Phân tích khả năng ứng dụng của phương pháp martuszewicz trong đánh giá độ ổn định các mốc đo lún công trình
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (365.01 KB, 10 trang )
Trường Đại Học Mỏ _ Địa Chất
Bộ môn: Trắc Địa Phổ Thông
Phụ lục
Trang
Lời nói đầu ....................................................................................................
Chương I: Tổng quan về hiện tượng lún và công tác xây
dựng lưới khống chế đo lún.............................................
1.1.Tổng quan về hiện tượng lún công trình........................................
1.2. Lưới khống chế đo lún công trình .........................................
1.3. Mốc khống chế ............................................................................
1.4. Mốc lún (Mốc quan trắc ...............................................................
1.5. Công tác đo đạc ............................................................................
1.6. Bình sai lưới khống chế độ cao.....................................................
Chương II: xác định độ ổn định của điểm độ cao trong
lưới đo lún công trình ........................................................
2.1. Tổng quan về nghiên cứu tính ổn định của độ cao điểm ..............
2.2. Các phương pháp xác định độ ổn định của điểm độ cao ..............
2.3. Phương pháp Martuszewicz ..........................................................
2.4. Tham số lún và phương pháp xác định tham số lún .....................
Chương III: Tính toán thực nghiệm.....................................................
3.1. Mô tả thực nghiệm ........................................................................
3.2. Tính toán thực nghiệm 1 ...............................................................
3.3. Khảo sát tính ổn định của mốc độ cao..........................................
3.4. Tính toán thực nghiệm 2 ...............................................................
3.5. Khảo sát tính ổn định của mốc độ cao..........................................
Kết luận .........................................................................................................
Tài liệu tham khảo...................................................................................
SV: Thân Văn Sâm_Trắc Địa A_K48
Đồ án tốt nghiệp
1
Trường Đại Học Mỏ _ Địa Chất
Bộ môn: Trắc Địa Phổ Thông
Lời nói đầu
Để các công trình trên có chất lượng tốt đạt kết quả cao thì công tác trắc địa
có vai trò hết sức quan trọng kể từ khi khảo sát thiết kế, thi công đến khi công
trình đi vào vận hành ổn định. Trong đó việc nghiên cứu biến dạng thẳng đứng
công trình là một công đoạn không thể thiếu và đòi hỏi độ chính xác cao.
Trong thực tế có rất nhiều phương pháp đánh giá độ ổn định của các mốc
đo lún công trình, nhưng em thấy phương pháp Martuszewicz có rất nhiều ưu
điểm và được ứng dụng rất rộng rÃi, do đó em nhận đề tài:
Phân tích khả năng ứng dụng của phương pháp Martuszewicz trong
đánh giá độ ổn định các mốc đo lún công trình
Nội dung của đề tài được chia làm ba chương:
Lời nói đầu
Chương I: Tổng quát về hiện tượng lún và công tác xây dựng lưới
khống chế độ lún.
Chương II: Xác ®Þnh ®é ỉn ®Þnh cđa ®iĨm ®é cao trong líi đo lún công trình.
Chương IV: Tính toán thực nghiệm.
Kết luận
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Trương Quang Hiếu,
và sự cố gắng của bản thân, sau một thời gian em đà hoàn thành đồ án này. Do
thời gian và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên bản đồ án không thể tránh
khỏi những thiếu sót về nội dung cũng như các thuật ngữ khoa học. Em rất
mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để bản đồ án của em được
hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, tháng 6 năm 2008
Sinh viên thực hiện:
Thân Văn Sâm
SV: Thân Văn Sâm_Trắc Địa A_K48
Đồ án tốt nghiệp
2
Trường Đại Học Mỏ _ Địa Chất
Bộ môn: Trắc Địa Phổ Thông
Chương I
Tổng quan về hiện tượng lún và công tác xây dựng
Lưới khống chế đo lún
1.1. tổng quan về hiện tượng lún 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 các giai đoạn thi công cũng như
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 được phân biệt thành hai loại là chuyển dịch theo phương
thẳng đứng và chuyển dịch theo mặt phẳng ngang.
Chuyển dịch theo phương thẳng đứng được gọi là độ trồi, lún (nếu chuyển
dịch có hướng xuống dưới thì gọi là lún, hướng lên là trồi). Chuyển dịch công
trình trong mặt phẳng nằm ngang được gọi là chuyển dịch ngang.
