Nghiên cứu phương pháp quan trắc và phân tích số liệu đo lún công trình cao tầng khu vực hà nội

-1-

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất
-------

Nguyễn thị thu hà

Nghiên cứu phơng pháp quan trắc và
phân tích số liệu đo lún công trình
cao tầng khu vực hà nội
Chuyên ngành
MÃ số

: Kỹ thuật Trắc Địa
: 60.52.85

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Ngời hớng dẫn khoa học
PGS.TS Trần Khánh

Hà Nội - 2007


-2-

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số
liệu, kết quả trình bày trong luận văn là đúng sự thật và cha từng đợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hà nội, ngày 20 tháng 8 năm 2007
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thu Hà

Mục lục
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ


-3-

Mở đầu

1

Chơng 1. Tổng quan về công tác quan trắc độ

3

lún công trình
1.1. Khái niệm chung về chuyển dịch biến dạng công trình

3

1.1.1. Khái niệm về chuyển dịch, biến dạng công trình

3

1.1.2. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình

3

1.2. Công tác đo lún công trình nhà cao tầng

5

1.2.1. Mục đích của công tác đo lún công trình nhà cao tầng

5

1.2.2. Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún công trình nhà cao tầng

6

1.2.3. Xác định chu kỳ quan trắc độ lún công trình nhà cao tầng

7

1.2.4. Nguyên lý quan trắc lún công trình nhà cao tầng

8

1.3. Các phơng pháp đo cao trong quan trắc lún công trình

9

1.3.1. Quan trắc độ lún công trình bằng phơng pháp đo cao hình học

9

1.3.2. Phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh

12

1.3.3 Quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao lợng giác

14

1.4. Một số đánh giá về hiện tợng lún của nhà cao tầng trên nền

15

đất yếu khu vực Hà Nội
Chơng 2. Khảo sát một số vấn đề thành lập và

21

xử lý số liệu hệ thống lới quan trắc độ lún
công trình cao tầng
2.1. Thiết kế kết cấu mốc

21

2.1.1. Kết cấu mốc cơ së

21

2.1.2. KÕt cÊu mèc quan tr¾c

25

2.2. CÊu tróc hƯ thèng lới độ cao trong quan trắc lún công trình

27

2.2.1. Li khng ch c s

27

2.2.2. Lới quan trắc

29

2.2.3. Xác định độ chÝnh x¸c c¸c bËc l−íi

30


-4-

2.3. Phơng pháp ớc tính độ chính xác lới độ cao trong quan trắc

31

lún công trình

2.4. Vấn đề phân tích độ ổn định lới cơ sở trong quan trắc độ

33

lún công trình
2.4.1. Tiêu chuẩn đánh giá độ ổn định của mốc cơ sở

33

2.4.2. Một số phơng pháp phân tích độ ổn định lới cơ sở kinh điển

34

2.5. Bình sai lới ®é cao tù do

41

2.5.1. Kh¸i niƯm vỊ l−íi ®é cao tự do

41

2.5.2. Cơ sở lý thuyết thuật toán bình sai lới độ cao tự do

42

2.5.3. Một số tính chất cơ bản của bình sai lới tự do

44

2.6. ứng dụng của phơng pháp bình sai lới tự do để phân tích độ

45

ổn định của lới cơ sở trong quan trắc lún công trình
2.6.1. Đặt vấn đề

45

2.6.2. Phân tích độ ổn định lới cơ sở theo nguyên lý độ cao không

46

đổi của nhóm mốc ổn định
2.6.3. Ví dụ phân tích độ ổn định của lới độ cao cơ sở
Chơng 3. Phân tích kết quả quan trắc độ lún

47
50

công trình
3.1. Tính toán các tham số lún cục bộ

50

3.1.1. Độ lún của điểm quan trắc

50

3.1.2. Tốc độ lún công trình

50

3.1.3. Độ lún lệch, độ nghiêng công trình

50

3.2. Khảo sát một số phơng pháp dự báo độ lún

52

3.2.1. Dự báo độ lún theo hàm số mũ

52

3.2.2. Dự báo độ lún theo hàm đa thức

53

3.3. Đánh giá độ lún công trình theo phơng pháp phân tích t−¬ng quan

58


-5-

3.3.1. Cơ sở lý thuyết

58

3.3.2. Xây dựng hàm hồi quy tuyến tính

59

3.3.3. Ví dụ

60

Chơng 4. Thực nghiệm thiết kế và phân tích số

63

liệu quan trắc độ lún nhà A2 - Ngọc Khánh
4.1. Giới thiệu công trình quan trắc

63

4.1.1. Mô tả công trình

63

4.1.2. Điều kiện địa chất công trình khu vực

64

4.1.3. Hiện trạng h hỏng của công trình

64

4.1.4. Nhiệm vụ quan trắc độ lún

65

4.2. Thiết kế lới quan trắc độ lún

65

4.2.1. Xác định độ chính xác các bậc lới

65

4.2.2. Thiết kế lới cơ sở

66

4.2.3. Thiết kế lới quan trắc

68

4.3. Tính toán xử lý số liệu quan trắc

72

4.3.1. Kết quả đo ngoại nghiệp

72

4.3.2. Kết quả tính toán bình sai

73

4.4. Đánh giá phân tích kết quả quan trắc

74

4.4.1 Tính toán độ lún của điểm quan trắc

74

4.4.2. Lập mô hình độ lún theo thời gian

75

4.5. Nhận xét về kết quả thực nghiệm

79

Kết luận và kiến nghị

80

Tài liệu tham khảo

82

Phần phụ lục

83


-6-

Danh mục các bảng
Bng 1.1. Yêu cầu độ chính xác đo lún công trình

Trang
7

Bng 1.2. Chỉ tiêu kỹ thuật đo cao hình học trong quan trắc độ lún
công trình
Bảng 2.1. HƯ sè giin në nhiƯt cđa mét sè kim lo¹i (10-5)

