khảo sát phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý số liệu lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình

Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
mục lục
Trang
Mục lục ........................................................................................................................ ................. 1
Chơng 1 - tổng quan về công tác quan trắc chuyển dịch
biến dạng công trình....................................................... 4
1.1 Khái niệm chung về chuyển dịch và biến dạng công trình .......................... 4
1.2 Lới khống chế dùng trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình ......... 10
1.3 Các phơng pháp quan trắc chuyển dịch ngang................................................. 18
1.4 Thực trạng chuyển dịch và biến dạng công trình ở nớc ta hiên nay........... 27
Chơng 2 - Khảo sát phơng pháp bình sai lới tự do ...................... 32
2.1 Khái niệm về lới trắc địa tự do................................................................................. 32
2.2 Phép chuyển đổi toạ độ Helmert và định vị mạng lới trắc địa tự do............. 37
2.3 Một số tính chất về kết quả bình sai lới tự do................................................... 42
Chơng 3 - ứng dụng bình sai lới tự do trong xử lý lới
quan trắc chuyển dịch ngang công trình......... 45
3.1 Tính toán xử lý số liệu lới quan trắc chuyển dịch ngang............................ 45
3.2 Thuật toán xử lý số liệu lới quan trắc chuyển dịch ngang.......................... 46
3.3 Sơ đồ khối và quy trình xử lý lới quan trắc chuyển dịch ngang............... 52
3.4 Lập trình ứng dụng........................................................................................................ 55
3.5 Tính toán thực nghiệm................................................................................................. 69
phụ lục 1...................................................................................................................................... 72
phụ lục 2...................................................................................................................................... 81
phụ lục 3...................................................................................................................................... 83
Tài liệu tham khảo......................................................................................................... 88
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
1
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Mở đầu
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế, Nhà nớc cùng
với các nhà đầu t trong và ngoài nớc đã và đang đầu t xây dựng rất nhiều công

trình lớn có quy mô hiện đại nh: nhà máy xi măng, các công trình nhà cao tầng,
nhà máy thuỷ điện, các công trình cầu Để thi công đ ợc các công trình này
đều phải tiến hành công tác trắc địa. Một trong những công tác quan trọng đợc
tiến hành ngay từ khi đặt nền móng công trình và đợc thực hiện trong suốt quá
trình khai thác sử dụng và vận hành công trình đó chính là công tác quan trắc
chuyển dịch biến dạng công trình. Các kết quả quan trắc biến dạng cho phép
đánh giá mức độ ổn định và an toàn của công trình giúp cho ngời chủ quản có
kế hoạch tu tạo, bảo dỡng và ngăn chặn những hậu quả xấu có thể xảy ra đối với
công trình.
Ngày nay, với việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất kết hợp với việc
tổ chức và áp dụng các quy trình quan trắc hợp lý, độ chính xác của các trị đo đã đợc
nâng cao đáng kể. Nhng do lới quan trắc biến dạng công trình là một mạng lới đặc
thù, đòi hỏi độ chính xác rất cao, do đó bên cạnh độ chính xác các kết quả quan trắc
đợc nâng cao thì việc áp dụng các quy trình và phơng pháp xử lý phù hợp với bản
chất của của mạng lới quan trắc biến dạng là rất cần thiết, nhằm nâng cao chất lợng
của công tác xử lý số liệu.
Nhận thức đợc tầm quan trọng của phơng pháp xử lý số liệu đối với lới
quan trắc biến dạng công trình nên khi đợc giao đồ án tốt nghiệp tôi đã chọn đề
tài: Khảo sát phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý
số liệu lới quan trắc chuyển dịch ngang công trình .
Nội dung của đồ án gồm ba chơng:
Chơng 1: Tổng quan về công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình
Chơng 2: Khảo sát phơng pháp bình sai lới tự do
Chơng 3: ứng dụng phơng pháp bình sai lới tự do trong xử lý lới quan trắc
chuyển dịch ngang công trình
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
2
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Do trình độ còn hạn chế về trình độ nên cuốn đồ án không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Tôi rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các Thầy,

Cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp để cuốn đồ án đợc hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Thầy, Cô trong khoa Trắc địa
cùng các bạn đồng nghiệp, đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của Thầy
TS. Nguyễn Quang Phúc trong suốt quá trình làm đồ án.
Hà Nội, tháng 6 năm 2008
Sinh viên: Phùng Xuân Thuỳ
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
3
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Chơng 1
Tổng quan về công tác quan trắc
Chuyển dịch biến dạng công trình
1.1. khái niệm chung về chuyển dịch và biến dạng công
trình
1.1.1. Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình
1.1.1.1. Chuyển dịch công trình
Chuyển dịch công trình trong không gian là sự thay đổi vị trí công trình
theo thời gian và đợc phân biệt thành hai loại: chuyển dịch theo phơng thẳng
đứng và chuyển dịch trong mặt phẳng ngang.
Chuyển dịch theo phơng thẳng đứng đợc gọi là độ trồi lún (nếu chuyển
dịch theo hớng xuống dới thì gọi là lún, hớng lên trên gọi là trồi). Chuyển dịch
công trình trong mặt phẳng nằm ngang gọi là chuyển dịch ngang.
1.1.1.2. Biến dạng công trình
Biến dạng công trình là sự thay đổi mối tơng quan hình học của công trình
ở quy mô tổng thể hoặc ở các kết cấu thành phần. Biến dạng xảy ra do chuyển
dịch không đều giữa các bộ phận công trình, các biến dạng thờng gặp là hiện t-
ợng cong, vặn xoắn, rạn nứt của công trình.
Nếu công trình bị chuyển dịch, biến dạng vợt quá giới hạn cho phép thì
không những gây trở ngại cho quá trình khai thác sử dụng mà có thể dẫn đến
các sự cố h hỏng, đổ vỡ và phá huỷ một phần hoặc toàn bộ công trình.