Biến dạng công trình là sự thay đổi mối tương quan hình học của công
trình ở quy mô tổng thể hoặc ở các kết cấu thành phần. Biến dạng xẩy ra do
chuyển dịch không đều giữa các bộ phận công trình, các biến dạng thường gặp
là hiện tượng cong, vặn xoắn, rạn nứt của công trình.
Nếu công trình bị chuyển dịch, biến dạng vượt quá giới hạn cho phép thì
không những gây ra trở ngại cho quá trình khai thác sử dụng mà có thể dẫn
đến các sự cố hư hỏng, đổ vỡ và 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 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 người 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,
trượt của lớp đất đá dưới nền móng công trình và các hiện tượng địa chất công
SV: Thân Văn Sâm_Trắc Địa A_K48
Đồ án tốt nghiệp
3
Trường Đại Học Mỏ _ Địa Chất
Bộ môn: Trắc Địa Phổ Thông
trình, địa chất thuỷ văn, sự co giÃn của đất đá, thay đổi của các điều kiện thuỷ
văn theo nhiệt độ, độ ẩm và mức nước ngầm.
Nhóm các yếu tố nhân tạo bao gồm: ảnh hưởng của trọng lượng bản thân
công trình, sự thay đổi các tính chất cơ lý đất đá do việc quy hoạch cấp thoát
nước, các sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, quá trình
suy yếu của nền móng do thi công các công trình ngầm trong lòng đất, ảnh
hưởng của việc xây dựng các công trình lân cận khác, sự rung động của nền
móng do vận hành máy móc cơ giới và tác động của các phương tiện giao thông.
1.1.3. Nghiên cứu biến dạng thẳng đứng (độ lún)
Biến dạng thẳng đứng là một thành phần của biến dạng vị trí các điểm trên
bề mặt vỏ Trái Đất. Trong trường hợp tổng quát biến dạng vị trí điểm trên bề
mặt vỏ Trái Đất có thể biểu diễn trên không gian ba chiều <OXYZ>. Khi cho
trục OZ trùng với phương dây dọi, Thì lúc đó biến dạng của vị trí điểm trên
trục OZ được xem là biến dạng thẳng đứng. Nghiên cứu biến dạng thẳng đứng
đặc biệt có ý nghĩa khi khảo sát độ lún cục bộ của các công trình công
nghiệp, kinh tế và quốc phòng. Tác nhân của biến dạng thẳng đứng là tác nhân
chủ yếu tạo nên sự phá huỷ của các công trình.
Nhìn chung biến dạng thẳng đứng các loại công trình công nghiệp được tạo
nên từ kết cấu của nền móng công trình (bao gồm kết cấu của các tầng địa chất
và kết cấu cơ học của công trình) và sự thay đổi của tải trọng trong quá trình thi
công và hoàn công công trình. Biến dạng thẳng đứng tự nhiên của một số công
trình kinh tế như sự thay đổi của hệ thống nước ngầm, các vết nứt của vỏ Trái
Đất (vết nứt châu thổ sông Hồng) được tạo nên từ sự dồn nén của các mảng vỏ
Trái Đất ( nếu coi Trái Đất có cấu tạo mảng) do sự thay đổi của địa tâm Trái
Đất và sự thay đổi của lực hút đẩy của các hành tinh trong hệ Mặt Trời.
Hiện nay khi nghiên cứu biến dạng thẳng đứng của các điểm trên bề mặt
vỏ Trái Đất người ta thường dùng các phương pháp đo đạc thực địa kết hợp với
những kiến thức về địa chất và địa vật lý. Chúng ta có thể chia hiện tượng biến
dạng thẳng đứng thành hiện tượng biến dạng toàn cầu (tạm gọi là biến dạng
SV: Thân Văn Sâm_Trắc Địa A_K48
Đồ án tốt nghiệp
4
Trường Đại Học Mỏ _ Địa Chất
Bộ môn: Trắc Địa Phổ Thông
tổng thể) và hiện tượng biến dạng cục bộ (biến dạng trên một lÃnh thổ, một
vùng của một lÃnh thổ hay một khu vực).
Để xác định biến dạng tổng thể người ta bố trí hệ thống điểm trắc địa rải đều
trên toàn bề mặt của vỏ Trái Đất (thường là những điểm GPS có hệ toạ độ được
tính theo một hệ toạ độ địa tâm WGS_hệ toạ độ toàn cầu). Tiến hành đo đạc
đồng thời cùng một thời điểm ở các điểm toạ độ đó và đo nhiều chu kỳ cho phép
chúng ta xác định được độ biến dạng của các điểm thông qua toạ độ tương ứng
của chúng. Sử dụng thành phần toạ độ tương ứng chúng ta sẽ tìm được độ biến
dạng thẳng đứng của toạ độ các điểm và tiếp đó là độ biến dạng thẳng ®øng cđa
tõng vïng hay cđa mét l·nh thỉ (theo th«ng báo mới đây từ số liệu quan trắc GPS
người ta đà xác định được độ lún của nước Anh hàng năm là 5 mm).
