Bài giảng Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trì

Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
Chương 1
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
Mục tiêu
- Trình bày được định nghĩa chuyển dịch biến dạng công trình
- Phân loại được các loại chuyển dịch công trình
- Nêu được nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình
- Trình bày được mục đích của công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công
trình
- Trình bày được khái niệm về chu kỳ quan trắc.
1.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG
CÔNG TRÌNH
1.1.1. Định nghĩa chuyển dịch và biến dạng
1. Chuyển dịch công trình
Là sự thay đổi vị trí của công trình trong không gian so với vị trí ban đầu của
công trình.
2. Biến dạng công trình
Là sự thay đổi hình dạng và kích thước của công trình so với trạng thái ban đầu
của nó. Biến dạng công trình là hậu quả của sự chuyển dịch không đều của công
trình. Các biến dạng thường gặp là hiện tượng cong vênh, vặn xoắn, rạn nứt công
trình.
1.1.2. Phân loại chuyển dịch công trình
1. Chuyển dịch thẳng đứng
Là sự thay đổi của vị trí công trình theo phương dây dọi.
- Chuyển dịch theo hướng lên trên gọi là trồi
- Chuyển dịch theo hướng xuống dưới gọi là lún
Trong thực tế, để đơn giản thường gọi là chuyển dịch thẳng đứng hoặc gọi là
độ lún và ký hiệu là S.
- S mang dấu (+) nếu công trình bị trồi
- S mang dấu ( – ) nếu công trình bị lún
2. Chuyển dịch ngang

Là sự thay đổi vị trí của công trình trong mặt phẳng ngang.
1.1.3. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình
Có nhiều nguyên nhân gây ra chuyển dịch và biến dạng công trình, nằm trong
hai nhóm nguyên nhân chủ yếu sau đây:
1. Nhóm nguyên nhân liên quan đến các yếu tố tự nhiên
- Khả năng lún trượt của các lớp đất đá dưới nền móng công trình;
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
1
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
- Các hiện tượng địa chất chất công trình, địa chất thủy văn;
- Sự co giãn của đất đá ;
- Sự thay đổi theo mùa của các chế độ thủy văn như nước mặt, nước ngầm.
2. Nhóm nguyên nhân liên quan đến quá trình xây dựng và vận hành công trình
- Sự tăng tải trọng của công trình trong quá trình xây dựng;
- Sự thay đổi tính chất cơ lý của các lớp đất đá dưới nền móng công trình do
khai thác nước ngầm;
- Sự suy yếu nền móng do thi công các công trình ngầm dưới móng công trình;
- Sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình do các hoạt động xây chen;
- Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn;
- Sự rung động của nền móng do hoạt động của các loại máy cơ giới, phương
tiện giao thông
1.1.4. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình
1. Mục đích
Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình nhằm 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:
- Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng để đánh giá mức độ ổn định của công
trình.
- Sử dụng các kết quả quan trắc để kiểm tra các tính toán trong giai đoạn thiết
kế công trình.

- Xác định các loại biến dạng có ảnh hưởng đến quá trình vận hành công trình
để đề ra chế độ sử dụng và khai thác công trình một cách hợp lý.
2. Nhiệm vụ
Để quan trắc chuyển dịch biến dạng của một công trình, cần thực hiện các nội
dung sau
- Xác định nhiệm vụ kỹ thuật, khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên và
chế độ vận hành công trình;
- Lập sơ đồ phân bố các mốc khống chế và mốc quan trắc;
- Thiết kế sơ đồ quan trắc;
- Xác định yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc ở những giai đoạn khác
nhau;
- Lựa chọn phương pháp và phương tiện quan trắc;
- Đo đạc ngoại nghiệp;
- Xử lý số liệu quan trắc, tính toán các thông số chuyển dịch biến dạng công
1.2. NGUYÊN TẮC CHUNG THỰC HIỆN QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH VÀ
BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH
Việc quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình được thực hiện dựa trên
các nguyên tắc sau đây:
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
2
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
- Quan trắc (Monitoring) khác với đo đạc (Surveying) ở chỗ ngoài việc xác
định 3 tham số không gian (tọa độ x, tọa độ y và độ cao) của điểm còn phải xác định
thêm tham số thời gian t. Nghĩa là để xác định chuyển dịch và biến dạng công trình
cần đo đạc ở nhiều thời điểm, so sánh để xác định chuyển dịch. Mỗi thời điểm đo đạc
được gọi là một chu kỳ.
- Chuyển dịch và biến dạng công trình được xác địng dựa trên việc so sánh với
một đối tượng được xem là ổn định. Đối tượng được xem là ổn định này có thể là
công trình liền kề ổn định hoặc các mốc khống chế có độ ổn định rất cao. Trong thực
tế, trong quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình thường lập hệ thống khống

