Ứng dụng bài toán kiểm định thống kê để đánh giá chất lượng xây dựng lưới đo lún công trình

bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học mỏ - Địa chất

đinh hữu thịnh

ứng dụng bài toán kiểm định thống kê
để đánh giá chất lượng xây dựng lưới
đo lún công trình

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

hà nội 2010


bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học mỏ - Địa chất
-------------o0o------------

đinh hữu thịnh

ứng dụng bài toán kiểm định thống kê
để đánh giá chất lượng xây dựng lưới
đo lún công trình

chuyên ngành
MÃ số

: kỹ thuật trắc địa
: 60.52.85

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

người hướng dẫn khoa học
PGS.TS. Trương Quang Hiếu

hà néi - 2010


Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng có tác giả nào công bố
trong bất kỳ công trình khác.
Hà nội, ngày 10 tháng 9 năm 2010
Tác giả

Đinh Hữu Thịnh


72

mục lục
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ
Mở đầu...................................................................................................................1
Chương 1: kháI quát về xây dựng lưới đo lún công trình 3
1.1. Hiện tượng lún công trình...........................................................................3
1.1.1. Khái niệm. ..............................................................................................3
1.1.2. Nguyên nhân gây nên hiện tượng trồi lún công trình. .........................3

1.2. Độ chính xác lưới đo lún công trình ..........................................................4
1.2.1.Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún. ......................................................4
1.2.2.Chu kỳ quan trắc lún công trình.............................................................6
1.3. Thiết kế lưới đo lún ......................................................................................7
1.3.1.Số cấp lưới................................................................................................7
1.3.2. Ước tính độ chính xác lưới đo lún công trình. ....................................11
1.4.Công tác đo đạc ...........................................................................................14
1.4.1. Máy và dụng cụ đo. ..............................................................................14
1.4.2.Trình tự thao tác đo. ..............................................................................15
1.4.3.Quy định đo ngắm..................................................................................17
1.5. Tính toán xử lý số liệu kết quả đo lún.....................................................17
1.5.1. Bình sai lưới cơ sở theo thuật giải Helnmert-Mittermayer. ...............18
1.5.2. Bình sai lưới quan trắc theo phương pháp gián tiếp. .........................19
Chương 2: nghiên cứu ứng dụng toán thống kê trong
đánh giá chất lượng xây dựng lưới đo lún công trình
..................................................................................................................................21
2.1. Đặc trưng cơ bản về độ chính xác của lưới đo lún công trình.............21
2.1.1. Xác định sai số trung phương độ lún của một mốc đo lún. ................22
2.1.2. Xác định sai số trung phương hiệu ®é lón mèc (j) so víi mèc (z)......22


73
2.1.3. Xác định sai số trung phương độ lún của các cấp lưới khống chế đo
lún công trình. .................................................................................................24
2.1.4. Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố của lưới đo lún đến độ chính xác
xác định độ lún công trình..............................................................................25
2.1.5. Xác định độ chính xác dÃy trị đo trong các cấp lưới khống chế đo lún
công trình.........................................................................................................26
2.1.6. Nội dung của công tác đánh giá chất lượng xây dựng lưới đo lún công
trình..................................................................................................................29

2.2. Nghiên cứu ứng dụng toán thống kê trong đánh giá chất lượng xây
dựng lưới đo lún công trình .............................................................................30
2.2.1. Một số dạng bài toán kiểm định thống kê thường dùng trong phân tích
phương sai. ......................................................................................................31
2.2.2. Nghiên cứu ứng dụng các bài toán kiểm định thống kê trên trong
đánh giá chất lượng xây dựng lưới đo lún công trình...................................38
2.3. Quy trình đánh giá chất lượng xây dựng lưới đo lún công trình........45
Chương 3: Tính toán thực nghiệm ......................................................49
3.1. Mô tả thực nghiệm.....................................................................................49
3.2. Quy trình tính toán....................................................................................54
3.2.1. Quy trình chung. ...................................................................................54
3.2.2. Kết quả đánh giá chất lượng lưới đo lún cụ thể..................................54
kết luận và kiến nghị .............................................................................68
Tài liệu tham khảo ...................................................................................69
pHô LôC................................................................................................................71


Danh mục các bảng
Bảng 1-1

Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún công trình

5

Bảng 1-2

Mẫu sổ ghi

16

Bảng 2-1

Độ chính xác của lưới cơ sở và lưới quan trắc

25

Bảng 2-2

Phân cấp đo lún công trình

29

Bảng 2-3

Phân bố Cochran theo phương sai max. (Ga ) với a = 0,05

38

Bảng 2-4

Kết quả bình sai lưới của k chu kỳ đo

46

Bảng 2-5

Đánh giá chất lượng kết quả đo

46

Bảng 2-6

Đánh giá tính đồng đều về chất lượng kết quả đo 2 chu kỳ

47

Bảng 2-7

Đánh giá chất lượng xây dựng lưới đo lún 2 chu kỳ đo

48

Bảng 3-1

Số liệu đo lưới cơ sở công trình đo lún Tháp trung tâm Hà Nội

54

Bảng 3-2

Số liệu đo lưới cơ sở công trình đo lún Giảng đường Trung tâm 56
Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội

Bảng 3-3

Đánh giá sơ bộ chất lượng lưới

58

Bảng 3-4

Kết quả bình sai lưới cơ sở công trình đo lún Tháp Trung tâm Hà Nội

59

Bảng 3-5

Đánh giá chất lượng kết quả đo từng chu kỳ

60

Bảng 3-6

Đánh giá tính đồng đều và chất lượng kết quả đo của lưới trong 60
từng cặp chu kỳ.

