Khảo sát khả năng ứng dụng của phương pháp Pelzer để đánh giá độ ổn định của các điểm khống chế cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình

KHOA H“C & C«NG NGHª

Khảo sát khả năng ứng dụng của phương pháp Pelzer
để đánh giá độ ổn định của các điểm khống chế cơ sở
trong quan trắc biến dạng công trình
Investigating the application of pelzer method to analyse the stability of control points in
deformation monitoring of constructions
Lê Thị Nhung, Vũ Ngọc Quang

Tóm tắt
Trong quan trắc biến dạng, vị trí các điểm lưới
quan trắc có thể biến đổi theo thời gian, vì
vậy phải tìm cách xác định tình trạng biến đổi
của các điểm lưới thông qua các chu kỳ quan
trắc. Trong phân tích biến dạng, để đánh giá
đúng sự chuyển dịch biến dạng công trình
thông qua các điểm quan trắc ta cần dựa vào
các điểm ổn định thuộc khống chế cơ sở. Do
đó, xác định điểm nào trong lưới là điểm ổn
định hoặc điểm tương đối ổn định, điểm nào
là điểm không ổn định là việc làm cần thiết.
Phương pháp chênh lệch trung bình của
Pelzer do nhà trắc địa người Đức đề xuất là
một trong những phương pháp đánh giá được
sự ổn định của các mốc khống chế cơ sở trong
quan trắc biến dạng công trình thông qua bài
toán kiểm định thống kê.
Từ khóa: Phương pháp Pelzer, Quan trắc biến dạng,
Đánh giá độ ổn định.

Abstract

In deformation monitoring, the position of the control
points may change over time, so it is necessary to
determine the movement of those points during
monitoring periods. In deformation analysis we
have to rely on stable points of control networks for
accurately evaluation of construction deformation.
Therefore, it is necessary to find out which points are
stable points, relatively stable point and unstable
points. The mean difference method was proposed by
the German geodetic surveyor, namely Pelzer. It is one
of the effective methods, which based on statistical
test theory to analyze the stability of control points in
the deformation monitoring.
Keywords: Pelzer, Deformation
monitoring, Analyzing the stability of
control points.

ThS. Lê Thị Nhung
Khoa Trắc địa – Bản đồ
Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
Email:
ThS. Vũ Ngọc Quang
Trường ĐH Công nghệ giao thông Vận tải
Email:

122

1. Cơ sở lý thuyết [1]
Trên thế giới, từ những năm 70 của thế kỷ 20, người ta đã liên tục đề xuất
nhiều phương pháp phân tích độ ổn định của các điểm cơ sở như: phương pháp

phân tích tương quan (Karpenko), phương pháp phân tích dựa trên nguyên tắc
độ cao không đổi của mốc ổn định nhất trong lưới (Kostekhel), phương pháp
dựa trên nguyên tắc độ cao trung bình không đổi của các mốc trong lưới... trong
đó phương pháp chênh lệch trung bình do nhà trắc địa người Đức Pelzer là một
phương pháp tương đối điển hình.
Phương pháp chênh lệch trung bình được tiến hành qua hai bước chính: kiểm
định chỉnh thể và tìm điểm không ổn định (phương pháp thử). Phép kiểm định
chỉnh thể là tiến hành kiểm định tính nhất trí đồ hình giữa hai chu kỳ. Nếu kiểm
định chỉnh thể được thông qua, thì kết luận tất cả các điểm cơ sở đều ổn định.
Ngược lại, nếu việc kiểm định chỉnh thể thấy chưa đạt thì cần phải tìm điểm không
ổn định. Phép tìm điểm không ổn định là phép thử để loại trừ điểm không ổn định
ra khỏi hệ thống lưới khống chế cơ sở. Quá trình tìm và loại bỏ điểm không ổn
định được tính lặp đến khi nào loại bỏ hết các điểm bị cho là không ổn định ra
khỏi hệ thống lưới khống chế cơ sở. Quy trình tính toán có thể được thể hiện như
trong sơ đồ khối (hình 1):
1.1. Kiểm định chỉnh thể
Dùng phép kiểm định F, lập lượng thống kê:

F=



θ2
µ 2


(1)
Với: θ là trị ước lượng phương sai của độ lệch, µ là trị ước lượng chung của
phương sai trọng số đơn vị.
Tại giả thiết gốc Ho lượng thống kê F tuân theo phân phối F với bậc tự do là

f ∆X , f do đó có thể dùng biểu thức sau đây:



