn lắm, sẽ dẫn đến việc lãng phí công sức và kinh phí đo đạc.
Tham số quan trọng nhất đóng vai trò quyết định việc chọn chu kỳ đo lún
là tốc độ lún của công trình. Một cách sơ lợc chúng ta thấy là : Tốc độ lún càng
lớn thì chu kỳ quan trắc càng dầy và ngợc lại, tốc độ lún càng nhỏ thì có thể
chọn chu kỳ quan trắc tha hơn. Ngoài ra chu kỳ quan trắc còn phải phụ thuộc cả
vào độ chính xác mà chúng ta có thể thực hiện đợc. Dới đây chúng tôi xin trình
bầy phơng pháp ớc tính chu kỳ quan trắc cụ thể dựa vào tham số trên.
Gỉa sử S là độ lún của một mốc nào đó trong lới đo lún và m
s
là sai số xác
định độ lún.Theo lý thuyết sai số thì độ lún S đợc xác định với độ tin cậy xấp xỉ
99% khi thoả mãn bất đẳng thức.
m
s
<
5.2
S
( 11)
ký hiệu t là chu kỳ quan trắc ( khoảng thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc
liên tiếp) ta sẽ có
S = v.t

Do đó
m
s
<
5.2
.tv
vì S = H
k
- H
i
nên m
s
=
22
HiHk
mm +
( 12)
trong đó
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
14
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

H
k
và H
i
là độ cao của mốc đo lún trong chu kỳ thứ i và thứ k
m
Hk
và m

Hi
là sai số độ cao của mốc đo lún trong chu kỳ thứ i và thứ k.
Vì các chu kỳ đo lún đợc đo bằng cùng một loại máy, theo cùng một sơ đồ
đo và gần nh trong cùng một điều kiện nh nhau. Do đó ta có thể coi.
m
Hk
= m
Hi
= m
H
nên m
s
=m
H
.
2
vì vậy m
H
.
2
<
5.2
.tv
hay t >
.
.2.5,2
v
m
H
=

v
m
H
.5,3
( 13)
Nh vậy, để ớc tính chu kỳ quan trắc hợp lý cần phải có hai tham số chủ
yếu là ( m
H
) và ( v ) giá trị m
H
nên chọn là sai số trung phơng điểm yếu nhất
trong lới. Nh vậy m
H
có thể nhận đợc từ các dữ liệu đầu vào là máy móc sử dụng
để đo lún và sơ đồ lới. Tốc độ lún (v ) có thể lấy từ độ lún lý thuyết do cơ quan
thiết kế cung cấp trong hồ sơ thiết kế của công trình.
Ví dụ.
Theo hồ sơ thiết kế tốc độ lún lý thuyết là 20 mm/ năm, với sai số trung
phơng xác định độ cao điểm yếu nhất là 2mm ta có
T =
nammm
mm
/20
2.5,3
= 0,3 năm = 4 tháng
Nh vậy với các dữ liệu trên, chu kỳ quan trắc là 4 tháng một lần đo sẽ cho
chúng ta kết quả độ lún tin cậy.
II.3.1. Chu kỳ quan trắc độ lún đê chắn sóng nhà máy lọc
dầu Dung Quất.
Do đặc điểm công trình đê chắn sóng đợc xây dụng phần lớn nằm dới biển