chế gồm hai bậc độc lập, bậc thứ nhất có độ ổn định rất cao và được dùng làm gốc so
sánh.
- Chuyển dịch và biến dạng công trình thường có giá trị rất nhỏ và diễn ra
chậm chạp theo thời gian. Vì vậy, để phát hiện được chuyển dịch và biến dạng cần
phải sử dụng các phương pháp và thiết bị có độ chính xác cao để quan trắc.
- Trong suốt quá trình quan trắc, việc tính toán bình sai lưới phải được thực
hiện trong một hệ thống tọa độ hoặc độ cao đã chọn từ chu kỳ đầu tiên.
1.3. YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ CHU KỲ QUAN TRẮC
1.3.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc
Độ chính xác quan trắc được đề ra ngay từ khi lập đề cương quan trắc và được
xác định theo các căn cứ kỹ thuật khác nhau.
1. Dựa vào giá trị độ lún và độ chuyển dịch ngang dự kiến theo thiết kế
Việc xác định sơ bộ độ chính xác đo lún, đo chuyển dịch ngang được thực hiện
phù hợp với các giá trị độ lún và độ chuyển dịch ngang dự tính theo thiết kế được nêu
trong bảng 1.1
Bảng 1.1
Giá trị tính toán độ lún và độ
chuyển dịch ngang theo thiết kế
(mm)
Giai đoạn xây dựng Giai đoạn sử dụng công trình
Loại đất nền
Cát Đất sét Cát Đất sét
1 2 3 4 5
< 50
50 ÷ 100
100 ÷ 250
250 ÷ 500
>500
1
2

5
10
15
1
1
2
5
10
1
1
1
2
5
1
1
2
5
10
2. Dựa vào đặc điểm của nền đất và tầm quan trọng của công trình
Khi không có số liệu dự tính theo thiết kế thì việc xác định độ chính xác quan
trắc dựa vào đặc điểm của nền đất và tầm quan trọng của công trình như trong bảng
1.2.
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
3
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
Bảng 1.2
Loại công trình, loại nền móng
Độ chính xác quan trắc (mm)
Lún Chuyển dịch ngang
Công trình xây dựng trên nền đất cứng và nửa cứng

Công trình xây dựng trên nền cát, sét
Công trình xây dựng trên nền đất đắp, yếu
1
2
5
2
5
10
1.3.2. Chu kỳ quan trắc
1. Quan trắc lún
Đo lún được tiến hành nhiều lần, mỗi lần đo gọi là một chu kỳ. Thời gian tiến
hành các chu kỳ đo được xác định trong khi thiết kế kỹ thuật quan trắc lún. Chu kỳ
quan trắc phải được tính toán sao cho kết quả quan trắc phản ánh được thực chất quá
trình lún của công trình.
Có thể phân các chu kỳ quan trắc trong ba giai đoạn:
- Giai đoạn thi công:
Chu kỳ 0: Là chu kỳ quan trắc đầu tiên, được tiến hành khi đã thi công xong
phần móng công trình và mặt sàn tầng 1.
Các chu kỳ tiếp theo được ấn định tuỳ thuộc tiến độ xây dựng và mức tăng tải
trọng công trình. Thường thực hiện vào lúc công trình xây dựng đạt 25%, 50%, 75%,
100% tải trọng của bản thân nó.
- Giai đoạn đầu vận hành công trình:
Các chu kỳ quan trắc phụ thuộc vào tốc độ lún của công trình, đặc điểm vận
hành công trình. Thời gian giữa hai chu kỳ trong giai đoạn này thường chọn từ 2 đến
6 tháng.
- Giai đoạn công trình đi vào ổn định:
Khi tốc độ chuyển dịch từ 1÷2mm/năm thì được xem là công trình đã đi vào ổn
định
Thời gian giữa hai chu kỳ kế tiếp thường chọn từ 6 tháng đến 1 năm hoặc 2
năm.

Trong một số trường hợp đặc biệt khi xuất hiện yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn
định của công trình, cần thực hiện những chu kỳ quan trắc đột xuất.
2. Quan trắc chuyển dịch ngang
Chu kỳ 0: Là chu kỳ quan trắc đầu tiên được thực hiện khi xây xong công trình
và trước khi có áp lực ngang tác động đến công trình.
Chu kỳ 1: Được thực hiện ngay sau khi có áp lực ngang tác động lên công
trình.
Các chu kỳ tiếp theo: Được thực hiện tùy theo mức tăng hoặc giảm áp lực
ngang đối với công trình.
Khi công trình ổn định: Khi tốc độ chuyển dịch từ 1÷2mm/năm thì được xem
là công trình đã đi vào ổn định. Thời gian giữa hai chu kỳ kế tiếp thường chọn từ 6
tháng đến 1 năm.
Trong trường hợp điều kiện vận hành công trình hoặc mức độ chuyển dịch
công trình có sự thay đổi đột ngột thì phải quan trắc bổ sung.
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
4
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
ÔN TẬP CHƯƠNG 1
1. Nêu định nghĩa chuyển dịch và biến dạng công trình?
2. Phân loại chuyển dịch và biến dạng công trình?
3. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình?
4. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình?
5. Nguyên tắc chung thực hiện quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình?
6. Yêu cầu độ chính xác quan trắc?
7. Chu kỳ quan trắc là gì?
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
5
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
Chương 2
QUAN TRẮC ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH

Mục tiêu
- Trình bày được khái niệm về quan trắc độ lún công trình
- Xây dựng được lưới khống chế quan trắc lún công trình
- Thực hiện được các phương pháp quan trắc độ lún công trình
- Nêu được tiêu chuẩn độ ổn định của các mốc cơ sở
- Xử lý được số liệu quan trắc lún công trình
2.1. KHÁI NIỆM
2.1.1. Độ lún của công trình
Độ lún của công trình là sự thay đổi vị trí độ cao của công trình theo thời gian
và được biểu diễn bằng công thức nguyên lý sau đây:
S
i
j,j-1

= H
i
j
- H
i
j-1
(2.1a)
Hoặc S
i
j,0

= H
i
j
- H

i
0
(2.1b)
trong đó:
S
i
j,j-1

là độ lún của điểm i tại chu kỳ quan trắc J so với chu kỳ J-1
S
i
j,0

là độ lún của điểm i tại chu kỳ quan trắc J so vối chu kỳ 0
2.1.2. Quan trắc độ lún công trình
Quan trắc độ lún công trình thực chất là xác định sự thay đổi độ cao của các
điểm đặc trưng trên công trình. Do vậy cần lập lưới khống chế độ cao và đo đạc ở
nhiều thời điểm để xác định độ cao các điểm đặc trưng đó.
2.2. LƯỚI KHỐNG CHẾ VÀ CÁC LOẠI MỐC DÙNG TRONG QUA TRẮC
ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH
2.2.1. Lưới khống chế quan trắc lún công trình
Để quan trắc lún công trình thường lập hệ thống lưới khống chế gồm 2 cấp độc
lập nhau.
1. Cấp lưới cơ sở
Gồm các mốc độ cao cơ sở hay còn gọi là các mốc độ cao gốc được xây dựng
kiên cố, có độ ổn định cao và bố trí ngoài phạm vi ảnh hưởng của độ lún công trình.
Có thể bố trí thành từng cụm, mỗi cụm từ 03 điểm trở lên (hình 2.1) hoặc bố trí
dạng rời từng điểm (hình 2.2) nhưng tổng số mốc không được nhỏ hơn 3.
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
6

Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
2. Cấp lưới quan trắc
Bao gồm các mốc kiểm tra (hay còn gọi là các mốc lún) được gắn trực tiếp vào
trinh và chuyển dịch cùng với công trình. Các mốc này phải được gắn tại các vị trí
đặc trưng cho quá trình lún của của công trình như các điểm 1, 2, , 14 ở hình 2.3.
Hệ thống các điểm kiểm tra tạo thành một lưới độ cao với các điểm gốc là các
điểm của lưới cơ sở (hình 2.3).
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
7
M1
M3
M7
M4
Công trình
Hình 2.1
M2
M5
M6
M1
M2
M4
M3
Công trình
Hình 2.2
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
2.2.2. Các loại mốc dùng trong quan trắc lún công trình
1. Kết cấu và phân bố mốc cơ sở
Về cấu tạo có các loại như mốc chôn sâu (hình 2.1), mốc chôn nông (hình 2.2)
và mốc gắn tường. Mốc chôn sâu và mốc gắn tường thường dùng trong đo lún hạng
II, III.

Hình 2.1
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
8
M1
M2
M4
M3
Công trình
Hình 2.3
1 2 3 4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
Hình 2.2
2. Kết cấu và phân bố mốc quan trắc (mốc kiểm tra hay mốc lún)
Gồm các loại mốc gắn tường (hình 2.3) và mốc gắn nền (hình 2.4). Kết cấu của
mốc đơn giản, thường là một đoạn thép Ф20mm, dài 6÷15cm và được gắn vào công
trình tại những nơi đặc trưng cho quá trình chuyển dịch của công trình và cùng
chuyển dịch với công trình.
Hình 2.3
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
9

Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
Hình 2.4
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH
2.3.1. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao hình học
1. Máy và dụng cụ đo
Các máy thường dùng trong đo lún là các máy có độ chính xác cao như HB-2,
HB-4, Ni-004, Koni-007, NA2003, DL- 101C và các loại máy có độ chính xác tương
đương.
Mia được sử dụng là mia invar thường hoặc mia invar chuyên dùng có kích
thước ngắn hơn.
Các dụng cụ cần dùng khác như nhiệt kế, cóc mia, ô che nắng.
Trước và sau mõi chu kỳ đo, máy và mia phải được kiểm nghiệm theo đúng
quy định, đặc biệt phải xác định độ ổn định của góc i.
2. Sơ đồ lưới và ước tính độ chính xác
a. Sơ đồ lưới
Sơ đồ lưới đo cao được lựa chọn và ước tính độ chính xác trong khi lập thiết kế
đo lún.
Khi thiết kế sơ đồ lưới cần căn cứ vào điều kiện thực tế của công trình để lựa
chọn các chênh cao cần đo và số lượng trạm máy cho từng chênh cao đo một cách
hợp lý, bảo đảm tạo ra được nhiều vòng khép để có điều kiện kiểm tra. Sơ đồ lưới sau
khi được chọn sẽ thống nhất sử dụng trong tất cả các chu kỳ đo.
b. Ước tính độ chính xác
Việc ước tính độ chính xác được thực hiện theo tiêu chuẩn hạn sai xác định độ
lún tuyệt đối hoặc hạn sai xác định chênh lệch lún. Trong thực tế thường ước tính
theo tiêu chuẩn hạn sai xác định chênh lệch lún.
Yêu cầu độ chính xác trong mỗi cấp lưới được tính
- Cấp lưới cơ sở
+ Sai số trung phương
)K2(1
m