P( F > F1−α ( f ∆X , f ) H o ) =
α


(2)

để kiểm định vị trí điểm có biến động hay không. Mức α thường lấy 0,05 hoặc
0,01; từ α và f ∆ X , f có thể tra bảng để được phân vị F1−α ( f ∆X , f ) .
1.2. Tìm điểm không ổn định
Chia các điểm lưới thành hai nhóm: F và M. Nhóm M là nhóm điểm không ổn
định, trong nhóm F có thể có điểm không ổn định. Tiến hành kiểm định tính nhất
trí đồ hình đối với nhóm F để tìm điểm không ổn định trong nhóm F nếu có. Sắp
xếp và chia khối ∆X , P∆ X theo nhóm F, M như sau:



∆X T =
(∆X FT  ∆ X MT )

(3)



 PFF  PFM 
= . ...... 

 PMF  PMM 


(4)

P∆ X

Trong đó: ΔX là véc tơ nghiệm, PΔX là ma trận trọng số.

Tạo thành lượng thống kê kiểm định tính ổn định của nhóm điểm F:



F1 =

θ 2F
µ2



(5)

Nếu F1 < F2 ( f F , f1 + f 2 ) thì các điểm của nhóm F đều ổn định. Ngược lại,

T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG


F1 > F2 ( f F , f1 + f 2 ) , thì trong nhóm F có điểm không ổn

định.

Thực hiện việc tính lặp để nhặt lần lượt tất cả các điểm
không ổn định từ nhóm F sang nhóm M đến khi kiểm định
tính nhất trí đồ hình đối với nhóm F đạt yêu cầu thì dừng
lại. Quá trình tính toán được thể hiện trong sơ đồ khối như
hình 2.
2. Tính toán thực nghiệm
Số liệu đo như sau:
Chu kỳ I

Hình 1. Sơ đồ khối thể hiện thuật toán phương pháp
Pelzer

TT

hi (m)

Số trạm máy

1

0.4172

1

2

-0.3511

3

3

-0.0666

2

TT

hi (m)

Số trạm máy

1

0.4162

1

2

-0.3502

3

3

-0.0664

2

hi (m)

Số trạm máy

Chu kỳ II

Chu kỳ III
TT
1

0.4152

1

2

-0.3495

3

3

-0.0665

2

Số liệu quan trắc lún tại công trình Trung tâm thương mại
dịch vụ trụ sở Tổng công ty thương mại Hà Nội và văn phòng
cho thuê, có địa chỉ tại 11B - Cát Linh - Đống Đa - Hà Nội. Kết

cấu nhà bê tông cốt thép, móng cọc khoan nhồi. Lưới gồm 3
điểm khống chế, tạo thành 1 vòng khép kín (hình 3).
2.1. Kết quả đánh giá độ ổn định theo phương pháp Pelzer
Chương trình xử lý số liệu đánh giá độ ổn định của các
mốc khống chế cơ sở được viết bằng ngôn ngữ lập trình
Visual Basic.
Hình 2. Sơ đồ khối thể hiện thuật toán bước tìm
điểm không ổn định

Người sử dụng có thể nhập số liệu trực tiếp trên chương
trình tính sau đó lưu file lại hoặc mở một file có sẵn như sau:
File → Open → Tìm đường dẫn → Chọn file → Ấn
“OK”. Sau khi nhập các dữ liệu đầu vào ấn nút “Danh gia”
hoặc tổ hợp phím (Alt+D) để chạy chương trình. Chương
trình tính xong hiện lên thông báo “Đánh giá xong” thì ấn nút
“OK”, kết quả xử lý số liệu sẽ thể hiện trên giao diện chương
trình tính như hình 4.
* Đánh giá độ ổn định chu kỳ II như hình 5.
→ Kết luận: Chu kỳ II tất cả các điểm đều ổn định.
* Đánh giá độ ổn định chu kỳ III như hình 6.
→ Kết luận: Chu kỳ III, mốc khống chế cơ sở 1 là không

ổn định.
Hình 3. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở

2.2. Khảo sát kết quả đánh giá độ ổn định so với phương
pháp khác
* Theo phương pháp Trernhicov:
Sai số giới hạn ∆hgh = ±2.μ 2n = ±1.5 (mm). Tại chu kỳ
III có ∆H > ∆hgh.

