Quan trắc biến dạng công trình

CHƯƠNG V

QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH
 5-1 KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH
Các công trình trong quá trình xây dựng và sử dụng có thể
bị biến dạng, nhất là khi tải trọng của chúng lớn và được xây dựng
trên nền đất yếu.
A NGUYÊN NHÂN VÀ PHÂN LOẠI

Biến dạng công trình có thể do tự bản thân công trình gây ra
(đê, đập đất tự dẽ lún) hoặc do tải trọng công trình tác động đến
nền móng hoặc do tác động của ngoại lực (gió, bão, nhiệt độ, áp
lực nước bên trên đập, vv…)
 Lún:

Dưới áp lực của công trình, nền đất bị ép lại lún

Nền lớp dưới móng bị ép không đều hoặc tải trọng truyền lên
các phần móng khác nhau nhưng móng chưa được tính toán kỹ
lún không đều hiện tượng nghiêng, võng, xoắn, nứt.(lún đều
không nguy hiểm)
- Công trình trên nền cát  lún nhanh, nhiều nhưng chấm dứt
nhanh
- Công trình trên nền cát pha sét lún chậm, ít nhưng chậm chấm
dứt.
 Chuyển dịch:
- Khi bị tác động một phía như áp lực của khối nước khổng lồ ở
thượng lún (hồ chứa nước), sóng vỗ, gió…, công trình nhà phát
điện, đập bê tông, đập đất sẽ bị chuyển dịch về phía hạ lún.
- Nền là đất chuyển dịch nhanh, là đá chuyển dịch chậm.
- Chuyển dịch không đều cũng sinh ra các hiện tượng nghiêng,

võng, xoắn, nứt.
 Trượt:
- Khi xây dựng trên nền đất dốc (bờ sông, sườn đồi…) công trình
có thể bị trượt. Trượt là tổng hợp của lún và chuyển dịch.


- Một công trình có thể đồng thời bị lún và chuyển dịch như đập
thủy điện…
B MỤC ĐÍCH VÀ THỜI ĐIỂM QUAN TRẮC BDẠNG
- Biến dạng lớn không những nguy hại cho bản thân công trình
(sập nhà, vỡ đập) mà còn nguy hại đến tính mạng, tài sản, môi
trường của vùng xung quanh (nhà cao tầng) hoặc hạ lún (vỡ đập
nước tràn) phải tổ chức quan trắc phát hiện kịp thời các hiện
tượng B/dạng để có biện pháp gia cố.
- Kiểm tra tính đúng đắn và chính xác của công tác tính toán nền
móng
- Quan trắc biến dạng từ khi bắt đầu XD công trình, trong suốt thời
gian XD, trong những năm đầu vận hành sử dụng công trình và khi
sơ khởi có hiện tượng B/dạng.
C CÁC GIAI ĐOẠN QUAN TRẮC BIẾN DẠNG
1. Lập bảng thiết kế kỹ thuật: độ cxđd, P.pháp đo, cấu tạo và phân
bố các loại mốc, sơ đồ lịch thi công.
2. Công tác chuẩn bị: gia công, chôn gắn các loại mốc, chọn dụng
cụ, thiết bị đo, kiểm tra kiểm nghiệm dụng cụ đo…
3. Tiến hành đo: theo phương pháp đã thiết kế và theo lịch đã định.
4. Chỉnh lý tính toán: các kết quả đo, tính tri số biến dạng, lập bảng
số liệu cho từng chu kỳ, vẽ biểu đồ biến dạng.
5. Lập báo cáo kỹ thuật: phân tích các số liệu.
 5-2 KHÁI NIỆM VỀ QUAN TRẮC LÚN


Giả sử vào ngày 1 tháng 2 từ mốc cơ sở độ cao I dẫn tuyến
đo cao hình học hạng III qua các điểm từ 16 rồi khép về lại
điểm I. Sau khi tính toán bình sai ta được độ cao các điểm.