2
H
1
+
=
S
m
(2.2)
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
10
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
+ Sai số trung phương trọng số đơn vị
)1(
1
1
yn
H
Q
m
=
η
(2.3)
- Cấp lưới quan trắc
+ Sai số trung phương
)K2(1
m
2
H
2
+

=
S
Km
(2.4)
+ Sai số trung phương trọng số đơn vị
)2(
2
2
yn
H
Q
m
=
η
(2.5)
Trong các công thức trên, Q
(1)
yn
và Q
(2)
yn
là trọng số đảo của điểm yếu nhất
trong lưới cơ sở và lưới quan trắc, xác định bằng cách nghịch đảo ma trận hệ số của
hệ phương trình chuẩn.
Sai số trung phương trọng số đơn vị tính theo công thức (2.3) và (2.5) là cơ sở
để chọn máy móc, thiết bị và chương trình đo ngắm cho thích hợp.
Đối với mỗi công trình nên sử dụng một bộ máy, dụng cụ cố định, cùng người
đo và cố gắng đo trong những điều kiện tương tự như nhau.
3. Chỉ tiêu kỹ thuật và hạn sai đo đạc
Khi đo lún bằng phương pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn cần tuân theo các

chỉ tiêu kỹ thuật nêu trong bảng 2.1.
Bảng 2.1
Chỉ tiêu
Hạng thủy chuẩn
I II III
Chiều dài tia ngắm (m) ≤ 25 ≤ 25 ≤ 40
Chiều cao tia ngắm ≥ 0,8 ≥ 0,5 ≥ 0,3
Chênh lệch khoảng ngắm (m)
- Trên một trạm
- Trên toàn tuyến
≤0,4
≤2,0
≤1,0
≤4,0
≤2,0
≤5,0
Sai số khép cho phép

n3,0±≤
n0,1±≤
n0,2±≤
2.3.2. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao thuỷ tĩnh
Phương pháp đo cao thuỷ tĩnh được áp dụng để quan trắc lún của nền các kết
cấu xây dựng trong điều kiện rất chật hẹp, không thể quan trắc bằng phương pháp đo
cao hình học.
Máy đo cao thuỷ tĩnh là một hệ thống bình thông nhau. Tuỳ điều kiện cụ thể có
thể cố định máy thuỷ tĩnh với công trình trong suốt quá trình lún hoặc dùng các máy
thuỷ tĩnh cơ động.
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
11

Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
1. Cấu tạo máy và phương pháp đo
Giả sử cần xác định chênh cao giữa hai điểm A và B bằng hệ thống đo thủy
tĩnh gồm hai bình N
1
và N
2
(hình 2.5).
Chênh cao sẽ được đo ở hai vị trí thuận và nghịch của các bình
h
AB
0
0
0
0
d
2
S
2
T
2
A
B
N
2
d
1
N
1
N

2
d
2
N
1
B
A
T
1
S
1
d
1
Chênh cao giữa A và B là:
- Vị trí thuận: h
AB
= (d
1
– S
1
) – (d
2
– T
1
)
- Vị trí nghịch: h
AB
= (d
2
– S

2
) – (d
1
– T
2
)
- Trung bình:
2
)T(S)T(S
h
2211
AB
−+−
−=
(2.6)
2. Độ chính xác đo cao thủy tĩnh
Sai số trung phương đo chênh cao được xác định theo công thức
)(
4
1
m
22222
h
2211
STST
mmmm +++=
(2.7)
Các nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng đến độ chính xác đo cao tuỷ tĩnh là các
sai số do điều kiện ngoại cảnh. Vì vậy trong quá trình đo cần phải áp dụng một số
biện pháp sau đây để giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số đó.

- Tính số hiệu chỉnh cho kết quả đo do sự thay nhiệt độ, áp suất dọc theo tuyến
ống dẫn của máy thuỷ tĩnh.
- Đọc số đồng thời trên các máy thuỷ tĩnh để giảm ảnh hưởng của dao động
chất lỏng trong các máy.
2.3.3. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao lượng 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 áp dụng phương pháp đo cao lượng
giác tia ngắm ngắn, không quá 100m.
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
12
Hình 2.5
Vị trí thuận
Vị trí nghịch
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
1. Máy và phương pháp đo
Máy kinh vĩ dùng trong phương pháp này có độ chính xác cao như Theo 010,
wild T2, T1T2 và các máy có độ chính xác tương đương. Ngoài ra cần các dụng cụ
khác như tiêu ngắm,
Để xác định chênh cao giữa điểm đặt máy A và điểm dựng tiêu B cần đo các
đại lượng: chiều cao máy i, chiều cao tiêu l, khoảng cách ngang D và góc thiên đỉnh
Z (hoặc góc đứng V) như hình 2.6.
Trong đo cao lượng giác, chênh cao giữa hai điểm được tính theo công thức:
fliDctgZh
AB
+−+=
(2.8a)
Hoặc
fliDtgVh
AB
+−+=

(2.8b)
Với f là số hiệu chỉnh chiết quang đứng, được tính
2
2
1
D
R
K
f
−
=
(2.9)
Trong đó R là bán kinh trung bình của trái đấ (R ≈ 6372km), K là hệ số chiết
quang đứng, K = 0,12 ÷ 0,16.
Trong một số trường hợp, khoảng cách D có thể được xác định gián tiếp bằng
cách đo hai góc thiên đỉnh Z
1
, Z
2
bằng cách đo ngắm vào hai vạch dấu trên tiêu đo,
khoảng cách giữa hai vạch dấu này được xác định chính xác và có giá trị bằng b.