Bảng 3-7

Đánh giá sai số trung phương độ lún xác định từ lưới đo từng cặp 61
chu kỳ

Bảng 3-8

Đánh giá sơ bộ chất lượng lưới.

63

Bảng 3-9

Kết quả bình sai lưới cơ sở công trình đo lún Giảng đường Trung 64

tâm Đại học Nông nghiệp I Hà Nội

Bảng 3-10

Đánh giá chất lượng kết quả đo từng chu kỳ.

65

Bảng 3-11

Đánh giá tính đồng đều và chất lượng kết quả đo của lưới trong 65
từng cặp chu kỳ.

Bảng 3-12

12. Đánh giá sai số trung phương độ lún xác định từ lưới đo từng 66
cặp chu kú.


Danh mục các hình vẽ

Hình 1.1. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở dạng cụm mốc

8

Hình 1.2. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở dạng điểm đơn

8

Hình 1.3. Sơ đồ lưới quan trắc

10

Hình 1.4. Tuyến đo nối mốc quan trắc

11

Hình 3.1. Sơ đồ lưới thực nghiệm 1

53

Hình 3.2. Sơ đồ l­íi thùc nghiƯm 2

55


1

Mở đầu
1. Mục tiêu - tính cấp thiết của đề tài.
Đánh giá độ ổn định của các mốc trong lưới đo lún công trình có ý
nghĩa quan trọng phục vụ việc xác định và dự đoán lún công trình đó. Để đánh
giá độ ổn định các mốc trong lưới đo lún phải xác định được sai số trung
phương độ lún sD của các mốc đo lún. Sai số trung phương độ lún sD phản
ánh đầy đủ chất lượng xây dựng lưới đo lún công trình. Tác động đến giá trị
của sai số trung phương độ lún sD có sai số trung phương của dÃy trị đo và cấu
hình của lưới trong các chu kỳ đó. Do vậy, muốn đánh giá chất lượng xây
dựng lưới đo lún chúng ta phải:
a. Đánh giá chất lượng dÃy trị đo của lưới trong từng chu kỳ đo.
b. Đánh giá tính đồng đều về chất lượng kết quả đo của lưới từ hai hoặc

nhiều chu kỳ đo.
c. Đánh giá độ chính xác độ lún các mốc, đặc biệt là các mốc yếu nhất
trong lưới đo từ hai chu kỳ so với yêu cầu độ chính xác đo lún công trình.
Đề tài nhằm tìm biện pháp thích ứng để giải đáp các yêu cầu trên.
2. Đối tượng - nội dung nghiên cứu của đề tài.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xác định đại lượng đặc trưng cho
chất lượng xây dựng lưới đo lún công trình và tìm giải pháp toán học hợp lý để
đánh giá chất lượng các đại lượng đặc trưng đó.
Nội dung của luận văn nhằm xây dựng quy trình đánh giá chất lượng
xây dựng lưới đo lún công trình. Các bước trong quy trình này phải hợp lý và
được giải trình có cơ sở toán học thống kê chặt chẽ. Các vấn đề nghiên cứu
chính của luận văn là:
a. Dùng bài toán kiểm định thống kê với việc áp dụng quy tắc kiểm
định có luật phân bố xác suất c2 để xây dựng cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá
chất lượng kết quả đo trong từng chu kỳ đo và chất lượng xây dựng lưới đo lún
hai chu kỳ thông qua sai số trung phương độ lún các mốc.
b. Dùng bài toán kiểm định thống kê với quy tắc kiểm định có luật phân
bố xác suất Fish - Snedec để xây dựng cơ sở lý thuyết đánh giá chất lượng kết
quả đo của hai chu kỳ.


2
c. Dùng bài toán kiểm định thống kê có quy tắc kiểm định Bartlett và
Cochran để xây dựng cơ sở lý thuyết đánh giá tính đồng đều về chất lượng kết
quả đo nhiều chu kỳ.
3. Phương pháp nghiên cứu của luận văn.
Phương pháp chủ yếu được sử dụng để nghiên cứu trong luận văn là
phân tích tính chất cơ bản cả về lý thuyết và thực tiễn một số dạng bài toán
kiểm định thống kê và ứng dụng linh hoạt để giải quyết các nội dung của mục
tiêu đặt ra của đề tài.