Sau đúng 1 tháng vào 1 tháng 3 tiến hành đo lại tức là đo chu
kỳ II được H 12 , H 22 , H 32 , H 42 , H 52 , H 62

Cứ như vậy đến 1 tháng 10 ta đo chu kỳ 10 được
H 110 , H 210 ,....H 610

Độ lún: hiệu độ cao của cùng một mốc (ví dụ mốc số 1) giữa hai
chu kỳ là độ lún của mốc đó.
Ví dụ:
- Độ lớn của mốc 1 giữa chu kỳ 10 và 9
(độ lớn tương đối)
S 10  9 H 10  H 9
1

S

1

10  1
1

H

10
1

1

 H 11


- Độ lớn của mốc 1 giữa chu kỳ 10 và 1
tổng hợp của 10 chu kỳ)

(độ lớn

A CHU KỲ QUAN TRẮC

Tùy theo chất đất nền mà hiện tượng lún công trình sẽ “tắt
dần” nhanh hay chậm (đất pha sét, cát, bùn)

Tốc độ lún thường diễn ra nhanh hơn trong thời gian XD
công trình. Trị số độ lún lớn nhất cũng xảy ra trong thời gian này.
[khoản thời gian giữa hai lần đo kề nhau chu kỳ đo]
 Chu kỳ 1 bắt đầu sau khi xây móng
các chu kỳ sau có thể tính theo:
1. Sự tăng dần của trọng lượng cT : 25% 50% 75% 100%
2. Sự tăng tầng XD : tầng 1, 2, 3,…10…15,vv…
3. Theo thời gian: sau 1 tuần, hoặc 10 ngày, 15N, 30N

Sau khi đạt tải trọng toàn phần dựa vào sử dụng
QTrắc 1 quý/lần, 6 tháng/lần (mùa khô, mùa mưa) cho đến khi
tốc độ lún < 1-2mm/năm
 Quan trắc lại khi có hiện tượng biến dạng khả nghi.
B Độ cx quan trắc lún
Theo tiêu chuẩn VN TCVN 3972-84

Sai số trung phương xác định độ lún Ms các ngôi nhà lớn và các
công trìmh so với mốc cơ sở không được vượt quá:
+ 1mm đối với công trình XD trên nền đất cứng và nửa cứng
+ 2mm_______________________nền cát, sét chịu nén kém
+ 5mm___________________nền đất đắp, đất bùn chịu nén kém
Đối với các công trình phức tạp và quan trọng thì phải tiến hành dự
tính độ chính xác riêng.
 5-5 CẤU TẠO VÀ BỐ TRÍ CÁC LOẠI MỐC PHỤC VỤ
QUAN TRẮC LÚN
A BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO MỐC CƠ SỞ

Là cơ sở để xác định độ cao các mốc kiểm tra trong các chu
kỳ. Từ đó tính ra độ lún của các mốc.

Yêu cầu: không được thay đổi độ cao trong suốt quá trình xác
định độ lún công trình.


- Mốc phải được đặt ở chỗ an toàn (làm rào bảo vệ) nằm ngoài
vùng ảnh hưởng của công trình nhưng không quá xa công trình
(giảm ảnh hưởng sai số dẫn độ cao tới các mốc quan trắc)
- Để có thể kiểm tra độ ổn định của mốc cơ sở mỗi công trình quan
trắc phải có ít nhất 3 mốc. Nếu ít hơn tại vị trí mốc phải bố trí
thành cụm 3 mốc gần nhau.
- Đối với công trình dân dụng công nghiệp đặt mốc cách công trình
50-100m
- Đối với công trình thủy lợi cách 100-300m.
- Mốc cơ sở có cấu tạo phụ thuộc vào độ cx cần đo lún và điều
kiện địa chất.
 Mốc ống khoan sâu

 Có thể bố trí gần hoặc rất gần với công trình nhưng chân mốc
phải nằm dưới lớp đất có khả năng bị nén bên dưới công trình. Tốt
nhất là nằm trên lớp đất gốc ổn định.
 Mốc ống K.sâu (H.3) được sử dụng ở nền đất yếu. Chân mốc có
cấu tạo đặc biệt chõi và bám chặt vào lớp bùn.
- Thân mốc chính là một ống kim loại không có Ø =114-168 mm
trên đầu có dấu mốc bằng đồng. Xung quanh có ống bảo vệ được
bịt bê tông ở đầu dưới. Đầu trên được bao bọc bằng giếng sâu
khoảng 62m có nắp đậy.
- Ở vùng đất yếu có thể sử dụng mốc có dạng cọc bê tông cốt thép
với tiết diện 25x25cm (giống như móng cọc xây nhà)(H.4)
 Mốc đúc:

Hình 3 là mốc đúc liền khối có cốt thép có dấu móc chính
trong giếng bảo vệ và dấu mốc bí mật trên mặt chậu đế trong ống
kim loại có nắp đậy(dự trữ và kiểm tra mốc trên)
Được sử dụng làm mốc cơ sở khi có lớp đá gốc ở gần mặt đất

Mốc đúc H.4 có cấu tạo đơn giản hơn được sử dụng làm
mốc thi công nằm sát công trình có khả năng bị lún (được sử
dụng khi mốc cơ sở ở xa công trình)
 Mốc gắn trên tường (H.5)
Khi quan trắc công trình dân dụng công nghiệp có yêu cầu độ
cx không cao (hạng III) có thể sử dụng mốc gắn trên tường công


trình đã XD từ lâu (được xem là ổn định và ở tương đối gần công
trình) làm mốc cơ sở.
B BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO CÁC LOẠI MỐC KTRA
I. Bố trí:

- Việc bố trí đúng chỗ và đủ số lượng cần thiết có ảnh hưởng lớn
đến việc phát hiện hiện tượng biến dạng công trình chính xác, đầy
đủ (lún, nghiêng, võng,…).
- Dựa vào cấu trúc của móng, tải trọng lên từng phần của nền, điều
kiện địa chất và đ/c thủy văn.
- Mốc phải tồn tại lâu dài, đủ sáng và thông thoáng khi dựng mia,
cố gắng trên cùng độ cao.

Đối với nhà dân dụng có móng bằng và tường xây bố trí
mốc theo chu vi 10-15m và tại chỗ giao giữa tường dọc và
tường ngang.

Đối với nhà dân dụng và công nghiệp có khung sườn (có
nhiều cột) bố trí mốc trên các cột xung quanh và bên trong
nhà sao cho…trên mỗi trục dọc và trục ngang có từ 3-7 mốc.

Đối với nhà lắp ghép bằng các tấm Panen lớn bố trí các
mốc cách nhau 6-8m (2 tấm Panen) theo chu vi và theo các trục
dọc, ngang.

Đối với nhà có móng cọc bố trí các mốc cách nhau 15m
theo trục dọc và trục ngang

Tháp nước, ống khói, bệ máy lớn bố trí 4 mốc.

Công trình thủy điện 3-4 mốc một khối ở trên mặt, các
hàng mốc ở mép thượng và hạ lún đập, trong hành lang ngầm, ở
mỗi tuốc bin vv…

Cảng và tường chắn đất dọc sông dọc theo chiều dài bố trí

các mốc cách nhau 15-20m
II. Cấu tạo:
 Mốc gắn trên tường
 Mốc gắn trên mặt sàn
 Mốc chôn dưới các lớp đất
 Mốc quan trắc các lớp đất trong thân đập (đê).


 Hoặc quan trắc các lớp đất bên dưới công trình.
 5-7 TÍNH TOÁN CÁC TRỊ SỐ BIẾN DẠNG VÀ VẼ CÁC
BIỂU ĐỒ
1. Độ lún tuyệt đối: độ lún của một mốc Ktra nào đó (ví dụ mốc
số 1) của công trình so với mốc độ cao cơ sở (mốcI)
S13 4 , S11 10 là độ lún tuyệt đối
 Độ lún tương đối: độ lún của một điểm (ví dụ mốc Ktra 1) so
với một điểm khác (ví dụ mốc Ktra 2) trên công trình hoặc hiệu
độ lún trong cùng chu kỳ giữa hai mốc Ktra 1 và 2.
 S 1 2 S 2  S 1
(1)
2. Độ nghiêng của móng:
i1 2 

S1 2
l1 2

(2)

l1 2 -

khoảng cách giữa hai mốc Ktra 1 và 2.