)sin(Z
sinsin
21
21
Z
ZZ
bD
−

=


(2.10)
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
13
V
l
Z
i
D
Hình 2.6
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
2. Độ chính xác của phương pháp
Sai số trung phương xác định chênh cao trong đo cao lượng giác được xác định
bằng công thức
2222222
h
)()sec(.m
fli
Z
D
mmm
m
ZDmZctg ++++=
ρ
(2.11)
2.4. TIÊU CHUẨN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA CÁC MỐC ĐỘ CAO CƠ SỞ
2.4.1. Tiêu chuẩn ổn định dựa vào sự thay đổi độ cao của các mốc
Tiêu chuẩn này do A. Kostakhel đề xuất và được xác định như sau:

[ ]
hhj
tS
πµ
2.=∆
(2.12)
trong đó:
ΔS
i
là giá trị giới hạn về sự thay đổi độ cao của mốc cơ sở thứ i.
t t là hệ số chuyển đổi từ sai số trung phương sang sai số giới hạn, thường chọn
t = 2÷3
μ
h
là sai số trung phương trên một trạm đo. Chọn μ
h
= 0,23mm ứng với độ
chính xác của thủy chuẩn hạng I.
[π
h
] là trọng số đảo tương đương của tuyến đo cao.
Tại thời điểm đang xét, mốc nào có trị số lún Δ
i
vượt quá ΔS
i
tính theo công
thức trên thì được xem là không ổn định và ngược lại.
2.4.2. Tiêu chuẩn ổn định dựa vào sự thay đổi chênh cao giữa các mốc
Tiêu chuẩn này do K. Tarnovxky đề xuất và được xác định như sau:
nh

trgh
2.2
µ
=∆
(2.13)
Trong đó
Δh
gh
là giá trị thay đổi chênh cao cho phép giữa các mốc trong hai chu kỳ
μ
tr
là sai số trung phương đo cao tại một trạm máy.
n là số trạm máy trong tuyến giữa các mốc cơ sở
Tại thời điểm phân tích, tính các giá trị Δh
i
và Δh
p
, trong đó:
Δh
i
= h
n
– h
1
là sự thay đổi của chênh cao thứ i giữa chu kỳ n so với chu kỳ đầu
Δh
p
là sự thay đổi chênh cao từ mốc gốc đến mốc cơ sở đang xét giữa chu kỳ n
so với chu kỳ đầu
Sau đó tính các trị số

K
h
hh
p
i
p
i
∑
∆
−∆=∆
0
(2.14)
là các trị số đặc trưng cho sự thay đổi độ cao của từng mốc, đem so sánh với tiêu
chuẩn (2.13) để xác định mốc ổn định.
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
14
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
2.4.3. Tiêu chuẩn ổn định dựa vào độ chính xác cần thiết quan trắc lún
Dựa vào độ chính xác cần thiết của quan trắc lún (m
S
), tiêu chuẩn độ ổn định
của các mốc độ cao cơ sở quan trắc lún công trình là: Điểm khống chế cơ sở được
xem là ổn định khi sự thay đổi độ cao của chúng (δH) giữa hai thời điểm so sánh thỏa
mãn bất đẳng thức sau
1
.
S
mtH
≤
δ

(2.15)
t là hệ số chuyển đổi từ sai số trung phương sang sai số giới hạn, thường chọn
t = 2÷3
m
S1
là sai số trung phương đo đạc lưới khống chế cơ sở
2.5. XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC LÚN CÔNG TRÌNH
2.5.1. Đánh giá sơ bộ kết quả đo
Việc xử lý số liệu quan trắc lún bắt đầu từ việc kiểm tra và đánh giá chất lượng
kết quả đo ngoại nghiệp, bao gồm:
- Tính sai số trung phương của chênh cao trung bình trên một trạm đo được xác
định theo kết quả đo đi đo về
[ ]
n
d
m
htram
2
2
1
=
(2.16)
Trong đó: d
i
- hiệu số của kết quả hai lần đo.
n - số trạm đo.
Hoặc theo sai số khép tuyến
N
n
f

m
h
htram






=
2
(2.17)
- Tính sai số trung phương chênh cao trên 1km đường đo

[ ]
[ ]
L
n
m
htramkm
=
η

(2.18)
Trong đó: f
h
– sai số khép của tuyến phù hợp hoặc khép kín (mm)
n - số lượng trạm máy trên tuyến.
N - số lượng tuyến.
[L] - tổng chiều dài các tuyến (km)