4. Kết quả - ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn.
Luận văn đÃ:
a. Xây dựng được phương pháp luận hợp lý để phân tích và ứng dụng
trong quy trình đánh giá chất lượng xây dựng lưới đo lún công trình. Phương
pháp nghiên cứu có tính khoa học và phù hợp với mục tiêu của từng dạng công
việc cụ thể.
b. Xây dựng được quy trình hợp lý để đánh giá chất lượng xây dựng
lưới đo lún công trình. Quy trình trên được sử dụng để đánh giá một số công
trình đo lún thực tế, kết quả thu được khá phù hợp.
c. Nên nghiên cứu vấn đề đặt ra của đề tài và các kết quả thu được của
luận văn để bổ sung vào TCXDVN-217:2002.
5. Bố cục của luận văn.
Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và các phụ lục luận văn trình
bày trong 3 chương chính gồm 71 trang
Chương 1: Khái quát về xây dựng lưới đo lún công trình.
Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng toán thống kê trong đánh giá chất
lượng xây dựng lưới đo lún công trình.
Chương 3: Tính toán thực nghiệm.


3

Chương 1
kháI quát về xây dựng lưới đo lún
công trình
1.1.Hiện tượng lún công trình
1.1.1. Khái niệm.
Do tác động của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo nên các công trình xây
dựng đều có thể thay đổi vị trí trong không gian so với vị trí ban đầu của nó ở
giai đoạn thi công cũng như trong giai đoạn vận hành sử dụng công trình. Sự

thay đổi đó gọi là hiện tượng chuyển dịch của công trình. Có thể chia chuyển
dịch thành hai loại đó là chuyển dịch thẳng đứng và chuyển dịch ngang.
Chuyển dịch thẳng đứng là sự biến đổi vị trí của công trình theo phương
dây dọi. Chuyển dịch theo hướng lên trên so với thời điểm ban đầu gọi là
trồi,theo hướng xuống dưới gọi là lún. Trong thực tế để đơn giản và tiện lợi
người ta vẫn quen gọi chuyển dịch thẳng đứng hay sự trồi lún công trình là
hiện tượng lún công trình.
Công trình chuyển dịch theo mặt phẳng nằm ngang gọi là chuyển dịch
ngang.
Nếu các giá trị trồi lún hoặc chuyển dịch ngang xẩy ra không đều giữa
các bộ phận khác nhau của công trình sẽ dẫn đến hiện tượng biến dạng công
trình,có thể là sự cong vênh,vặn xoắn, rạn nứt của công trình.Nếu như công
trình chuyển dịch,biến dạng vượt quá giới hạn cho phép có thể xẩy ra sự cố hư
hỏng,đổ vỡ và phá hủy một phần hoặc toàn bộ công trình.
Trong luận văn này,chúng tôi chỉ đề cập và nghiên cứu chuyển dịch
theo phương thẳng đứng tức là hiện tượng lún của công trình.
1.1.2. Nguyên nhân gây nên hiện tượng trồi lún công trình.
Có rất nhiều nguyên nhân gây nên hiện tượng trồi lún công trình nhưng
nói chung có thể chia thành hai nguyên nhân chủ yếu sau:


4
1.Tác động của các yếu tố tự nhiên gồm:
- Khả năng lún, trượt của các lớp đất đá dưới nền móng công trình và
các hiện tượng địa chất công trình,địa chất thủy văn.
- Sự co giÃn của các lớp đất ®¸.
- Sù biÕn ®ỉi theo mïa cđa c¸c chÕ ®é thủy văn như nước mặn,nước
ngầm.
2.Tác động của các yếu tố nhân tạo:
Nhóm nguyên nhân liên quan đến các hoạt động của con người trong

quá trình xây dựng, vận hành khai thác công trình,bao gồm:
- ảnh hưởng của trọng lượng bản thân công trình.
- Sự thay đổi các tính chất cơ lý của các lớp đất đá dưới nền móng công
trình do sự khai thác nước ngầm.
- Sự suy yếu của nền móng công trình do việc thi công các công trình
ngầm dưới móng công trình.
- Sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình do việc xây dựng các công
trình ở gần.
- Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình và địa chất thủy văn.
- Sự rung động của móng công trình do vận hành máy móc hoặc hoạt
động của các phương tiện giao thông.
1.2.Độ chính xác lưới đo lún công trình
1.2.1.Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún.
Xác định yêu cầu độ chính xác quan trắc lún mang ý nghĩa kỹ thuật.
Nếu chuyển dịch của công trình diễn ra chậm (tốc độ chuyển dịch nhỏ) mà
quan trắc với độ chính xác thấp thì sẽ không phát hiện được chuyển dịch vì sai
số đo có thể còn lớn hơn cả giá trị chuyển dịch. Ngược lại, nếu chuyển dịch
công trình xẩy ra nhanh (tốc độ chuyển dịch lớn) thì vẫn có thể phát hiện được
ngay cả khi quan trắc với độ chính xác thấp. Mâu thuẫn là, chØ khi quan tr¾c


5
được một số chu kỳ mới biết được tốc độ chuyển dịch của công trình, từ đó
mới có thể đưa ra được độ chính xác quan trắc hợp lý.
Tuy nhiên, độ chính xác quan trắc chuyển dịch lại được xây dựng ngay
khi lập đề cương quan trắc.Do vậy, cần đưa ra yêu cầu về độ chính xác quan
trắc theo hai giai đoạn sau:
1.2.1.1. Giai đoạn đầu của quá trình thi công xây dựng.
Trong giai đoạn này, yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch
thường được xác định dựa vào tính chất của nền móng và đặc điểm kết cấu của

loại công trình, các tiêu chuẩn này do cơ quan quản lý ngành ban hành. Theo
đó, yêu cầu độ chính xác quan trắc lún các công trình dân dụng - công nghiệp
được thể hiện ở bảng 1-1.
Bảng 1-1

Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún công trình

TT

Loại công trình, nền móng

Đcx quan trắc

1

Công trình bê tông xây trên nền đá gốc

1mm

2

Công trình xây dựng trên nền đất cát, sét và cá nền chịu

3mm

nén khác
3

Các loại đập đất đá chịu áp lực cao

5mm

4

Công trình xây trên nền đất đắp, nền trượt

10mm

5

Các loại công trình bằng đất đắp

15mm

1.2.2.2. Giai đoạn khai thác sử dụng và vận hành công trình.
Giai đoạn này thường đà quan trắc được một số chu kỳ, vì vậy có thể
biết được quy luật chuyển dịch của công trình. Dựa trên các giá trị chuyển
dịch dự báo có thể xác định độ chính xác cần thiết quan trắc theo công thức:

sD =
Trong đó:

D
2e

s D - Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún ở thời điểm ti.
D - Giá trị độ lún dự báo giữa hai thời điểm quan tr¾c.


6

e - Hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của các kết quả quan trắc,
thường chọn e =3 ứng với mức xác suất p = 0.997.
Khi đó, công thức (1.39) được viết dưới dạng rút gọn:

s D Ê 0.17D
1.2.2.Chu kỳ quan trắc lún công trình.
Công tác đo lún là dạng công tác đo lặp được thực hiện ở nhiều thời
điểm với cùng một đối tượng. Mỗi một thời điểm đo đạc gọi là một chu kỳ
quan trắc. Quan trắc lón mang mét ý nghÜa quan träng vỊ kinh tÕ và kỹ thuật
đối với công trình. Nếu độ lún công trình diễn ra chậm mà thời gian quan trắc
giữa hai chu kỳ ngắn thì sẽ khó phát hiện được độ lún, đồng nghĩa với việc
lÃng phí về thời gian, nhân lực, tài chínhNgược lại, nếu độ lún của công
trình diễn ra nhanh mà thời gian giữa hai chu kỳ quá dài sẽ rất nguy hiểm vì
khi đó công trình có thể bị biến dạng lớn hoặc có thể bị phá hủy.
Trong thực tế thường phân chia các chu kỳ chuyển dịch theo ba giai
đoạn:
1. Giai đoạn thi công công trình
ở giai đoạn này chu kỳ quan trắc đầu tiên được thực hiện ngay sau khi
đà xây xong phần móng công trình. Các chu kỳ quan trắc tiếp theo được xác
định tùy theo mức tăng tải trọng công trình, thường chọn khi công trình đà đạt
25%, 50%, 75% và 100% tải trọng của bản thân.
2. Giai đoạn đầu vận hành
Trong giai đoạn này, chu kỳ quan trắc được quy định tùy thuộc vào tốc
độ chuyển dịch của công trình. Thời gian đo giữa hai chu kỳ trong giai đoạn
này thường trong khoảng từ 2 đến 6 tháng.
3. Giai đoạn công trình đi vào ổn định
Thời gian quan trắc giữa hai chu kỳ đo trong giai đoạn này có thể thưa
hơn, thường từ 6 tháng đến 1 năm mới phải quan trắc mét lÇn.

7
1.3.thiết kế lưới đo lún
1.3.1.Số cấp lưới.
Thông thường để quan trắc lún công trình lưới khống chế trắc địa được
bố trí gồm cấp cơ sở và cấp quan trắc.
1.3.1.1. Lưới khống chế cơ sở.
1. Mục tiêu thành lập lưới khống chế cơ sở
Lưới khống chế độ cao cơ sở bao gồm các tuyến đo chênh cao liên kết
toàn bộ các điểm mốc độ cao cơ sở (mốc chuẩn). Mạng lưới này được thành
lập và đo trong từng chu kỳ quan trắc nhằm hai mục tiêu:
a. Kiểm tra đánh giá độ ổn định các mốc cơ sở.
b. Xác định hệ thống độ cao cơ sở thống nhất trong tất cả các chu kỳ đo.
Do vậy, yêu cầu đối với lưới cơ sở là các mốc cơ sở phải ổn định, được
liên kết tạo thành một mạng lưới chặt chẽ với độ chính xác cao và được kiểm
tra thường xuyên trong mỗi chu kỳ quan trắc.
Thông thường sơ đồ lưới được thiết kế trên mặt bằng công trình sau khi
đà khảo sát, chọn vị trí đặt mốc khống chế ở thực địa. Vị trí đặt và kết cấu
mốc khống chế phải lựa chọn cẩn thận sao cho mốc được bảo toàn lâu dài,
thuận lợi cho việc đo nối đến công trình, đặc biệt cần lưu ý độ ổn định của
mốc trong suốt quá trình quan trắc. Các mốc cơ sở được đặt ở ngoài phạm vi
ảnh hưởng lún của công trình, tuy nhiên không đặt mốc quá xa đối tượng quan
trắc nhằm hạn chế ảnh hưởng tích lũy của sai số đo nối độ cao.
Hệ thống mốc cơ sở có thể được phân bố thành từng cụm, các mốc
trong cụm cách nhau khoảng (15 ữ 50m) (hình 1.1) hoặc có thể phân bố theo
cách thứ hai là đặt các mốc rải đều xung quanh công trình (hình 1.2)