3. Độ võng đối xứng dọc theo trục móng
f 

 Độ võng tương đối

2 S 2  ( S1  S 3 )
2

f tđ 

f
l1 3

(3)
(4)

S1,S3 – độ lún của hai mốc Ktra 1,3 đặt ở hai đầu trục móng
S2 – độ lún của mốc Ktra đặt ở giữa
l1 3 - khoảng cách giữa 2 mốc Ktra 1 và 3
4. Tốc độ lún trung bình trong tháng hoặc trong năm của mốc N
nào đó
VN =

SN
t

(5)

 Tốc độ lún trung bình của toàn công trình:
r

v
VTB = 
1

r

(6)


Trong đó:
t – thời gian quan trắc tháng hoặc năm
SN – độ lún tổng hợp của mốc N trong tháng hoặc năm
r – số mốc kiểm tra
Dựa vào các số liệu đã tính thành lập các biểu đồ
 Mặt cắt độ lún theo trục
 Đồ thị lún của các mốc
 Sơ đồ đường thẳng lún
 5-8 KHÁI NIỆM VỀ QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH
I, II – mốc thi công (nằm trong vùng có thể bị chuyển dịch)
1,2,3,4,5,6 – mốc kiểm tra (gắn trên công trình)
q1,q2,q3 …q6 – độ lệch của các mốc kiểm tra so với hướng chuẩn
I, II
A, B – mốc cơ sở (ổn định để kiểm tra vị trí mốc thi công)

 Thực chất của việc quan trắc độ chuyển dịch (bằng phương
pháp đường ngắm chuẩn) là đo độ lệch của các mốc kiểm tra q 1,q2…
q10 so với đường ngắm chuẩn bằng nhiều chu kỳ.
 Độ chuyển dịch của mốc N giữa hai chu kỳ kề nhau i+1 và i (độ
chuyển dịch tương đối)
Ví dụ

(8-1)
U N5 4 q N5  q N4

 Độ chuyển dịch của mốc N giữa chu kỳ thứ I so với chu kỳ đầu
(độ chuyển dịch tổng hợp)
Ví dụ
(8-2)
U N5 1 q N5  q 1N

Độ chuyển dịch tuyệt đối của một điểm tren công trình là độ
chuyển dịch so với các mốc cơ sở ổn định nằm ngoài khu vực ảnh
hưởng của công trình.
 Độ chuyển dịch tương đối là độ chuyển dịch của một điểm hoặc



cả công trình được xác định so với một điểm nào đó trên công
trình.
 5-9 ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ CHU KỲ QUAN TRẮC ĐỘ
CHUYỂN DỊCH
A ĐỘ CHÍNH XÁC QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH
Tùy theo kết cấu công trình và cấu tạo đất nền mà qui định độ
chính xác quan trắc chuyển dịch.
Theo tiêu chuẩn VN TCVN – 3927 – 84 sai số trung phương xác
định độ chuyển dịch không được vượt quá
+ 1mm – công trình xây dựng trên nền đất cứng và đất nửa cứng
+ 3mm – công trình xây dựng trên nền cát, đất sét chịu nén kém
+ 10mm – công trình xây dựng trên nền đất đắp, đất bùn chịu nén
kém
+ 15mm – công trình đất

Đối với công trình đòi hỏi độ chính xác cao phải tiến hành ước tính
riêng
B CHU KỲ QUAN TRẮC
Khoảng thời gian giữa hai chu kỳ kề nhau phụ thuộc vào  đặc tính
của đất nền  loại công trình  trị số dịch chuyển dự đoán  biểu đồ
của công tác thi công xây dựng.
 Chu kỳ đầu : sau khi các mốc cơ sở đã ổn định, khi áp lực ngang
(hồ chứa nước) chưa hình thành. Đo 2-3 lần.
 Chu kỳ hai: ngay sau khi có tác động của áp lực ngang vào công
trình.
 Chu kỳ 3,4,5,6: tiến hành khi áp lực ngang tăng lên 25%, 50%,
75% và 100% so với thiết kế.
 Các chu kỳ tiếp theo: tiến hành trong thời gian vận hành công
trình 1 lần trong mùa khô và 1 lần trong mùa mưa.
 Tạm thời chấm dứt:quan trắc khi tốc độ chuyển dịch giảm dần <
1-2mm/năm
 Quan trắc lại: khi có dấu hiệu biến dạng nghi ngờ.
 5-10 BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO MỐC CƠ SỞ VÀ MỐC THI
CÔNG
A Bố trí


