thiết kế phương án quan trắc lún công trình nhà chung cư 25 tầng khu đô thị Đông nam đường Trần Duy Hưng

Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
Lời nói đầu
Những năm gần đây cùng với sự phát triển về kinh tế, thì nhu cầu về xây
dựng cũng rất phát triển đặc biệt là các công trình nhà cao tầng đợc xây dựng ở
khắp nơi trên đất nớc để giải quyết nhu cầu về nhà ở và nhu cầu về văn phòng
cho thuê và dịch vụ kinh doanh ở các thành phố lớn nh ở Hà Nội, Hải Phòng và
thành phố Hồ Chí Minh...
Theo khảo sát địa chất vùng sông Hồng, nhất là khu vực Hà Nội cho thấy
đây là vùng đất có lịch sử lâu đời hình thành là đồng bằng tích tụ nên khả năng
chịu tải, chịu nén của một số tầng địa chất là rất kém. Mặt khác do nhu cầu của
cuộc sống, việc khai thác nớc ngầm để phục vụ sinh hoạt ngày càng tăng làm
điều kiện địa chất ở đây bị thay đổi.
Từ những nguyên nhân trên cùng với một số các nguyên nhân khác nh
thiết kế kết cấu móng công trình, chất lợng vật liệu xây dựng, điều kiện khí
hậu...đã làm cho các công trình xây dựng bị biến dạng, dẫn đến kết cấu bị phá
vỡ làm cho một số công trình không thể sử dụng đợc. Biến dạng công trình do
nhiều nguyên nhân gây nên trong đó chủ yếu là công trình bị lún không đều dẫn
đến công trình bị vặn xoắn.
Để đảm bảo an toàn và tuổi thọ thiết kế cho công trình trong thời gian thi
công cũng nh trong quá trình 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 công trình nhà chung c 25 tầng khu đô thị Đông Nam đờng Trần Duy
Hng"
Nội dung của đồ án gồm 3 chơng
Chơng I. khái niệm chung về quan trắc độ lún công trình
Chơng II. Phơng pháp thiết kế và ớc tính độ chính xác lới quan trắc độ
lún công trình
Chơng III. Thiết kế phơng án quan trắc độ lún công trình nhà chung c 25
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48

1
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
tầng khu đô thị mới Đông Nam đờng Trần Duy Hng
Mục đích của đề tài là thiết kế các phơng án quan trắc độ lún và xử lý số
liệu đo lún, từ đó chọn ra phơng án tốt nhất, phù hợp với đặc điểm công trình.
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp đợc sự ân cần chỉ bảo của Thầy giáo
TS. Trần Viết Tuấn cùng các thầy cô giáo trong khoa, sự góp ý kiến chân
thành của các đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực của bản thân tôi đã hoàn thành
nội dung đề tài đặt ra.
Mặc dù đã cố gắng nhng do kinh nghiệm và kiến thức còn hạn hẹp, thời
gian nghiên cứu tại liệu còn ít nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi
rất mong nhận đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy công cùng các đồng nghiệp
để đề tài hoàn chỉnh hơn
Em xin chân thành cám ơn thầy giáo TS. Trần Viết Tuấn cùng tất cả các
thầy giáo, cô giáo trong khoa.
Hà Nội tháng 10 năm 2008
Sinh viên thực hiện
Cao Thế Hải
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
2
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
Chơng 1
khái niệm chung về quan trắc độ lún công trình
1.1 Khái niệm về biến dạng công trình
Các công trình kỹ thuật, dân dụng công nghiệp trong quá trình xây dựng
và vận hành có thể bị dịch chuyển khỏi vị trí ban đầu và làm thay đổi hình dạng
gây nên các hiện tợng trồi, lún, nghiêng, trợt công trình. Quá trình dịch chuyển
đó gọi là hiện tợng biến dạng công trình. Đây chính là sự thay đổi vị trí của
công trình theo không gian và thời gian. Nếu công trình dịch chuyển theo mặt
phẳng thẳng đứng thì gọi là quá trình trồi lún của công trình, đó là sự thay đổi