với chiều dài là 1600m. Do vậy để đánh giá đúng sự biến dạng lún, các chu kỳ
quan trắc đợc phân làm hai giai đoạn.
Giai đoạn 1. Đo độ lún công trình trong giai đoạn thi công
Giai đoạn 2. Đo độ lún công trình trong thời gian khai thác sử dụng.
Tuy nhiên do đê chắn sóng là một công trình đặc biệt đợc xây dựng phần
lớn thân đê nằm dới nớc biển nên việc đo đạc quan trắc độ lún trong giai đoạn
xây dựng là rất khó khăn.Trong trờng hợp này chúng ta không thể sử dụng phơng
pháp quan trắc thông thờng mà phải sử dụng các thiết bị và các phơng pháp đặc
biệt. Khi công trình lên khỏi mặt nớc thì áp dụng phơng pháp đo cao hình học để
quan trắc độ lún.
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
15
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Do cấu tạo của thân đê xây dựng bằng đá, nên diễn biến độ lún của đê rất
phức tạp.Chúng tôi dự kiến chia quá trình quan trắc độ lún thành hai phần, một
phần gây ra do độ lún của đáy biển dới tác dụng của tải trọng công trình, một
thành phần gây ra do độ lún của bản thân vật liệu xây dựng đê dới tác dụng của
thời gian và sóng biển cũng nh các phơng tiện khác. Nh vậy mới đánh giá độ lún
của đê một cách chính xác.
Qua những phân tích ở trên chúng tôi dự kiến quan trắc độ lún đê chắn
sóng là hai tháng một lần ( 6 chu kỳ trong một năm). Do đặc điểm của đê rất
phức tạp nên phải tiến hành quan trắc độ lún ít nhất là 2 năm đầu khai thác, sử
dụng. Sau đó tuỳ theo diễn biến độ lún của đê mà có những quyết định tiếp theo.
II.4. các phơng pháp quan trắc độ lún công trình và
khả năng ứng dụng để quan trắc độ lún của đê chắn sóng
Dung Quất
Trong công tác quan trắc độ lún công trình, các phơng pháp quan trắc độ
lún chủ yếu hiện nay bao gồm.
- Phơng pháp đo cao hình học .

- Phơng pháp đo cao lợng giác.
- Phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh .
- Phơng pháp quan trắc độ lún bằng thiết bị đĩa từ.
- Phơng pháp đo cao thuỷ động học.
II.4.1. Phơng pháp đo cao hình học .
Có thể nói trong công tác quan trắc độ lún công trình thì phơng pháp đo
cao hình học là một phơng pháp đang đợc ứng dụng phổ biến ở Việt Nam. Trong
quá trình quan trắc đê chắn sóng thì phơng pháp này là một trong những phơng
pháp đợc ứng dụng.
1. Quan trắc độ lún bằng phơng pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn.
- Máy móc và dụng cụ đo.
Các loại máy thờng dùng trong đo lún là H - 05, Ni 002, H1, H2, Ni004,
và các loại máy khác có độ chính xác tơng đơng.
Mia đợc sử dụng là mia invar thờng hoặc là mia invar chuyên dụng có
kích thớc ngắn hơn, các dụng cụ cần khác nh nhiệt kế, cóc mia và ô che nắng
Trớc và sau mỗi chu kỳ đo, máy và mia phải đợc kiểm nghiệm theo đúng
quy định, đặc biệt phải xác định độ ổn định của góc i.
2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu trong đo cao hình học tia ngắm ngắn.
Chiều dài tia ngắm không vợt quá 25 m, chiều cao tia ngắm không dới
0.8m đối với đo cao hạng I và chiều cao tia ngắm không dới 0.5m với đo cao
hạng II. Chênh lệch chiều dài tia ngắm trớc và sau trên một trạm máy và tích luỹ
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
16
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

trên tuyến không vợt quá 0.4m và 2m đối với đo cao hạng I, đối với đo cao hạnh
II là 1m và 4m.
Sai số giới hạn khép tuyến .
Đối với hạng I.
f

hI
= 0.3
n
(mm)
Đối với hạng II .
f
hII
= 1.0
n
(mm).
Với n là số trạm đo trên tuyến.
Đối với các công trình đợc xây dựng trên nền đất yếu và các đập đất đá,
yêu cầu độ chính xác đo lún tơng tơng với độ chính xác đo cao hạng III và có
thể thấp hơn .
Khi đo cao hạng III cần tuân theo các chỉ tiêu kỹ thuật sau đây.
Chiều dài tia ngắm không vợt quá 40m, chiều cao tia ngắm không dới
0.3m. Chênh lệch chiều dài tia ngắm trớc và sau trên một trạm máy và tích luỹ
trên toàn tuyến không vợt quá 2m và 5m.
Sai số giới hạn khép tuyến.
f
hIII
=2.0
n
(mm)
trong đó n là số trạm đo trên tuyến
Nguyên lý đo cao hình học là dựa vào tia ngắm nằm ngang để xác định
chênh cao giữa hai điểm đặt mia.
3. nguyên lý đo cao hình học từ giữa.
Gọi độ cao tơng đối gữa hai điểm 0 và A là h
oa

còn gọi là chênh cao
h
oa
.Trong đo cao hình học từ giữa chênh cao hình học h
oa
đợc xác định nh sau.
Tại điểm 0 và A đặt hai mia thẳng đứng, giữa hai mặt mia đặt máy đo cao,
sau đó đa tia ngắm về vị trí nằm ngang. Vị trí tia ngắm nằm ngang đi qua mia 0
gọi là số đọc mia sau (S), qua mia A gọi là số đọc mia trớc (T). Số đọc mia là
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
17
o
a
s
t
Hình II.4.1
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