η
Km
– sai số trung phương của chênh cao trên tuyến dài 1km.
2.5.2. Phân tích độ ổn định của các mốc lưới khống chế cơ sở
Độ ổn định của các mốc lưới khống chế cơ sở tại tjời điểm xử lý lưới có thể
được phân tích bằng nhiều phương pháp như phương pháp phân tích tương quan,
phương pháp Kostekhel, phương pháp Trernhicov , nhưng phương pháp có hiệu quả
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
15
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
và được áp dụng trong thực tế hiện nay là phương pháp mô hình toán học, mà thực
chất là bình sai tự do. Quy trình phân tích như sau:
1. Chọn ẩn số là độ cao của tất cả các điểm khống chế cơ sở
2. Chọn độ cao gần đúng là độ cao trong chu kỳ trước của các điểm
3. Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh của trị đo:
LAXV +=
(2.19)
4. Lập hệ phương trình chuẩn:
0=+ bRX
(2.20)
5. Lập điều kiện bổ sung:
0=XC
T
(2.21)
Trong đó C
T
= (c
1
c
2

c
N
). Các phần tử c
i
của ma trận C được chọn theo quy
tắc:
C
i
= 0 - nếu điểm cơ sở i không ổn định
C
i
= 1 - nếu điểm cơ sở i ổn định
6. Tính ma trận giả nghịch đảo:
TT
TTCCRR −+=
−1
)(
~
, với T = B(C
T
B)
-1;
B
T
= (1 1 1) (2.22)
7. Tính nghiệm:
bRX .
~
−=
(2.23)

8. Phân tích vector nghiệm:
So sánh các phần tử của vector nghiệm với tiêu chuẩn ổn định của mốc độ cao
cơ sở (2.15). Nếu tất cả đều thỏa mãn thì thực hiện bước tiếp theo. Nếu có điểm
không ổn định sẽ trở lại bước 5 để chọn lại điều kiện bổ sung.
9. Bình sai và đánh giá độ chính xác lưới:
- Độ cao của các điểm:
Đối với các điểm ổn định sẽ giữ nguyên độ cao. Với những điểm không ổn
định sẽ hiệu chỉnh lượng chuyển dịch tương ứng.
- Đánh giá độ chính xác:
* Sai số trung phương trọng số đơn vị:
dtn
PVV
T
+−
=
µ
(2.24)
Trong đó: n - số trị đo, t - số ẩn số, d - số khuyết
* Sai số trung phương của hàm các ẩn số:
F
F
P
1
m
µ
=
(2.25)
Với:
fRf
P

1
T
F
~
=
(2.26)
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
16
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
Trong các công thức trên: n là số trị đo, t là số ẩn số, d là số khuyết và f là
vector hệ số khai triển của hàm số.
2.5.3. Bnh sai lưới quan trắc
Sau khi phân tích, tìm ra điểm ổn định và hiệu chỉnh vào những điểm kém ổn
định của lưới cơ sở thì tiến hành bình sai lưới quan trắc. Lưới quan trắc lún được bình
sai như một lưới phụ thuộc, với số liệu gốc là độ cao bình sai của các điểm khống chế
cơ sở. Hện nay thường sử dụng phương pháp bình sai gián tiếp.
2.5.4. Tính toán các tham số lún
1. Độ lún tuyệt đối của các điểm
a. Độ lún của điểm kiểm tra i giữa hai chu kỳ j và j-1:
S
i
j,j-1

= H
i
j
- H
i
j-1
(2.27)

b.Độ lún của điểm i tính từ chu kỳ đầu tiên (0) đến chu kỳ j (giữa hai chu kỳ j và 0):
S
i
j,0

= H
i
j
- H
i
0
(2.28)
2. Độ lún trung bình của toàn công trình
a. So với chu kỳ trước
n
S
S
n
i
JJ
i
JJ
TB
∑
=
−
−
=
1
1,

1,
(2.29)
b. So với chu kỳ đầu

n
S
S
n
i
J
i
J
TB
∑
=
=
1
0,
0,
(2.30)
3. Tốc độ lún trung bình của công trình

t
S
V
j
TB
0,
=
(2.31)

Trong đó: t
j
- thời gian tính từ chu kỳ đầu đến chu kỳ j.
4. Hiệu số lún lớn nhất gữa hai điểm (độ lún lệch giữa hai điểm) K và L
∆S
KL
= S
L
– S
K
(2.32)
5. Độ nghiêng của nền công trình theo hướng KL:
i
KL
=

(2.33)
Trong đó: L
KL
- khoảng cách giữa hai điểm K và L.
2.5.5. Lập biểu đồ lún (thể hiện đồ họa độ lún công trình)
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
17
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
Dựa vào các tham số trong mục 2.5.4 để thành lập các biểu đồ lún.
1. Mặt cắt lún dọc trục công trình
Là mặt cắt lún theo hướng một trục được lựa chọn nào đó cho phép thể hiện,
đánh giá độ lún của công trình (hình 2.7).
2. Biểu đồ lún theo thời gian của các điểm của kiểm tra
Là đồ thị biểu thị độ lún của điểm quan trắc (kiểm tra) nào đó theo thời gian

(hình 2.8)
3. Bình đồ lún công trình
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
18
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
KT1 KT2 KT3 KT4 KT5 KT6 KT7
Chu kỳ 1
Chu kỳ 0
Chu kỳ 2
Mốc
Hình 2.7
Độ lún S
(mm)
Độ lún S
(mm)
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
T6/09 T8/09 T12/09 T4/10 T10/10 T3/11 T9/11
KT1