của nền móng công trình theo độ cao. Trong trờng hợp công trình dịch chuyển
trong mặt phẳng nằm ngang thì gọi là quá trình dịch chuyển ngang của công
trình. Quá trình biến dạng là do dịch chuyển không đều của từng bộ phận trong
công trình, hiện tợng biến dạng cục bộ gây nên sự uốn cong, vặn xoắn, nứt nẻ
công trình.
Quá trình biến dạng công trình gây nên bởi hai nguyên nhân chính đó là
điều kiện tự nhiên và tác động nhân tạo.
Điều kiện tự nhiên gây nên sự biến dạng công trình bao gồm:
Sự thay đổi khả năng chịu nén, trợt của lớp đất đá dới nền móng công trình.
Sự thay đổi mực nớc ngầm
Độ co giãn của đất đá.
Do tính chất cơ lý đất đá dới nền móng của công trình phân bố không đều mà tạo
nên sự lún không đồng đều giữa các bộ phận khác nhau của công trình.
Các yếu tố tác động nhân tạo bao gồm:
ảnh hởng của tải trọng bản thân công trình.
Sự suy yếu của nền móng công trình có liên quan tới việc thi công công trình.
Sự rung của nền móng do vận hành các máy móc và phơng tiện giao thông.
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
3
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
Sự sai lệch trong quá trình khảo sát địa chất dẫn đến sai số trong tính
toán thiết kế.
Sự thay đổi của áp lực đến nền móng của công trình do việc xây dựng các
công trình khác ở gần.
Các công trình xây dựng dới sự ảnh hởng của tải trọng một phía (các
công trình xây dựng trên sờn dốc) sẽ gây nên sự chuyển dịch ngang và trợt.
Nh vậy hiện tợng biến dạng luôn có thể xảy ra đối với mỗi công trình xây
dựng trong thời gian vận hành và sử dụng công trình. Khi số liệu biến dạng lớn
thì móng của công trình sẽ tạo thành các khe nứt gây nên các hiện tợng sụt lở
công trình, làm cho máy móc và dây chuyền sản xuất hoạt động không bình th-

ờng, tạo ra nhiều sự cố gây thiệt hại đến tài sản của nhà nớc. Chình vì vậy mà
công tác quan trắc biến dạng đối với mỗi công trình là cần thiết, các thông số
biến dạng đợc quá các chu kỳ quan sát sẽ giúp ta tìm đợc biện pháp xử lý kịp
thời, ngăn ngừa các biến cố xảy ra khi công trình bị biến dạng. Mặt khác từ các
thông số đó kết hợp với một số giả thuyết lý thuyết, ta có thể rút ra những kết
luận bộ ích nhằm bổ xung hoàn chỉnh lý luận trong các ngành công trình có liên
quan.
1.2. Các phơng pháp quan trắc độ lún công trình
1.2.1. Phơng pháp đo cao hình học
*Nguyên tắc chung
Đo cao hình học dựa trên nguyên lý tia ngắm nằm ngang của máy thủy
chuẩn. Để đạt đợc độ chính xác cao trong quan trắc lún công trình, chiều dài tia
ngắm từ điểm đặt máy đến mia đợc hạn chế đáng kể ( không vợt quá 25 -
30m ), do đó đợc gọi là phơng pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn.
Có hai cách để xác định chênh cao giữa hai điểm là phơng pháp đo cao từ
giữa và phơng pháp đo cao phía trớc.
Phơng pháp đo cao từ giữa: đặt máy thủy chuẩn ở giữa hai điểm AB, tại hai
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
4
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
điểm A và B đặt hai mia ( hình 1.1), chênh cao giữa hai điểm A, B đợc xác định
theo công thức:
h
AB
= a - b (1.1)
trong đó: a và b là số đọc chỉ giữa trên mia sau và mia trớc.
2
2
1
1

b
b
A
B
a
a
A
B
a
b
Ds Dt

*Máy móc và dụng cụ đo
Thiết bị dùng trong đo lún là các loại máy thủy chuẩn chính xác nh: H-
05, Ni002, H
1
, H
2
, Ni004, Ni007 và các loại máy khác có độ chính xác tơng đ-
ơng. Tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xác cần thiết đối với từng công trình cụ
thể để chọn máy đo thích hợp.
Mia đợc sử dụng trong đo lún là mia invar thờng hoặc mia invar chuyên
dùng có kích thớc ngắn ( chiều dài mia từ 1.5m đến 2m ), nếu là thủy chuẩn số
thì dùng mia invar với mã vạch. Ngoài ra còn có các dụng cụ hỗ trợ khác nh
nhiệt kế, cóc mia, ô che nắng. Trớc và sau mỗi chu kỳ đo, máy và mia phải đợc
kiểm nghiệm theo đúng qui định trong qui phạm đo cao.
*Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu
Khi quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao thủy chuẩn hình học tia ngắm
ngắn cần phải tuân thủ theo các chỉ tiêu kỹ thuật sau [6]:
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48