khoảng cách theo phơng dây dọi từ đế mia đến vị trí tia ngắm nằm ngang đi qua
mia, chênh cao của hai điểm là hiệu khoảng cách của hai điểm đến mặt phẳng
nằm ngang đợc xác định bởi tia ngắm. Các khoảng cách đợc xác định bằng số
đọc trên mia, đó là khoảng cách từ đế mia đến vị trí ngắm nằm ngang đi qua
mia.
Chênh lệch độ cao giữa hai điểm 0 và A đợc xác định nh sau.
h
oa
= (S) - (T) ( 14)
Độ cao tuyệt đối của điểm (A) đợc xác định nhờ độ cao tuyệt đối của
điểm (0) là H
0

và chênh cao giữa hai điểm là.
H
A
= H
0
+ h
0A
( 15)
Khi khoảng cách giữa hai điểm lớn cần thực hiện nhiều trạm đo.
Sau mỗi trạm đo giữa hai điểm (i) và (i+1) xác định đợc chênh cao h
i,i+1
.Độ
cao tuyệt đối của điểm cuối đợc xác định theo công thức
H
n
= H
o
+

1
0
n
h
i,i+1
( 16)
4. Các nguồn sai số trong đo cao hình học.
- Sai số do máy và mia.
+ Sai số do trục ống thuỷ dài không song song với trục ống ngắm (sai số
góc i).
+ Sai số do điều quang .

+ Sai số do khắc vạch trên bộ đo cực nhỏ .
+ Sai số do vạch chia trên mia không chính xác
+ Sai số do trục ống thuỷ tròn không song song với trục đứng của mia khi
mia ở vị trí thẳng đứng .
+ Sai số do mia nghiêng .
+ Sai số do mia cong.
- Sai số do ảnh hởng của điều kiện ngoại cảnh.
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
18
Hình II.4.2
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

+ ảnh hởng của nhiệt độ
+ ảnh hởng của chiết quang
+ ảnh hởng của điều kiện thời tiết do: nắng, ma, gió
+ ảnh hởng của nền đất, đá không ổn định.
- Sai số do ngời đo
+ Sai số thô ( do đọc số nhầm số ).
+ Sai số do kẹp vạch trên mia .
+ Sai số do ớc đọc trên bộ đo cực nhỏ .
+ Sai số do cân máy dựng mia.
5. Trình tự đo ngắm tại một trạm máy.
- Đo đi ở trạm lẻ.
+ Đọc số thang chính của mia sau.
+ Đọc số thang chính của mia trớc .
+ Đọc số thang phụ của mia trớc .
+ Đọc số thang phụ của mia sau.
Trình tự đọc số tại một trạm lẻ đợc tóm tắt nh sau: ST - TS (sau - trớc - tr-
ớc - sau)
- Đo đi ở trạm chẵn

- Trình tự thao tác đợc tóm tắt nh sau: TS - ST (trớc - sau - sau - trớc)
- Khi đo về hai mia đổi chỗ cho nhau, trình tự đọc số ở trạm lẻ và trạm
chẵn đợc đổi lại nh ở trạm chẵn và trạm lẻ khi đo đi.
II.4.2. Phơng pháp đo cao lợng giác
Trong những điều kiện địa hình không thuận lợi hoặc kém hiệu quả đối
với đo cao hình học và yêu cầu độ chính xác đo lún không cao thì áp dụng ph-
ơng pháp đo cao lợng giác tia ngắm ngắn không quá 100m
1. Nguyên lý của phơng pháp đo cao lợng giác.
Dựa vào mối quan hệ lợng giác trong tam giác tạo bởi tia ngắm nghiêng,
khoảng cách giữa hai điểm và phơng dây dọi đi qua điểm cần xác định độ cao .
Dụng cụ đo trong phơng pháp đo cao lợng giác: Máy kinh vĩ có độ chính
xác cao nh: Theo 010, Wild T2 T1 T2 và các máy có độ chính xác tơng đơng.

Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
19
i
z
b
h
b
Hình II.4.3
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Ta cần xác định chênh cao giữa hai điểm Avà B. Muốn vậy ta đặt máy
kinh vĩ ở A và mia ở B hoặc tiêu có chiều cao (l) xác định, đo chiều cao máy i
sau đó hớng ống ngắm vào điểm B
'
bất kỳ trên mia. Chênh cao đợc xác định theo
công thức .
H

AB
=h
'
+i - l (17 )
Nếu tính cả ảnh hởng của độ cong trái đất và chiết quang đứng của tia
ngắm ngắn.
f = 0,42
R
S
(18 )
Ta sẽ có chênh cao của AB là
h
AB
= h
'
+ i - l +f (19 )
Nếu ta tiến hành đo góc nghiêng và khoảng cách (d) thì.
h
'
= dtg() (20)
khi đó
h
AB
= dtg() +i - l + f (21)
Nếu ta tiến hành đo góc thiên đỉnh (z) và khoảng cách (d)
h
AB
= d cotg(Z) + i - l + f (22)
2. độ chính xác của phơng pháp đo cao lợng giác
công thức

h
AB
= d cotg(Z) + i - l + f (23)
ta có m
h
2
=m
d
2
. Cotg
2
(z) + m
z
2

(
z
d
sin.

)
2

( 24)
Độ chính xác của phơng pháp phụ thuộc vào độ chính xác đo khoảng cách
và độ chính xác đo góc đứng. Nếu khoảng cách đo bằng máy đo dài điện tử thì
sai số chủ yếu là do đo góc đứng.
II.4.3. Phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh
Phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh thờng đợc áp dụng để quan trắc lún của nền
các kết cấu xây dựng trong điều kiện chật hẹp khi không thể quan trắc bằng ph-

ơng pháp đo cao hình học.
1. nguyên lý đo
Phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh là phơng pháp xác định chênh cao dựa trên
định luật cơ bản của thuỷ tĩnh học '' Mặt thoáng của chất lỏng luôn luôn vuông
góc với hớng của trọng lực và trong các bình thông nhau thì luôn nằm trên một
mặt thuỷ chuẩn, không phụ thuộc vào khối lợng chất lỏng và tiết diện ngang của
bình ''.
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
20
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Chênh cao tại một trạm đo sẽ đợc đo bằng 2 vị trí thuận và nghịch của các
bình .
Giả sử hệ thống đo cao thuỷ tĩnh gồm 2 bình N1 và N2, dùng để xác định
chênh cao giữa hai điểm A và B chênh cao đợc xác định h đợc tính tơng tự nh
trong thuỷ chuẩn hình học.
h = (d
1
-S
1
) - (d
2
-T
2
) (25)

Trong đó d
1
, d
2

là chiều cao của các bình và chính là khoảng cách từ
điểm (i) của thang vạch đến mặt phẳng tựa của các bình N1 và N2.
S
1
và T
1
là số đọc trên vành đọc số của bình sau và bình trớc.
Nh vậy ở vị trí thuận ta có: ( vị trí thứ nhất )
h = ( T
1
- S
1
) + ( d
1
- d
2
) ( 26)
Khi đổi chỗ các bình cho nhau ( vị trí nghịch )
h = ( d
2
- S
2
) + ( d
1
- T
2
) ( 27)
h = ( T
2
- S

2
) - ( d
1
- d
2
) ( 28 )
Hiệu này ( d
2
- d
1
) là sai số vị trí điểm 0 của dụng cụ đo hay còn gọi hằng
số của dụng cụ và nó thể hiện độ chính xác của công tác lắp ráp chế tạo dụng cụ.
Khi lắp ráp chế tạo ngới ta cố gắng đa giá trị hằng số về vị trí nhỏ nhất khi cộng
trung bình các kết quả thuận và nghịch ta đợc giá trị trung bình của chênh cao
xác định tại một trạm đo.
( ) ( )
2
2211
STST
h
+
=
( 29)
2. Các nguồn sai số ảnh hởng đến quá trình đo thuỷ tĩnh

( ) ( )
2
2211
STST
h

+
=
( 30)
22222
2211
(
4
1
STSTh
mmmmm +++=
) ( 31)
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
21
A
R
d
n
t
s
h
A
R
d
d
d
s
n
n
n
t

Hình II.4.4
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Nếu lấy
0
2211
mmmmmm
STShT