Thời gian
Hình 2.8
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
Dùng đường bình độ để biểu diễn độ lún một cách tổng thể cho công trình
(hình 2.9)
Hình 2.9
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
19
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
ÔN TẬP CHƯƠNG 2
1. Nêu khái niệm về độ lún và quan trắc độ lún công trình
2. Lưới khống chế quan trắc lún công trình có mấy cấp, gồm những cấp nào?
3. Kết cấu và phân bố mốc dùng trong quan trắc lún công trình
4. Các phương pháp quan trắc độ lún công trình
5. Tiêu chuẩn độ ổn định của các mốc độ cao cơ sở
6. Xử lý số liệu quan trắc lún công trình
LUYỆN TẬP CHƯƠNG 2
Các điểm kiểm tra (quan trắc) của một công trình nhà cao tầng có độ cao đo
được ở chu kỳ 0 và 1 như trong bảng sau:
STT Tên Điểm
Độ cao (m)
Chu kỳ 0 Chu kỳ 1
1 KT 1 10,3568 10,3564
2 KT 2 10,5341 10,5336
3 KT 3 10.6784 10.6776
4 KT 4 10.6654 10.6650
5 KT 5 10.8214 10.8207
6 KT 6 10.4467 10.4461
7 KT 7 10.4562 10.4555
8 KT 8 10.4732 10.4729

Tính:
- Độ lún của điểm kiểm tra i (i = 1÷8) giữa chu kỳ 1 và 0
- Độ lún trung bình của công trình
- Tốc độ lún trung bình của công trình biết khoảng thời gian giữa chu kỳ 0 và
chu kỳ 1 là 6 tháng
- Hiệu số lún lớn nhất (độ lún lệch)
Hướng dẫn giải
- Độ lún của điểm kiểm tra i (i = 1÷8) giữa chu kỳ 1 và 0
STT Tên Điểm
Độ cao (m)
Độ lún S (mm)
Chu kỳ 0 Chu kỳ 1
1 KT 1 10.3568 10.3564 -0.4
2 KT 2 10.5341 10.5336 -0.5
3 KT 3 10.6784 10.6776 -0.8
4 KT 4 10.6654 10.6650 -0.4
5 KT 5 10.8214 10.8207 -0.7
6 KT 6 10.4467 10.4461 -0.6
7 KT 7 10.4562 10.4555 -0.7
8 KT 8 10.4732 10.4729 -0.3
- Độ lún trung bình của công trình
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
20
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
S
tb
=
n
S
n

i
j
i
∑
=1
0,

= - 0,55mm
- Tốc độ lún trung bình của công trình biết khoảng thời gian giữa chu kỳ 0 và
chu kỳ 1 là 6 tháng

mm/thang,
t
S
V
j,
TB
090
0
−==
- Hiệu số lún lớn nhất
∆S
KT8,KT3
= S
KT3
– S
KT8
= (-0,8mm) – (- 0,3mm) = - 0,5mm
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
21

Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
Chương 3
QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH
Mục tiêu
- Trình bày được khái niệm về quan trắc chuyển dịch ngang công trình
- Xây dựng được lưới khống chế quan trắc chuyển dịch ngang công trình
- Thực hiện được các phương pháp quan trắc chuyển dịch ngang công trình
- Nêu được tiêu chuẩn độ ổn định của các mốc cơ sở
- Xử lý được số liệu quan trắc chuyển dịch ngang công trình
3.1. KHÁI NIỆM
3.1.1. Chuyển dịch ngang công trình
Chuyển dịch ngang công trình là sự thay đổi vị trí tọa độ (x,y) theo thời gian so
với vị trí ban đầu của công trình.
3.1.2. Quan trắc chuyển dịch ngang
Quan trắc chuyển dịch ngang công trình thực chất là xác định sự thay đổi tọa
độ của các điểm đặc trưng trên công trình. Do vậy cần lập lưới khống chế tọa độ và
đo đạc ở nhiều thời điểm để xác định tọa độ các điểm đặc trưng đó.
3.2. LƯỚI KHỐNG CHẾ VÀ CÁC LOẠI MỐC DÙNG TRONG QUAN TRẮC
CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH
3.2.1. Lưới khống chế quan trắc chuyển dịch ngang công trình
Được phân thành 2 cấp là cấp lưới cơ sở và cấp lưới quan trắc.
1. Cấp lưới cơ sở
a. Phân bố điểm
Mốc khống chế cấp lưới cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang thường được
bố trí ngoài phạm vi ảnh hưởng chuyển dịch ngang của công trình, tại những nới có
điều kiện địa chất ổn định.
b. Kết cấu hình học của lưới
Thường là dạng lưới tam giác dày đặc. Trước đây thường áp dụng đô hình lưới
tam giác đo góc với một số cạnh đáy được đo bằng thước dây Inva, ngày nay thường
áp dụng đồ hình lưới tam giác đo góc - cạnh kết hợp hoặc lưới tam giác đo cạnh.