Mốc thi công: bố trí gần công trình, có khả năng bị biến
dạng. Từ các mốc này trực tiếp xác định tọa độ, hoặc độ lệch
tuyến của các mốc Ktra trong mỗi chu kỳ.
 Mốc cơ sở: bố trí ngoài vùng có khả năng bị chuyển dịch có
tác dụng kiểm tra và xác định độ chuyển dịch của các mốc thi
công nếu có.
Nếu phát hiện mốc thi công bị chuyển dịch thì phải tính số hiệu
chỉnh vào trị số hướng đo từ mốc thi công đến mốc Ktra.

 Chọn vị trí đặt mốc để tia ngắm không quá nghiêng, không quá
gần chướng ngại vật.
 Có thể bố trí mốc nổi trên mặt đất, chìm và đặt trên các nóc nhà
(bằng) ổn định.
B CẤU TẠO:
 Mốc thi công phải có cấu tạo vững chắc nhưng đơn giản khi gia
công
 Có hai loại mốc: mốc nổi dạng cột và mốc chìm.
 Mốc nổi: có dạng cột được xây bằng gạch hoặc đúc bằng bê tông
cốt thép có mặt cắt 40x40cm và cao 1.2m so với mặt đất, chiều dài
mốc phụ thuộc vào lớp đất gốc. Có thể dùng ống sắt Ø167-257mm
đặt vào lỗ khoan có ống sắt bảo vệ có Ø lớn hơn khoảng 80100mm để thay loại mốc này.
Ở đầu mốc có trang bị bộ phận định tâm trực tiếp để giảm ảnh
hưởng của số định tâm máy và bản ngắm.
 Mốc chìm:
 Nếu điều kiện hoạt động của công trình không cho phép (CT
cảng) thì dùng mốc đúc chìm.
 Nếu nước ngầm lên quá cao thì dùng mốc ống khoan sâu.
 Trên 2 mốc này phải dùng chân ba và dọi quang nên độ chính
xác định tâm máy và bảng ngắm thấp hơn.
 mốc cơ sở:
Sử dụng mốc có dạng cột có bộ phận định tâm trực tiếp và chân
mốc phải tiếp xúc với lớp đất cứng có mức nước ngầm thấp.
 5-11 BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO CÁC MỐC KIỂM TRA



A BỐ TRÍ MỐC
 Bố trí trên các phần của công trình và gần vòi đất nền giảm
ảnh hưởng của nhiệt độ và độ nghiêng công trình làm sai lệch độ

chuyển dịch
 Trên công trình dân dụng:
Ở các góc nhà, khe lún, xung quanh nhà cách nhau 15-20m
 Trên công trình công nghiệp: móng riêng biệt >3 móng bằng –
bố trí mốc cách nhau 15-20m.
 Trên công trình thủy lợi: đặt trên mặt sàn hành lang ngầm.
 Trên các mốc ở 2 đầu hành lang có chừa lỗ trống để chuyền tâm
mốc lên mặt công trình.
 Nếu công trình có nhiều khối liền nhau thì trên mỗi khối có ít
nhất 2mốc. Nếu khối rộng >20m4 mốc.
 Công trình cảng và tường kè chắn đất cách 30m 1 mốc.
B CẤU TẠO MỐC:
 Loại có dạng thanh thép – một đầu chôn vào bê tông, đầu kia là
bộ phận gắn bảng ngắm (đĩa sắt có lỗ).(h.1)
 Loại có dạng tấm thép (h.2) – gắn trực tiếp vào các chỗ đã chuẩn
bị sẵn trên móng công trình gắn trên bảng ngắm.
 5-12 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUAN TRẮC ĐỘ
NGHIÊNG CÔNG TRÌNH
 Nguyên nhân nghiêng: 1.Do xây dựng.
2.Do công trình bị lún theo thời gian.
 Độ chính xác yêu cầu:
Phụ thuộc vào: 1.Loại công trình.
2. Chiều cao công trình.
- Đối với nhà cao tầng: MN=0.0001H (10mm/H=100).
- Đối với tháp (cột) an ten:
Truyền hình, ống khói MN=0.0005H (50mm/H=100m).
H là chiều cao công trình.
 Phương pháp quan trắc:
1.Phương pháp dây dọi
2.Phương pháp sử dụng máy chiếu thiên đỉnh (dọi ngược

