Quan trắc

Quan trắc lún, nghiêng, quan trắc địa kỹ thuật – pizometer, inclimetter
Quan trắc địa kỹ thuật là một chuyên ngành đặc thù trong quan trắc đòi hỏi kỹ sư địa chất phải am hiểu một cách tường tận về địa chất công trình.
Quan trắc độ lún công trình
Quan trắc lún và biến dạng công trình là công tác vô cùng cần thiết nhằm xác định các giá trị độ lún (độ lún lệch, tốc độ lún trung bình …) của công trình so với các giá trị tính toán theo thiết kế, qua đó đánh giá khả năng làm việc và độ ổn định của nền móng công trình trong quá trình xây dựng và sử dụng sau này.

Khi đo độ lún công trình có thể sử dụng một trong các phương pháp sau:

Các phương pháp quan trắc độ lún công trình

 Phương pháp đo cao hình học
 Phương pháp đo cao lượng giác
 Phương pháp đo cao thủy tĩnh
 Phương pháp chụp ảnh

1.Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao hình học

Đây là phương pháp cơ bản được ứng dụng trong hầu hết các công trình. Tùy theo yêu cầu độ chính xác quan trắc biến dạng công trình mà người ta dùng các loại máy khác nhau.Thông thường quan trắc độ lún đòi hỏi độ chính xác hạng II thủy chuẩn nhà nước, do vậy máy thường được sử dụng là máy Ni004 hoặc Ni007. Gần đây do tiến bộ của khoa học kĩ thuật các máy tủy chuẩn đang từng bước được đưa vào sử dụng trong đo thủy chuẩn hạng 2 nhà nước. Mia được sử dụng là mia Invar mã vạch. Trước mỗi chu kì đo máy và mia cần phải được kiểm nghiệm cẩn thận theo qui phạm, đặc biệt là xác định độ ổn định của góc i của máy.
Sơ đồ lưới và chương trình đo được quy định thống nhất với tất cả các chu kì đo để giảm thiểu lượng sai số hệ thống tới kết quả đo lún, đồng thời với mỗi công trình nên sử dụng một máy thủy chuẩn và một mia Invar cố định, cùng với một người đo từ đầu chu kì đến cuối chu kì, trong những điều kiện ngoại cảnh tương tự nhau nhằm hạn chế sai số hệ thống lên kết quả đo.
Các chỉ tiêu kĩ thuật va hạn sai tuân thủ theo quy phạm hiện hành.
Phương pháp này đo được độ lún tuyệt đối, máy và dụng cụ đơn giản, nhưng để chỉnh lý thì phương pháp này đòi hỏi kĩ thuật rất cao.
2.Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao thủy tĩnh
Trong những điều kiện đặc biệt, người ta áp dụng phương pháp này, vi dụ trong các công trình công nghiệp có các hệ thống máy phức tạp với điều kiện quan trắc chật hẹp.
Thực chất của phương pháp này là áp dụng nguyên lý bình thông nhau. Trong phương pháp, người ta gắn phần đầu và phần cuối của hệ thống đo vào mốc kiểm tra cơ sở. Với mỗi chu kỳ đo, kết nối các mốc điểm kiểm tra với mốc cơ sở bằng dây dẫn chất lỏng. Trong phương pháp này có mấy điểm chú ý:
-Lựa chọn chất lỏng trong ống dẫn hợp lý, có thể là dầu nhẹ (SEA 10 đến SEA 15), để giảm khả năng tạo bọt, giảm khả năng giãn nở do nhiệt.
-Chọn tuyến đo có sự chênh lệch nhiệt độ trong môi trường ít nhất.
-Tính số hiệu chỉnh đo chênh cao nhiệt độ theo tuyến ống.
-Đọc số đầu – cuối đồng thời
3.Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao lượng giác
Trong những trường hợp không thuận lợi hoặc kém hiệu quả đối với đo cao hình học và yêu cầu độ chính xác đo lún không cao thì áp dụng phương pháo đo cao lượng giác tia ngắm ngắn không quá 100m.
Máy kinh vĩ dùng trong phương pháp này có độ chính xác cao như Theo 010, wild T2, T1, T2 và các máy có độ chính xác tương đương.
Trong đo cao lượng giác, chênh cao giữa trục quay của ống kính máy kinh vĩ và điểm ngắm trên mia được tính theo công thức:
h=ldtanZ
Trong đó: l- là khoảng cách nằm ngang từ chân máy đến mia, được đo trực tiếp hoặc được tính theo công thức : l=b(sinZ1.sinZ2)/sin(Z1-Z2)
Trong trường hợp l được tính theo công thức này thì khi đó phải ngắm hai điểm trên mia để có hai góc thiên đỉnh Z1, Z2.
Khoảng cách b giữa hai điểm ngắm mia phải được xác định chính xác.
Phương pháp này có thể được thay thế cho đo cao hình học. Tuy nhiên phương pháp này mất tương đối nhiều công sức vào việc đánh dấu điểm. Ngoài ra còn bị ảnh hưởng bởi chiết quang.

4.Quan trắc lún bằng phương pháp chụp ảnh
Phương pháp đo là chụp ảnh đơn và chụp ảnh lập thể.
Cơ sở của phương pháp là gia công các ảnh chụp mặt đất. Phạm vi ứng dụng của phương pháp này là khi cần xác định các đại lượng biến dạng rất nhanh. Độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào khoảng chụp.
Trong đo độ lún công trình thì phương pháp đo cao lượng giác và chụp ảnh không đảm bảo độ chính xác, còn phương pháp đo cao thủy tĩnh thì quá phức tạp nên người ta sử dụng phổ biến phương pháp đo cao hình học vì phương pháp này cho độ chính xác cao lại đo đạc thuận lợi.
Quan trắc độ lún công trình
Quan trắc lún và biến dạng công trình là công tác vô cùng cần thiết nhằm xác định các giá trị độ lún (độ lún lệch, tốc độ lún trung bình …) của công trình so với các giá trị tính toán theo thiết kế, qua đó đánh giá khả năng làm việc và độ ổn định của nền móng công trình trong quá trình xây dựng và sử dụng sau này.

Các phương pháp quan trắc độ lún công trình

Để quan trắc chuyển dịch ngang công trình theo công nghệ truyền thống thì có 4 phương pháp chính như sau
1. Phương pháp tam giác
2. Phương pháp đa giác
3. Phương pháp giao hội
4. Phương pháp hướng chuẩn
Sau đây chúng tôi sẽ trình bày chi tiết từng phương pháp, cách thức tiến hành của từng phương pháp

Phương pháp tam giác
 Phương pháp tam giác (với các đồ hình đo góc, đo cạnh hoặc đo góc cạnh ) thường được ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang ở vùng đồi núi như các đập thủy lợi – thủy điện, công trình cầu, đường,…
 Các mốc quan trắc được bố trí ở những vị trí đặc trưng của công trình, có kết cấu thuận tiện cho việc đặt máy, gương hoặc bảng ngắm. Đo các yếu tố (góc , cạnh) trong lưới có thể sử dụng máy kinh vĩ hoặc máy toàn đạc điện tử chính xác cao.
 Số lượng trị đo trong lưới tam giác thường là lớn nên việc đo đạc trong mạng lưới cũng tốn nhiều thời gian, công sức và các chi phí khác. Hình 1 nêu ví dụ về một mạng lưới để quan trắc chuyển dịch công trình.

Phương pháp đa giác
 Được sử dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của những công trình có dạng hình cung như các tuyến đường, hầm giao thông, tuyến đập hạng vòm.
 Trên mỗi tuyến quan trắc xây dựng 1 đường chuyền qua các mốc gắn tại công trình đo nối ít nhất 2 phương vị gốc. Đo góc, cạnh trong tuyến đa giác bằng máy toàn đạc điện tử chính xác.

Phương pháp giao hội
 Các dạng lưới giao hội (giao hội góc, giao hội cạnh và giao hội góc-cạnh) có thể được áp dụng để quan trắc chuyển dịch ngang công trình một cách hiệu quả.
 Lưới giao hội 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 phương án cần cân nhắc, lựa chọn đồ hình giao hội phù hợp, để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật quan trắc, vừa đạt hiệu quả kinh tế của công việc.
 Xét điểm quan trắc P bằng một trong 3 phương pháp giao hội đơn là giao hội góc, giao hội cạnh và giao hội góc –cạnh (hình 3). Ký hiệu sai số đo góc là m_β, còn sai số đo các cạnh là S1 và S2 là m_S1, m_S2 tương ứng.

Các điểm QT1, QT2, QT3, QT4 là các điểm khống chế cơ sở
a. Giao hội góc
* Đo: Đặt máy kinh vỹ tại các điểm khống chế, đo các góc ngang βi
* Tính : Tính tọa độ điểm quan trắc P bằng bài toán giao hội góc thuận
* Độ chính xác :
Sai số trung phương vị trí điểm giao hội P tính theo mỗi tam giác

b. Giao hội cạnh
* Đo : Đặt máy toàn đạc điện tử tại các điểm khống chế, đo các cạnh (chiều dài ngang) Si.
* Tính
Tính tọa độ điểm quan trắc P bằng bài toán giao hội cạnh
* Độ chính xác
Sai số trung phương vị trí điểm giao hội P

c. Giao hội góc – cạnh
* Đo : Đặt máy toàn đạc điện tử tại các điểm khống chế, đo các góc ngang βi và các cạnh (chiều dài ngang) Si.
* Tính :
Tính tọa độ điểm quan trắc P bằng bài toán giao hội góc – cạnh
* Độ chính xác :
Sai số trung phương vị trí điểm giao hội P

Phương pháp hướng chuẩn
 Hướng chuẩn qua hai điểm là mặt phẳng thẳng đứng đi qua hai điểm đó( hướng AB)
 Độ lệch hướng chuẩn của điểm i nào đó là khoảng cách từ điểm đó đến hướng chuẩn

2 phương pháp đo độ lệch chuẩn
Phương pháp đo góc nhỏ
Để đo độ lệch hướng chuẩn của điểm i so với hướng chuẩn AB, tại điểm A đặt máy kinh vỹ, tại điểm B và điểm quan trắc i đặt bảng ngắm. Đo góc β và khoảng cách S

Phương pháp bảng ngắm di động
Bảng ngắm di động là thiết bị chuyên dùng, gồm bảng ngắm (1) được đặt và có thể trượt trên thước (2), vạch khắc mm trên thước được bắt đầu từ 0mm ở giữa thước, tăng dần về bên phải và giảm dần về bên trái. Thước được đặt cố định trên đế (3). Để di chuyển bảng ngắm trượt trên thước dùng ốc vi động

Đặt máy tại A, đặt bảng ngắm cố định tại B, thành lập được hướng chuẩn AB. Đặt bảng ngắm di động tại điểm quan trắc (N) sao cho thước thẳng góc góc hướng AB và trục đối xứng của bảng ngắm đi qua tâm mốc của điểm N, đọc giá trị trên thước là a. Dùng ốc vi động điều chỉnh bảng ngắm cho đến khi tia ngắm đi qua tâm bảng ngắm, đọc số đọc trên thước là b. Độ lệch hướng δ là hiệu số đọc trên thước

Độ chính xác và trường hợp áp dụng của các sơ đồ đo hướng chuẩn
Trong 4 sơ đồ đo hướng chuẩn thì sơ đồ toàn hướng và sơ đồ phân đoạn có độ chính xác gần như nhau; sơ đồ nhich dần có độ chính xác cao nhất và sơ đồ hướng giao chéo có độ chính xác thấp nhất. Nhưng sơ đồ hướng giao chéo thì giữa 2 điểm khống chế không cần thông hướng, do đó khi quan trắc chuyển dịch ngang của công trình dạng cong thì sơ đồ hướng giao chéo có thể được ứng dụng thích hợp. tùy từng điều kiện thực tế mà áp dụng kết hợp các sơ đồ hợp lý.

Quan trắc nghiêng công trình
Kiểm tra độ nghiêng công trình chính, công trình lân cận do ảnh hưởng trong quá trình thi công. Trên cơ sở các số liệu quan trắc cảnh báo hiện trường nghiêng bất thường vượt quá tiêu chuẩn cho phép, ảnh hưởng đến chất lượng công trình,…
1. Mục đích quan trắc nghiêng công trình
Kết quả quan trắc được nhằm giúp kiểm chứng kết quả tính toán trong thiết kế, kiểm soát các tác động của thi công, thúc đẩy hoặc trì hoãn tiến độ thi công và xử lý nhằm không để xảy ra sự cố.
Quan trắc nghiêng công trình lân cận và quan trắc nghiêng công trình chính nhằm đánh giá mức độ nghiêng của công trình, từ đó tính toán một số thông số đánh giá độ ổn định công trình theo tiêu chuẩn quy định
2. Tiêu chuẩn áp dụng
TCVN 9364:2012:Nhà cao tầng – Kỹ thuật đo đạc phục vụ công tác thi công
TCVN 9398-2012: Công tác trắc địa trong công trình – Yêu cầu chung
TCVN 9400:2012 “Nhà và công trình xây dựng dạng tháp – Xác định độ nghiêng bằng phương pháp trắc địa”
TCVN 9381:2012 “Hướng dẫn đánh giá mức độ nguy hiểm của kết cấu nhà”.
3. Thiết bị và biện pháp quan trắc
3.1 Thiết bị quan trắc nghiêng

3.2 Phương pháp quan trắc nghiêng (phương pháp tọa độ)
Mỗi vị trí thiết kế lắp đặt một gương dán tại độ cao phù hợp với vị trí và kết cấu công trình nhằm đánh giá được độ nghiêng tốt nhất và vị trí ổn định nhất.
Giá trị nghiêng từng mốc trong mỗi chu kỳ đo được xác định dựa trên sự chênh lệch toạ độ giữa các lần đo và chu kỳ tiếp theo.
Phương pháp quan trắc nghiêng được dựa theo nguyên lý chênh lệch tọa độ theo phương trục X, trục Y.
Phương phaùp và độ chính xác đo lưới cơ sở theo yêu cầu (Bảng 3, trang 16, TCVN 9398:2012)
• Độ chính xác đo đạc lưới tọa độ cơ sở, phương pháp đo, các chỉ tiêu giới hạn sai số cho phép áp dụng theo lưới đường chuyền cấp 1. Sai số trung phương đo góc M = 5’’, sai số khép giới hạn tương đối cho phép, fs/[S]≤1/15000, sai số giới hạn khép góc đường chuyền 10” n (với n là số góc trong đường chuyền).
• Lưới quan trắc nghiêng này được đo đạc với độ chính xác tương đương đường chuyền cấp 2.
Các điểm quan trắc nghiêng với sai số trung phương đo góc M = 10’’, sai số khép giới hạn tương đối cho phép, fs/[S]≤1/10000.

4. Báo cáo kết quả
4.1 Xử lý số liệu
Xác định tọa độ X, Y các điểm đo nghiêng và sử dụng phần mềm CAD MAP để vẽ đồ hình công trình.
Khoảng cách ngang thành phần tích lũy được tính theo công thức:

Khoảng cách ngang toàn phần được tính theo công thức:

Khoảng cách ngang tương đối thành phần:

Hướng nghiêng tính theo công thức:

Do đó, độ nghiêng toàn phần tính theo công thức:

4.2 Giới hạn cảnh báo
Dựa theo TCVN 9381:2012, mục 5.2.3.4 và mục 5.2.5.4
– Mức cảnh báo 1: Khi độ nghiêng toàn phần vượt quá 0.2% x H.
– Mức cảnh báo 2: Khi độ nghiêng toàn phần vượt quá 0.5% x H.
– Mức cảnh báo 3: Khi độ nghiêng toàn phần vượt quá 0.7% x H.
Trong đó: H là chiều cao của mốc quan trắc so với mặt đất

*** Công ty Nam Sông Tiền với đội ngũ kỹ sư và máy móc hiện đại tự tin là đối tác của Coteccons, Hòa Bình, CoFiCo,ANTACO,PHAN VŨ ,873 và quý khách hàng … trên mọi công trình.