11

Bảng 2.2. Số liệu đo chênh cao trong lới cơ sở

36

Bảng 2.3. Độ cao sau bình sai trong chu kỳ 1 vµ 2

37

23


-7-

Bảng 2.4. Kết quả xử lý số liệu theo phơng pháp Trernhicov

37

Bảng 2.5. Phân tích độ ổn định theo phơng pháp Kostekhen

39

Bảng 2.6. Kết quả độ cao các mốc Hj, Sj

40

Bảng 2.7. Kết quả bình sai chu kỳ 1

48

Bảng 3.1. Kết quả quan trắc điểm mốc NK4

57

Bảng 3.2. Kết quả xây dựng mô hình

57

Bảng 3.3. Kết quả quan trắc chuyển dịch điểm mốc M2 trên tuyến
đập thuỷ điện
Bảng 4.1. Số liệu độ cao gốc công trình A2- Ngọc Khánh

61

Bảng 4.2. Số liệu đo chênh cao công trình A2- Ngọc Khánh

72

Bảng 4.3. Độ cao các điểm quan trắc sau bình sai

73

Bảng 4.4. Kết quả tính toán độ lún so với chu kỳ 1 đơn nguyên 1

74

Bảng 4.5. Kết quả tính toán độ lún so với chu kỳ 1 đơn nguyên 2

74

Bảng 4.6. Kết quả tính toán độ lún so với chu kỳ 1 đơn nguyên 3

75

Bảng 4.7. Kết quả độ lún lớn nhất đơn nguyên 1

75

Bảng 4.8. Kết quả xây dựng mô hình độ lún lớn nhất đơn nguyên 1

76

Bảng 4.9. Kết quả độ lún lớn nhất đơn nguyên 2

77

Bảng 4.10. Kết quả xây dựng mô hình độ lún lớn nhất đơn nguyên 2

77

Bảng 4.11. Kết quả độ lún lớn nhất đơn nguyên 3

78

Bảng 4.12. Kết quả xây dựng mô hình độ lún lớn nhất đơn nguyên 3

78

72

Danh mục các hình vẽ
Hình 1.1. Trạm đo cao hình học

Trang
10

Hỡnh 1.2. Tuyn o cao hình học

10

Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo máy đo cao thy tnh

12

Hỡnh 1.4. o cao lng giỏc

14

Hình 1.5. Nhà B7 - Thành Công
Lún nghiêng theo phơng dọc nghiêng ra phÝa sau

18


-8-

Hình 1.6. Nhà C1 - Thành Công
Lún và tôn hè làm mất 1/2 tầng 1
Hình 1.7. Nhà C1 - Thành Công
Lún nghiêng dọc nhà gây nứt tờng
Hình 1.8. Nhà E7 - Thành Công
Lún nghiêng theo phơng dọc và ngả ra phía sau nhà

18

Hình 1.9. Nhà B2 - Ngọc Khánh
Lún lệch gây nứt gẫy công trình

20

Hình 1.10. Nhà A2 - Ngọc Khánh
Lún nghiêng tách khe lún

20

Hình 2.1. Kết cấu mốc chôn sâu lõi đơn

22

Hình 2.2. Kết cấu mốc chôn sâu lõi kép

24

Hình 2.3. Mốc chôn nông dạng ống

25

Hình 2.4. Mốc gắn tờng: (a) - Loại cố định

(b) - Loại chìm

19
19

26

Hình 2.5. Sơ đồ lới khống chế cơ sở dạng cụm

28

Hình 2.6. Sơ đồ lới khống chế cơ sở dạng điểm đơn

28

Hỡnh 2.7. S li quan trc

30

Hình 2.8. Sơ đồ lới độ cao cơ sở

36

Hình 2.9. Sơ đồ tính toán

47

Hình 3.1. Độ lún lệch và độ nghiêng công trình

51

Hình 3.2. Độ cong dọc trục công trình

51

Hình 3.3. Mô hình chuyển dịch lún theo hàm đa thức

57

Hình 4.1. Công trình nhà A2 - Ngọc Khánh

63

Hình 4.2. Sơ đồ lới khống chế cơ sở nhà A2 - Ngọc Khánh

66

Hình 4.3. Sơ đồ lới quan trắc nhà A2 - Ngọc Khánh

68

Hình 4.4. Biểu đồ chuyển dịch lún theo hàm đa thức (đơn nguyên 1)

76

Hình 4.5. Biểu đồ chuyển dịch lún theo hàm đa thức (đơn nguyên 2)

77

Hình 4.6. Biểu đồ chuyển dịch lún theo hàm đa thức (đơn nguyên 3)

78


-9-

Mở đầu
1. Lý do chọn luận văn
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển kinh tế, nhiều công trình
nhà cao tầng đợc xây dựng khắp nơi trên cả nớc, đặc biệt là ở các thành phố
lớn nh ở Hµ Néi vµ thµnh phè Hå ChÝ Minh. Hµ Néi là một thành phố đợc
xây dựng từ lâu, các công trình xây dựng xen kẽ vào những thời kỳ khác nhau
nên đặc điểm xây dựng ở đây có tính chất không đồng bộ về quy hoạch.
Tài liệu khảo sát địa chất vùng châu thổ Sông Hồng nhất là khu vực Hà
Nội cho thấy, đây là vùng đất có lịch sử hình thành đồng bằng tích tụ, khả
năng chịu tải yếu, chịu nén kém. Mặt khác, do nhu cầu cuộc sống việc khai
thác nớc ngầm ở Hà Nội tăng, làm cho địa chất ở đây bị thay đổi. Thêm vào
đó, do thiết kế kết cấu móng công trình, chất lợng vật liệu xây dựng, điều
kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, ma nhiều, đi làm các công trình