→ Kết luận: Chu kỳ II tất cả các điểm đều ổn định. Chu
kỳ III, mốc khống chế cơ sở 1 là không ổn định.

S¬ 28 - 2017

123


KHOA H“C & C«NG NGHª
Bảng 1. Kết quả đánh giá độ ổn định chu kỳ
II và III theo Trernhicov

Hình 4. Kết quả đánh giá độ ổn định mốc khống
chế cơ sở
Bảng 2. Kết quả đánh giá độ ổn định chu kỳ
II và III theo Kostekhel

Bảng 3. Kết quả đánh giá độ ổn định mốc khống chế
cơ sở chu kỳ II

Hình 5. Tệp kết quả đánh giá độ ổn định chu kỳ II

Bảng 4. Kết quả đánh giá độ ổn định mốc khống chế
cơ sở chu kỳ III

* Theo phương pháp Kostekhel:
Bảng 2: Kết quả đánh giá độ ổn định chu kỳ II và III theo
Kostekhel
Mốc khống chế cơ sở 1 ở chu kỳ III có │∆H│ > ∆S.
→ Kết luận: Chu kỳ II tất cả các điểm đều ổn định. Chu

kỳ III, mốc khống chế cơ sở 1 là không ổn định.

* Phương pháp dựa trên thuật toán bình sai lưới tự do
(sử dụng phần mềm DPSurvey):

124

Hình 6. Tệp kết quả đánh giá độ ổn định chu kỳ III

T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG


Bảng 3: Kết quả đánh giá độ ổn định mốc khống chế cơ
sở chu kỳ II
Bảng 4: Kết quả đánh giá độ ổn định mốc khống chế cơ
sở chu kỳ III
Qua khảo sát việc đánh giá độ ổn định của các mốc
khống chế cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình theo 4
phương pháp nêu trên đã đưa ra cùng một kết quả: ở chu kỳ
II tất cả các điểm đều ổn định, ở chu kỳ III có điểm 1 không
ổn định.
3. Kết luận
Phương pháp chênh lệch trung bình (Pelzer) có cơ sở lý
luận chặt chẽ, đó là ứng dụng lý thuyết kiểm nghiệm thống
Tài liệu tham khảo
1. Hoàng Thanh Hưởng, Doãn Huy, Tưởng Chinh (2001), Xử lý
số liệu quan trắc biến dạng, (Bản dịch từ tiếng Trung Quốc
của PGS. TS. Phan Văn Hiến – Trường Đại Học Mỏ địa chất 2010).
2. PSG. TS. Trương Quang Hiếu và Tống Thị Hạnh, Bài báo Phân

tích dựa trên nguyên tắc độ cao trung bình không đổi của các
mốc trong lưới (Trernhicov).
3. Đào Xuân Lộc, Bài báo khảo sát về phương pháp (Trernhicov),
Tạp chí Khoa học công nghệ tập 6- tháng 12/2003.

kê để phân tích độ ổn định điểm lưới cơ sở trong quan trắc
chuyển dịch biến dạng công trình nên có thể ứng dụng được
ngoài thực tế sản xuất. Mặt khác phương pháp này còn khắc
phục được một số nhược điểm cơ bản của các phương pháp
vừa so sánh ở trên, ví dụ như: Tất cả các mốc khống chế cơ
sở đều so sánh với tiêu chuẩn nhất định, sử dụng một mô
hình bình sai để đánh giá nên sẽ không tồn tại sai số do mô
hình bình sai khác nhau.
Qua khảo sát với 3 phương pháp khác là Kostekhel,
Trernhicov và ứng dụng thuật toán bình sai tự do bằng phần
mềm DPSurvey đều cho kết quả tương đương nhau, vì vậy
có thể khẳng định độ tin cậy cao của phương pháp này./.

4. Đào Xuân Lộc, Chu Mạnh Hùng, (2009), Phân tích dựa trên
thuật toán bình sai tự do, Tạp chí phát triển khoa học công nghệ
tập 12 – số 18.
5. PGS. TS Trần Khánh, TS Nguyễn Quang Phúc (2010), Quan trắc
chuyển dịch và biến dạng công trình, NXB Giao thông vận tải.
6. TCVN 9364:2012, Nhà cao tầng – Kỹ thuật đo đạc phục vụ công
tác thi công.
7. Charles D. Ghilani, Paul R. Wolf, Adjustment Computations:
Spatial Data Analysis (2006), Fourth Edition, John Wiley &
Sons, Inc. ISBN: 978-0-471-69728-2.