Ta có m
h
= m
0
Sai số xác định chênh cao khi dùng dụng cụ thuỷ tĩnh bằng sai số đọc số
trên mỗi bình.
+ Sự không cân bằng của chất lỏng trong các bình và ảnh hởng của hiện t-
ợng mao dẫn.
+ Sự tiếp xúc thiếu chính xác giữa đầu nhọn của vít đo cực nhỏ với mặt
khum của chất lỏng.
+ ảnh hởng của sai số đặt dụng cụ vào bề mặt đo thuỷ chuẩn
+ ảnh hởng của sự thay đổi áp xuất và nhiệt độ
Các kết quả khảo sát cho thấy rằng quá trình dao động của chất lỏng trong
hệ thống thuỷ tĩnh sẽ dừng lại sau khi đặt dụng cụ đo khoảng 2 đến 3 phút. Khi
đờng kính của các bình lớn hơn 30 đến 40 mm và điều kiện quan trắc nh nhau thì
tác dụng mao dẫn đến độ chính xác đo thuỷ chuẩn nhỏ không đáng kể. Do vậy
khi tổ chức đo đạc tốt thì ảnh hởng của nguồn sai số đầu không đáng kể. Sai số
do tiếp xúc đầu nhọn của vít đo với mặt của chất lỏng khi vặn vào từ từ là khoảng
2ữ3 àm.
ảnh hởng của sai số đặt dụng cụ đến độ chính xác đo chênh cao phụ thuộc
vào việc ra công bề mặt cần kiểm tra có sạch và nhẵn hay không, bởi vì các bình

đựng chất lỏng tiếp xúc với điểm kiểm tra bằng các bề mặt nhỏ cho nên mức độ
nhám của bề mặt này có ảnh hởng đáng kể đến độ chính xác đo thuỷ tĩnh.
Trong các hệ thống kín thì nguồn sai số chủ yếu đo thuỷ chuẩn thuỷ tĩnh
là sự thay đổi của nhiệt độ. Dụng cụ thuỷ chuẩn thuỷ tĩnh rất nhạy với sự thay
đổi của nhiệt độ môi trờng nên khi đo ngoài trời thoáng hoặc dới trời nắng thì có
thể có sai số hệ thống tơng đối lớn.
Một trong những dụng cụ thuỷ tĩnh tốt nhất là HMC do viện khoa học thực
nghiệm chế tạo máy của Liên Xô cũ chế tạo. Loại dụng cụ này có thể đo hiệu độ
cao đến 25mm.
Các nguồn sai số chủ yếu ảnh hởng đến độ chính xác của phơng pháp đo
cao thuỷ tĩnh là sai số do điều kiện ngoại cảnh. Vì vậy, trong quá trình đo cần
phải áp dụng một số biện pháp sau đây để làm giảm ảnh hởng của các nguồn sai
số nói trên.
+ Lựa chọn hợp lý chất lỏng trong máy thuỷ tĩnh
+ Lựa chọn tuyến đo có Gradien nhiệt độ thấp
+ Tính số hiệu chỉnh cho kết quả đo do sự thay đổi nhiệt độ áp xuất dọc
theo tuyến ống dẫn của máy thuỷ tĩnh.
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
22
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

+ Đọc số đồng thời trên các máy thuỷ tĩnh để giảm ảnh hởng dao động
trong các máy.
Nhận xét: Phơng pháp đo thuỷ tĩnh có độ chính xác cao nhng dụng cụ đo
cồng kềnh và di chuyển khó khăn cho nên ít đợc sử dụng .
II.4.4. Quan trắc độ lún công trình bằng thiết bị đĩa từ
Hiện nay công tác quan trắc biến dạng công trình đợc thực hiện chủ yếu
bằng các phơng pháp và thiết bị trắc địa thông thờng. Tuy nhiên, một số công
nghệ quan trắc khác có thể đợc áp dụng rất hiệu quả để theo dõi quá trình
chuyển dịch của các dạng công trình có cấu trúc đặc biệt. Đĩa từ là loại thiết bị