Để xác định biến dạng thẳng đứng cục bộ, thì phụ thuộc vào diện tích của
khu vực và tính chất của công trình cần khảo sát chúng ta bè trÝ líi ®é cao cã
®é tin cËy phơ thuộc vào yêu cầu của các mục tiêu khảo sát biến dạng thẳng
đứng và thực hiện đo nhiều chu kỳ sẽ xác định được độ biến dạng thẳng đứng
của từng điểm hay từng vùng của công trình.
Phụ thuộc vào mục tiêu và diện tích của khu vực cần nghiên cứu biến dạng
thẳng đứng của các công trình chúng ta có thể hình dung lưới độ cao được xây
dựng nhằm xác định biến dạng thẳng đứng ở dạng đa mục tiêu (thường xây
dựng trong những vùng có nhiều dạng công trình hay các hiện tượng tự nhiên
cần nghiên cứu biến dạng thẳng đứng) và lưới độ cao xây dựng nhằm nghiên
cứu biến dạng thẳng đứng của một số dạng công trình trong khu vực nhỏ.
1.1.4. Quá trình nghiên cứu độ lún công trình ở Việt Nam
Theo dõi quá trình dịch chuyển thẳng đứng bề mặt, cùng các công trình trên
đó bằng phương pháp Trắc Địa được tiến hành nhiều nơi trên thế giới và là
phương pháp cho ta kết quả định lượng đáng tin cậy quá trình chuyển dịch. ở
Việt Nam quan sát độ lún công trình nhà cao tầng được tiến hành từ năm 1980
do phòng trắc địa viện khoa học công nghệ xây dựng Hà Nội kết hợp với bộ môn
Trắc Địa công trình và một số giáo viên trường Đại Học Mỏ_Địa Chất. Đầu tiên
SV: Thân Văn Sâm_Trắc Địa A_K48
Đồ án tốt nghiệp
5
Trường Đại Học Mỏ _ Địa Chất
Bộ môn: Trắc Địa Phổ Thông
quan sát độ lún một số công trình ở Hà Nội với những công trình nhà nước như
bệnh viện Nhi Hà Nội (năm 1985 - 1986), các nhà cao tầng ở khu tập thể Kim
Liên (năm 1988 - 1989). Trong những năm 1990 ở Hà Nội xuất hiện nhiều nhà
cao tầng và công tác đo lún được tiến hành khá nhiều, năm 1988 xây dựng 32
mốc quan trắc lún tại Hà Nội và các điểm điển hình, đồng thời dự báo lún mặt
đất, năm 1996 số mốc quan trắc lún là 45 điểm, đến nay lên đến 80 mốc trong
phạm vi và lân cận thành phố Hà Nội. Năm 2003 công tác đo lún được hợp tác
hoá bằng việc ban hành tiêu chuẩn đo lún do Bộ Xây Dựng ban hành và trở thành
công việc bắt buộc ở các công trình lớn như: các nhà cao tầng ở Hà Nội và thành
phố Hồ Chí Minh, đập thuỷ điện sông Đà, và các công trình cầu lớn. Đến nay
công tác đo lún đà trở thành phổ biến và được khảo sát rộng rÃi.
1.2. lưới khống chế đo lún công trình
1.2.1. Cấu trúc hệ thống lưới độ cao trong quan trắc lún công trình
Đảm bảo tính chặt chẽ và độ chính xác cần thiết cho việc xác định độ cao,
cần thành lập một mạng lưới liên kết các mốc lún và mốc cơ sở trong một hệ
thống, thống nhất. Như vậy, mạng lưới độ cao trong đo lún công trình cã cÊu tróc
lµ hƯ thèng cã Ýt nhÊt gåm hai bậc lưới là lưới khống chế cơ sở và lưới quan trắc.
Lưới khống chế độ cao cơ sở có tác dụng là cơ sở độ cao để thực hiện đo
nối độ cao đến các điểm quan trắc gắn trên thân công trình trong suốt thời
gian theo dõi độ lún. Yêu cầu đối với lưới khống chế cơ sở là các điểm mốc cơ
sở phải ổn định, có độ cao được xác định với độ chính xác cần thiết. Các mốc
độ cao được đo nối liên kết với nhau tạo thành một mạng lưới chặt chẽ với độ
chính xác cao và được kiểm tra thường xuyên trong mỗi chu kỳ quan trắc.
Lưới quan trắc được thành lập bằng cách đo nối liên kết các điểm quan trắc
(mốc lún) gắn trên công trình, lưới này được đo nối với các mốc của lưới quan
trắc cơ sở. Khi thiết kế lưới quan trắc nên tạo thành nhiều vòng khép kín để
đảm bảo độ vững chắc của đồ hình lưới và có điều kiện kiểm tra sai số khép
tuyến trong quá trình đo đạc ở thực địa.
SV: Thân Văn Sâm_Trắc Địa A_K48
Đồ án tốt nghiÖp
6
Trường Đại Học Mỏ _ Địa Chất
Bộ môn: Trắc Địa Phổ Thông
1. Lưới khống chế cơ sở
Lưới khống chế độ cao cơ sở bao gồm các tuyến đo chênh cao liên kết toàn
bộ điểm mốc độ cao cơ sở. Mạng lưới này được thành lập và đo trong từng chu
kỳ quan trắc nhằm hai mục đích:
*. Kiểm tra, đánh giá độ ổn định các mốc.
*. Xác định hệ thống độ cao cơ sở thống nhất trong tất cả các chu kỳ đo.
Thông thường sơ đồ lưới được thiết kế trên bản vẽ 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 chú ý bảo đảm sự ổn
định của mốc trong suốt quá trình quan trắc.
Trên sơ đồ thiết kế ghi rõ tên mốc, vạch các tuyến đo và ghi rõ số lượng
trạm đo hoặc chiều dài (dự kiến) trong mỗi tuyến, trong điều kiện cho phép
cần cố gắng tạo các vòng đo khép kín để có điều kiện kiểm tra chất lượng đo
chênh cao, đồng thời bảo đảm tính chặt chẽ của toàn bộ mạng lưới.
Để xác định cấp hạng đo và chỉ tiêu hạn sai, cần thực hiện ước tính độ
chính xác của lưới để xác định sai số đo chênh cao trên một trạm hoặc 1 km
chiều dài tuyến đo. So sánh số liệu này với chỉ tiêu đưa ra trong quy phạm để
xác định cấp hạng đo cần thiết. Thực tế, quan trắc lún tại nhiều dạng công
trình ở Việt Nam và các nước khác cho thấy, lưới khống chế cơ sở thường có
độ chính xác tương đương thuỷ chuẩn hạng I hoặc hạng II nhà nước.
Lưới khống chế độ cao cơ sở được xây dựng dưới dạng lưới độ cao gồm ba
điểm, từng cụm ba điểm hoặc là một lưới độ cao dày đặc có cấu trúc của hình
dạng cơ bản gồm ba điểm. Các dạng lưới này được thể hiện trên các hình (1- 1),
(1 - 2), (1 - 3) vµ (1 - 4).
SV: Thân Văn Sâm_Trắc Địa A_K48
Đồ án tốt nghiệp
7
Trường Đại Học Mỏ _ Địa Chất
Bộ môn: Trắc Địa Phổ Thông
-Hỡnh (1-2)-Hỡnh (1-1)-
-Hỡnh (1-3)-
-Hỡnh (1-4)-
Nếu chấp nhận một điểm khống chế độ cao cơ sở, khống chế một diện tÝch
tõ (100 150 km2), th× h×nh (1 - 1) là lưới độ cao cơ sở được xây dựng để
nghiên cứu biến dạng thẳng đứng cho khu vực cỡ một phường hoặc một huyện
của Việt Nam. Dạng lưới hình (1 - 2) được xây dựng trên khu vực kéo dài ở
hai phía mở rộng, hình (1 - 3) được xây dựng ở khu vực có hình dạng gần
vuông, hình (1 - 4) xây dựng cho những khu vực kéo dài đều.
Nhìn chung lưới độ cao cấp cơ sở có cấu tạo gồm các thành phần là lưới độ
cao ba điểm. Cấu tạo này cho phép bố trí đều các điểm khống chế cơ sở trên
toàn bộ khu vực và khi cần nghiên cứu những công trình nằm trên khu vực nào
chúng ta chỉ sử dụng từng cụm ba điểm của khu vực đó để phát triển xuống
lưới kiểm tra và lưới quan trắc lún. Cấu trúc lưới như các dạng trên ngoài tính
ưu việt về mật độ điểm, các điểm rả đều trên khu vực và dễ phát trển xuống
lưới kiểm tra, thì mô hình lưới thành phần ba điểm còn cho phép khảo sát ứng
dụng của các phương pháp nghiên cứu tính ổn định rất thuận lợi.