Mô hình móng bè cọc kích thước lớn...

(tiếp theo trang 100)
4. Kết luận
Bài báo đã trình bày việc áp dụng phần mềm Plaxis 3D
trong phân tích kết cấu móng bè cọc kích thước lớn chịu
tải trọng rộng cho kho chứa than thuộc Nhà máy Nhiệt điện
Thái Bình 2. Việc áp dụng phương pháp PTHH cần kết hợp
với việc điều chỉnh thông số tính toán từ các thí nghiệm hiện
trường để mô phỏng sự làm việc tương tác giữa nền đất và
cọc.
Kết quả phân tích cũng cho thấy, với móng bè cọc kích
thước lớn, việc thay đổi chiều dài cọc khác nhau theo sự
phân bố của tải trọng sẽ phát huy tối đa khả năng chịu lực
Tài liệu tham khảo
1. Y.C. Tan and C.M. Chow, Design of Pile Raft Foundation On Soft
Ground, GSMIEM Forum: The Roles of Engineering Geology &
Geotechnical Engineering In Construction Works, Kuala Lumpur,
2004.
2. L. De Sanctis, A. Mandolini, G. Russo and C. Viggiani, Some
Remarks on The Optimum Design of Piled Rafts, ASCE
Geotechnical Spec. Publication 116, Orlando, 2002.
3. H.G. Poulos and E.H. Davis, Pile Foundation Analysis and
Design, Wiley Series in Geotechnical Engineering, New York,
1980.
4. M.F. Randolph, Design Methods for Pile Groups and Piled Raft,
Proc. of the 13th International Conference on Soil Mechanics and
Foundation Engineering, New Delhi, 61-82, 1994.
5. Phung. Duc Long and Zulhkiple A. Bakar, Settlement Analysis
for Piled Raft Foundations - A Case Study, Geotechnics for
Sustainable Development - Geotec Hanoi 2013, Ha Noi, Viet Nam,
2013.

6. William Cheang, Noppadol Phien-weij and Kamol Almornfa,
Optimisation of a Piled-Raft Foundation System via 3D FEM,

của hệ kết cấu móng cọc. Giá trị hệ số phân bố tải trọng cho
kho chứa than là αr = 0.66 điều này có nghĩa là nền đất đã
tiếp nhận 34% tổng tải trọng từ công trình. Thực tế, độ lún
và hệ số phân bố tải trọng trong hệ móng bè cọc được kiểm
soát bằng cách thay đổi số lượng, chiều dài và mặt bằng bố
trí của cọc.
Phần mềm Plaxis 3D với các điều kiện biên và các thông
số nâng cao nên được áp dụng trong việc phân tích kết cấu
móng bè kích thước lớn và chịu tác dụng của tải trọng phân
bố rộng./.

Geotechnics for Sustainable Development - Geotec Hanoi 2013,
Ha Noi, Viet Nam, 2013.
7. Watcharasawe, P. Jongpradist and P.Kittiyodom, Numerical
Analysed of Piled Raft Foundation in Soft Soil using 3D-FEM,
20th International Conference on Advances in Civil Engineering
for Sustainable Development, Suranaree University of Technology,
Nakhon Ratchasima, Thailand, 2014.
8. FECON Corp., Final Report On Assessing Soil Improvement
Results Of Coal Storage Yard Area, Ha Noi, Viet Nam, 2012.
9. O. Reul and M.F. Randolph, Design Strategies for Piled
Rafts Subjected to Nonuniform Vertical Loading, Journal of
Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 120, Issue
1, 1-13, 2004.
10.R. Katzenbach, U. Arslan and C. Moormann, Piled Raft
Foundation in Germany, Design applications of raft foundations,
London, 2000.

11.R. Katzenbach, G. Bachmann, G. Boled-mekasha,H. Ramm,
Combined Pile Raft Foundations (Cprf): An Appropriate Solution
for The Foundations of High-Rise Buildings, Slovak Journal of
Civil Engineering, Slovakia, 19-29, 2005.

S¬ 28 - 2017

125