quang học).
3.Phương pháp đo khoảng cách bằng máy toàn đạc điện tử
(chế độ đo không gương).
4.Phương pháp tọa độ.
5.Phương pháp đo góc ngang
6.Xác định độ nghiêng công trình có dạng hình trụ hoặc hình
côn.
 5-13 PHƯƠNG PHÁP DÂY DỌI
Sử dụng cho công trình có độ cao H<15m.
 Treo dọi tại đỉnh công trình.
 Độ lệch công trình đo trực tiếp bằng thước thép
 Góc nghiêng φ
P

φ=arcts ( H )
 5-14 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG MÁY CHIẾU THIÊN
ĐỈNH
(Dọi ngược quang học hoặc laser). Máy chiếu thiên đỉnh LEICA
ZNL (thụy sĩ) có độ chính xác mN=+ 0.00003(+3mm/100m)
 Độ nghiêng do xây dựng
(Đo một lần khi xây xong mỗi sàn)
xong sàn 1
q1=l0-l1
xong sàn 2
q2=l0-l2
xong sàn 3
q3=l0-l3
xong sàn 4

q4=l0-l4
…..

…

 Độ nghiêng do lún theo thời gian.
Ví dụ: cần đo nghiêng nhà tại vị trí sàn 4
Chu kỳ 1 (tháng 1): l 41
Chu kỳ 2 (tháng 2): l 42
Chu kỳ 3 (tháng 3): l 43
…
Chu kỳ 10 (tháng 10): l 410
Độ nghiêng giữa Ckỳ 2 và 1:( l 42  l 41 )


giữa Ckỳ 3 và 2: ( l 43  l 42 )
giữa Ckỳ 4 và 3:
…
giữa Ckỳ 10 và 9: ( l 410  l 49 )
Đo độ thẳng đứng và độ lệch tâm bằng máy chiếu thiên đỉnh
 Độ thẳng đứng (độ nghiêng): (b-a), (d-c), (h-g), (f-e).
 Độ lệch tâm (của tường hoặc cột): (c-b)
 Có thể sử dụng máy chiếu thiên đỉnh đển đo độ nghiêng của
công trình theo thời gian.
Ví dụ: trên sàn lầu 1 ở chu kỳ đầu ta đo được g 1, sau đó 1 tháng ta
đo chu kỳ 2 được g2. Độ nghiêng sẽ là
Δg=g2-g1.
 5-15 PHƯƠNG PHÁP ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG MÁY
TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ (CHẾ ĐỘ KHÔNG GƯƠNG)
 Lập lưới đường chuyền bậc I xác định tọa độ các điểm I, II, III,

IV.
 Xác định do xây dựng:
 Bằng phương pháp giao hội góc thuận xác định tọa độ XA, YA
của điểm A, XA, YA của điểm A’
 Độ nghiêng thành phần của điểm A so với A’
 X  X A  X A'

 Y Y A  Y A'

 Độ nghiêng toàn phần:Q=
 Góc nghiêng:

N 

X 2  Y 2

Q
P"
H

H là chiều cao nhà (AA’)
 Xác định độ nghiêng do lún theo theo thời gian
Các chu kỳ sau đo lại tọa độ của điểm A. Sau đó tính độ nghiêng
của góc nhà A giữa 2 chu kỳ kế nhau và độ nghiêng tổng hợp.