8

Hình 1.1. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở dạng cụm mốc

Hình 1.2. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở dạng điểm đơn
Trên sơ đồ thiết kế ghi rõ tên mốc, vạch các tuyến đo và ghi rõ số lượng
trạm đo hoặc chiều dài đường đo (dự kiến) trong mỗi tuyến, trong điều kiện
cho phép cần cố gắng tạo các ®­êng ®o khÐp kÝn ®Ĩ cã ®iỊu kiƯn kiĨm tra chất
lượng đo chênh cao, đồng thời đảm bảo tính chặt chẽ của toàn bộ mạng lưới.
2. Một số vấn đề cần lưu ý khi thiết kế lưới khống chế cơ sở.
Đối với lưới cơ sở thì bất kỳ điểm nào cũng đều có khả năng bị lún, do
vậy trước khi đánh giá độ ổn định của các mốc cơ sở thì lưới khống chế cơ sở
chỉ có thể xem là l­íi tù do. Khi thiÕt kÕ l­íi khèng chÕ c¬ sở cần lưu ý một
số vấn đề sau:


9
a. Số lượng mốc của lưới cơ sở.
Số lượng mốc chuẩn tối thiểu phù hợp với dạng và diện tích công
trình cần đo lún. Tuy nhiên, trong mọi trường hợp cần phải bố trí lưới cơ sở
có số mốc chuẩn tối thiểu là 5. Một số trường hợp đặc biệt có thể bố trí lưới
có 4 mốc. Yêu cầu về số lượng mốc chuẩn tối thiểu trên nhằm đạt được ít
nhất 3 mốc ổn định trong suốt thời gian quan trắc lún.
b. Chiều dài tối đa tuyến đo giữa các mốc chuẩn.
Yêu cầu về chiều dài tối đa (hay số trạm đo tối đa) của các tuyến đo
trong lưới cơ së cịng cã ý nghÜa rÊt quan träng. NÕu chiỊu dài tuyến đo ngắn
(số trạm đo ít) sẽ tăng mật độ điểm cơ sở. Trong tài liệu [4] tác giả đà phân tích
các trường hợp cụ thể của lưới cơ sở và đưa ra kết luận là chiều dài tuyến đo
không được vượt quá giới hạn 600m(tương dương với số trạm đo Ê 10 trạm) khi
công trình đo lún có yêu cầu về độ chính xác sD < 1mm.
c. Lựa chọn phương án thiết kế lưới cơ sở.
Lựa chọn phương án thiết kế lưới cơ sở cũng là vấn đề cần đặt ra trong

xây dựng lưới đo lún công trình. Ngoài việc chọn số lượng mốc tối thiểu phù
hợp thì chúng ta có thể sử dụng giá trị vết của ma trận trọng số đảo độ cao hay
ma trận trọng số đảo độ lún các mốc chuẩn nhỏ nhất làm tiêu chí để lựa chọn
phương án thiết kế lưới tèt nhÊt. NÕu gäi QHH vµ QDD lµ ma trËn trọng số đảo
của trị bình sai độ cao hay độ lún các mốc chuẩn của lưới cơ sở thì tiêu chuẩn
để lựa chọn phương án thiết kế lưới sẽ là:
p

S (QHH ) = å QH j H j = min
'

(1.1)

j =1
p

S (QDD ) = å QD j D j = min
'

(1.2)

j =1

1.3.1.2. Lưới quan trắc lún.
1. Mục tiêu.
Mục tiêu của việc thành lập lưới quan trắc lún là nhằm liên kết giữa các
điểm lún (điểm kiểm tra) gắn trên công trình và đo nối độ cao với hệ thống


10

điểm mốc lưới khống chế cơ sở. Số lượng và sơ đồ phân bố mốc kiểm tra lún
được thiết kế cho từng công trình cụ thể, mật độ điểm mốc phải đủ để xác
định được tham số đặc trưng cho quá trình lún của công trình. Các tuyến đo
cần được lựa chọn đảm bảo sự thông hướng tốt, tạo nhiều vòng khép kín, các
tuyến đo nối với lưới khống chế cơ sở được bố trí đều quanh công trình, cố
gắng đạt được sự ổn định của sơ đồ lưới trong tất cả mọi chu kỳ quan trắc.
Các mốc quan trắc lún được đặt ở những vị trí đặc trưng cho quá trình
lún của công trình và phân bố đều khắp mặt công trình. Mốc được đặt ở những
vị trí tiếp giáp của các khối kết cấu, bên cạnh khe lún, tại những nơi có áp lực
động lớn, những khu vực có điều kiện địa chất công trình kém ổn định.