5
Hình 1.1 Trạm đo cao hình học
Hình 1.2. Tuyến đo cao hình học
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
Bảng 1.1
TT
Chỉ tiêu kỹ thuật Hạng I Hạng II Hạng III
1 Chiều dài tia ngắm
m25

m25
m25

2 Chiều cao tia ngắm, m

258.0

h 255.0

h

253.0

h
3
Chênh lệch khoảng cách từ
máy đến mia

- Trên một trạm đo
m4.0

m0.1
m0.2
- Tích lũy trên đoạn đo
m0.2
m0.4
m0.5
4
Chênh lệch chênh cao đo
trên trạm, mm
m5.0 m5.0
m0.1
5
Chênh lệch chênh cao giữa
hai tuyến đo đi và đo về
6
Sai số khép tuyến giới hạn
f
ghh /
(n-số trạm đo)
*Các nguồn sai số chủ yếu ảnh hởng tới kết quả đo
- Sai số do máy và mia
Sai số do trục ống ngắm và trục ống thủy dài khi chiếu lên mặt phẳng
đứng không song song với nhau ( gọi là sai số góc i ).
Sai số do lăng kính điều quang chuyển dịch không chính xác trên trục
quang học (sai số điều quang).
Để làm giảm ảnh hởng của các sai số này ta dùng phơng pháp đo cao hình
học từ giữa, tức là đặt máy thủy chuẩn giữa hai mia sao cho chênh lệch khoảng
cách từ máy đến mia trớc và mia sau nằm trong giới hạn cho phép.
- Sai số do điều kiện ngoại cảnh
Do ảnh hởng độ cong quả đất: để làm giảm ảnh hởng của sai số này thì khi

đo cần chọn vị trí đặt máy sao cho chênh lệch khoảng cách từ máy đến hai mia
(trớc và sau) nằm trong giới hạn đã đợc quy định.
Do ảnh hởng của chiết quang: để làm giảm ảnh hởng của sai số này cần
chọn thời điểm đo thích hợp và bố trí trạm đo sao cho tia ngắm không đi qua
lớp không khí ở sát mặt đất.
- Sai số do ngời đo
Nhóm sai số liên quan đến ngời đo gồm có: sai số làm trùng bọt thủy dài
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
6
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
và sai số đọc số trên bộ đo cực nhỏ, các sai số này đợc giảm đáng kể khi sử
dụng máy có bộ tự cân bằng và máy thủy chuẩn điện tử.
1.2. 2 Phơng pháp đo cao thủy tĩnh
Phơng pháp đo cao thủy tĩnh đợc áp dụng để quan trắc lún của nền kết cấu xây
dựng trong điều kiện rất chật hẹp không thể dựng máy, dựng mia đợc.
Đo cao thủy tĩnh đợc dựa trên định luật thủy lực là Bề mặt chất lỏng
trong các bình thông nhau luôn có vị trí nằm ngang ( vuông góc phơng dây
dọi ) và có cùng một độ cao, không phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt cũng nh
khối lợng chất lỏng trong bình.
Dụng cụ đo thủy tĩnh là một hệ thống gồm ít nhất 2 bình thông nhau N
1
,
N
2
( hình 1.3). Để đo chênh cao giữa 2 điểm A, B đặt bình N
1
tại A, bình N
2
tại
B đo thuận ). Hoặc ngợc lại, khi đo đảo đặt bình N

1
tại B, bình N
2
tại A.
d
1
d
2
s
1
1
t
N
2
N
1
A
h
AB
BB
AB
h
A
2
N
1
N
t
1
1

s
2
d
1
d
Khi đo thuận, chênh cao h
AB
giữa 2 điểm A, B đợc tính theo công thức :
)()(
1211
tdsdh
AB
=
(1.2)
trong đó:
:,
11
ts
số đọc trên thanh số tại các bình
21
, NN
tơng ứng
:,
21
dd
khoảng cách từ vạch 0 của thanh số đến mặt phẳng đáy của bình.
Từ (1.2) ta có :
)()(
2111
ddsth