2. Cấp lưới quan trắc
a. Phân bố điểm
Mốc quan trắc chuyển dịch ngang cũng được gắn tại những vị trí đặc trưng cho
chuyển dịch ngang trên công trình và chuyển dịch cùng với công trình.
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
22
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
b. Kết cấu hình học của lưới
Kết cấu hình học của lưới quan trắc phụ thuộc vào vị trí các mốc cơ sở và mốc
quan trắc. Thông thường các điểm cơ sở và các điểm quan trắc cũng tạo thành các đồ
hình tam giác đo góc – cạnh hoặc đo cạnh.
3.2.2. Các loại mốc dùng trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình
Mốc dùng trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình, kể cả mốc khống chế
cơ sở và mốc quan trắc đều là loại mốc định tâm bắt buộc (hình 3.1).
3.2.3. Yêu cầu độ chính xác của các cấp lưới trong quan trắc chuyển dịch ngang
công trình
Với hệ thống lưới gồm 2 cấp và chọn hệ số giảm độ chính xác K = 2 thì yêu
cầu độ chính xác như trong bảng 3.1.
Bảng 3.1
TT Hạng mục quan trắc
Sai số tổng
hợp của các
Sai số vị trí điểm (mm)
Cấp lưới cơ
sở
Cấp lưới
quan trắc
1 Công trình bê tông trên nền đá ≤0,7 ≤0,3 ≤0,6
2 Công trình trên nền đất nện ≤1,4 ≤0,6 ≤1,2
3 Công trình trên nền đất yếu ≤7,0 ≤3,0 ≤6,0

4 Các công trình bằng đất ≤10,0 ≤4,5 ≤9,0
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
23
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG
TRÌNH
3.3.1. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng lưới đo mặt đất
1. Phương pháp tam giác
2. Phương pháp đa giác
Phương pháp này được ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của những
công trình có dạng hình cung như các tuyến đường, hầm giao thông, tuyến đập dạng
vòm. Trên mỗi tuyến quan trắc xây dựng một đường chuyền qua các mốc gắn tại
công trình, ở hai đầu được dựa trên hai điểm khống chế cơ sở và đo nối ít nhất 2
phương vị gốc (hình 3.3). Đo tất cả các góc và các cạnh trong lưới bằng máy toàn đạc
điện tử độ chính xác cao.
Các điểm 1, 2, 3 là các điểm quan trắc, gắn trên công trình
Các điểm QT1, QT2, QT3, QT4 là các điểm khống chế cơ sở
3. Phương pháp giao hội
Các dạng lưới giao hội gồm giao hội góc, giao hội cạnh, giao hội góc - cạnh có
thể được áp dụng để quan trắc chuyển dịch ngang công trình (hình 3.4).
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
24
1
2
3
A
B
C
D
E

Hình 3.2
QT1
QT2
QT3
QT4
1
2 3
Hình 3.3
Phương pháp tam giác với
các đồ hình đo góc, đo cạnh hoặc
đo góc - cạnh kết hợp (hình 3.2)
thường được ứng dụng để quan trắc
chuyển dịch ngang công trình ở
vùng đồi núi như các đập thủy lợi -
thủy điện, công trình cầu, đuờng,…
Để đo góc và cạnh trong lưới
thường sử dụng máy toàn đạc điện
tử.
- Các điểm 1, 2, 3 là các điểm
quan trắc, gắn trên công trình
- Các điểm A, B, C, D, E là
các điểm khống chế cơ sở
Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
Lưới giao hội dễ phù hợp với nhiều dạng địa hình, nhiều loại công trình và
triển khai thi công thuận tiện bằng các máy toàn đạc điện tử độ chính xác cao.
Các điểm 1, 2, 3 là các điểm quan trắc, gắn trên công trình
Các điểm QT1, QT2, QT3, QT4 là các điểm khống chế cơ sở
a. Giao hội góc
* Đo
Đặt máy kinh vỹ tại các điểm khống chế, đo các góc ngang β

i

* Tính
Tính tọa độ điểm quan trắc KT1 bằng bài toán giao hội góc thuận như đã biết
* Độ chính xác
Sai số trung phương vị trí điểm giao hội KT1 tính theo mỗi tam giác giao hội
được tính theo công thức
2
2
2
1
)1(
SS
Sin
m
m
P
+=
γρ
β
(3.1)
b. Giao hội cạnh
* Đo
Đặt máy toàn đạc điện tử tại các điểm khống chế, đo các cạnh (chiều dài
ngang) S
i
.
* Tính
Tính tọa độ điểm quan trắc KT1 bằng bài toán giao hội cạnh như đã biết
* Độ chính xác

Sai số trung phương vị trí điểm giao hội KT1 tính theo mỗi tam giác giao hội
được tính theo công thức:
22)2(
21
1
SSP
mm
Sin
m
+=
γ
(3.2)
c. Giao hội góc - cạnh
* Đo
Đặt máy toàn đạc điện tử tại các điểm khống chế, đo các góc ngang β
i
và các
Trần Quang Thành – Khoa Công nghệ môi trường - Trường CĐ công nghiệp Tuy Hòa
25
KT1
QT1 QT2
QT3
Hình 3.4
S
1
S
2
S
3
β

1
β
2
β
3
β
4