Hình 1.3. Sơ đồ lưới quan trắc
2. Xác định phương án đo nối.
Để đạt được mục tiêu của việc thành lập lưới quan trắc lún, sau khi xác
định được số lượng mốc và sơ đồ các mốc với từng công trình cụ thể thì vấn
đề đặt ra là phải tìm cách liên kết các mốc kiểm tra đó dưới dạng một lưới
theo một kết cấu chặt chẽ nhất trong điều kiện cã thĨ. Sù liªn kÕt trªn bao gåm
viƯc liªn kÕt các mốc kiểm tra thành lưới quan trắc và tìm cách liên kết cấp
lưới quan trắc với các mốc chuẩn ổn định của lưới cơ sở bằng các tuyến đo nối
theo sơ đồ hợp lý nhất. Để nhanh chóng xác định được các tuyến đo nối hợp lý
chúng ta có thể sử dụng công thức để ước tính gần đúng trọng số đảo của độ
cao mốc yếu sau đây:


11

QH yÕu =

n -1
n -1

)(n R j +
)
2
2
n Ri + nR j + (n - 1)

(n Ri +

(1.3)

Trong c«ng thøc (1.3), n Ri và nR j lần lượt là số trạm đo của các tuyến đo
nối từ các mốc chuẩn Ri và Rj ; n là số mốc cần xác định trong đường tính
chuyền (với giả thiết là một số lẻ).

Hình 1.4. Tuyến đo nối mốc quan trắc
1.3.2. Ước tính độ chính xác lưới đo lún công trình.
1.3.2.1. Ước tính độ chính xác độ lún các cấp lưới.
Cơ sở để xây dựng công thức ước tính độ chính xác đo đạc các cấp lưới
đo lún công trình dựa vào các chú ý quan trọng sau:
*Lưới đo lún công trình là lưới độ cao và thường được đo bằng phương
pháp đo cao hình học nên để ước tính độ chính xác đo đạc (là độ chính xác
chênh cao đo của một trạm máy) cần dựa vào sai số trung phương mốc ®é cao
u nhÊt.
*Dùa vµo sè cÊp bËc l­íi ®o lón. Thông thường,để tiết kiệm chi phí mà
vẫn đảm bảo được độ chính xác yêu cầu người ta bố trí lưới đo lún gồm một
cấp khống chế cơ sở và một cấp quan trắc. Vì vậy, có thể đưa ra nguyên tắc
ước tính độ chính xác với lưới đo lún có hai cấp là cấp cơ sở và cấp quan trắc
như sau:
- Đối với lưới cơ sở, để ước tính sai số trung phương độ cao chúng ta sử
dụng công thức:

12

sH =
cs

sH

(1.4)

yếu

1+ K2

-Đối với lưới quan trắc lún ta có công thức để ước tính sai số trung
phương độ cao là:
sH =
qtr

Ks H yếu

(1.5)

1 + K2

Trong công thức trên, s H yếu là sai số trung phương độ cao mốc yếu cấp
cuối cùng chịu tác động của sai số trung phương cấp lưới cơ sở và cấp lưới
quan trắc, cụ thĨ lµ:
2

s H2 u = s H2 CS + s Hqtr

(1.6)

Đại lượng K là hệ số giảm cấp độ chính xác của các cấp lưới kế tiếp.
Với lưới đo lún, thông thường nhận K=2 hoặc K=3.
Nếu đồ hình và chất lượng kết quả đo của lưới cơ sở và lưới quan trắc ở
chu kỳ đo thứ (j) và thứ (k) là tương đương nhau thì ta có thể viết:

s DCS = s HCS 2
s Dqtr = s H qtr 2

(1.7)

s D yÕu = s HyÕu 2
Thay (1.7) vµo (1.6) ta được:

s D2 yếu = s D2CS + s D2qtr

(1.8)

Lúc này, sai số trung phương độ lún của lưới cơ sở sÏ lµ:

s DCS =

s D yÕu

1+ K

2

(1.9)

Vµ sai sè trung phương độ lún của lưới quan trắc có dạng:

s Dqtr =

K .s D yÕu
1+ K

2

(1.10)


13
Trong đó, s D yếu là sai số trung phương độ lún tổng hợp chịu tác động
của hai cấp lưới cơ sở và cấp quan trắc.
Công thức (1.9) và (1.10) là những công thức dùng để ước tính sai số
trung phương độ lún của các cấp lưới đo lún công trình khi cho trước yêu cầu
về sai số trung phương độ lún tổng hợp s D yếu .
1.3.2.2. Ước tính độ chính xác đo đạc trong mỗi cấp lưới.
Độ chính xác đo đạc trong mỗi cấp lưới được đặc trưng bởi sai số trung
phương đo chênh cao trên mỗi trạm máy hay là sai số trung phương trọng số
đơn vị. Cơ sở để ước tính sai số trung phương trọng số đơn vị trong mỗi cấp
lưới đo lún là công thức sau:

s0 =

s Hyếu

(1.11)

QHyếu

Trong đó:

s Hyếu là sai số trung phương độ cao mốc yếu của lưới, còn
QH yếu là trọng số đảo của độ cao mốc yếu đó.
Thông thường khi thiết kế lưới đo lún công trình người ta giả thiết các
lưới đo ở chu kỳ (j) và (k) có cùng dạng đồ hình và chất lượng kết quả đo
tương đương nhau nên công thức (1.11) lúc này có dạng:

s0 =

sD
2QH

=

sD
QD

(1.12)