2. Lưới quan trắc
Lưới quan trắc là mạng lưới độ cao liên kết giữa các điểm lún gắn trên công
trình và đo nối với các mốc của lưới khống chế cơ sở. Các tuyến đo cần được
lựa chọn cẩn thận, đảm bảo sự thông hướng tốt, tạo nhiều vòng khép, các tuyến
SV: Thân Văn Sâm_Trắc Địa A_K48
Đồ án tốt nghiệp
8
Trường Đại Học Mỏ _ Địa Chất
Bộ môn: Trắc Địa Phổ Thông
đo nối với lưới khống chế cơ sở được bố trí đều quanh công trình. Đặc biệt cố
gắng đạt được sự ổn định của sơ đồ lưới trong tất cả các chu kỳ quan trắc.
Hình (1 - 5) nêu ví dụ về một dạng lưới quan trắc độ lún công trình dân
dụng với 18 mốc lún gắn trên công trình và 4 mốc khống chế cơ sở (ký hiệu
từ Rp1 đến Rp4) được thiết kế đặt xung quanh đối tượng quan trắc.
Rp3
Rp2
Rp4
Rp1
-Hỡnh (1-5)-
1.2.2. Xác định yêu cầu độ chính xác của các cấp lưới khống chế đo lún
Sai số tổng hợp các bậc lưới được xác định trên cơ sở yêu cầu độ chính xác
quan trắc lún. Nếu yêu cầu đưa ra là sai số tuyệt đối độ lún thì việc xác định
sai số độ cao tổng hợp được thực hiện như sau:
Do độ lún của một điểm được tính là hiệu độ cao của hai điểm đó trong 2
chu kỳ quan trắc:
S = H(j) - H(i)
(1.1)
Nên sai số trung phương độ lún (ms) được xác định theo công thức:
ms2 = m2Hj + m2Hi
(1.2)
Các chu kỳ quan trắc thường được thiết kế với đồ hình và độ chính xác đo
tương đương nhau, nên có thể coi mHi= mHj = mHo. Như vậy công thức tính sai
số tổng hợp độ cao là:
SV: Thân Văn Sâm_Trắc Địa A_K48
Đồ án tốt nghiệp
9
Trường Đại Học Mỏ _ Địa Chất
mH0
Bộ môn: Trắc Địa Phổ Thông
mS
(1.3)
2
Nếu trong nhiệm vụ quan trắc có yêu cầu bảo đảm độ chính xác, xác định
độ lún lệch, thì sẽ xuất phát từ công thức:
S Sm Sn Hmi Hmj Hni Hnj
(1.4)
Coi sai số xác định độ cao của điểm (m) và (n) trong các chu kỳ (i) và (j) là
như nhau, sẽ thu được công thức ước tính gần đúng:
mH 0
mS
2
(1.5)
Giá trị sai số độ cao tổng hợp mHo tính được từ các công thức (1.3) và (1.5)
là cơ sở để xác định sai số đo của các cấp lưới. Thông thường, hệ thống lưới
độ cao trong quan trắc lún có cÊu tróc lµ líi hai bËc (bËc líi khèng chÕ cơ
sở và bậc lưới quan trắc). Vì vậy sai số ®é cao tỉng hỵp sÏ bao gåm sai sè cđa
hai bậc lưới và thể hiện bằng công thức:
2
2
2
mHo
mKC
mQT
(1.6)
Trong đó mHo, mKC, mQT là sai số tổng hợp, sai số độ cao điểm khống chế
cơ sở và sai số độ cao điểm quan trắc.
Đối với lưới xây dựng từ hai bậc thi sai số của bậc thứ (i) được tÝnh theo c«ng thøc:
mi
k i 1 .m H
(1.7)
1 k 2
Trên cơ sở đó, sai số của các cấp lưới trong quan trắc lún được tính như sau:
*. Đối với lưới khống chế cơ sở: m KC
*. Đối với lưới quan trắc:
mQT
SV: Thân Văn Sâm_Trắc Địa A_K48
mH 0
1 k 2
k .m H 0
1 k 2
(1.8)
(1.9)
Đồ án tốt nghiệp 10