AB
+=
(1.3)
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
7
(a)- Vị trí đo thuận (b)- Vị trí đo đảo
Hình 1.3. Sơ đồ máy đo cao thủy chuẩn thuỷ tĩnh
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
Tơng tự, khi đo đảo chênh cao đợc tính theo công thức:
)()(
2122
ddsth
AB
=
(1.4)
Hiệu
)(
21
dd

đợc gọi là sai số MO của máy, khi chế tạo cố gắng làm
cho MO có giá trị tuyệt đối nhỏ nhất ( MO

0 ). Lần lợt lấy tổng và hiệu các
công thức (a), (b) sẽ xác định đợc chênh cao theo kết quả 2 chiều đo:
2
)()(
2211
stst
h

AB
+
=
(1.5)
và sai số MO:
2
)()(
2211
stst
MO

=
(1.6)
Các nguồn sai số chủ yếu ảnh hởng đến độ chính xác đo cao thủy tĩnh là
các sai số do điều kiện ngoại cảnh. Vì vậy trong quá trình đo phải áp dụng các
biện pháp sau để giảm ảnh hởng của sai số này.
- Lựa chọn tuyến đo có gradien nhiệt độ thấp, tức là chọn tuyến đo có sự thay
đổi ít nhất về nhiệt độ và môi trờng.
- Lựa chọn chất lỏng trong ống dẫn giữa các bình thông nhau.
- Tính số hiệu chỉnh kết quả đo do sự thay đổi nhiệt độ, áp suất dọc theo ống dẫn.
- Thực hiện đọc số đồng thời trên các máy thủy tĩnh để làm giảm ảnh hởng của
sự giao động chất lỏng trong bình thông nhau.
1.2.3 Quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao lợng giác
Trong những điều kiện không thuận lợi hoặc kém hiệu quả đối với đo cao
hình học và yêu cầu độ chính xác đo lún không cao thì có thể áp dụng phơng
pháp đo cao lợng giác tia ngắm ngắn ( chiều dài tia ngắm không quá 100m).
Hiện nay để đo cao lợng giác thờng dùng các loại máy toàn đạc điện tử chính
xác cao nh TC-2002, TC-2003, Geodimeter
Để xác định chênh cao giữa các điểm, đặt máy kinh vĩ (A) và ngắm điểm
(B), cần phải đo các đại lợng là khoảng cách ngang D, góc thiên đỉnh Z (hoặc

góc đứng V) chiều cao máy (i) và chiều cao tiêu (l) ký hiệu ở hình 1.4.
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
8
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
A
B
v
z
l
i
D
Chênh cao giữa 2 điểm A và B đợc xác định theo công thức :
flictgZDh
AB
++=
.
(1.7)
Hoặc
flictgV.Dh
AB
++=
(1.8)
trong đó: f là số hiệu chỉnh độ cao do chiết quang đứng của trái đất theo công
thức gần đúng:
2
D
R2
k1
f

=
(1.9)
trong công thức (1.7) R là bán kính trung bình của trái đất (R =6372Km), k là
hệ số chiết quang đứng
)16.012.0(
ữ=
k
.
Một trong những nguồn sai số chủ yếu ảnh hởng đến kết quả đo cao lợng
giác là sai số chiết quang đứng. Để hạn chế ảnh hởng của nguồn sai số này đến
kết quả đo cần chọn thời gian đo thích hợp hoặc đo từ 2
ữ
3 lần ở những thời
điểm khác nhau trong ngày và lấy trị trung bình hoặc tính số hiệu chỉnh cho
chiết quang đứng cho kết quả đo.
Trong đo lún công trình thì phơng pháp đo cao lợng giác không đảm bảo
độ chính xác, còn phơng pháp đo cao thủy tĩnh quá phức tạp nên ngời ta sử
dụng phổ biến phơng pháp đo cao hình học vì phơng pháp này cho độ chính xác
cao lại đo đạc thuận lợi.
1.3. Quy trình kỹ thuật quan trắc lún công trình
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
9
Hình 1.4. Đo cao lợng giác
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
1.3.1. Thiết kế lới quan trắc lún công trình
Để xác định đợc độ lún công trình cần lập lới khống chế độ cao đo và xác
định độ cao của công trình ở nhiều thời điểm để so sánh giá trị độ lún của công
trình, lới khống chế độ cao trong quan trắc lún là hệ thống khống chế độc lập 2
cấp lới.
* Cấp lới cơ sở: Bao gồm các điểm độ cao cơ sở. Nằm ngoài công trình,