Sử dụng các quan hệ (1.9),(1.10) và (1.12) ta sẽ có công thức dùng để
ước tính sai số đo chênh cao trên một trạm đo (sai số trung phương trọng số đơn
vị s 0 ) dựa vào sai số trung phương độ lún của lưới cơ sở và lưới quan trắc lún:
- Đối với lưới cơ sở:

s 0CS =

s D CS
QD CS

(1.13)


14
- Đối với lưới quan trắc:

s 0 qtr =

s D qtr
QD qtr

(1.14)

Vậy để ước tính được sai số trung phương trọng số đơn vị s 0 cho từng
cấp lưới đo lún công trình, ngoài việc cho trước yêu cầu độ chính xác quan
trắc lún tổng hợp s D yếu , chúng ta phải ước tính được trọng số đảo độ cao hay
độ lún mốc yếu cho từng cấp lưới.
1.4.Công tác đo đạc
Trong kỹ thuật đo lún có rất nhiều phương pháp đo như:
-Phương pháp đo cao hình học.
- Phương pháp đo cao thủy tĩnh.
- Phương pháp đo cao lượng giác.
- Phương pháp chụp ảnh.
Nhưng ở đây chúng tôi chỉ trình bày phương pháp chủ yếu đo độ lún
công trình bằng phương pháp đo cao hình học.

1.4.1. Máy và dụng cụ đo.
1.Máy đo lún.
Đo độ lún bằng phương pháp đo cao hình học chính xác thường dùng
các loại máy H-05, Ni002, H1, H2, Ni004, Ni007 và các loại máy khác có độ
chính xác tương đương. Các yêu cầu thông số kỹ thuật của máy như sau:
- Độ phóng đại của ống kính yêu cầu từ 40x trở lên.
- Giá trị khoảng chia trên mặt ống thủy dài không vượt quá 1200/2m.
- Giá trị vạch khắc vành đọc số của bộ đo cực nhỏ 0,05mm và 0,10mm.
Đối với máy thủy chuẩn mới nhận ở xưởng về hoặc các máy mới sữa
chữa thì trước khi sử dụng phải được kiểm tra, kiểm nghiệm ở trong phòng và
ngoài thực địa theo những nội dung quy ph¹m.


15
2.Mia đo lún.
Khi đo độ lún công trình bằng phương pháp đo cao hình học cần sử
dụng mia invar. Các yêu cầu thông số kỹ thuật của mia như sau:
- Chiều dài của mia từ 1m á 3m.
- Trên mia có ống thuỷ tròn với giá trị vạch khắc là 10 đến 20 trên 2mm.
- Giá trị khoảng chia của các vạch trên mia có thể là 5mm hoặc 100mm.
- Sai số khoảng chia 1m của các thang số không được vượt quá 0,10mm
(ở Vùng miền núi không được vượt quá 0,05mm).
- Sai số khoảng chia 1dm của thang số không được vượt quá 0.10mm
(ở vùng miền núi không được vượt quá 0.05mm).
Trước khi tiến hành đo lún thì phải kiểm tra mia nhằm đảm bảo cho mia
không bị cong vênh, các vạch khắc và các chữ số trên mia rõ ràng, ống thuỷ
tròn trên mia phải có độ nhạy cao.
Ngoài những thiết bị trên còn có các thiết bị như nhiệt kế, cóc mia, ô
che nắng.
1.4.2.Trình tự thao tác đo.

1.Thao tác máy và mia.
* Thao tác máy
- Đặt chân máy: Chân máy thủy chuẩn đặt trên trạm khi đo phải được
thăng bằng và độ ổn định cao, hai chân của máy đặt song song với đường đo,
chân thứ ba cắt ngang khi bên phải, khi bên trái, tất cả ba chân của máy phải ở
những vị trí vững chắc.
- Chân máy dùng để đo độ lún công trình cần có độ ổn định cao và
trọng lượng tối thiểu là 6Kg.
- Cân bằng máy với ba ốc cân và bọt nước gắn trên máy. Độ lệch của
bọt nước tối đa là hai vạch khắc của ống thuỷ.
*Thao tác mia
- Đế mia tuyệt đối phải sạch


16
- Mia phải được dựng thẳng đứng dựa vào ống thuỷ tròn, ổn định và trên
điểm cao nhất của mốc, theo hiệu lệnh của người đo, khi di chuyển phải cẩn
thận nhẹ nhàng để mia không bị va đập.
- Trong trường hợp làm việc thiếu ánh sáng thì mia phải có đèn chiếu sáng.
- Khi dựng mia trên mốc, người cầm mia đọc tên của mốc. Không có
hiệu lệnh của người đo thì mia không được rời khỏi mốc. Trong thời gian giải
lao cần bảo quản mia không để va đập , chấn động, không dựng mép mia vào
tường. Khi đo xong phải cất mia trong hòm và để ở nơi khô ráo. Trên một mốc
đo trong các chu kỳ đo khác nhau chỉ nên sử dụng một mia.
2.Ghi sổ và tính toán kiểm tra.
*Ghi sổ
Việc ghi số đọc trên mia được thực hiện theo các chương trình ghi ở
bảng (1-2)
Bảng 1-2