chuyên dùng để quan trắc biến dạng theo lớp và bớc đầu đã đợc sử dụng ở nớc ta
để quan trắc tại một số công trình nh: đập thuỷ điện, đờng giao thông ở đây
chúng tôi giới thiệu về những nghiên cứu bớc đầu về ứng dụng công nghệ đĩa từ
trong đo lún các công trình nêu trên.( Tác giả: Trần Khánh - Nguyễn Quang
Phúc: Trờng đại học Mỏ - Địa chất)
1. Nguyên lý của phơng pháp đĩa từ.
Phơng pháp đĩa từ đợc dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ, trong đó
nguyên lý xác định độ cao điểm quan trắc đợc thực hiện nh sau ( hình 5.1).
Tại điểm quan trắc P đặt đĩa từ sao cho mặt phẳng của đĩa ở vị trí nằm
ngang, tại mặt phẳng của đĩa xuất hiện một từ trờng, khi đa khung dây dẫn điện
kín ( đợc đặt trong đầu dò của thiết bị ) vào mặt phẳng đĩa, trong khung dây xuất
hiện dòng cảm ứng, dòng điện này lập tức kích thích hoặt động của các thiết bị
ngoại vi ( đèn báo, chuông) và ngời quan trắc xác định đợc thời điểm mà khung
dây nằm trong mặt phẳng của đĩa từ. Cuộn thớc treo đầu dò với vạch khắc mm
cho phép xác định đợc chênh lệch độ cao của điểm quan trắc P so với vạch chuẩn
đọc số tại điểm A hoặc so với một điểm bất kỳ nào khác (0) đã đợc đặt trong
cùng ống dấn hớng.
Nếu số đọc trên thớc khi đo tại các điểm O và P tơng ứng là L
O
và L
P
thì độ
cao điểm P đợc tính theo công thức sau:
- Dựa vào độ cao điểm A ( H
A
)
H
P
= H
A

-L
P
(32)
- Dựa vào độ cao điểm O ( H
O
)
H
P
= H
o
+L
o
- L
P
(33)
Giá trị độ lún của điểm quan trắc đợc xác định bằng so sánh độ cao điểm
đó ở hai chu kỳ đo khác nhau nh đối với cách tính trong phơng pháp trắc địa
truyền thống.
2. Sơ đồ cấu tạo thiết bị quan trắc
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
23
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

Các thiết bị đo đĩa từ đợc lắp đặt trong các hố khoan hoặc các khối đất đắp
để theo dõi chuyển dịch thẳng đứng có liên quan đến việc thi công các công
trình xây dựng. Kỹ thuật này cũng có thể đợc áp dụng quan trắc lún tại các hố
đào, nền móng công trình, đập và các bờ đắp v v .
Hệ thống thiết bị đĩa từ bao gồm một đầu dò, đợc nối với thiết bị cảnh báo
ngoại vi( đèn hiệu và còi) bằng một cuộn dây đo. Trong thành phần của thiết bị
đĩa từ còn có một số đĩa nam châm đợc đặt dọc theo chiều dài của ống dẫn với

vai trò là các điểm mốc quan trắc, các đĩa nam châm đợc gắn với đất bao quanh
và có thể dịch chuyển lên xuống khi hiện tợng trồi lún xuất hiện
( hình6.1).
1.1. ống dấn hớng
Thờng đợc sử dụng là ống nhựa PVC đờng kính 2.5cm, gồm nhiều đoạn
nối với nhau bằng khớp trợt, thích hợp với việc đo trồi lún.
1.2. Nam châm chuẩn
Gắn cố định vào phần đáy của ống dấn để làm mốc chuẩn và đợc sử dụng khi
đáy ống đợc neo vào nền đất đá ổn định. Sơ đồ kết cấu và gắn nam châm
chuẩn đợc đa ra trong( hình 6.2.)
1.3. Nam châm nhện
Nam châm này có các chân đàn hồi nh lò xo đợc sử dụng trong hố khoan.
Các chân đợc bóp vào để lắp đặt và sau đó thả ra khi nam châm đã đợc đa đến độ
sâu thiết kế. Nam châm nhện thờng đợc gắn chặt vào ống dẫn và đợc lắp đặt
cùng với ống dẫn. Sau khi ống dẫn đợc lắp đặt, các chân bằng thép của nam
châm nhện đợc thả ra để bám vào đất xung quanh tại cao độ đo ( hình 6.3).Sau
đó, khố khoan đợc phun đày vữa có cùng cờng độ với đền đất xung quanh.
1.4. Nam châm đĩa
Nam châm đĩa đợc sử dụng trong các lớp đất lấp, có diện tích bề mặt rộng
để tác động kết hợp cùng với đất và có thể trợt dọc theo ống dẫn khi các lớp đất
bị trồi hoặc lún. Tại mỗi lớp đất đắp, cần lắp đặt thêm ống nối có khớp trợt và
nam châm đĩa , đĩa nam châm phải ở vị trí thật nằm ngang, đất đắp xung quanh
ống phải đợc đầm chặt( hình 6.4).
1.5. Các đoạn ống dạng têlê
Các đoạn ống dạng têlê ( giống nh cần ăng ten của đài ) đợc lắp đặt khi
hiện tợng trồi lún của các lớp dự đoán có thể vợt quá 3% ( hình 6.1)
3. Phơng pháp quan trắc ngoại nghiệp.
Sau khi lắp đặt song hệ thống, có thể triển khai đo đạc ngoại nghiệp.Các
số liệu đợc ghi nhận khi kéo đầu dò trong ống dấn hớng để tìm độ sâu của các
nam châm. Khi đầu dò đi vào từ trờng của nam châm, công tắc của guồng quay

Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
24
Trờng đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

sẽ dừng, đèn bật sáng và còi kêu, ngời vận hành sau đó sẽ căn cứ vào các vạch
mm trên dây đo để ghi nhận độ sâu của nam châm. Trình tự thao tác nh sau:
Bật máy thả đầu dò xuống đáy ống dẫn, kéo đầu dò lên cho đến khi còi
kêu( lần thứ1) sau đó tiếp tục kéo từ từ đầu dò lên cho đến khi còi kêu (lần thứ
2) Lần thứ nhất còi kêu cảnh báo, là để xác định vị trí sơ bộ của nam châm và h-
ớng sự chú ý của ngời quan trắc. Còi kêu lần hai sẽ xác định vị trí chính xác của
nam châm, độ sâu của nam châm đợc ghi nhận bằng dây đo có vạch khắc
số.Tiếp tục kéo đầu dò để đo tại vị trí các nam châm khác, công việc này kéo dài
cho đến khi độ sâu của nam châm trên cùng nhất đợc xác định.
Khi ống dẫn đợc neo vào nền ổn định thì độ sâu của mỗi nam châm sẽ đợc
so sánh với nam châm chuẩn gắn cố định ở đáy ống dẫn. Độ trồi lún đợc xác
định bằng cách so sánh độ cao hiện tại của từng nam châm với độ cao ban đầu
cuả chúng.
Vì các số đo lần đầu rất quan trọng nên cần phải đo ba lần liên tiếp tại một
điểm, sau đó lấy giá trị trung bình. Trong mỗi chu kỳ đo cần phải xác định đợc
giá trị độ cao hiện tại và giá trị thay đổi của mỗi nam châm.
4. Khảo sát độ chính xác đo lún bằng phơng pháp đĩa từ
Phân tích nguyên lý hoạt động và quy trình đo độ lún bằng phơng pháp đĩa
từ, tác giả xác định đợc: Có ba nguồn sai số chủ yếu ảnh hởng đến độ chính xác
của phơng pháp là: Sai số đọc số, sai số do thiết bị dò tìm ( đa điểm đo trên đầu
dò vào mặt phẳng đĩa từ ) và sai số do biến động chiều dài thớc đo. Với thớc
khắc vạch đến mm thì giá trị của sai số đọc số sẽ không vợt qúa 0.5mm. Sai số
do thiết bị đo phụ thuộc độ chính xác chế tạo máy, ảnh hởng của nguồn sai số
này sẽ đợc giảm đáng kể nếu tại mỗi điểm quan trắc trị đo trung bình đợc xác
định từ nhiều lần đọc số ( thực tế quan trắc tại một số công trình cho thấy các số
đọc tại cùng điểm đo có độ chênh lệch không quá 1 ữ 2mm ). Sai số thớc đo phát

sinh do sự thay đổi chiều dài thớc theo nhiệt độ trong ống dẫn hớng và đợc tính
theo công thức :
L = L( t - t
0
) ( 34)
Ví dụ:
Nếu vật liệu làm thớc đo là hợp kim thép ( hệ số giãn nở = 1.25.10
-5
)
với chiều dài đoạn L = 50m và khi nhiệt độ thay đổi 5 ữ 10 thì chiều dài thớc
thay đổi cỡ 3 ữ 6 mm.
Để bớc đầu xác định độ chính xác của phơng pháp quan trắc đĩa từ, chúng
tôi nêu kết quả thực nghiệm với công trình quan trắc ở thực tế sản xuất bằng
Diêm Công Trang Trắc địa K - 43
25