không quá xa công trình, có yêu cầu ổn định cao, các mốc lới cơ sở này là cơ sở
khởi tính độ cao cho cả hệ thống, về mặt số lợng có ít nhất là 3 mốc để có điều
kiện kiểm tra và đánh giá độ ổn định của lới cơ sở, các mốc cơ sở có cấu tạo có
thể có 3 loại:
- Mốc chôn sâu: chỉ sử dụng những công trình đặc biệt.
- Mốc chôn nông: nh mốc thuỷ chuẩn loại 4 đợc đặt ở nền đất ổn định th-
ờng dùng để quan trắc công trình dân dụng và công nghiệp.
- Mốc gắn tờng, gắn các dấu mốc lên trên các công trình ổn định ở gần.
* Cấp lới quan trắc.
Bao gồm các điểm kiểm tra gắn trên công trình và chuyển dịch cùng
công trình.
- Các mốc kiểm tra phải đợc bố trí đều trên mặt bằng móng công trình
trên những phần chịu lực của công trình và cao hơn sàn đầu trên 0,2 - 0,5 m.
- Phải bố trí ở những nơi thuận tiện cho quan trắc nơi dự kiến lún nhiều nhất.
- Các mốc kiểm tra thờng cấu tạo là 1 thanh kim loại:
L = 10 ữ 15 cm.
= 30mm đầu mốc chỏm cầu.
- Các điểm của lới kiểm tra tạo nên hệ thống lới quan trắc càng nhiều nút
càng tốt.
- Cả lới quan trắc và lới cơ sở tạo nên hệ thống lới độ cao thống nhất và
trong mỗi chu kỳ chúng đợc đo đạc đồng thời.
1.3.2. Ước tính độ chính xác lới quan trắc lún
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
10
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
Trong quá trình thực hiện quan trắc độ lún lới.
* Ước tính độ chính xác của các bậc lới.
- Xác định chỉ tiêu độ chính xác cho từng bậc lới để xác định chỉ tiêu độ
chính xác cho mỗi bậc lới cần phải xuất phát từ độ chính xác quan trắc m
S

, giá
trị cho trớc trong thiết kế xây dựng.
Bảng 1.2
Loại công trình và nền móng Độ chính xác quan trắc lún
1. Công trình bêtông xây trên nền đá cứng 1 mm
2. Công trình trên nền đất đá chịu nén 2 mm
3. Công trình bêtông chịu áp lực cao 5 mm
4. Công trình xây dựng trên nền trợt 10 mm
5. Các công trình bằng đất 15 mm
Xuất phát từ công thức tính độ lún công trình S
J
= h
J
- h
J - 1
chuyển sang
sai số trung phơng ta có:


2
1hj
2
hj
2
S
mmm

+=

(1.10)

Nếu nh trong các chu kỳ việc đo đạc đợc thực hiện cùng độ chính xác thì:
hj
m
=
1

hj
m
= m
h
(1.11)
Do đó:
m
s
= m
h
(1.12)
Hay là m
h
=
2
s
m
(1.13)
m
H
đợc hiểu là sai số tổng hợp của 2 bậc lới nghĩa là
m
h
2

=
1
h
m
2
+
2
h
m
2

(1.14)
1
h
m
và
2
h
m
là 2 thành phần ảnh hởng của mỗi bậc lới đến độ chính xác
xác định độ cao công trình để sai số liệu gốc là nhỏ thì giữa 2 bậc lới cần tồn tại
hệ số giảm độ chính xác k.

k
m
m
2h
1h
=
(1.15)

Suy ra:
1
h
m
=
)1(21
22
K
m
k
m
sh
+
=
+
(1.16)
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
11
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất

2
h
m
=
)K1(2
m.K
2
s
+
(1.17)

- Xác định đặc trng đo đạc trong mỗi bậc lới (
à
)

à
1
=
1
1
yn
h
Q
m
(1.18)
Với lới quan trắc:

à
2
=
2
2
yn
h
Q
m
(1.19)
Q
yn
1
, Q

yn
2
là trọng số đảo độ cao điểm yếu của từng bậc lới xác định đợc
bằng phơng pháp chặt chẽ gián tiếp.
1.3.3. Đo đạc lới.
Trong mỗi chu kỳ phải đo đồng thời 2 bậc lới bảo đảm các điều kiện:
Cùng loại máy, cùng sơ đồ đo, cùng ngời đo, cùng độ chính xác.
- Trớc mỗi chu kỳ đo cần phải kiểm nghiệm các điều kiện hình học của
máy và mia.
1.3.4. Xử lý số liệu quan trắc.
Nội dung của việc việc sử lý số liệu quan trắc bao gồm
+ Bình sai và đánh giá độ ổn định của các mốc lới cơ sở.
+ Bình sai và xác định độ cao của các điểm cơ sở.
+ Tính toán các thông số độ lún của công trình bao gồm:
- Lún tuyệt đối của các điểm;
S
J
= h
J
- h
J-1
: Lún giữa 2 chu ký liên tiếp. (1.20)
S
J
= h
J
- h
0
: Lún so với chu kỳ đầu (1.21)
- Lún trung bình của công trình.

n
Si
S
n
tb

=
1
(n là số mốc quan trắc) (1.22)
- Tốc độ lún: V = (1.23)
t: là khoảng thời gian với mốc tính là chu ký đầu tiên.
- Độ lún lệch của công trình.
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
12
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất

minmax
SSS
=
(1.24)
- Mặt cắt lún:
Hình 1.5
- Bình đồ lún của công trình
Hình 1.6
Chơng 2
Phơng pháp Thiết kế và ớc tính độ chính xác lới quan
trắc độ lún công trình
2.1. thiết kế lới quan trắc lún
Để đảm bảo tính chặt chẽ và độ chính xác cần thiết cho việc xác định độ

SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
13
S
M
1
M
2
M
7
-10.7
-11.8
-12.6
-15.2
-18.8
-22.9
-20.4
-17.3
-14.2
-13.8
-10.5
-8.8
-5.6
-8.2
-9.8
-12.3
-14.1
-17.6
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
cao cần thành lập một mạng lới liên kết các mốc trong một hệ thống nhất. Nh
vậy mạng lới độ cao quan trắc lún công trình có cấu trúc là một hệ với ít nhất

gồm hai bậc lới:
a.Bậc lới cơ sở
Bao gồm các điểm độ cao cơ sở đặt ngoài công trình có tác dụng là cơ sở
độ cao hoặc đo nối độ cao đến các điểm quan trắc gắn trên thân công trình
trong suốt thời gian theo dõi độ lún công trình và có các yêu cầu sau đây:
- Số lợng các điểm gốc lớn hơn hoặc bằng 3 (vì 3 điểm trở lên mới tạo đ-
ợc vòng khép kín, lúc đó mới có điều kiện để phân tích, đánh giá mức độ ổn
định của các điểm khống chế cơ sở).
- Giữ đợc ổn định trong suốt quá trình đo lún công trình
- Cho phép kiểm tra một cách tin cậy độ ổn định của các mốc khác
- Cho phép dẫn độ cao đến các mốc đo lún một cách thuận lợi
b. Bậc lới quan trắc
Bậc lới này đợc thành lập bằng cách đo nối liên kết các điểm kiểm tra
gắn trên nền hoặc tờng công trình, cùng chuyển dịch với công trình. Các điểm
kiểm tra này gắn chặt vào công trình ở những nơi dự kiến là chuyển dịch lớn
nhất. Do đó thờng các điểm này đợc gắn tại nơi chịu lực chính của công trình và
thuận tiện cho quá trình quan trắc. Toàn bộ bậc lới quan trắc đợc đo nối với lới
cơ sở. Khi thiết kế lới quan trắc nên tạo thành nhiều vòng khép để đảm bảo độ
vững chắc đồ hình và có điều kiện kiểm tra sai số khép tuyến trong quá trình đo
đạc ở thực địa.
2.1.1 Thiết kế lới khống chế cơ sở
*Kết cấu mốc
Mốc cơ sở đợc sử dụng để xác định hệ độ cao cơ sở trong suốt quá trình
quan trắc, do đó yêu cầu cơ bản đối với các mốc cơ sở là phải có sự ổn định,
không bị trồi lún hoặc chuyển dịch. Vì vậy, mốc khống chế phải có kết cấu
thích hợp, đợc đặt ngoài phạm vi ảnh hởng của độ lún công trình hoặc đặt ở
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
14
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
tầng đất cứng. Tuỳ thuộc vào yêu cầu độ chính xác đo lún và điều kiện địa chất

nền xung quanh khu vực đối tợng quan trắc, mốc cơ sở dùng trong đo lún có thể
đợc thiết kế theo một trong ba loại mốc: mốc chôn sâu, mốc chôn nông, mốc
gắn tờng hoặc gắn nền. Xây dựng hệ thống mốc cơ sở có đủ độ ổn định cần
thiết trong quan trắc độ lún là công việc phức tạp, có ý nghĩa quyết định chất l-
ợng và độ tin cậy của kết quả cuối cùng.
-Mốc chôn sâu
Mốc chôn sâu có thể đặt gần đối tợng quan trắc, nhng đáy mốc phải đạt đợc
độ sâu ở dới giới hạn lún của lớp đất nền công trình, tốt nhất là đến tầng đá gốc, tuy
vậy trong nhiều trờng hợp thực tế có thể đặt mốc đến tầng đất cứng là đạt yêu cầu.
Điều kiện bắt buộc đối với mốc chôn sâu là phải có độ ổn định trong suốt quá trình
quan trắc. Để đảm bảo yêu cầu trên cần có biện pháp tính số hiệu chỉnh giãn nở lõi
mốc do thay đổi nhiệt độ, nếu lõi mốc đợc căng bằng lực kéo thì phải tính cả đến
số hiệu chỉnh do độ đàn hồi của mốc.
+Mốc chôn sâu lõi đơn
AA
1 - ống bảo vệ
2 - Tầng đất cứng
3 - Đệm xốp
4 - Nắp bảo vệ
5 - Đầu mốc hình chỏm cầu
6 - Nắp bảo vệ đầu mốc
7 - Hố bảo vệ
7
5
6
3
1
4
2
Hình 2.1:Kết cấu mốc chôn sâu lõi đơn

Do có sự giãn nở chiều dài lõi mốc theo nhiệt độ nên trong mỗi chu kỳ
quan trắc cần tính số hiệu chỉnh vào độ cao mốc theo công thức:
L = L.(t - t
0
) (2.1)
Trong đó: là hệ số giãn nở nhiệt của lõi mốc
L là chiều dài lõi mốc
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
15
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
t, t
0
là nhiệt độ trung bình trong thân mốc ở thời điểm đo và nhiệt độ
ở chu kỳ đầu tiên.
Nguồn sai số chủ yếu ảnh hởng đến độ chính xác xác định số hiệu chỉnh
chiều dài của mốc (lõi kim loại) là sai số đo nhiệt độ. Để hiệu chỉnh độ cao của
mốc do ảnh hởng của nhiệt độ cần phải dùng nhiệt kế đặc biệt để đo nhiệt độ ở
nhiều vị trí khác nhau trong lỗ khoan và tính nhiệt độ trung bình của thân mốc.
Nhợc điểm chủ yếu của mốc chôn sâu lõi đơn là ở việc đo nhiệt độ trong
thân mốc, vấn đề xác định chính xác nhiệt độ trung bình trong thân mốc là phức
tạp và đòi hỏi phải có loại nhiệt kế chuyên dùng.
+Mốc chôn sâu lõi kép
Về cách thức cấu tạo, mốc chôn sâu lõi kép có kết cấu gần giống mốc lõi
đơn, điểm khác biệt duy nhất là mốc chôn sâu có 2 lõi, một lõi chính và một lõi
phụ với hệ số giãn nở nhiệt khác nhau là
c
và
p.
Kết cấu mốc 2 lõi cho phép
xác định số hiệu chỉnh vào chiều dài mốc mà không cần phải đo nhiệt độ trong

thân mốc. Cơ chế hoạt động của mốc chôn sâu lõi kép nh sau:
Khi nhiệt độ trung bình trong thân mốc là t, chênh lệch nhiệt độ của thân
mốc so với nhiệt độ ở thời điểm chu kỳ đầu là t, dẫn đến độ giãn nở của 2 lõi
chính và phụ là:
L
c
= L
c
.t.
c
(2.2)
L
p
= L
p
.t.
p
Hiệu số giãn nở giữa lõi phụ và lõi chính đợc tính theo công thức:

)(t.LLL
CPCP
==
(2.3)
Từ đó tính đợc hiệu nhiệt độ t ở thời điểm đo:

t =
)(

cp
L

(2.4)
Thay giá trị t vào biểu thức thứ nhất của công thức (2.3) sẽ xác định đợc
độ giãn nở của lõi chính:
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
16
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
L
c
=
..
)(
.
=


K
cp
c


(2.5)
Trong (2.5) hệ số K đợc tính theo công thức:
K =
)(


cp
c

(2.6)
4
8 - Lõi phụ
7 - Hố bảo vệ
6 - Nắp bảo vệ đầu mốc
5 - Đầu mốc hình chỏm cầu
4 - Nắp bảo vệ
3 - Đệm xốp
2 - Tầng đất cứng
1 - ống bảo vệ
7
5
3
2
6
1
8
Hình 2.2: Kết cấu mốc chôn sâu lõi Kép
Có thể gia công sao cho chiều dài lõi chính và phụ bằng nhau (L
c
=L
p
=L), khi
đó hiệu độ giãn nở giữa 2 lõi chính và phụ đợc xác định trực tiếp tại thời điểm
quan trắc, bằng cách đo chênh cao giữa 2 đầu mốc của các lõi.
Mốc chôn sâu có độ ổn định cao, có thể đặt ở gần công trình, tuy nhiên
thi công loại mốc này tơng đối phức tạp và đòi hỏi nhiều chi phí.
*Mốc chôn nông và mốc gắn tờng
Trong trờng hợp đo lún với yêu cầu độ chính xác tơng đơng với đo cao

hạng II, III có thể sử dụng loại mốc chôn nông hoặc mốc gắn tờng, gắn nền làm
cơ sở.
Các mốc chôn nông đợc đặt ở ngoài phạm vi lún của đối tợng quan trắc
(cách ít nhất 1,5 lần chiều cao công trình), mốc gắn tờng đợc đặt ở chân cột
hoặc ở chân tờng, mốc gắn nền đợc đặt ở nền của những công trình đã ổn định,
không bị lún. Trong khả năng cho phép cố gắng bố trí mốc cơ sở cách đối tợng
quan trắc không quá xa để hạn chế ảnh hởng sai số chuyền độ cao đến các mốc
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
17
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
lún gắn trên công trình.
Do khả năng ổn định của các mốc chôn nông là không cao nên các mốc
loại này đợc đặt thành từng cụm, mỗi cụm có không dới 3 mốc. Trong từng chu
kỳ quan trắc thực hiện đo kiểm tra giữa các mốc trong cụm và giữa các cụm
mốc nhằm mục đích để phân tích, xác định các mốc ổn định nhất làm cơ sở độ
cao cho toàn công trình.
5 - Đế mốc
4 - Bê tông
3 - ống bảo vệ
2 - Lõi mốc
1 - Đầu mốc
6
1
2
3
4
5
7
8
100

7 - Hố bảo vệ mốc
8 - Lớp bê tông lót
6 - Nắp bảo vệ đầu mốc
Hình 2.3: Mốc chôn nông dạng ống
*Hình thức lới
Để có điều kiện kiểm tra và nâng cao độ tin cậy của lới khống chế thì đối với
mỗi công trình quan trắc cần xây dựng không dới 3 mốc khống chế độ cao cơ sở. Hệ
thống mốc cơ sở có thể đợc phân bố thành từng cụm, các mốc trong cụm cách nhau
khoảng 15ữ50m để có thể đo nối đợc từ một trạm đo.
n
5
n
4
n
6
n
8
n
7
n
2
n
3
n
1
R
p6
R
p5
R

p4
R
p2
R
p1
R
p3
Hình 2.4:Sơ đồ lới khống chế cơ sở dạng cụm
Cách phân bố thứ 2 là đặt mốc rải đều xung quanh công trình, Trong tr-
ờng hợp này, tại mỗi chu kỳ quan trắc các mốc đợc đo nối tạo thành một mạng
lới độ cao với mục đích kiểm tra, đánh giá độ ổn định của các mốc trong lới.
SV: Cao Thế Hải Lớp: Trắc địa A- K48
18