xây dựng trên nền đất yếu bị biến dạng, dẫn đến kết cấu bị phá vỡ khiến một
số công trình không thể sử dụng đợc. Biến dạng công trình do nhiều nguyên
nhân gây nên, trong đó có nguyên nhân chủ yếu là công trình bị lún và lún
không đều dẫn đến công trình bị vặn xoắn.
Đánh giá đúng mức độ và khả năng biến dạng của công trình, để từ đó có
biện pháp can thiệp kịp thời, khắc phục trớc khi công trình h hỏng trầm
trọng thì công tác quan trắc độ lún công trình là không thể thiếu đợc và phải
tiến hành một cách thờng xuyên. Kết quả quan trắc ấy giúp nhà thiết kế tìm
ra giải pháp tối u về nền móng cũng nh kết cấu công trình đồng thời giúp
các chủ sử dụng có kế hoạch khai thác, cũng nh sửa chữa cần thiết.
2. Mục đích, đối tợng và phạm vi nghiên cứu của luận văn
Trong xử lý số liệu đo lún công trình nói chung và công trình nhà cao
tầng nói riêng thì việc bình sai lới khống chế cơ sở, lới quan trắc lún
chiếm khối lợng tính toán lớn và quan trọng nhất. Mục đích của luận văn là


- 10 -

dựa vào kết quả bình sai của lới quan trắc đánh giá độ lún của các điểm và
lập hàm dự báo độ lún cho công trình nhà cao tầng khu vực Hà Nội.
4. Nội dung và phơng pháp nghiên cứu của luận văn
- Nghiên cứu các phơng pháp đo lún công trình nhà cao tầng.
- Nghiên cứu phơng pháp thành lập và xử lý số liệu hệ thống lới quan
trắc nhà cao tầng.
- Phân tích và đánh giá kết quả quan trắc độ lún công trình.
5. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
Luận văn đợc nghiên cứu trên cơ sở các tài liệu: giáo trình, quy
trình quy phạm, các nghiên cứu chuyên ngành. Kết quả xử lý số liệu quan
trắc và dự báo độ lún công trình là một vấn đề đợc quan tâm và cần
nghiên cứu để ứng dụng ngoài thực tiễn.

Những kết quả thu đợc khi thực hiện luận văn với tính chặt chẽ về lý
thuyết và áp dụng các tiến bộ khoa học trong quá trình tính toán còn có ý
nghĩa thực tế là xác định đợc độ trồi lún hiện tại của các mốc độ cao và
dự báo đợc độ lún của công trình.
Nhờ sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Trần Khánh - giảng viên
khoa trắc địa trờng đại học Mỏ - Địa chất, cùng sự giúp đỡ của các thầy
cô giáo trong Khoa Trắc địa, luận văn đi đợc hoàn thành. Tuy nhiên với
thời gian và kiến thức có hạn nên trong luận văn không tránh khỏi các sai
sót. Tác giả rất mong đợc sự góp ý của các thầy cô giáo, các bạn đồng
nghiệp để đề tài đợc hoàn thiện hơn.


- 11 -

Chơng 1
Tổng quan về công tác quan trắc độ lún công trình
1.1. Khái niệm chung về chuyển dịch biến dạng công trình
1.1.1. Khái niệm về chuyển dịch, biến dạng công trình
Trong quá trình thi công cũng nh sử dụng công trình, do tác động của
nhiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo nên các công trình xây dựng dân dụng, công
nghiệp thờng xảy ra hiện tợng một phần công trình hay toàn bộ công trình
thay đổi vị trí theo thời gian. Sự thay đổi đó gọi là hiện tợng chuyển dịch
công trình. Có hai loại chuyển dịch công trình thờng gặp là sự trồi lún và
chuyển dịch ngang.
Sự trồi lún (chuyển dịch đứng): là hiện tợng công trình có sự chuyển
dịch vị trí theo phơng thẳng đứng. Nếu ở thời điểm sau công trình có vị trí
cao hơn (theo phơng thẳng đứng) so với thời điểm ban đầu thì công trình bị
trồi, còn ngợc lại công trình bị lún.
Công trình chuyển dịch theo mặt phẳng nằm ngang gọi là chuyển dịch ngang.
Khi giá trị trồi lún hoặc chuyển dịch ngang xảy ra không đều tại các bộ

phận khác nhau của công trình thì công trình có thể bị thay đổi hình dạng, kích
thớc, dẫn đến hiện tợng biến dạng công trình. Các biến dạng thờng gặp là
hiện tợng cong, vặn xoắn, rạn nứt của công trình. Nếu công trình bị chuyển
dịch, biến dạng vợt quá giới hạn cho phép có thể gây ra sự cố h hỏng, đổ vỡ,
phá huỷ một phần hoặc toàn bộ công trình.
1.1.2. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình
Công trình bị biến dạng chủ yếu do tác động của hai nhóm yếu tố:
điều kiện tự nhiên và quá trình xây dựng, vận hành công trình.
- Tỏc ng ca cỏc yu tố tự nhiên gåm khả năng lún, trượt vµ co giin của
lớp đất đá dưới nền móng cơng trình, sự thay đổi của các điều kiện thủy văn
theo nhiệt độ, độ ẩm và mực nước ngầm.


- 12 -

- Các yếu tố liên quan đến quá trình xây dựng, vận hành công trình bao
gồm ảnh hởng của trọng lợng bản thân công trình, sự thay đổi tính chất
cơ lý đất đá do việc quy hoạch cấp thoát nớc và sự sai lệch trong khảo sát
địa chất công trình, địa chất thuỷ văn. Ngoài ra, còn có c¸c u tè kh¸c nh−
sù suy u cđa nỊn mãng công trình do thi công các công trình ngầm dới
nền móng công trình, sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình khi vận
hành máy móc và các phơng tiện giao thông.
Công trình nhà cao tầng có thể xảy ra các hiện tợng biến dạng cơ bản sau:
- Biến dạng võng xuống: khi có lớp đất đá yếu khá dày và tải trọng phân
bố đều thì mặt đất sẽ bị lõm xuống, đôi khi lan rộng ra ngoài phạm vi chịu
tải, phần giữa của ngôi nhà sẽ bị lõm xuống còn ở mép nhà thì dốc vào phía
giữa diện tích chịu tải. Biểu hiện của hiện tợng biến dạng này thờng thấy
khi ở tờng xuất hiện những vết nứt nghiêng đi từ mép vào giữa. Phía dới
vết nứt hớng về phía có độ lún nhỏ, đoạn giữa nhà vết nứt thờng có dạng
chữ V. Nếu tờng có các kết cấu giằng nằm ngang thì ở dới nó, phần ở

giữa ngôi nhà có thể xuất hiện các vết nứt nằm ngang.
- Biến dạng uốn vồng lên: biến dạng uốn vồng lên xảy ra với những
ngôi nhà xây bằng tờng đá nặng xung quanh và hệ cột mang tải trọng
nhẹ phía trong. Cũng nh trờng hợp nền đất hoặc bị yếu đi ở các đầu
nhà do việc đào hố móng, các đờng hào bên cạnh hoặc do xây thêm bên
cạnh phía đầu nhà, sự có mặt của những phần tử cứng dới nền phần giữa
nhà, v.v Các góc nhà trong trờng hợp này lún xuống nhiều hơn và
những vết nứt nghiêng cã chiỊu réng lín ë phÝa trªn, h−íng cđa vÕt nứt đi
về phía dới ngôi nhà. Các tờng ngoài có thể nghiêng ra phía ngoài tạo
ra những vết nứt chữ V ở phần tiếp nối đờng ngang. Biến dạng này gây
nguy hiểm hơn nhiều so với biến dạng võng xuống, vì các vết nứt mở
rộng ở phía trên. Điều này có thể dẫn đến sự mất ổn định của các tờng
hồi, sàn bị vỡ, v.v


- 13 -

- Lún một phần của nhà và công trình: lún ở phần mép nhà hoặc công
trình xuất hiện thờng do các nguyên nhân nh đi trình bày ở trên. Loại biến
dạng này cũng nguy hiểm cho công trình nhà cao tầng.
- Lún do biến dạng vênh: hiện tợng nhà hay công trình bị vênh xảy ra do
hậu quả lún chênh lệch giữa các móng kề nhau hoặc một số móng bố trí theo
hàng gây ra bởi tải trọng khác nhau lên các móng kề nhau hoặc do sự tồn tại của
một lớp đất yếu hoặc bị yếu đi dới một số móng đó. Biến dạng vênh dẫn đến sự
xuất hiện các vết nứt xiên rất nguy hiểm ở các mảng tờng hẹp giữa hai cửa.
- Biến dạng nghiêng: xảy ra khi các móng riêng biệt bị trồi, lún không đều
hoặc khi dới móng cứng riêng biệt bị trồi, lún không đều, phát triển không
đối xứng thì công trình nhà cao tầng bị nghiêng. Móng bị nghiêng làm cho các
phần dới của kết cấu xoay đi.
- Biến dạng xoắn: công trình bị xoắn khi độ nghiêng phát triển ở các phần

khác nhau theo các cạnh đối diện nhau của công trình có chiều dài. Đối với
loại biến dạng này thì các tầng trên của những kết cấu riêng biệt của nhà bị h
hại nhiều hơn cả.
1.2. Công tác đo lún công trình nhà cao tầng
1.2.1. Mục đích của công tác đo lún công trình nhà cao tầng
Quan trắc độ lún công trình đợc thực hiện để xác định mức độ lún
công trình trong mặt phẳng thẳng đứng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân lún để
từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng tai biến đối với mỗi công trình, cụ thể là:
- Xác định giá trị lún và biến dạng để đánh giá mức độ ổn định của công
trình, phòng ngừa các sự cố h hỏng, đổ vỡ có thể xảy ra.
- Kiểm tra việc tính toán thiết kế công trình.
- Nghiên cứu qui luật biến dạng công trình trong những điều kiện khác
nhau và dự báo biến dạng công trình trong tơng lai.
- Xác định các loại biến dạng có ảnh hởng đến qui trình công nghệ, vận hành
công trình từ đó đề ra chế độ sử dụng, khai thác công trình một cách hợp lý.


- 14 -

Để quan trắc độ lún công trình thì trớc hết phải lập đợc phơng án
thiết kế kinh tế kỹ thuật áp dụng đối với công trình quan trắc, trong đó bao
gồm các nội dung:
- Phải nêu khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên và chế độ vận
hành của công trình định quan trắc.
- Kết cấu, sơ đồ phân bố mốc khống chế cơ sở và mốc quan trắc.
- Thiết kế sơ bộ hệ thống lới quan trắc.
- Thiết kế công tác đo ngoại nghiệp và xử lý số liệu hệ thống lới quan trắc.
- Tính toán tham số lún và biến dạng công trình. Phân tích suy giải kết quả
quan trắc.
- Lập biểu đồ nhân lực, thời gian và tiến độ thi công phơng án.

- Dự toán kinh phí cho phơng án.
1.2.2. Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún công trình nhà cao tầng
Yêu cầu độ chính xác quan trắc độ lún công trình là độ chính xác cần
thiết xác định lún công trình, chỉ tiêu định lợng của đại lợng này phụ
thuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý của lớp đất đá dới nền móng công trình,
phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu và vận hành công trình. Về yêu cầu độ
chính xác quan trắc công trình đợc xác định bằng biểu thức:
mS =
ti

S ti − S t (i − 1)

ε

(1.1)

Trong ®ã: mSti - Yêu cầu độ chính xác quan trắc độ lún ở thời điểm ti
Sti - Độ lún (dự báo) ở thời điểm ti
St(i-1) - Độ lún (dự báo) ở thời ®iĨm t(i-1)

ε - HƯ sè ®Ỉc tr−ng cho ®é tin cậy của kết quả quan trắc, thờng = 4 ữ 6
Khi xác định yêu cầu độ chính xác quan trắc cần tham khảo các
chỉ tiêu độ lún giới hạn với từng loại công trình và căn cứ vào các đặc
điểm của nền móng công trình mà xác định độ chính xác cần thiết.


- 15 -

ë n−íc ta, yªu cầu độ chính xác quan trắc đối với các cơng trình dân
dụng - cơng nghip c nêu ra trong: Tiêu chuẩn quan trắc độ lún công

trình và thể hiện ở bảng 1.1.
Bng 1.1. Yờu cầu độ chính xác đo lún cơng trình
Đối tượng quan trắc

TT

Độ chính xác đo độ lún
và chuyển dịch ngang

1

Cơng trình bêtơng trên nền đá

1.0mm

2

Cơng trình xây dựng trên nền đất nện, đất cát

2.0mm

3

Cơng trình xây trên nền đất kém chịu nộn

10mm

4

Cụng trỡnh t

15mm

1.2.3. Xác định chu kỳ quan trắc độ lún công trình nhà cao tầng
Quan trắc đo lún và biến dạng công trình là dạng công tác đo lặp, đợc
thực hiện nhiều lần với cùng một đối tợng, mỗi lần đo gọi là một chu kỳ
quan trắc. Thời gian tiến hành các chu kỳ đo đợc xác định trong khi thiết kế
kỹ thuật quan trắc lún công trình. Chu kỳ quan trắc phải đợc tính toán sao
cho kết quả quan trắc phản ánh đúng thực chất quá trình lún của đối tợng
quan trắc. Nếu chu kỳ đo tha thì sẽ không xác định đợc đúng quy luật lún,
ngợc lại nếu ấn định chu kỳ quan trắc quá dày sẽ dẫn đến ling phí nhân lực,
tài chính và các chi phí khác. Chu kỳ quan trắc đợc xác định theo 3 giai
đoạn: giai đoạn thi công, giai đoạn đầu vận hành và giai đoạn công trình đi
vào ổn định.
* Giai đoạn thi công công trình
- Chu kỳ quan trắc đầu tiên đợc tiến hành vào thời điểm thi công xong
phần móng của công trình. Các chu kỳ quan trắc tiếp theo đợc ấn định tuỳ
theo tiến độ thi công và mức tăng tải trọng của công trình. Đối với công trình
quan trọng có kết cấu phức tạp, đòi hỏi độ chính xác quan trắc cao, điều kiện
địa chất đặc biệt có thể tăng thêm chu kỳ đo.


- 16 -

* Giai đoạn đầu vận hành công trình
Số lợng và thời gian thực hiện quan trắc công trình phụ thuộc
vào tốc độ lún của công trình và đặc điểm vận hành của công trình đó.
Có thể chọn thời gian giữa hai chu kỳ kế tiếp là từ 2- 6 tháng.
* Giai đoạn công trình đi vào ổn định
Thời gian quan trắc giữa hai chu kỳ kế tiếp có thể từ 6 tháng tới 1

hoặc 2 năm. Các chu kỳ quan trắc đi nêu trên là định kỳ, trong một số
trờng hợp đặc biệt cần thực hiện một số chu kỳ quan trắc đột xuất.
Khi công trình đi vào ổn định, tốc độ lún khoảng 1- 2mm/năm thì
có thể ngừng công việc quan trắc độ lún.
1.2.4. Nguyên lý quan trắc lún công trình nhà cao tầng
Do điều kiện địa chất nền móng công trình thờng không đồng
nhất, công trình có kết cấu phức tạp, tải trọng không đều nên độ lún ở
các vị trí khác nhau cũng có thể không giống nhau. Để xác định giá trị
lún tuyệt đối tại từng vị trí và các tham số lún chung của công trình,
công tác quan trắc lún bằng phơng pháp trắc địa đợc thực hiện trên cơ
sở nguyên tắc sau:
- Độ lún công trình đợc xác định thông qua các mốc lún gắn tại
những vị trí chịu lực của đối tợng quan trắc. Số lợng mốc lún lắp đặt
tại mỗi công trình phụ thuộc vào đặc điểm nền móng, kết cấu, qui mô
và kích thớc của công trình đó. Độ lún của các mốc quan trắc đặc
trng cho độ lún công trình ở vị trí mà mốc đợc gắn.
- Phơng pháp quan trắc độ lún thông dụng là đo cao chính xác
trong mỗi chu kỳ để xác định độ cao của các mốc quan trắc tại thời
điểm đo, độ lún đợc tính là hiệu độ cao tại thời điểm quan trắc so với
độ cao ở chu kỳ đợc chọn làm møc so s¸nh:
S = H(j) – H(i)

(1.2)


- 17 -

Trong đó H(j), H(i) là độ cao đo đợc ở chu kỳ thứ j và thứ i. Nh vậy,
nếu S < 0 thì mốc của công trình bị lún xuống, nếu S > 0 thì mốc của công
trình bị trồi lên.

Độ cao của mốc lún ở các chu kỳ khác nhau phải đợc xác định trong
cùng một hệ ®é cao, cã thĨ lµ hƯ ®é cao qc gia hoặc hệ độ cao cục bộ giả
định, nhng yêu cầu bắt buộc là các mốc khống chế độ cao (đợc chọn làm cơ
sở so sánh) phải có độ ổn định trong suốt thời kỳ theo dõi độ lún công trình.
1.3. Các phơng pháp đo cao trong quan trắc lún công trình
Để quan trắc độ lún công trình, thờng áp dụng một số phơng pháp đo
cao chủ yếu là: phơng pháp đo cao hình học, phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh,
phơng pháp đo cao lợng giác. Với sự phát triển của khoa học công nghệ
trong những năm gần đây, công nghệ định vị GPS cũng cho phép xác định độ
cao tơng đối giữa các điểm với độ chính xác rất cao. Tuy vậy, để quan trắc
độ lún nhà cao tầng thì thì phơng pháp này tỏ ra không thích hợp do tại các
vị trí đặt máy sẽ rất khó đạt đợc thông hớng lên vệ tinh.
1.3.1 Quan trắc độ lún công trình bằng phơng pháp đo cao hình học
1.3.1.1. Nguyên tắc chung
Đo cao hình học dựa trên nguyên lý tia ngắm nằm ngang của máy thuỷ
chuẩn. Để đạt đợc độ chính xác cao trong quan trắc lún công trình, chiều
dài tia ngắm từ điểm đặt máy đến mia đợc hạn chế đáng kể (không vợt quá
25 - 30m), do đó đợc gọi là phơng pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn.
Có hai cách để xác định chênh cao giữa hai điểm là phơng pháp đo cao
từ giữa và phơng pháp đo cao phía trớc.
- Phơng pháp đo cao từ giữa: đặt máy thuỷ chuẩn ở giữa hai điểm AB, tại
hai điểm A và B đặt hai mia (hình 1.1), chênh cao giữa hai điểm A, B đợc
xác định theo công thức:

hAB = a b

Trong đó: a và b là số đọc chỉ giữa trên mia sau và mia trớc

(1.3)

- 18 -

Dt

Hình 1.1. Trạm đo cao hình học

Hình 1.2. Tuyn o cao hỡnh hc
- Phơng pháp đo cao thuỷ chuẩn phía trớc: đặt máy thuỷ bình tại một
điểm, còn điểm kia ta đặt một mia, khi đó chênh cao giữa điểm đặt máy và
điểm đặt mia tính theo công thức:
hAB = i - l
Trong đó: i là chiều cao đo đợc của máy, l là số đọc chỉ giữa trên mia
1.3.1.2. Máy móc và dụng cụ đo
Thiết bị dùng trong đo lún là các loại máy thuỷ chuẩn chính xác nh:
H-05, Ni002, H1, H2, Ni004, Ni007 và các loại máy khác có độ chính xác
tơng đơng. Tuỳ thuộc vào yêu cầu độ chính xác cần thiết đối với từng công
trình cụ thể để chọn máy đo thích hợp.
Mia đợc sử dụng trong đo lún là mia invar thờng hoặc mia invar
chuyên dùng có kích thớc ngắn (chiều dài mia từ 1.5m đến 2m), nếu là thuỷ
chuẩn số thì dùng mia invar với mi vạch.
Ngoài ra còn có các dụng cụ hỗ trợ khác nh nhiệt kế, cóc mia, ô che
nắng. Trớc và sau mỗi chu kỳ đo, máy và mia phải đợc kiểm nghiệm theo
đúng qui định trong qui phạm đo cao.


- 19 -

1.3.1.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu
Khi quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao thuỷ chuẩn hình học tia

ngắm ngắn cần phải tuân thủ theo các chØ tiªu kü thuËt sau [6]:
Bảng 1.2. Chỉ tiêu kỹ thut o cao hỡnh hc trong quan trắc độ lỳn cơng trình
TT

Chỉ tiêu kỹ thuật

Hạng I

Hạng II

Hạng III

≤ 25m

≤ 25m

≤ 40m

0.8 ≤ h ≤ 2.5

0.5 ≤ h ≤ 2.5

0.3 ≤ h ≤ 2.5

-Trên một trạm đo

0.4m

1.0m

-Tích lũy trên đoạn đo

2.0m

1.0

5.0m

0.5mm

0.5mm

1.0mm

≤ 0.3 n (mm)

≤ 0.5 n (mm)

≤ 1.0 n (mm)

0.3 n (mm)

1.0 n (mm)

2.0 n (mm)

1

Chiều dài tia ngắm

2

Chiều cao tia ngắm, m
Chênh lệch khoảng cách từ

3

4

5

máy đến mia

Chênh lệch chênh cao đo
trên trạm, mm
Chênh lệch chênh cao giữa
tuyến đo đi và đo về

2.0m

Sai số khép tuyến giới hạn
6

f h / gh (n- số trạm đo)

1.3.1.4. C¸c ngn sai sè chđ yếu ảnh hởng tới kết quả đo
1. Sai số do máy và mia
- Sai số do trục ống ngắm và trục ống thuỷ dài khi chiếu lên mặt phẳng đứng
không song song víi nhau (gäi lµ sai sè gãc i)
- Sai số do lăng kính điều quang chuyển dịch không chính xác trên trục quang

học (sai số điều quang).
Để làm giảm ảnh hởng của các sai số này ta dùng phơng pháp đo cao
hình học từ giữa, tức là đặt máy thuỷ chuẩn giữa hai mia sao cho chênh lệch
khoảng cách từ máy đến mia trớc và mia sau nằm trong giíi h¹n cho phÐp.


- 20 -

2. Sai số do điều kiện ngoại cảnh
- Do ảnh hởng độ cong quả đất: để làm giảm ảnh hởng của sai số này thì
khi đo cần chọn vị trí đặt máy sao cho chênh lệch khoảng cách từ máy đến hai
mia (trớc và sau) nằm trong giới hạn đi đợc quy định.
- Do ảnh hởng của chiết quang: để làm giảm ảnh hởng của sai số này cần
chọn thời điểm đo thích hợp và bố trí trạm đo sao cho tia ngắm không đi qua
lớp không khí ở sát mặt đất.
3. Sai số do ngời đo
Nhóm sai số liên quan đến ngời đo gồm có: sai số làm trùng bọt thuỷ dài
và sai số đọc số trên bộ đo cực nhỏ, các sai số này đợc giảm đáng kể khi sử
dụng máy có bộ tự cân bằng và máy thuỷ chuẩn điện tử.
1.3.2. Phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh
Phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh đợc áp dụng để quan trắc lún của nền kết
cấu xây dựng trong điều kiện rất chật hẹp không thể dựng máy, dựng mia đợc.
o cao thy tnh c da trờn nh lut thủy lực là “Bề mặt chất lỏng
trong các bình thơng nhau ln có vị trí nằm ngang (vng góc với phương
dây dọi) và có cùng một độ cao, khơng phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt cũng
như khối lượng chất lỏng trong bình”.
Dơng cơ ®o thủ tÜnh là một hệ thống gồm ít nhất 2 bình thơng nhau N1,
N2 (h×nh 1.3). Để đo chênh cao giữa 2 điểm A, B đặt bình N1 tại A, bình N2
tại B (đo thuận). Hoặc ngược lại, khi đo đảo đặt bình N1 tại B, bình N2 tại A.

(a) – Vị trí đo thuận

(b) – Vị trí đo đảo

Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo máy đo cao thủy tĩnh


- 21 -

Khi đo thuận, chênh cao h giữa 2 điểm A, B được tính theo cơng thức:
h AB = (d 1 − S1 ) − (d 2 − T1 )

(1.4)

Trong đó:
S 1 ,T1 : là số đọc trên thanh số tại các bình N 1 , N 2 tương ứng
d 1 , d 2 : là khoảng cách từ vạch “0” của thanh số đến mặt phẳng đáy của bình.

Từ (1.4) ta có:
h AB = (T1 − S 1 ) + (d 1 − d 2 )

(1.5)

Tương tự, khi đo đảo chênh cao được tính theo cơng thức:
h AB = (T2 − S 2 ) − (d 1 − d 2 )

(1.6)

Hiệu (d 1 − d 2 ) được gọi là sai số MO của máy, khi chế tạo cố gắng làm cho
MO có giá trị tuyệt đối nhỏ nhất (MO → 0). Lần lượt lấy tổng và hiệu các công

thức (a), (b) sẽ xác định được chênh cao theo kết quả 2 chiều đo:
h AB =

(T1 − S1 ) + (T2 − S 2 )
2

(1.7)

và sai số MO:
MO =

(T1 − S1 ) − (T2 − S 2 )
2

(1.8)

C¸c nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng đến độ chÝnh xác o cao thy tnh là
các sai số do điều kiện ngoại cảnh. Vì vậy trong quá trình đo phải áp dụng các
biện pháp sau để giảm ảnh hởng của sai số này.
- Lựa chọn tuyến đo Gradien nhiệt độ thấp, tức là chọn tuyến đo có sự thay
đổi ít nhất về nhiệt độ và môi trờng.
- Lựa chọn chất lỏng trong ống dẫn giữa các bình thông nhau.
- Tính số hiệu chỉnh kết quả đo do sự thay đổi nhiệt độ, áp suất dọc theo ống dẫn.
- Thực hiện đọc số đồng thời trên các máy thuỷ tĩnh để làm giảm ảnh
hởng của sự giao động chất lỏng trong bình thông nhau.


- 22 -

1.3.3 Quan trắc lún bằng phơng pháp đo cao lợng giác

Trong nhng iu kin khụng thun li hoc kém hiệu quả đối với đo
cao hình học và yêu cầu độ chính xác đo lún khơng cao thì có thể áp dụng
phương pháp đo cao lượng giác tia ngắm ngắn (chiều dài tia ngắm không quá
100m). Hiện nay để đo cao lượng giác thường dùng các loại máy toàn đạc
điện tử chính xác cao như TC-2002, TC-2003, Geodimeter…
Để xác định chênh cao giữa các điểm, đặt máy kinh vĩ (A) và ngắm
điểm (B), cần phải đo các đại lượng là khoảng cách ngang D, góc thiên đỉnh Z
(hoặc góc đứng V) chiều cao máy (i) và chiều cao tiêu (l) ký hiệu ở hình (1.4).

Hình 1.4. Đo cao lượng giác
Chênh cao giữa 2 điểm A và B được xác định theo công thức:
h AB = D.ctgZ + i − l + f

(1.9)

h AB = D.tgV + i − l + f

(1.10)

hoặc

Trong đó: f là số hiệu chỉnh độ cao do chiết quang đứng, được tính theo
cơng thức gần đúng:

f =

1− k 2
D
2R

(1.11)

Trong cơng thức (1.11) R là bán kính trung bình của trái đất (R=6372Km), k
là hệ số chiết quang đứng (k = 0.12÷0.16).
Mét trong nh÷ng nguån sai sè chủ yếu ảnh hởng đến kết quả đo cao lợng
giác là sai số chiết quang đứng. Để hạn chế ảnh hởng của nguồn sai số này đến


- 23 -

kết quả đo cần chọn thời gian đo thích hợp hoặc đo từ 2 ữ 3 lần ở những thời
điểm khác nhau trong ngày và lấy trị trung bình hoặc tính số hiệu chỉnh cho chiết
quang đứng cho kết quả đo.
1.4. Một số đánh giá về hiện tợng lún của nhà cao tầng trên nền đất yếu
khu vực Hà Nội
Hà nội là khu vực có điều kiện tự nhiên phức tạp, khí hậu nhiệt đới gió
mùa, nóng và ẩm, ma nhiều, với mạng lới thuỷ văn phát triển gồm hệ thống
các sông, hồ và ao dầy đặc.
Với nguồn gốc địa chất hình thành là đồng bằng tích tụ, phần lớn diện
tích Hà Nội và các công trình xây dựng đều nằm trên nền đất của trầm tích Đệ
tứ, đợc phân chia thành các tầng sau:
- Trầm tích tầng Lệ chi phủ trực tiếp trên thành tạo cổ và bị phủ bởi các trầm
tích trẻ hơn.
- Trầm tích tầng Hà Nội phân bố trực tiếp trên tầng Lệ chi và trong khu vực
Hà nội cũng bị các trầm tích trẻ hơn phủ kín.
- Trầm tích tầng Vĩnh phúc thờng phân bố ở độ sâu từ 10 -30m, thành
phần chủ yếu là cuội, cát và sét phần lớn ở trạng thái nửa cứng, dẻo cứng,
dẻo mềm (ít khi dẻo chảy) do vậy chúng thờng có các chỉ tiêu cơ lý không
quá yếu kém và không phải là nguyên nhân của hiện tợng lún, nứt công
trình.

- Trầm tích tầng Hải Hng thờng gặp hai phụ tầng, phụ tầng dới có
nguồn gốc hồ - đầm gồm bùn sét, sét pha hoặc sét dẻo chảy chứa hữu cơ, có
chỗ ở dạng than bùn hoá cao hoặc hoàn toàn là than bùn. Trầm tích Hải
Hng phân bố rộng khắp ở các khu chung c Thành Công, Giảng Võ, Ngọc
Khánh, Thủ Lệ, Láng Trung,. Tầng trầm tích này có đặc điểm là có bề
dày thay đổi mạnh từ vài chục centimet đến vài chục mét và đợc coi là loại
đất có khả năng xây dựng yếu kém nhất - nguyên nhân gây ra tình trạng lún
nứt cho các công trình ở Hà Nội.


- 24 -

- Trầm tích tầng Thái Bình phân bố rộng khắp trên bề mặt khu vực và
thờng gặp tại các nơi nh Hồ Tây, Trần Nhật Duật, Bách khoa, Kim Liên,
dới dạng bùn sét, bùn pha sét và đợc xem là loại đất yếu. Tuy nhiên khi gia
tải thì quá trình cố kết xảy ra nhanh làm chúng trở nên cứng chắc hơn. Do vậy
mặc dù đợc coi là đất yếu Thái Bình nhng ảnh hởng của lớp đất này không
kéo dài, điều đó giải thích hiện tợng thực tế là với qui mô và kiểu cấu trúc
nhng các nhà và các công trình xây dựng thuộc các khu chng c Bách khoa,
Kim Liên, Trung Tự không rơi vào tình trạng lún nhiều và kéo dài nh các
công trình xây dựng thuộc khu vực khác.
Thành tạo đất nguồn gốc nhân sinh là lớp đất đá có thành phần đất hỗn tạp
gồm sét, sét pha lẫn phế liệu xây dựng, chiều dầy biến động từ 2 - 3m, việc san
lấp ồ ạt nên khả năng xây dựng không cao. Lớp đất lấp có ảnh hởng quan trọng
tới quá trình lún nứt của công trình. Trong một số trờng hợp, độ lún của công
trình do sự có mặt của lớp đất này có thể chiếm 1/3 tổng độ lún công trình.
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của kinh tế Việt Nam,
các nhà cao tầng ở Việt Nam mọc lên khá nhanh với nhiều kiểu dáng và chức
năng sử dụng khác nhau. Khi một số nhà cao tầng ở khu vực có nền đất yếu
nh Giảng Võ, Thành Công, Quỳnh Mai, đợc đa vào sử dụng thì hiện

tợng công trình bị lún nứt đi trở thành phổ biến. Những số liệu điều tra do cơ
quan có trách nhiệm công bố cho thấy một số nét về thực trạng lún nứt của các
công trình ở Hà Nội nh sau:
- 90% của tổng số 200 ngôi nhà tại các chung c có qui mô 4 đến 5 tầng có
tổng độ lún từ 10- 40cm.
- Có khoảng 50 ngôi nhà bị lún ở mức độ đi hoặc đang cần đầu t sửa chữa.
- Các khu có nhiều nhà lún là Thành Công, Ngọc Khánh, Giảng Võ.
Nhiều diy nhà có tổng độ lún rất lớn nh nhà E6, E7 Quỳnh Mai đợc xây
dựng năm 1978 và 1976. Khi mới xây dựng đợc ba tầng đi lún xấp xỉ 200 ữ
300mm, trong 4 năm đầu sử dụng đi lún thêm 660mm, tổng độ lón tÝch luü


- 25 -

đến nay là 1.100 ữ 1.300mm. Nhà C1 Thành Công xây năm 1976, sau 6 năm
đi lún gần 750 ữ 820mm, sau 20 năm sử dụng đi lún hết 1/2 tầng 1. Nhà B2
Ngọc Khánh khi thi công đợc 4 tầng đi lún gần 1.000mm, ngoài ra còn một
số diy nhà lún dẫn đến hậu quả xấu về điều kiện sử dụng và tạo tiền đề cho
việc mất ổn định. Do sự biến động quá lớn về chiều dầy lớp đất yếu đi dẫn
đến tình trạng lún lệch nhà bị nghiêng, vặn theo cả hai chiều và nứt kết cấu
nh các công trình nhà A1 Giảng Võ xây dựng năm 1975 sau 25 năm sử dụng
đi nghiêng 2%, nhà B7 Thành Công xây dựng năm 1978 bị lún lệch giữa hai
đơn nguyên, nhà E7 Thành Công bị lún lệch, nghiêng theo phơng dọc xấp xỉ
1,5%, nhà A6 Giảng Võ xây dựng năm 1979 tốc độ lún trung bình nhiều năm
>1mm/tháng. Năm 1998 chênh lệch tốc độ lún giữa hai đơn nguyên gần
2mm/tháng, công trình bị nghiêng lớn dốc dọc 1,6%, dốc ngang 0,8%. Hiện
tại còn rất nhiều công trình bị lún lệch từ 0,5 ữ1mm/tháng nh nhà C7, C8, B6
Giảng Võ, E6, E7, D2, D6 Thành Công,
Quá trình lún của các công trình vẫn tiếp diễn phức tạp, phần lớn các công
trình đợc theo dõi có tốc độ lún xấp xỉ 2 ữ 2,2mm/tháng từ cách đây 10 đến 15

năm đến nay vẫn còn lún gần 2mm/tháng nh nhà E6, E7, E8 Quỳnh Mai,
Có thể nói hiện tợng các công trình nhà cao tầng trên địa bàn thành
phố Hà Nội bị lún là phổ biến, kéo dài và rất phức tạp do nhiều nguyên nhân,
nhng nếu đợc theo dõi (quan trắc) thờng xuyên thì có thể đa ra các biện
pháp khắc phục kịp thời.