Mẫu sổ ghi

Mức độ cao thứ nhất của máy

Sc

Tc

Tp

Sp

Sc

Sp

Tc

Tp

Mức độ cao thứ nhất của máy

Tc

Sc

Sp

Tp

Tc

Tp

Sc

Sp

Trong đó:
- Sc là số đọc trên thang chính mia sau,
- Sp là số đọc trên thang phụ mia sau,
- Tc là số đọc trên thang chính mia trước,
- Tp là số đọc trên thang phơ mia tr­íc.
*TÝnh to¸n kiĨm tra
-TÝnh hiƯu sè thang chÝnh và thang phụ của mỗi mia. Hiệu số của chúng
phải ë trong giíi h¹n cđa hai v¹ch cđa thang (0,1mm). Khi có sự khác biệt lớn,
việc đo ngắm phải được thực hiện lại.
-Tính các chênh cao nhân đôi theo thang chÝnh vµ thang phơ cđa mia
tr­íc vµ mia sau. Sù khác biệt của chênh cao nhân đôi theo thang chính vµ


17
thang phụ không được lớn hươn 4 vạch chia của bộ đo cực nhỏ (0,2mm). Khi
có sự khác biệt lớn thì việc đo ngắm phải thực hiện lại
-Tính toán chênh cao: Sự chênh lệch về chênh cao ở hai vị trí độ cao
máy cho phếp nhỏ hơn 0,2mm á 0,3mm.
1.4.3.Quy định đo ngắm.
- Chiều dài của tia ngắm không được vượt quá 25m. Chiều cao tia ngắm
so với mặt đất hay so với mặt trên của chướng ngại vật không được nhỏ hơn
0,8m. Trong những trường hợp cá biệt khi đo trong các tầng hầm của công

trình có chiều dài tia ngắm không vượt quá 15m thì được phép thực hiện việc
đo độ cao tia ngắm là 0,5m.
- Chênh lệch khoảng cách từ máy tới mia trước và mia sau tối đa là
0,4m. Tích lũy những chênh lệch khoảng cách từ máy đến mia trước và mia
sau trong một tuyến đo ( hoặc vòng khép kín) cho phép không được quá 2m.
Khoảng cách từ máy đến mia được đo bằng máy đo khoảng cách hoặc thước
dây. Khi góc i của máy đo < (4 á 8) có thể cho phép chênh lệch khoảng cách
từ máy đến mia trước và mia sau là 0,8m và tích lũy khoảng cách trong một
tuyến đo hoặc vòng khép kín là 4m.
- Sai số khép vòng đo không được vượt quá sai số giới hạn cho phép là:

fh = 2s 0 n
Trong đó :
n là số trạm máy trong tuyến đo cao và s0 là sai số trung phương chênh
cao đo yêu cầu của cấp lưới đo lún.
1.5. Tính toán xử lý số liệu kết quả đo lún
Tính toán xử lý số liệu kết quả đo lún chính là bình sai lưới đo lún bao
gồm bình sai lưới cơ sở và bình sai lưới quan trắc lún. Lưới khống chế cơ sở là
dạng lưới độ cao tự do nên được bình sai theo nguyên lý bình sai lưới độ cao
tự do. Lưới quan trắc được đo nối đến các mốc chuẩn ổn định của lưới cơ sở
nên là lưới độc lập hoặc phụ thuộc. Sau đây chúng tôi sẽ trình bày tóm tắt nội


18
dung một thuật giải dùng để bình sai lưới cơ sở và phương pháp bình sai gián
tiếp lưới quan trắc lún.
1.5.1. Bình sai lưới cơ sở theo thuật giải Helnmert-Mittermayer.
Nội dung phương pháp gồm các bước chính như sau:
Bước 1: Chọn ẩn số và xác định trị gần đúng của Èn.
* Sè l­ỵng Èn sè: t1 = t + d, với t là số trị đo cần thiết và d là số khuyết

(với lưới độ cao tự do d = 1)
* Chọn ấn số là độ cao bình sai của tất cả các điểm khống chế cơ sở.
* Xác định trị gần đúng của ẩn (X0) dựa vào đồ hình lưới sau khi giả
định độ cao một mốc chuẩn.
Bước 2: Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh và tạo các ma trận con bao gồm:
* Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh dạng:
V = AX - L
Trong đó:

(1.15)

V là ma trận số hiệu chỉnh của các trị đo,
A là ma trận hệ số hệ phương trình số hiệu chỉnh,
X là ma trËn gia sè cđa Èn sè vµ
L lµ ma trận số hạng tự do, L = Lđo - Lgần đúng

* Tạo các ma trận con: A1(nxt), A2(nxd)
Bước 3: Tính các ma trận bổ trợ:
* Tính ma trận N1:
N1 = (N11/N12)

(1.16)

Trong đó N11 = AT1PA1 và N12 = AT1PA2
* Tính ma trËn N0:
N0 = NT1(N1NT1)-1

(1.17)

A0 = N0AT1P

(1.18)

* TÝnh ma trËn A0:
B­íc 4: TÝnh ma trËn gia sè cđa Èn vµ số hiệu chỉnh của các trị đo gồm:
* Tính ma trËn gia sè cđa Èn theo c«ng thøc: