Nghiên cứu biện pháp nâng cao hiệu quả của phương pháp hướng chuẩn trong quan trăc chuyển dịch ngang công trình

Bộ giáo dục v đo tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất
*******

Lơng ngọc dũng

Nghiên cứu biện pháp nâng cao hiệu quả của phơng
pháp hớng chuẩn trong quan trắc chuyển dịch ngang
công trình

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

H nội - 2009


Bộ giáo dục v đo tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất
*******

Lơng ngọc dũng

Nghiên cứu biện pháp nâng cao hiệu quả của phơng
pháp hớng chuẩn trong quan trắc chuyển dịch
ngang công trình

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

H nội - 2009


1

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng đợc
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Lơng Ngọc Dũng


2

Mục lục
Trang phụ bìa
Lời cam đoan ..........................................................................................................1
Mục lục...................................................................................................................2
Danh mục các bảng biểu ........................................................................................3
Danh mục các hình vẽ, đồ thị .................................................................................3
Mở đầu................................................................................................................4

Chơng 1- Tổng quan về chuyển dịch công trình..........................7
1.1. Khái quát chung về biến dạng công trình.................................................7
1.2. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc...............................................8
1.3. Quan trắc chuyển dịch công trình bằng phơng pháp trắc địa...............11
1.4. Đặc điểm kết cấu mốc và hệ thống lới quan trắc chuyển dịch ngang ..13
1.5. Phơng pháp thành lập lới mặt bằng cơ sở...........................................19
1.6. Các phơng pháp Quan trắc chuyển dịch ngang ....................................20
Chơng 2- quan trắc chuyển dịch ngang bằngphơng pháp
hớng chuẩn.............................................................................311
2.1. Khái niệm chung về phơng pháp hớng chuẩn ....................................31
2.2. Phơng pháp đo độ lệch hớng ..............................................................32
2.3. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phơng pháp hớng chuẩn.............35
2.4. Sơ đồ đo hớng chuẩn ............................................................................36
2.5. Khảo sát một số biện pháp nâng cao hiệu quả của phơng pháp hớng
chuẩn......................................................................................................45
2.6. ảnh hởng sai số sè liƯu gèc ®Õn ®é lƯch h−íng cđa ®iĨm quan trắc....48
Chơng 3- Xử lý số liệu đo hớng chuẩn...........................................50
3.1. Tính toán bình sai hớng chuẩn .............................................................50
3.2. Thành lập và xử lý sè liƯu l−íi khèng chÕ c¬ së trong h−íng chuẩn .....52
3.3 Tính toán tham số chuyển dịch công trình dạng tuyến ...........................58
Chơng 4- Thực nghiệm thiết kế quan trắc chuyển dịch
tuyến đập thủy điện sê san 3 .............................................61
4.1. Giới thiệu về công trình thực nghiệm .....................................................61
4.2. Nhiệm vụ kỹ thuật quan trắc ..................................................................63
4.3. Thiết kế lới cơ sở ..................................................................................64
4.4. Thiết kế lới quan trắc............................................................................67
Kết luận và kiến nghị ..............................................................................73
Tài liƯu tham kh¶o....................................................................................74

3
B¶ng 1.1.
B¶ng 1.2.
B¶ng 2.1.
B¶ng 2.2.
B¶ng 2.3.
B¶ng 3.1.
B¶ng 4.1.
B¶ng 4.2.
B¶ng 4.3.
B¶ng 4.4.
Bảng 4.5.
Bảng 4.6.
Bảng 4.7.
Hình 1.1.
Hình 1.2.
Hình 1.3.
Hình 1.4.
Hình 1.5.
Hình 1.6.
Hình 1.7.
H×nh 1.8.
H×nh 1.9.
H×nh 2.1.
H×nh 2.2.
H×nh 2.3.
H×nh 2.4.
H×nh 2.5.
H×nh 2.6.
H×nh 2.7.

H×nh 2.8.
H×nh 2.9.
H×nh 2.10.
H×nh 2.11.
H×nh 2.12.
H×nh 2.13.
H×nh 2.14.
H×nh 2.15.
H×nh 2.16.
H×nh 3.1.
H×nh 3.2.
H×nh 3.3.
H×nh 3.4:
H×nh 3.5:
H×nh 3.6.
H×nh 4.1.
H×nh 4.2.
H×nh 4.3.
H×nh 4.4.
H×nh 4.5.

Danh mục các bảng biểu
Yêu cầu độ chính xác đo lún và chuyển dịch ngang công trình
Yêu cầu độ chính xác các cấp lới
So sánh các sơ đồ hớng chuẩn
Sai số trung phơng hoành độ sơ đồ giaochéo với các phơng án kéo dài đờng đáy định hớng
Tơng quan độ chính xác hoành độ các điểm theo hớng chuẩn
Kết quả ớc tÝnh l−íi khèng chÕ h−íng chn
KÕt qu¶ −íc tÝnh l−íi cơ sở thủy điện Sê San 3
Kết quả ớc tính lới quan trắc không đo chiều dài

Kết quả ớc tính lới quan trắc có đo chiều dài
Kết quả ớc tính không đo chiều dài cạnh
Kết quả ớc tính có đo chiều dài cạnh
Kết quả bình sai tọa độ
Kết quả bình sai trị đo
Danh mục các hình vẽ v đồ thị
Chuyển dịch công trình
Chuyển dịch ngang công trình
Mốc khống chế mặt bằng dạng cột bê tông
Mốc cột bê tông ống sắt
Mốc khống chế mặt bằng tại công trình thủy điện
Lới tam giác trong quan trắc chuyển dịch ngang
Sơ đồ lới quan trắc trong phơng pháp đa giác
Sơ đồ lới quan trắc trong phơng pháp giao hội
Hệ thống Global Positioning System
Khái niệm về hớng chuẩn
Đo độ lệch hớng
Bảng ngắm di động
Đo độ lệch hớng bằng bảng ngắm di động
Xác định chuyển dịch ngang theo hớng chuẩn
Sơ đồ toàn hớng
Sơ đồ phân đoạn
Sơ đồ nhích dần
Sơ đồ giao chéo
Tính góc ngoặt
Tính tọa độ trong sơ đồ giao chéo
Sơ đồ lới quan trắc hớng chuẩn
Sơ đồ giao chéo kéo dài đờng đáy định hớng
Đo cạnh trong hớng chuẩn
Sơ đồ hớng chuẩn

ảnh hởng của dịch chuyển điểm gốc
Sơ đồ hớng chuẩn tổng quát
Đồ hình lới tam giác
Đồ hình hớng chuẩn
Tính chuyển tọa độ trong hớng chuẩn
Sơ đồ tính toán
Tham số chuyển dịch công trình dạng thẳng
Toàn cảnh công trình thuỷ điện Sêsan3
Sơ đồ phân bố mốc quan trắc trên tuyến đỉnh đập SêSan 3
Đồ hình lới khống chế cơ sở
Sơ đồ lới quan trắc tuyến đỉnh đập SêSan
Lới quan trắc tuyến đỉnh đập SêSan 3

10
18
44
46
48
53
66
68
68
69
70
71
72
11
12
14
14

15
21
23
24
26
31
32
34
34
36
37
38
40
42
43
43
44
45
47
48
48
51
52
52
56
57
58
62
63
64

67
68


4

Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong một vài năm trở lại đây, tại Việt Nam không ít công trình xây
dựng hiện đại, phức tạp đà xảy ra sự cố. Ví dụ là vụ sập hai nhịp dẫn cầu Cần
Thơ khi đang thi công, vỡ 50 mét đập chính đang thi công của công trình hồ
chứa nớc Cửa Đạt, Thanh Hãa hay vơ sơp toµn bé trơ së viƯn Khoa học xÃ
hội miền Nam do tác động của việc thi công tầng hầm cao ốc Pacific tại
Tp.HCM Vấn đề đặt ra là có phải những công trình càng hiện đại, phức tạp
thì càng ẩn chứa nhiều rủi ro? Hay biện pháp quan trắc biến dạng các công
trình cha đúng quy trình, cha đủ đảm bảo độ chính xác yêu cầu?
Trong các phơng pháp quan trắc chuyển dịch ngang, hớng chuẩn luôn
là phơng pháp có u thế về độ chính xác cao, thuận tiện và linh hoạt. Với
những tiến bộ của khoa học về thiết bị cũng nh công cụ tính toán, luận văn đi
sâu tìm hiểu và khảo sát nhằm đa ra biện pháp nâng cao hiệu quả phơng
pháp hớng chuẩn trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình.
2. Mục đích nghiên cứu đề tài
Mục đích của đề tài là khảo sát độ chính xác của các sơ đồ hớng
chuẩn, nghiên cứu biện pháp kết hợp các sơ đồ trên để tạo thành một lới
hớng chuẩn có khả năng ứng dụng linh hoạt trong thực tế. Nghiên cứu
phơng pháp xử lý số liệu quan trắc hớng chuẩn.
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu thuật toán xử lý số liệu và biện pháp nâng cao độ chính xác
quan trắc chuyển dịch ngang các công trình dạng thẳng bằng phơng pháp
hớng chuẩn.

Phạm vi nghiên cứu là các công trình dạng thẳng trong giao thông thủy
lợi.


5

4. Nội dung nghiên cứu
Nội dung của đề tài bao gồm các vấn đề cần giải quyết:
1- Khảo sát độ chính xác của sơ đồ đo hớng chuẩn: Các sơ đồ cơ bản,
các sơ đồ đo kết hợp.
2- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ toàn đạc điện tử để mở rộng khả
năng của phơng pháp hớng chuẩn trong quan trắc chuyển dịch ngang công
trình.
3- Nghiên cứu thuật toán xử lý số liệu đo hớng chuẩn.
5. Phơng pháp nghiên cứu
Trong luận văn sử dụng phơng pháp nghiên cứu lý thuyết để giải quyết
các vấn đề xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch công trình theo phơng pháp
hớng chuẩn.
Khảo sát các sơ đồ hớng chuẩn trong quan trắc chuyển dịch ngang các
công trình dạng thẳng.
Nghiên cứu thuật toán phân tích độ ổn định lới cơ sở và xử lý số liệu
quan trắc chuyển dịch ngang bằng phơng pháp hớng chuẩn.
6. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
ý nghĩa khoa học: Hớng chuẩn là một phơng pháp hiệu quả để quan
trắc chuyển dịch công trình. Phơng pháp này đà đợc các nhà trắc địa Nga đề
xuất và ứng dụng từ những năm 70 của thế kỷ trớc. Công tác quan trắc hớng
chuẩn sẽ đạt hiệu quả tốt hơn nếu chúng ta áp dụng công nghệ mới để quan
trắc và sử dụng phơng pháp chặt chẽ để xử lý số liƯu.
ý nghÜa thùc tiƠn: HiƯn nay ë n−íc ta, ph−¬ng pháp hớng chuẩn đang
đợc ứng dụng để quan trắc nhiều loại hình công trình (cầu, đập thuỷ lợi, thủy

điện). Việc nghiên cứu phơng pháp này nhằm góp nâng cao hiệu quả trong
sản xuất thực tế là hết sức ý nghĩa và cần thiết.


6

7. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận nội dung và kết quả nghiên cứu của luận
văn đợc trình bày theo 4 chơng:
Chơng 1- Tổng quan về chuyển dịch công trình.
Chơng 2- Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phơng pháp hớng
chuẩn.
Chơng 3- Xử lý số liệu đo hớng chuẩn.
Chơng 4- Thực nghiệm thiết kế quan trắc chuyển dịch tuyến đập thủy
điện Sê San 3.
8. Lời cảm ơn
Sau mét thêi gian nghiªn cøu d−íi sù h−íng dÉn cđa thầy giáo PGS.TS.
Trần Khánh, tác giả đà hoàn thành đợc các nội dụng luận văn. Tác giả xin
gửi lời cám ơn chân thành nhất đến thầy Trần Khánh.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô trong khoa Trắc địa, trờng
địa học Mỏ - Địa Chất, các đồng nghiệp và đặc biệt là bộ môn Trắc địa công
trình đà giúp đỡ và đóng góp ý kiến trong quá trình tác giả thực hiện luận văn.


7

Chơng 1
Tổng quan về chuyển dịch công trình
1.1. Khái quát chung về biến dạng công trình
1.1.1. Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình

Do tác động của nhiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo nên các công trình
xây dựng đều có thể bị chuyển dịch, biến dạng ở cả giai đoạn thi công cũng
nh trong thời gian vận hành sử dụng.
Chuyển dịch công trình trong không gian là sự thay đổi vị trí công trình
theo thời gian và đợc phân biệt thành hai loại: chuyển dịch theo phơng
thẳng đứng và chuyển dịch trong mặt phẳng ngang.
Chuyển dịch theo phơng thẳng đứng đợc gọi là độ trồi lún (nếu
chuyển dịch có hớng xuống dới thì gọi là lún, hớng lên trên là trồi).
Chuyển dịch công trình trong mặt phẳng nằm ngang đợc gọi là chuyển dịch
ngang.
Biến dạng công trình là sự thay đổi mối tơng quan hình học của công
trình ở quy mô tổng thể hoặc ở các kết cấu thành phần. Biến dạng xảy ra do
chuyển dịch không đều giữa các bộ phận 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
thì không những gây trở ngại cho quá trình khai thác sử dụng mà có thể dẫn
đến các sự cố h hỏng, đổ vỡ và phá hủy một phần hoặc toàn bộ công trình.
1.1.2. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình
Công trình bị chuyển dịch do tác động của hai nhóm yếu tố chủ yếu là
tác động của các yếu tố tự nhiên và tác động của các yếu tố nhân tạo, liên
quan đến hoạt động của con ngời trong quá trình xây dựng, vận hành khai
thác công trình.
Các nguyên nhân thuộc nhóm các yếu tố tự nhiên gồm có: khả năng
lún, trợt của lớp đất đá dới nền móng công trình và các hiện tợng địa chất


8

công trình, địa chất thủy văn, sự co giÃn của đất đá, thay đổi của các điều kiện
thủy văn theo nhiệt độ, độ ẩm và mực nớc ngầm.

Nhóm các yếu tố nhân tạo bao gồm: ảnh hởng của trọng lợng bản
thân công trình, sự thay đổi các tính chất cơ lý đất đá do việc quy hoạch cấp
thoát nớc, các sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn,
quá trình suy yếu của nền móng do thi công các công trình ngầm trong lòng
đất, ảnh hởng của việc xây dựng các công trình lân cận khác, sự rung động
của nền móng do vận hành máy cơ giới và tác động của các phơng tiện giao
thông.
1.1.3. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình
Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình nhằm mục đích xác định
mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch
biến dạng và từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng tai biến đối với công trình, cụ
thể là:
- Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng để đánh giá độ ổn định công
trình, phòng ngừa các sự cố h hỏng, đổ vỡ có thể xảy ra.
- Kết quả quan trắc là số liệu đối chứng để kiểm tra các tính toán trong
giai đoạn thiết kế công trình.
- Nghiên cứu quy luật biến dạng trong những điều kiện khác nhau và dự
đoán biến dạng của công trình trong tơng lai.
- Xác định các loại biến dạng có ảnh hởng đến quá trình vận hành
công trình, từ đó đề ra chế độ sử dụng, khai thác công trình một cách hợp lý.
1.2. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc
1.2.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc
Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch chính là độ chính xác cần
thiết xác định chuyển dịch công trình, chỉ tiêu định lợng của đại lợng này
phụ thuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý đất đá dới nền móng, đặc điểm kết cấu
và vận hành công trình.


9

Có hai cách xác định yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch, cách
thứ nhất là xác định theo giá trị chuyển dịch dự báo (đợc nêu ra trong bản
thiết kế công trình), cách thứ hai xác định theo các tiêu chuẩn xây dựng, vận
hành công trình (đợc quy định trong các tiêu chuẩn ngành).
1. Theo độ chuyển dịch dự báo, yêu cầu độ chính xác quan trắc đợc
xác định theo công thức:
mQ

Q
2

Trong đó:

(1.1)
mQ - yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ở thời

điểm ti.
Q - giá trị chuyển dịch dự báo giữa 2 chu kỳ quan trắc.
- hệ số đặc trng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc,
phụ thuộc vào xác suất đợc chấp nhận. Đối với công tác quan trắc biến dạng
thờng lấy xác suất P = 0.997 (tơng ứng với = 3) và khi đó công thức tính
độ chính xác quan trắc chuyển dịch là:

mQ 0.17Q

(1.2)

Nếu chuyển dịch công trình có giá trị dự báo là nhỏ thì đại lợng mQ
tính theo công thức (1.2) cũng sẽ rất nhỏ, trong một số trờng hợp sẽ rất khó
đạt đợc tiêu chuẩn độ chính xác nh vậy.

2. Trong thực tế, yêu cầu độ chính xác quan trắc thờng đợc xác định
dựa vào điều kiện nền móng, đặc điểm kết cấu đối với từng loại công trình cụ
thể (các tiêu chuẩn này do cơ quan quản lý ban hành). Yêu cầu độ chính xác
quan trắc đối với các công trình dân dụng - công nghiệp thông thờng đợc
đa ra ở bảng 1.1[3].


10

Bảng 1.1.

Yêu cầu độ chính xác đo lún và chuyển dịch ngang công trình

TT

Đối tợng quan trắc

Độ chính xác đo độ lún và
chuyển dịch ngang

1

Công trình bê tông trên nền đá

1.0mm

2

Công trình xây trên nền đất nện, đất cát

2.0mm

3

Công trình xây trên nền đất kém chịu nén

10mm

4

Công trình đất

15mm

1.2.2. Chu kỳ quan trắc
Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là dạng công tác đo lặp,
đợc thực hiện nhiều lần với cùng đối tợng, mỗi lần đo gọi là một chu kỳ
quan trắc. Thời gian thực hiện các chu kỳ đo đợc xác định trong giai đoạn
thiết kế kỹ thuật quan trắc lún hoặc chuyển dịch ngang công trình. Chu kỳ
quan trắc phải đợc tính toán sao cho kết quả quan trắc phản ánh đúng thực
chất quá trình chuyển dịch của đối tợng quan trắc. Nếu chu kỳ đo tha thì sẽ
không xác định đợc đúng quy luật chuyển dịch, ngợc lại nếu ấn định chu kỳ
quan trắc quá dày sẽ dẫn đến lÃng phí nhân lực, tài chính và các chi phí khác.
Có thể phân chia các chu kỳ quan trắc chuyển dịch thành ba giai đoạn:
giai đoạn thi công, giai đoạn đầu vận hành và giai đoạn công trình đi vào ổn
định.
Trong giai đoạn thi công, chu kỳ quan trắc đầu tiên đợc thực hiện ngay
sau khi xây xong phần móng, khi mà công trình còn cha chịu tác động của
tải trọng bản thân hoặc áp lực ngang. Các chu kỳ tiếp theo đợc ấn định tuỳ
thuộc tiến độ xây dựng và mức tăng tải trọng công trình. Ví dụ, nếu dự định

thực hiện bốn chu kỳ trong giai đoạn thi công thì thời điểm quan trắc sẽ tiến
hành vào lúc công trình xây dựng đạt 25%, 50%, 75% và 100% tải trọng bản
thân công trình.


11

ở giai đoạn đầu, các chu kỳ quan trắc đợc ấn định phụ thuộc vào tốc
độ chuyển dịch và đặc điểm vận hành công trình. Thời gian đo giữa hai chu kỳ
trong giai đoạn này có thể chọn từ 2 đến 6 tháng. Khi công trình đi vào ổn
định, thời gian giữa hai chu kỳ kế tiếp đợc ấn định tha hơn, có thể từ 6
tháng đến một năm hoặc hai năm, việc quan trắc sẽ kết thúc khi công trình
hoàn toàn ổn định.
Trong một số trờng hợp đặc biệt, khi phát sinh yếu tố ảnh hởng
không có lợi đến độ ổn định của công trình, cần thực hiện các chu kỳ quan
trắc đột xuất. Riêng đối với các công trình chịu áp lực biến đổi theo chu kỳ
(nh các công trình chịu áp lực tại nhà máy thủy điện, đập nớc hồ chứa) công
tác quan trắc biến dạng đợc thực hiện thờng xuyên trong suốt quá trình vận
hành, khai thác công trình.
1.3. Quan trắc chuyển dịch công trình bằng phơng pháp trắc địa
1.3.1. Khái niệm về chuyển dịch công trình

Hình 1.1: Chuyển dịch công trình
Nếu ở thời điểm T1 công trình có vị trí P1, ở thời điểm T2 công trình có
vị trí P2, khi đó vector P1P2 thể hiện chuyển dịch công trình trong không gian
(hình 1.1). Thông thờng vector P1P2 đợc phân tích theo hai thành phần:
1. Theo phơng thẳng đứng thu đợc đoạn S = P1P2, thể hiện độ lún
công trình.

12

2. Theo mặt phẳng ngang thu đợc đoạn Q = P1P2, thể hiện chuyển
dịch ngang công trình, chuyển dịch ngang lại đợc phân tích theo hai trục tọa
độ để xác định đợc chuyển dịch theo hớng trục OX(QX) và chuyển dịch
theo hớng trục OY(QY)
1.3.2. Nguyên lý quan trắc chuyển dịch ngang
Về định lợng, chuyển dịch của đối tợng bất kỳ trong mặt phẳng nằm
ngang giữa hai thời điểm quan trắc i và j đợc xác định thông qua các đại
lợng sau (hình 1.2): X

Qx

Y2
Q

P2
X2

Y1
P1
O

X1

Qy

Y

Hình 1.2. Chuyển dịch ngang công trình

- Chun dÞch theo trơc X
Qx = X ( i ) − X ( j )

(1.3)

- Chun dÞch theo trơc Y
Qy = Y ( i ) − Y ( j )

(1.4)

- Vector chuyển dịch toàn phần

Q = Qx2 + Qy2

(1.5)

Trong các công thức trên X(i), Y(i), X(j), Y(j) là tọa độ của đối tợng xác
định đợc trong chu kỳ thứ i và j.
Nh vậy, chuyển dịch ngang công trình có thể đợc xác định bằng cách
đo và so sánh tọa độ các điểm mốc quan trắc gắn tại những vị trí đặc trng
trên công trình ở các chu kỳ quan trắc khác nhau. Để đo tọa độ các điểm quan


13

trắc với độ chính xác cần thiết ngời ta thờng xây dựng mạng lới trắc địa
mặt bằng chuyên dụng trong mỗi chu kỳ đo.
1.4. Đặc điểm kết cấu mốc và hệ thống lới quan trắc chuyển dịch ngang
1.4.1. Kết cấu mốc quan trắc chuyển dịch ngang
Mốc cơ sở đợc đặt ngoài phạm vi chuyển dịch ngang của công trình,

tại những nơi có điều kiện địa chất ổn định. Trong mỗi chu kỳ quan trắc phải
kiểm tra sự ổn định của các mốc cơ sở. Nếu phát hiện thấy mốc cơ sở bị
chuyển dịch thì phải thực hiện hiệu chỉnh vào kết quả đo của các mốc quan
trắc.
Mốc quan trắc đợc gắn trên công trình tại những vị trí chịu áp lực cần
theo dõi chuyển dịch. Kết cấu mốc phải đợc lựa chọn cẩn thận để bảo đảm
độ bền vững, có thể bảo quản lâu dài và thuận lợi cho việc đặt thiết bị quan
trắc.
Trong quan trắc chuyển dịch ngang thờng sử dụng loại mốc cột có kết
cấu định tâm bắt buộc, loại mốc này cho phép thực hiện định tâm máy và tiêu
ngắm với độ chính xác cao. Tuy nhiên khi áp dụng loại mốc trên cần phải có
các biện pháp để giữ cột mốc không bị nghiêng đi do các tác động cơ học
hoặc do bản thân của quá trình chuyển dịch công trình (Hình 1.3). Trên hình
1.4, 1.5 đa ra bản vẽ kết cấu và hình ảnh loại mốc cột với ống sắt do phòng
Địa hình - Công ty t vấn xây dựng điện I thiết kế và đang đợc sử dụng để
quan trắc nhiều công trình thủy điện ở Việt Nam.
Đối với những công trình có yêu cầu độ chính xác quan trắc không cao,
có thể sử dụng các loại mốc chôn chìm với lõi mốc đợc gia công bằng hợp
kim thép không gỉ và có khắc vạch chữ thập để đánh dấu vị trí tim mốc.


14

Hình 1.3. Mốc khống chế mặt bằng dạng cột bê tông

Hình 1.4. Mốc cột bê tông ống sắt
(Thiết kế của CTTV xây dựng điện I)


15

Hình 1.5. Mốc khống chế mặt bằng tại công trình thủy điện
1.4.2. Hệ thống lới quan trắc chuyển dịch ngang
1. Nguyên tắc xây dựng lới quan trắc chuyển dịch ngang công trình
Nh đà nêu ở trên, chuyển dịch ngang công trình đợc xác định trên cơ
sở so sánh tọa độ các điểm quan trắc gắn trên công trình ở hai chu kỳ quan
trắc khác nhau. Do vậy để thực hiện quan trắc chuyển dịch cần phải xây dựng
một mạng lới khống chế với hai loại điểm mốc:
1. Hệ thống mốc loại 1 đợc xây dựng tại các vị trí cố định bên ngoài
phạm vi ảnh hởng chuyển dịch của công trinh, các mốc này có tác dụng là cơ
sở tọa độ gốc cho toàn bộ công tác quan trắc và đợc gọi là mốc khống chế cơ
sở. Yêu cầu đối với điểm mốc khống chế là phải có vị trí ổn định trong suốt
quá trình quan trắc.


16

2. Hệ thống mốc loại 2 là các mốc gắn trên công trình, cùng chuyển
dịch với đối tợng quan trắc và đợc gọi là mốc chuyển dịch (hay mốc quan
trắc).
Hình thức mốc trong quan trắc chuyển dịch ngang đợc thiết kế phù
hợp với đặc điểm của từng loại công trình cụ thể, tuy nhiên điều bắt buộc là
các mốc đó đều phải có kết cấu thuận tiện cho việc đặt thiết bị đo và bảo đảm
hạn chế sai số định tâm máy cũng nh bảng ngắm ở giới hạn cho phép.
Trong mỗi chu kỳ quan trắc cần thực hiện các phép đo để xác định vị trí
tơng đối giữa các điểm mốc khống chế nhằm kiểm tra và đánh giá độ ổn định
của các mốc đó, nh vậy sẽ tạo thành một bậc lới gọi là lới khống chế. Đồ
hình đo nối giữa hệ thống mốc quan trắc với các mốc khống chế tạo ra bậc
lới thứ hai, đợc gọi là bậc lới quan trắc. Giữa hai bậc lới nêu trên có thể
xây dựng thêm một số bậc trung gian, tạo thành một hệ thống lới nhiều bậc.

Tuy vậy, với các thiết bị đo đạc nh hiện nay thì áp dụng hai bậc lới là phù
hợp và bảo đảm tính chặt chẽ so với lới có số bậc nhiều hơn.
Trong một số trờng hợp, có thể bỏ qua việc thành lập bậc khống chế
nếu xây dựng đợc các mốc khống chế chắc chắn, ổn định. Ví dụ: các mốc
đợc chôn trên nền đá gốc và có cấu trúc theo phơng pháp dây dọi ngợc,
thông thờng các mốc này đợc chôn tới độ sâu của tầng đá gốc, nhng do giá
thành các loại mốc dây dọi ngợc rất cao, việc thi công, bảo quản và sử dụng
cũng phức tạp nên mốc dây dọi ngợc cha đợc sử dụng trong thực tế sản
xuất trắc địa ở Việt Nam.
Giải pháp hợp lý và có hiệu quả kinh tế là thành lập mạng lới khống
chế cơ sở với các mốc chôn nông. áp dụng biện pháp đo và xử lý số liệu thích
hợp để đánh giá mức độ chuyển dịch của các mốc trong lới, trên cơ sở đó lựa
chọn các mốc ổn định để làm cơ sở tọa độ gốc cho toàn bộ công tác quan trắc.
Bậc lới quan trắc đợc xây dựng nh lới phụ thuộc, trên cơ sở số liệu đo ®¹c


17

tiến hành bình sai, tính toán tọa độ các mốc quan trắc và các tham số chuyển
dịch biến dạng công trình.
2. Phân bố mốc quan trắc
Đối với công trình dân dụng, mốc quan trắc đợc đặt theo chu vi của
công trình, các mốc cách nhau không quá 20m, ở những vị trí chịu ảnh hởng
lớn của áp lực ngang thì khoảng cách giữa các mốc là 10 - 15m.
Đối với công trình công nghiệp, phân bố mốc quan trắc tuỳ thuộc vào
loại móng công trình, móng băng liền khối: các mốc đặt cách nhau 10 - 15m,
móng cọc hoặc khối: trên mỗi khối móng đợc đặt không ít hơn ba mốc.
Tại các đập thủy lợi, thủy điện, mốc quan trắc đợc bố trí trong đờng
hầm thân đập, dọc theo các tuyến cơ và đỉnh đập, nếu là đập đất đá thì khoảng
cách giữa các mốc khoảng 15 - 50m, còn đối với đập bê tông thì tại mỗi khối

bố trí từ hai mốc trở lên.
3. Yêu cầu độ chính xác các bậc lới
Cơ sở để tính toán độ chính xác các bậc lới trong quan trắc chuyển
dịch công trình là yêu cầu độ chính xác xác định chuyển dịch ngang (mQ),
thông thờng giá trị mQ phụ thuộc vào một số yếu tố nh điều kiện địa chất
nền móng, đặc điểm kết cấu, chế độ vận hành công trình. Dựa vào yêu cầu độ
chính xác xác định chuyển dịch để xác định yêu cầu độ chính xác đối với các
bậc lới theo trình tự sau:
a. Sai số tọa độ tổng hợp
Từ các công thức tính chuyển dịch: Qx = X (i ) − X ( j ) vµ Qy = Y (i ) − Y ( j ) ,
coi ®é chÝnh xác đo trong các chu kỳ là nh nhau, sẽ xác định đợc:
mQ2 X = m X2 ( i ) + m X2 ( j ) = 2m X2
mQ2Y = mY2 ( i ) + mY2 ( j ) = 2mY2

Kí hiệu mp là sai số tọa độ tổng hợp, sÏ cã:
mQ2 = mQ2 X + mQ2Y = 2( m x2 + m y2 ) = 2m P2


18

Từ đó xác định đợc mối quan hệ giữa sai số vị trí điểm và sai số
chuyển dịch đối với điểm quan trắc:
mP =

mQ

(1.6)

2

b. Xác định sai số các bậc l−íi
Trong hƯ thèng l−íi cã n bËc víi hƯ sè giảm độ chính xác giữa các bậc
lới là k, sai số tổng hợp các bậc lới là mp thì sai số bậc lới thứ i đợc xác
định theo công thức:
mi =

m P .k i −1
2

1 + k + ... + k

(1.7)

2 ( n −1)

VÝ dơ, ®èi víi hƯ thèng l−íi 2 cấp (n=2) và chọn hệ số giảm độ chính
xác k=2, với số liệu đa ra trong bảng 1.1, tính đợc sai số tổng hợp và sai số
các cấp lới nh trong bảng 1.2
Bảng 1.2.

TT

Yêu cầu độ chính xác các cấp lới

Hạng mục quan trắc

Sai số tổng

Sai số trung phơng

hợp các

tọa độ (mm)

bậc lới
(mm)

Lới

Lới

khống chế quan trắc

1

Công trình bê tông trên nền đá

0.7

0.3

0.6

2

Công trình trên nền đất nện

1.4

0.6

1.2

3

Công trình xây trên đất yếu

7.0

3.0

6.0

10.1

4.5

9.0

4

Công trình xây dựng từ vật liệu
đất

4. Tính toán ớc tính độ chính xác lới quan trắc
ớc tính độ chính xác lới mặt bằng trong quan trắc chuyển dịch ngang
đợc thực hiện nhằm giải quyết một trong hai bài toán:
1. Xác định độ chính xác các yếu tố của lới khi đồ hình lới và các sai
số đo các đại lợng (góc, chiều dài) đà đợc lựa chọn. Các yếu tố cần ớc tính

19

trong lới quan trắc chuyển dịch ngang thờng là: sai số vị trí điểm, sai số vị
trí theo hớng, sai số phơng vị và chiều dài cạnh.
2. Xác định sai số đo các yếu tố của lới trong trờng hợp cho trớc đồ
hình và chỉ tiêu sai số của một số đại lợng nào đó mà lới cần đáp ứng.
Ước tính lới thờng đợc thực hiện theo phơng pháp chặt chẽ trên cơ
sở thuật toán bình sai gián tiếp, thông qua các phần mềm chuyên nghành trên
máy tính.
1.5. phơng pháp thành lập lới mặt bằng cơ sở
1.5.1. Đặc điểm cấu trúc của lới khống chế
Các điểm của mạng lới khống chế đợc chọn làm cơ sở tọa độ gốc cho
việc xây dựng và tính toán mạng lới quan trắc. Ngoài yêu cầu chọn vị trí có
điều kiện địa chất ổn định, nằm ngoài phạm vi tác động của biến dạng công
trình, các điểm khống chế cơ sở đợc chọn tại những nơi có địa hình thuận lợi
cho việc đặt máy và đo ngắm tới các điểm quan trắc. Với những công trình đòi
hỏi quan trắc chuyển dịch với độ chính xác cao thì các mốc khống chế cơ sở
đợc thiết kế theo dạng định tâm bắt buộc. Đối với các công trình thủy điện,
các mốc khống chế cơ sở thờng đợc bố trí ở hai đầu đập và hai bên bờ sông
về phía hạ lu.
Để bảo đảm độ chính xác cao của công tác quan trắc, đồ hình của lới
khống chế đợc thiết kế dới dạng tam giác dày đặc. Trớc đây, khi phơng
tiện đo chiều dài còn hạn chế, các mạng lới khống chế thờng đợc xây dựng
dới dạng lới tam giác đo góc với một số cạnh đáy đợc đo chính xác bằng
thớc dây invar. Lới tam giác đo góc có một số nhợc điểm, cụ thể là khó
chọn vị trí để đo cạnh đáy, lới có độ chính xác không cao, thời gian thi công
lâu. Hiện nay, nhờ những tiến bộ vợt bậc trong công nghệ đo dài điện tử nên
mạng lới khống chế thờng xây dựng dới các hình thức lới tam giác đo
cạnh hoặc đo gãc - c¹nh.

20

1.5.2. Tơng quan giữa sai số đo góc và chiều dài trong lới đo góc - cạnh
Trong quá trình thiết kế các mạng lới góc - cạnh luôn gặp và phải giải
quyết vấn đề xác định tơng quan hợp lý giữa sai số đo góc và sai số đo chiều
dài trong lới, điều này không những giúp xây dựng đợc mạng lới với sai số
đồng đều mà còn có ý nghĩa về hiệu quả kinh tế.
Nhiều kết quả nghiên cứu, khảo sát vấn đề này chỉ ra rằng, tơng quan
hợp lý nhất giữa sai số đo góc và sai số đo chiều dài trong các mạng lới đo
góc - cạnh là:

mS m
=

S

(1.8)

Trong đó m, mS là sai số đo góc và đo chiều dài trong lới.
Trong mọi trờng hợp, khi thiết kế các chỉ tiêu độ chính xác đo trong
mạng lới góc - cạnh, cần chú ý bảo đảm điều kiện:

1 m mS
<
:
<3
3 S

(1.9)

Nếu điều kiện (1.9) không đợc đáp ứng thì khi đó chỉ nên sử dụng
phơng pháp đo góc hay đo cạnh riêng biệt, tùy thuộc vào đại lợng nào nhỏ
hơn

m



hay

mS
.
S

Hiện nay với những tiến bộ của công nghệ điện tử, trong thành lập lới
trắc địa công trình thờng sử dụng máy toàn đạc điện tử với các thông số kỹ
thuật khác nhau. Sử dụng máy toàn đạc điện tử trong thành lập lới cho hiệu
quả cao, cả về thời gian, độ chính xác và giá thành công trình.
1.6. các phơng pháp Quan trắc chuyển dịch ngang
Chuyển dịch ngang công trình đợc xác định trên cơ sở so sánh tọa độ
mốc quan trắc ở các thời điểm (chu kỳ) đo khác nhau. Trong mỗi chu kỳ
thờng xây dựng một bậc lới trắc địa liên kết các mốc quan trắc, mạng lới
này đợc định vị theo hệ tọa độ của lới khống chế cơ sở. Tùy thuộc địa h×nh


21

thực địa và đặc điểm kết cấu công trình, có thể thành lập lới quan trắc bằng

các phơng pháp tam giác, đa giác, hoặc giao hội, GPS
1.6.1. Phơng pháp tam giác
Phơng pháp tam giác (với các đồ hình đo góc, đo cạnh hoặc đo góc cạnh) thờng đợc ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của các công
trình xây dựng ở vùng đồi núi nh các đập thủy lợi - thủy điện, công trình cầu,
đờng Các mốc quan trắc đợc bố trí ở những vị trí đặc trng của công
trình, có kết cấu thuận tiện cho việc đặt máy, gơng hoặc bảng ngắm. Để đo
các yếu tố (góc, cạnh) trong lới có thể sử dụng máy kinh vĩ hoặc toàn đạc
điện tử chính xác cao. Lới quan trắc đợc tính toán bình sai theo phơng
pháp chặt chẽ để bảo đảm độ tin cậy của kết quả.
Lới quan trắc đợc xây dựng theo hình thức tam giác thờng là mạng
lới dày đặc với đồ hình rất chặt chẽ, cho phép xác định tọa độ các điểm trong
lới với độ chính xác cao. Tuy nhiên, do số lợng trị đo trong lới tam giác
thờng là lớn nên việc đo đạc trong mạng lới cũng tốn nhiều thời gian, công
sức và các chi phí khác. Trên hình 1.6 nêu ví dụ về một mạng lới quan trắc
chuyển dịch công trình.
A

C

1

2

D

B
3

E

Hình 1.6. Lới tam giác trong quan trắc chuyển dịch ngang
A, B, E là các điểm khống chế, đặt ngoài công trình.


22

1, 2, 3 là các điểm quan trắc gắn trên công trình.
Dựa vào tọa độ của các điểm quan trắc ở hai chu kỳ đo khác nhau để
tính giá trị và hớng chuyển dịch. Nếu ký hiệu: X(i), X(j), Y(i), Y(j) - tọa độ của
điểm N tính đợc ở chu kỳ i và j; Qx, Qy - chuyển dịch của điểm N theo trục
OX, OY; Q, - giá trị và hớng của chuyển dịch toàn phần thì các tham số
chuyển dịch của điểm N đợc tính theo công thức (1.10)

Qx = X ( i ) − X ( j )
Qy = Y ( i ) − Y ( j )
Q = Qx2 + Qy2

α = Arctg

(1.10)

Qy
Qx

Sai sè trung ph−¬ng xác định chuyển dịch toàn phần của điểm i đợc
tính theo c«ng thøc:
2
2
mQ = mΔ2x + mΔ2y = mQx
+ mQy

(1.11)

1.6.2. Phơng pháp đa giác
Phơng pháp đa giác đợc sử dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của
những công trình có dạng hình cung nh các tuyến đờng, hầm giao thông,
tuyến đập dạng vòm. Trên mỗi tuyến quan trắc xây dựng một đờng chuyền
qua các mốc gắn tại công trình, ở hai đầu đợc dựa trên hai điểm khống chế
cơ sở và đo nối ít nhất hai phơng vị gốc. Đo góc, cạnh trong tuyến đa giác
bằng máy toàn đạc điện tử chính xác.
Tuyến đa giác để quan trắc chuyển dịch ngang công trình thờng có
dạng gần với đờng chuyền duỗi thẳng. Sai số vị trí các điểm của tuyến phụ
thuộc vào sai số đo góc m, sai số đo cạnh mS, điểm yếu nhất (sau bình sai) sẽ
là điểm nằm ở giữa tuyến và đợc ớc lợng gần đúng theo (1.12) vµ (1.13).


23

3

2
1
s1
qt1

1

s2

2

4
s3

3

5

s4
4

qt2

s5

7
6
5

s6

qt3

qt4

Hình 1.7. Sơ đồ lới quan trắc trong phơng pháp ®a gi¸c
2

M =

n.m S2

+

m β2

ρ2

S 2.

n(n + 1)(n + 2)
12

(1.12)

TÝnh sai số trung phơng vị trí điểm yếu sau bình sai theo công thức:

M yếu =

M
2.5

(1.13)

Trong các công thức trên m và mS - sai số đo góc và đo cạnh; n - số
cạnh trong đờng chuyền, S - chiều dài cạnh trong đờng chuyền.
1.6.3. Phơng pháp giao hội
Các dạng lới giao hội (giao hội góc, giao hội cạnh và giao hội góc cạnh) có thể đợc áp dụng để quan trắc chuyển dịch ngang công trình một
cách hiệu quả. Lới giao hội dễ phù hợp với nhiều dạng địa hình, nhiều loại
công trình và triển khai thi công thuận tiện bằng các loại máy toàn đạc điện tử.

Khi thiết kế phơng án cần cân nhắc, lựa chọn đồ hình giao hội phù hợp, để
vừa bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật quan trắc, vừa đạt hiệu quả kinh tế của công
việc. Trong lới giao hội, máy đo đợc đặt tại các điểm khống chế cơ sở, tiêu
ngắm (hoặc gơng) đặt tại các mốc quan trắc. Từ các điểm lới khống chế tiến
hành đo các yếu tố cần thiết (góc hoặc cạnh) đến tất cả các điểm quan trắc
trên tuyến.
Xét điểm quan trắc P đợc xác định bằng một trong ba phơng pháp
giao hội đơn là giao hội góc, giao hội cạnh và giao hội góc - cạnh (hình 1.8).