1.1.2. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình
Các công trình bị chuyển dịch biến dạng là do tác động của hai loại yếu tố
chủ yếu:
- Yếu tố tự nhiên
- Yếu tố nhân tạo
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
4
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
1.1.2.1. Tác động của các yếu tố tự nhiên
Tác động của các yếu tố tự nhiên do các nguyên nhân sau:
- 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 thuỷ văn theo nhiệt độ, độ ẩm, và mực nớc
ngầm
1.1.2.2. Tác động của các yếu tố nhân tạo
Tác động của các yếu tố nhân tạo bao gồm:
- ảnh hởng của trọng tải bản thân công trình
- Sự thay đổi các tính chất cơ lý đất đá do việc quy hoặch cấp thoát nớc.
- Sự sai lệch trong 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 ngang lên nền móng công trình do xây dựng các công
trình khác ở gần.
- Sự rung động của nền móng công trình do vận hành máy móc và hoạt
động của các phơng tiện giao thông.
1.1.3. Các tham số đặc trng cho quá trình chuyển dịch ngang công trình
a. Chuyển dịch ngang tuyệt đối của một điểm ( q
i
)

Là đoạn thẳng từ vị trí ban đầu của điểm đó đến vị trí tại thời điểm quan
trắc (tính trong mặt phẳng ngang):
2
2
)()(
00
iijiiji
yyxxq
+=
(1.1)
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
5
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Trong đó: (x
ij
, y
ij
) là toạ độ (xét trong mặt phẳng ngang) của điểm thứ i
trong chu kỳ quan trắc thứ j

00
,(
ii
yx
) là toạ độ ban đầu của điểm thứ i
Các điểm ở những vị trí khác nhau của công trình có mức chuyển dịch
ngang bằng nhau thì quá trình chuyển dịch ngang đợc coi là chuyển dịch đều.
Chuyển dịch (ngang) đều chỉ xảy ra khi áp lực ngang của công trình và mức độ
chịu nén của đất đá ở các vị trí khác nhau của nền là nh nhau.
Chuyển dịch ngang không đều xảy ra do sự chênh lệch áp lực ngang lên

công trình và mức độ chịu nén của đất đá không nh nhau. Chuyển dịch không
đều làm cho công trình bị nghiêng cong, vặn, xoắn và biến dạng khác. Biến
dạng lớn sẽ có thể dẫn đến hiện tợng gãy, nứt ở nền móng và tờng công trình.
b. Chuyển dịch ngang trung bình của công trình: q
tb
n
q
q
n
i
i
tb

=
=
1
(1.2)
Trong đó:
q
i
: chuyển dịch tuyệt đối của điểm i
n: số lợng điểm kiểm tra trên công trình
c. Chênh lệch chuyển dịch theo một trục:

q
Đặc trng cho độ xoay của công trình
13
qqq
=
(1.3)

Trong đó:
q
3
, q
1
là giá trị chuyển dịch của hai điểm ở hai đầu trục
d. Độ cong tuyệt đối và độ cong tơng đối của công trình theo một trục
Độ cong tuyệt đối: f
1
đợc xác định nh sau
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
6
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
2
)(2
312
1
qqq
f
+
=
(1.4)
Trong đó:
q
1
, q
3
: giá trị chuyển dịch của 2 điểm ở 2 đầu trục
q
2

: giá trị chuyển dịch của điểm kiểm tra ở giữa trục
Độ cong tơng đối: f
2
3,1
1
2
l
f
f
=
(1.5)
l
1,3
: chiều dài của trục công trình
e. Tốc độ chuyển dịch của từng điểm và tốc độ chuyển dịch trung bình
Tốc độ chuyển dịch của điểm i: v
i
t
q
v
i
i
=
(1.6)
Trong đó
t: thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc
Tốc độ chuyển dịch trung bình của công trình: v
tb
n
v

v
n
i
i
tb

=
=
1
(1.7)
1.1.4. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình
1.1.4.1. Mục đích
Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình nhằm mục đích xác định mức
độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch biến
dạng và từ đó có biện pháp xử lý, để phòng tai biến đối với công trình, cụ thể
là:
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
7
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
1. Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng để đánh giá độ ổn định công
trình, phòng ngừa các sự cố h hỏng, đổ vỡ có thể xảy ra.
2. Kết quả quan trắc là số liệu đối chứng để kiểm tra các tính toán trong
giai đoạn thiết kế công trình.
3. Nghiên cứu quy luật biến dạng trong những điều kiện khác nhau và dự
đoán biến dạng của công trình trong tơng lai.
4. Xác định các loại biến dạng có ảnh hởng đến quá trình vận hành công
trình, từ đó đề ra chế độ sử dụng, khai thác công trình một cách hợp lý.
1.1.4.2. Nhiệm vụ
Để quan trắc chuyển dịch biến dạng một công trình, trớc hết cần phải thiết
kế phơng án kinh tế - kỹ thuật bao gồm:

1. Nhiệm vụ kỹ thuật
2. Khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên và chế độ vận hành.
3. Sơ đồ phân bố mốc khống chế và mốc kiểm tra.
4. Sơ đồ quan trắc.
5. Yêu cầu độ chính xác quan trắc ở những giai đoạn khác nhau.
6. Phơng pháp và dụng cụ đo.
7. Phơng pháp chỉnh lý kết quả đo.
8. Sơ đồ lịch cho công tác quan trắc.
9. Biên chế nhân lực và dự toán kinh phí.
1.1.5. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc
1.1.5.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc
Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch chính là độ chính xác cần
thiết xác định chuyển dịch công trình, chỉ tiêu định lợng của đại lợng này phụ
thuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý đất đá dới nền móng, đặc điểm kết cấu và vận
hành công trình.
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
8
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Có hai cách xác định yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch, cách
thứ nhất là xác định theo giá trị chuyển dịch dự báo ( đợc nêu trong bản thiết kế
công trình), cách thứ hai xác định theo tiêu chuẩn xây dựng, vận hành công
trình (đợc quy định trong các tiêu chuẩn ngành).
1- Theo chuyển dịch dự báo, yêu cầu độ chính xác quan trắc đợc xác định
theo công thức:

2
t
Q
Q
m

(1.8)
Trong đó:
t
Q
m
- yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ở thời điểm
t
.
t
Q
- giá trị chuyển dịch dự báo đến thời điểm
t
.


- hệ số đặc trng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc, phụ thuộc
vào xác xuất đợc chấp nhận. Đối với công tác quan trắc biến dạng thờng lấy
xác xuất P = 0.997 (tơng ứng với
3
=

) và khi đó công thức tính độ chính xác
quan trắc chuyển dịch là:
t
Q
Q
m
t
17.0

(1.9)
Nếu chuyển dịch công trình có giá trị dự báo là nhỏ thì đại lợng
t
Q
m
tính
theo công thức (1.9) cũng nhỏ, trong một số trờng hợp sẽ rất khó đạt đợc tiêu
chuẩn chính xác nh vậy.
2- Trong thực tế, yêu cầu độ chính xác quan trắc thờng đợc xác định dựa
vào điều kiện nền móng, đặc điểm kết cấu đối với từng loại công trình cụ thể
(các tiêu chuẩn này do cơ quan quản lý ngành ban hành). Yêu cầu độ chính xác
quan trắc đối với các công trình dân dụng- công nghiệp thông thờng đợc đa ra ở
bảng 1.1.
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
9
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Bảng 1.1: Yêu cầu độ chính xác đo lún và chuyển dịch ngang công trình
1.1.5.2. Chu kỳ quan trắc
Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là dạng công tác đo lặp, đợc
thực hiện nhiều lần với cùng đối tợng, mỗi lần đo đợc gọi là một chu kỳ quan
trắc. Thời gian thực hiện các chu kỳ đo đợc xác định trong giai đoạn thiết kế kỹ
thuật quan trắc lún hoặc chuyển dịch ngang công trình. Chu kỳ quan trắc phải
đợc tính toán sao cho kết quả quan trắc phản ánh đúng thực chất quá trình
chuyển dịch của đối tợng quan trắc. Nếu chu kỳ đo tha thì sẽ không xác định
đúng quy luật chuyển dịch, ngợc lại nếu ấn định chu kỳ quan trắc quá dày sẽ
dẫn đến lãng phí nhân lực, tài chính và các chi phí khác.
Có thể phân chia các chu kỳ quan trắc chuyển dịch thành ba giai đoạn: giai
đoạn thi công, giai đoạn đầu vận hành và giai đoạn công trình đi vào ổn định.
Trong giai đoạn thi công, chu kỳ quan trắc đợc thực hiện ngay sau thời

điểm xây song phần móng, khi ma công trình còn cha chịu tác động của tải
trọng hoặc áp lực ngang. Các chu kỳ tiếp theo đợc ấn định tuỳ thuộc tiến độ xây
dựng và mức tăng tải trọng công trình.
Trong một số trờng hợp đặc biệt, khi phát sinh yếu tố ảnh hởng không có
lợi đến độ ổn định của công trình, cần thực hiện các chu kỳ quan trắc bổ xung.
Riêng đối với các công trình chịu áp lực biến đổi theo chu kỳ(nh các công trình
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
TT Loại công trình, nền móng
Độ chính xác
quan trắc
1 Công trình bê tông xây trên nền đá gốc

1 mm
2
Công trình xây trên nền đất cát, sét và các nền chịu nén khác

3 mm
3 Các loại đập đát đá chịu áp lực cao

5 mm
4 Công trình xây trên nền đất đắp, nền trợt

10 mm
5
Các loại công trình bằng đất đắp

15 mm
10
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
chịu áp lực tại nhà máy thuỷ điện, đập nớc của hồ chứa), công tác quan trắc

biến dạng đợc thực hiện thờng xuyên trong suốt quá trình vận hành, khai thác
công trình.
1.2. lới khống chế dùng trong quan trắc chuyển dịch
ngang công trình
1.2.1. Nguyên tắc xây dựng lới quan trắc chuyển dịch ngang công trình
Chuyển dịch ngang công trình đợc xác định trên cơ sở so sánh toạ độ
các điểm quan trắc gắn trên công trình ở hai chu kỳ quan trắc khác nhau. Nh
vậy để thực hiện quan trắc chuyển dịch cần phải xây dựng một mạng lới
khống chế với hai loại điểm mốc:
- Hệ thống mốc loại 1 đợc xây dựng tại các vị trí cố định bên ngoài phạm
vi ảnh hởng chuyển dịch của công trình, các mốc này có tác dụng là cơ sở toạ
độ gốc cho toàn bộ công tác quan trắc và đợc gọi là mốc khống chế cơ sở. Yêu
cầu đối với điểm mốc khống chế là phải có vị trí ổn định trong suốt quá trình
quan trắc.
- Hệ thống mốc loại hai là mốc gắn trên công trình, cùng chuyển dịch với
công trình và đợc gọi là mốc quan trắc.
Hình thức mốc trong quan trắc chuyển dịch ngang đợc thiết kế phù hợp
với đặc điểm của từng loại công trình cụ thể, tuy nhiên điều bắt buộc là các
mốc đó đều phải có kết cấu thuận tiện cho việc đặt thiết bị đo và bảo đảm
hạn chế sai số định tâm máy cũng nh bảng ngắm ở giới hạn cho phép.
Trong mỗi chu kỳ quan trắc cần thực hiện các phép đo để xác định vị trí
tơng đối giữa các điểm mốc khống chế nhằm kiểm tra và đánh giá độ ổn định
của các mốc đó nh vậy sẽ tạo thành một bậc lới, là lới khống chế. Đồ hình đo
nối giữa hệ thống mốc quan trắc với các mốc khống chế tạo ra bậc lới thứ hai,
đợc gọi là bậc lới quan trắc. Giữa hai bậc lới nêu trên có thể xây thêm một số
bậc trung gian, tạo thành một hệ thống lới nhiều bậc. Tuy vậy, với các thiết bị
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
11
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
đo đạc nh hiện nay thì áp dụng lới hai bậc là phù hợp và đảm bảo tính chặt chẽ

so với lới có số bậc nhiều hơn.
Trong một số trờng hợp, có thể bỏ qua việc thành lập bậc lới khống chế
nếu xây dựng đợc các mốc khống chế chắc chắn ổn định. Ví dụ: các mốc đợc
chôn trên nền đá gốc và có cấu trúc theo phơng pháp dây dọi ngợc, thông thờng
các mốc này đợc chôn tới độ sâu của tầng đá gốc, nhng do giá thành các loại
mốc dây dọi ngợc rất cao, việc thi công, bảo quản và sử dụng cũng phức tạp nên
mốc dây dọi ngợc cha đợc sử dụng trong thực tế sản xuất trắc địa ở Việt Nam.
Giải pháp hợp lý và có hiệu quả kinh tế là thành lập mạng lới khống chế cơ
sở với các điểm mốc chôn nông. áp dụng các biện pháp đo và xử lý số liệu
thích hợp để đánh giá mức độ chuyển dịch của các mốc trong lới, trên cơ sở đó
lựa chọn các mốc ổn định để làm cơ sở toạ độ gốc cho toàn bộ công tác quan
trắc. Bậc lới quan trắc đợc xây dựng nh lới phụ thuộc, trên cơ sở số liệu đo đạc
tiến hành bình sai, tính toán toạ độ các mốc quan trắc và các tham số chuyển
dịch biến dạng công trình.
1.2.2. Kết cấu và phân bố mốc quan trắc
1.2.2.1. Mốc cơ sở
Yêu cầu cơ bản đối với các mốc cơ sở là phải đảm bảo ổn định, không bị
chuyển dịch. Vì vậy các mốc cơ sở phải có kết cấu thích hợp đợc đặt ở ngoài
phạm vi ảnh hởng của chuyển dịch, biến dạng công trình, ở những nơi có điều
kiện địa chất ổn định. Trong mỗi chu kỳ quan trắc phải kiểm tra sự ổn định của
các mốc cơ sở. Nếu phát hiện thấy mốc cơ sở bị chuyển dịch thì phải tiến hành
hiệu chỉnh vào kết quả đo của các mốc kiểm tra.
Mốc trong quan trắc chuyển dịch ngang thờng sử dụng các loại mốc có kết cấu
định tâm bắt buộc, loại mốc này cho phép định tâm máy và bảng ngắm với độ chính
xác cao. Tuy nhiên cần có biện pháp để giữ cột không bị nghiêng do tác động của cơ
học hoặc do bản thân của quá trình chuyển dịch công trình (hình 2.1 và 2.2)
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
12
Lớp vỏ cách nhiệt
Lớp đệm

Nắp bảo vệ
Mặt bích
Cột bê tông
Đế mốc
Lớp gạch lót đáy
mốc
Hình 1.1 - Mốc khống chế mặt bằng dạng cột
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp

Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
13
Hình 1.2 - Mốc khống chế cơ sở quan trắc chuyển dịch ngang đập thuỷ điện
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
1.2.2.2. Mốc kiểm tra
Có hai loại:
- Mốc gắn nền
- Mốc gắn tờng
Yêu cầu chung đối với cả hai loại mốc là một đầu phải đợc gắn chặt vào
công trình, cùng chuyển dịch với công trình đầu còn lại phải có cấu trúc thuận
tiện cho việc đặt máy - đối với phơng pháp tam giác hoặc đặt bảng ngắm - đối
với phơng pháp hớng chuẩn và phải có định tâm bắt buộc.
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
14
Hình 1.3- Mốc quan trắc trên mặt đập thuỷ điện Hoà Bình
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Mốc kiểm tra đợc đặt ở những vị trí đặc trng của công trình. Mốc kiểm tra
thờng đợc đặt ở độ cao của nền công trình để giảm ảnh hởng do nhiệt độ và độ
nghiêng công trình.
Đối với công trình dân dụng, mốc kiểm tra đợc đặt theo chu vi của công
trình, các mốc cách nhau không quá 20m. ở những vị trí chịu ảnh hởng lớn của

áp lực ngang thì khoảng cách giữa các mốc là 10
m
- 15
m
.
Đối với công trình công nghiệp, phân bố mốc kiểm tra tuỳ thuộc vào loại
móng công trình.
Móng băng liền khối: các mốc đặt cách nhau 10 -15
m
.
Móng cọc hoặc khối: trên mỗi khối đợc đặt không ít hơn 3 mốc.
Đối với các đập thuỷ lợi, thuỷ điện, mốc kiểm tra đợc bố trí dọc đờng
hầm thân đập và dọc theo đỉnh đập. Nếu là đập đá thì khoảng cách giữa các
mốc 15 - 20
m
. Nếu là đập bê tông thì tại mỗi khối bố trí hai mốc trở lên.
1.2.2.3. Bảng ngắm phẳng
Phơng pháp dùng bảng ngắm phẳng đợc ứng dụng rộng rãi trong quan
trắc chuyển dịch ngang các công trình có dạng thẳng (nh các tuyến đập
thẳng, cầu vợt) khi công nghệ điện tử cha phát triển. Độ chính xác của ph-
ơng pháp phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của bảng ngắm, để đảm bảo
độ chính xác quan trắc thì bảng ngắm phẳng phải thoả mãn các điều kiện
sau:
Đờng vạch trên bảng ngắm có mầu sắc tơng phản.
Hình dạng đờng vạch là những hình tròn đồng tâm, vạch đứng hoặc hình
tam giác.
Nếu là vạch đứng thì chiều rộng và chiều cao vạch khắc trên bảng ngắm
phải đợc tính toán sao cho phù hợp với khoảng cách đo ngắm.
Chiều rộng vạch b:
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48

15
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp


=
3
''
lv
b
(1.10)
Trong đó:
v'' - Giá trị góc nhìn giữa hai dây (chỉ khép) của màng dây chữ thập
của ống ngắm
Chiều cao của vạch khắc: h
bh 3
=
(1.11)
Có hai loại bảng ngắm: bảng ngắm di động và bảng ngắm cố định ( Hình
1.4 và Hình 1.5 )
1.2.3. Yêu cầu độ chính xác các bậc lới
Cơ sở để tính toán độ chính xác các bậc lới trong quan trắc chuyển dịch
công trình là yêu cầu độ chính xác xác định chuyển dịch ngang (m
Q
), thông th-
ờng giá trị m
Q
phụ thuộc vào một số yếu tố nh điều kiện địa chất nền
móng, đặc điểm kết cấu, chế độ vận hành công trình. Dựa vào yêu cầu độ
chính xác xác định chuyển dịch để xác định yêu cầu độ chính xác đối với
các bậc lới theo trình tự sau:

1.2.3.1. Xác định độ chính xác cần thiết vị trí các điểm quan trắc trong mỗi chu kỳ
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
16
Hình 1.4 - Bảng ngắm di động Hình 1.5 - Bảng ngắm cố định
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Giả xử i
1
và i
2
là hai vị trí của điểm i ứng với hai thời điểm quan trắc là t
1
và t
2
(hình 1.6) [5]. Khoảng cách Q
i
giữa hai điểm i
1
và i
2
chính là lợng chuyển
dịch của điểm i trong khoảng thời gian này. Từ hình vẽ ta có:
2
12
2
12
2
)()( yyxxQ
i
+=
(1.12)

Trong đó: x
1
, y
1
và x
2
, y
2
lần lợt là toạ độ của điểm i
1
và i
2
.
Lấy vi phân 2 vế của công thức (1.12) theo các biến là thành phần toạ độ,
ta có:

112212112212
)(2)(2)(2)(22 dyyydyyydxxxdxxxdQQ
ii
+=
Chuyển qua sai số trung phơng:

22
12
22
12
22
12
22
12

22
1212
)()()()(
yyxxQ
myymyymxxmxxmQ
i
+++=
Giả thiết:
kyyxx
mmmmm
=
2121
Sẽ có:
[ ]
2
12
2
12
222
)()(2 yyxxmmQ
kQi
i
+=
(1.13)
Từ (1.12) và (1.13), ta có:
2
kQ
mm
i
=

(1.14)
Vì
k
m
là sai số trung phơng của một thành phần toạ độ, cho nên
2
k
m
t-
ơng ứng với sai số
P
m
của vị trí điểm
1
i
(hoặc
2
i
), hay:
PQ
mm
i
=
(1.15)
Ví dụ: nếu yêu cầu sai số xác định độ chuyển dịch công trình là 5mm thì
độ chính xác toạ độ mốc quan trắc (m
o
) nằm ở vị trí yếu nhất của lới không đợc
vợt quá giá trị 5mm.
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48

17
Y
X
2
i
1
i
i
Q
O
Hình 1.6 - Lượng chuyển dịch của điểm i giữa hai thời điểm quan trắc
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
1.2.3.2. Xác định sai số các bậc lới
Trong hệ thống lới có n bậc với hệ số giảm độ chính xác giữa các bậc lới là
k, sai số tổng hợp các bậc lới là m
p
thì sai số bậc thứ i đợc xác định theo công
thức:
)1(22
1
...1
.


+++
=
n
i
p
i

kk
km
m
(1.16)
Trong trờng hợp hệ thống lới gồm hai cấp ta sẽ có:
2
1 K
m
m
Q
I
+
=
và
2
1
.
K
mK
m
Q
II
+
=
(1.17)
Trong (1.17) K là hệ số tăng, giảm độ chính xác thông thờng chọn K=2.
Ví dụ: Với số liệu đa ra trong bảng(1.1), tính sai số các cấp lới nh trong
bảng 1.2.
Bảng 1.2: Yêu cầu độ chính xác các cấp lới
1.3. các phơng pháp quan trắc chuyển dịch ngang

Có rất nhiều phơng pháp quan trắc đợc dùng trong quan trắc chuyển dịch
ngang. Tuỳ thuộc vào tính chất của từng công trình mà ta có thể áp dụng các
phơng cho hợp lý nhằm đảm bảo tính kinh tế và tính kỹ thuận. Sau đây là
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
TT
Hạng mục quan trắc
Yêu cầu
độ chính
xác
quan trắc
Sai số trung phơng
vị trí điểm (mm)
Khống
chế
Quan
trắc
1
Công trình bê tông xây trên nền đá gốc

1

0.4

0.8
2
Công trình xây trên nền đất cát, sét và
các nền chịu nén khác

3

1.3

2.6
3
Các loại đập đát đá chịu áp lực cao

5

2.2

4.4
4
Công trình xây trên nền đất đắp, nền trợt

10

4.5

9.0
5
Các loại công trình bằng đất đắp

15

6.7

13.4
18
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
một số phơng pháp quan trắc chuyển dịch ngang thờng gặp

1.3.1. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng lới đo góc-cạnh
1.3.1.1. Phơng pháp tam giác
Phơng pháp tam giác (với các đồ hình đo góc, đo cạnh hoặc đo góc- cạnh)
thờng đợc ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của các công trình xây
dựng ở vùng đồi núi nh các đập thuỷ lợi- thuỷ điện, công trình cầu, đờng . Các
mốc quan trắc đợc bố trí ở những vị trí đặc trng của công trình, có kết cấu thuận
tiện cho việc đặt máy, gơng hoặc bảng ngắm. Để đo các yếu tố (góc, cạnh)
trong lới có thể sử dụng máy kinh vĩ hoặc toàn đạc điện tử chính xác cao. Lới
quan trắc đợc tính toán bình sai theo phơng pháp chặt chẽ để đảm bảo độ tin
cậy của kết quả.
Lới quan trắc chuyển dịch ngang đợc xây dựng theo hình thức tam giác,
thờng là mạng lới dày đặc với đồ hình rất chặt chẽ, cho phép xác định toạ độ
các điểm trong lới với độ chính xác cao. Tuy nhiên, do số lợng trị đo trong lới
trong lới tam giác thờng là lớn nên việc đo đạc trong mạng lới cũng tốn nhiều
thời gian, công sức và các chi phí khác.


Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
19
Hình 1.7 - Lưới tam giác trong quan trắc chuyển dịch ngang

1
2
3
A B
C
D
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
A, B, C, D - là các điểm khống chế cơ sở đặt ngoài công trình.
1, 2, 3 - là các điểm quan trắc gắn trên công trình.

Dựa vào toạ độ của các điểm quan trắc ở hai chu kỳ quan trắc khác nhau
để tính giá trị và hớng chuyển dịch.







+=
=
=


22
)1(,,
)1(,,
ii
i
i
yxi
jijiy
jijix
qqq
yyq
xxq
(1.18)
Trong đó: x
i.j
, x

i,(j-1)
- tọa độ x của điểm i tính đợc ở hai chu kỳ j và (j-1).
y
i.j
, y
i,(j-1)
- tọa độ y của điểm i tính đợc ở hai chu kỳ j và (j-1).
q
xi
, q
yi
, q
i
- chuyển dịch của điểm i theo trục x, trục y và chuyển
dịch toàn phần.
Sai số trung phơng xác định chuyển dịch toàn phần của điểm i đợc xác
định theo công thức:
2
..
2
..
22
iyqixqyxqi
mmmmm
ii
+=+=

(1.19)
1.3.1.2. Phơng pháp đa giác
Phơng pháp này thờng đợc ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của

các công trình có dạng hình cung nh đờng hầm cong, đập cong ( hình 1.8) .
Thành lập tuyến đa giác từ điểm cơ sở I qua các điểm kiểm tra 1, 2, 3, 4 và
đến điểm cơ sở II.
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
20
Hình 1.8 - Sơ đồ tuyến đa giác
I
II
1
3
4
2
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Trong mỗi chu kỳ, đo các góc và cạnh của đa giác. Bình sai tuyến đa giác
và tính toạ độ của các điểm kiểm tra.
Độ chuyển dịch của các điểm là hiệu toạ độ tính đợc ở 2 chu kỳ quan trắc.
Vấn đề mấu chốt là phải đo cạnh và đo góc với độ chính xác cao.
1.3.2. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phơng pháp giao hội
Trong phơng pháp giao hội lới khống chế cơ sở đợc lập theo phơng pháp
tam giác, còn lới quan trắc đợc lập theo phơng pháp giao hội, với một trong các
phơng án giao hội sau:
- Giao hội thuận góc
- Giao hội cạnh
- Giao hội thuận góc - cạnh
- Giao hội nghịch góc - cạnh
Để xác định toạ độ của các điểm quan trắc cần thực hiện:
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
21
Hướng áp lực
Giao hội thuận góc Giao hội cạnh

Giao hội nghịch góc-cạnh
Giao hội thuận góc-cạnh
Hình 1.9 - Các phương án giao hội
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
- Trong các phơng án: giao hội thuận góc, giao hội cạnh, giao hội góc cạnh
máy đo đợc đặt tại các điểm khống chế cơ sở, tiêu ngắm (hoặc gơng) đặt tại
các điểm quan trắc. Từ các điểm khống chế cơ sở ta tiến hành đo các yếu tố
cần thiết (góc hoặc cạnh) đến tất cả các điểm quan trắc.
- Trong phơng án giao hội nghịch góc - cạnh máy đo đợc đặt tại các điểm
quan trắc, tiêu ngắm (hoặc gơng) đặt tại các điểm khống chế cơ sở. Từ các
điểm quan trắc ta tiến hành đo các yếu tố cần thiết (góc hoặc cạnh) đến tất cả
các điểm khống chế cơ sở.
Khi điểm các điểm quan trắc đợc xác định bằng phơng pháp giao hội từ
hơn hai điểm khống chế cơ sở thì sẽ xuất hiện trị đo thừa, khi đó ta tiến hành
bình sai để xác định toạ độ của các điểm quan trắc.
Trong trờng hợp giao hội nghịch góc cạnh khi thiết kế lới cần chú ý đến
điểm bất lợi của đồ hình giao hội nghịch, đó là: Điểm quan trắc nằm trên vòng
tròn ngoại tiếp tam giác đợc tạo bởi ba điểm khống chế cơ sở (tham gia để xác
định toạ độ của điểm quan trắc). Trong trờng hợp này ta sẽ không xác định đợc
toạ độ của điểm quan trắc.
Độ chính xác của phơng pháp giao hội phụ thuộc rất nhiều vào độ chính
xác đo góc và đo cạnh. Nhiều kết quả khảo sát lý thuyết và thực nghiệm cho
thấy tơng quan độ chính xác giữa các đồ hình lới giao hội góc, giao hội cạnh và
giao hội góc- cạnh nh sau [4]:
- Khi chiều dài cạnh ngắn thì độ chính xác của giao hội góc và giao hội
cạnh là tơng đơng.
- Khi chiều dài cạnh tăng lên, độ chính xác của lới giao hội góc giảm rất
nhanh so với lới giao hội cạnh, đồng thời độ chính xác của giao hội góc- cạnh
cũng không tăng nhiều so với giao hội cạnh.
Từ những phân tích trên có thể nhận thấy: với các mạng lới cỡ vừa và lớn

(chiều dài trong lới giao hội dao động trong khoảng
m1500300
ữ
) thì áp dụng
giao hội cạnh là có lợi nhất.
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
22
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
1.3.3. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phơng pháp hớng chuẩn
Thực chất của hớng chuẩn là mặt phẳng thẳng đứng đi qua hai điểm cố
định. Quan trắc chuyển dịch ngang theo phơng pháp hớng chuẩn là đo khoảng
cách từ điểm kiểm tra đến mặt phẳng thẳng đứng (hớng chuẩn) ở các thời điểm
khác nhau.
Phơng pháp hớng chuẩn đợc áp dụng để đo chuyển dịch ngang các công
trình dạng thẳng, hớng chuyển dịch ngang vuông góc hớng chuẩn. Tuỳ theo ph-
ơng pháp thành lập hớng chuẩn mà phân biệt:
1. Hớng chuẩn cơ học: một sợi dây mảnh căng qua hai điểm cố định
2. Hớng chuẩn quang học: tia ngắm từ điểm đặt máy đến điểm đặt tiêu
3. Hớng chuẩn Laser: tia Laser từ điểm đặt máy đến điểm đặt tiêu
Trong phơng pháp hớng chuẩn thờng thấy trục hoành trùng với hớng chuẩn và
trục tung vuông góc với nó. Do đó chuyển dịch ngang một điểm của công trình là sự
thay đổi tung độ của điểm đó trong các chu kỳ quan trắc khác nhau.
Sơ đồ phân bố mốc cơ sở, mốc quan trắc và mốc kiểm tra đơn giản nhất
nh hình 1.10.

Trong đó:
A, B: Mốc cơ sở
I. II: Mốc quan trắc hớng chuẩn
1, 2, 3, 4, 5, 6: Mốc kiểm tra (chuyển dịch)
y

i
: Độ lệch hớng của điểm i
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
23
x
Hình 1.10 - Sơ đồ phân bố mốc cơ sở, mốc quan tắc và mốc kiểm tra
I

1
II
B
A
y
y
1
3 6
1 2 4 5
1
l
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Trong phơng pháp hớng chuẩn quang học có hai cách đo độ lệch hớng đó
là phơng pháp góc nhỏ và phơng pháp bảng ngắm di động.
1.3.3.1. Phơng pháp góc nhỏ
Tại điểm I đặt máy kinh vĩ, tại điểm II và điểm kiểm tra i đặt bảng ngắm.
Đo góc
i
và khoảng cách l
i
.
Độ lệch hớng của điểm i đợc tính theo công thức

iii
Sinly

.
=


(1.20)
vì
i
rất nhỏ nên có thể viết
i
i
i
ly



=
''
(1.21)
Độ chuyển dịch của điểm i đợc xác định theo công thức:
1

=
j
i
j
i
j

i
yyQ
(độ chuyển dịch giữa hai chu kỳ liên tiếp).
00,
i
j
i
j
i
yyQ
=
(độ chuyển dịch so với chu kỳ đầu)
Nếu các chu kỳ đo cùng độ chính xác ta có:
2
Q
y
m
m
=
(1.22)
Trong mỗi chu kỳ chỉ cần đo góc
i
còn khoảng cách l
i
chỉ đo 1 lần ở chu
kỳ đầu tiên và đợc sử dụng cho tất cả các chu kỳ sau. Sai số trung phơng của độ
lệch hớng đợc tính theo công thức:
2
2
2

2
2
ii
l
i
i
i
ly
l
m
mm









+

=



(1.23)
Do góc
i
rất nhỏ nên số hạng thứ nhất vế phải của (1.23) có thể bỏ qua




=
i
iyi
m
lm
(1.24)
1.3.3.2. Phơng pháp bảng ngắm di động
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
24
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp
Máy đặt tại điểm I, bảng ngắm cố định tại II, thành lập hớng chuẩn I II.
Đặt bảng ngắm di động tại điểm kiểm tra i.
Dùng vít vi động cực nhỏ có kích thớc chia vạch của bảng ngắm di động
điều chỉnh bảng ngắm sao cho tia ngắm đi qua trục đối xứng của vạch khắc
(tâm) của bảng ngắm. y
i
đợc xác định từ số đọc trên thớc của bảng ngắm và số

đọc ban đầu của nó.
Cần phải đo ngắm ở hai vị trí bàn độ ngang để khử sai số 2C.
Số đọc khi trục đối xứng của bảng ngắm đi qua tâm mốc cần đọc 2-3 lần
sau đó lấy trung bình.
Đối với mốc kiểm tra vần phải đo 2ữ3 lần và lấy trị trung bình.
Khi đó m
y
xác định:
222
0 Fngy
mmm
l
m
++

=

( 1.25)
Trong đó:
y
m
: sai số trung phơng độ lệch hớng y
0
m
: Sai số định hớng chuẩn
ng
m
: sai số đa bảng ngắm vào đúng hớng chuẩn
F
m

: Sai số điều quang
l
: Khoảng cách từ máy đến điểm kiểm tra
Nếu coi
v
mmm
Fng
02
0

===
(v độ phóng đại của ống kính)
thì :
".
3
.".20

v
lm
y
=

(1.26)
Chuyển dịch ngang của điểm kiểm tra từ chu kỳ đầu tiên đến chu kỳ j đợc
xác định:

11
yyu
j
=

(1.27)
Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48
25