vấn đề đo lún và chuyển vị của công trình PGs Lê Kiều Trờng Đại học Kiến trúc Hà nội Đo lún là một loại đo chuyển vị để xác định độ chuyển dịch vị trí công trình chủ yếu theo phơng thẳng đứng. Đo chuyển vị cho công trình, ngoài đo lún còn phải đo chuyển vị ngang và nghiêng cho công trình. Khi đo lún và đo chuyển vị cho công trình phải thiết lập quy trình đo. Quy trình này phải đáp ứng các yêu cầu của Tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn xây dựng Việt nam mang mã số TCXDVN 309 :2004 đợc ban hành theo quyết định số 04/2005 / QĐ-BXD ngày 10-01-2005 của Bộ trởng Bộ Xây dựng đợc trích về mục Công tác đo lún. đo chuyển dịch nhà và công trình . Sau đây là những yêu cầu cơ bản và các bớc phải tiến hành trong quan trắc lún và chuyển dịch của công trình. Quan trắc lún và chuyển dịch ngang công trình 1. Khái niệm cơ bản về chuyển dịch công trình và các nguyên nhân gây ra chuyển dịch công trình 1.1 Phân loại chuyển dịch công trình Sự chuyển dịch của công trình đợc hiểu là sự thay đổi vị trí nguyên thuỷ của nó trong không gian dới sự tác động của các yếu tố tự nhiên nh ma, ngập, động đất hay của tải trọng, của các hoạt động khác. Có thể phân loại chuyển dịch công trình thành hai loại chính sau đây: - Chuyển dịch theo phơng thẳng đứng (sự trồi hoặc lún của công trình ) - Chuyển dịch theo phơng nằm ngang Tổng hợp của hai loại chuyển dịch này của công trình nhất là khi nó xảy ra không đồng đều tạo nên các biến dạng nguy hiểm cho công trình nh cong, nghiêng, vặn xoắn, vết nứt vv. Nếu biến dạng lớn vợt quá giới hạn sẽ dẫn đến các sự cố công trình. 1.2 Nguyên nhân gây ra chuyển dịch và biến dạng công trình Có hai loại nguyên nhân chủ yếu dẫn đến chuyển dịch biến dạng công trình Do các yếu tố tự nhiên Do các yếu tố nhân tạo Các yếu tố tự nhiên bao gồm Sự thay đổi trạng thái kích thớc nh co dãn của các lớp đất đá dới nền móng công trình Sự thay đổi của các yếu tố vật lý nh các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, mực nớc ngầm v.v. ảnh hởng của các hiện tợng địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, của các hoạt động kiến tạo của vỏ trái đất Nguyên nhân do các yếu tố nhân tạo bao gồm ảnh hởng của tải trọng tác động lên công trình Các sai sót trong quá trình khảo sát địa chất công trình, sự thu thập không đầy đủ thông tin về khảo sát Sự thay đổi các tính chất cơ lý của đất đá do những tác động của con ngời làm thay đổi trạng thái về nớc ngầm nh khai thác nớc ngầm quá đáng, về thi công hệ thống công trình ngầm Sự rung động của nền móng do hoạt động của các thiết bị, máy móc trong thời gian thi công xây dựng cũng nh trong giai đoạn khai thác vận hành công trình Sự thay đổi áp lực lên nền móng cũng nh điều kiện địa chất thuỷ văn do việc thi công xây dựng các công trình lân cận. 2. Các tham số đặc trng cho chuyển dịch công trình 2.1 Các tham số đặc trng cho chuyển dịch thẳng đứng (độ lún) Độ lún tuyệt đối là khoảng cách theo phơng thẳng đứng từ mặt phẳng công trình lúc ban đầu của nền móng đến mặt phẳng của nó ở thời điểm quan trắc Độ lún tơng đối tại hai thời điểm t 1 và t 2 là khoảng cách theo ph- ơng thẳng đứng từ mặt phẳng của nền móng tại các thời điểm nói trên Độ lún trung bình là giá trị trung bình của độ lún trên toàn bộ mặt bằng của nền móng. Độ lún trung bình của công trình thờng đợc xác định một cách gần đúng sau bằng tổng độ lún của các mốc chia cho số mốc đợc quan trắc = = n i itb s n s 1 1 (23) Trong đó s i - Độ lún của mốc thứ i (i=1, 2, n) n Số mốc quan trắc Tốc độ lún của công trình là tỷ số giữa độ lún và thời khoảng thời gian quan trắc (tính bằng táng hoặc năm) Độ lún lệch giữa hai điểm là chênh lệch độ lún của hai điểm đang xét tại cùng một thời điểm 2.2 Các tham số đặc trng cho chuyển dịch ngang Đối với chuyển dịch ngang chúng ta cũng có thể đa ra các tham số chuyển dịch theo hớng dọc (t) và ngang (u) của công trình. Giá trị tơng đối, tuyệt đối và tốc độ chuyển dịch đợc xác định tơng tự nh chuyển dịch thẳng đứng. 3. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc 3.1 Đối với quan trác độ lún Độ chính xác đo lún công trình đợc qui định cụ thể đối với từng loại công trình trong TCXDVN 271:2002. Việc đo lún đợc tiến hành lặp đi lặp lại nhiều lần gọi là chu kỳ đo. Có thể phân chia quá trình đo lún thành 3 giai đoạn trong đó các chu kỳ đo đợc lựa chọn nh sau: a. Giai đoạn thi công Chu kỳ quan trắc đầu tiên đợc tiến hành đo sau khi đã xây dựng xong phần móng công trình Các chu kỳ tiếp theo đợc thực hiện tuỳ theo tiến độ xây dựng. Thong th- ờng chúng đợc thực hiện sau khi công trình đã đạt đợc 25%, 50% và 100% tải trọng. Đối với các công trình quan trong xây dựng trên khu vực có điều kiện địa chất phức tạp có thể tăng chu kỳ đo trong quá trình thi công xây dựng. b. Giai đoạn đầu khi đa công trình vào khai thác sử dụng Trong giai đoạn này các chu kỳ quan trắc đợc ấn định tuỳ thuộc vào tốc độ lún của công trình. Tốc độ lún càng lớn thì số chu kỳ đo phải ấn định càng dày, ngợc lại tốc độ lún càng nhỏ thì số chu kỳ đo ấn định tha đi. Thông th- ờng trong giai đoạn này chu kỳ đo dao động trong khoảng 1-6 tháng. c. Giai đoạn công trình đi vào ổn định Chu kỳ đo trong giai đoạn này có thể ấn định từ 6 tháng đến 1 năm Vịêc quan trắc sẽ kết thúc khi tốc độ lún của công trình nhỏ hơn 2mm/năm 3.2 Đối với quan trắc dịch chuyển ngang Yêu cầu độ chính xác quan trắc dịch chuyển ngang tuỳ thuộc vào tính chất của công trình và nền móng của chúng. Sai số giới hạn khi quan trắc dịch chuyển ngang đợc qui định nh trong bảng Bảng cho Sai số giới hạn quan trăc chuyển dịch ngang công trình Thứ tự Loại nền móng công trình Sai số giới hạn 1 Công trình xây dựng trên nền đá gốc 1 mm 2 Công trình xây dựng trên nền đát sét, đát cát 3 mm 3 Công trình xây dựng trên nền đát đá chụi áp lực cao 5 mm 4 Công trình xây dựng trên nền đát đắp, đát sình lầy 10 mm Các chu kỳ quan trắc phải thực hiện nh sau: a. Trong giai đoạn thi công xây dựng công trình Chu kỳ quan trắc đầu tiên đợc thực hiện ngay sau khi xây dựng xong phần móng trớc khi có áp lực ngang tác động vào công trình. Các chu kỳ tiếp theo đợc ấn định tuỳ theo mức độ tăng hoặc giảm áp lực ngang lên công trình b. Trong giai đoạn đầu vận hành công trình Thực hiện hai chu kỳ quan trắc trong những điều kiện khác biệt nhất Khi tốc độ chuyển dịch < 2mm/năm có thể ngừng quan trắc 4. Phơng pháp quan trắc 4.1 Quan trắc độ lún Có nhiều phơng pháp quan trắc độ lún. Hiện nay có hai phơng pháp chủ yếu đang đợc áp dụng đó là phơng pháp thuỷ chuẩn hình học và phơng pháp thuỷ chuẩn thuỷ tĩnh. Phơng pháp thuỷ chuẩn hình học đợc áp dụng rộng rãi nhất do nó có nhiều u điểm nh cho phép đo nhanh, độ tin cậy cao. Phơng pháp thuỷ chuẩn thuỷ tĩnh chỉ áp dụng trong các trờng hợp đặc biệt nh không gian thao tác chật hẹp không thể đặt máy và mia đợc. 4.2 Quan trác dịch chuyển ngang Hiện nay ngời ta sử dụng các phơng pháp sau đây để quan trắc dịch chuyển ngang - Phơng pháp hớng chuẩn - Phơng pháp toạ độ Phơng pháp hớng chuẩn để quan trắc dịch chuyển ngang khá tiện lợi nhng nó chỉ áp dụng đợc cho các công trình có dạng thẳng. Ngày nay, với sự trợ giúp của công nghệ GPS và các máy toàn đạc điện tử phơng pháp toạ độ đang ngày càng đợc sử dụng rộng rãi. 5. Qui trình quan trắc chuyển dịch và biến dạng Việc quan trắc chuyển dịch (lún hoặc chuyển dịch ngang) của công trình đợc thực hiện theo qui trình sau đây a. Lập phơng án kỹ thuật Trong phơng án kỹ thuật cần nêu rõ các đặc điểm nền móng và kiến trúc của công trình, các điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn trong khu vực xây dựng trên cơ sở phân tích các đặc điểm trên để có phơng án bố tric các mốc chuẩn và các mốc quan trắc (mốc đo lún hoặc các mốc quan trắc dịch chuyển ngang), ấn định phơng pháp và độ chính xác đo, chọn chu kỳ đo cũng nh các máy móc , thiết bị đo đạc. b. Bố trí mốc chuẩn Các mốc chuẩn có vai trò quan trọng quyết định đến độ chính xác của kết quả qua quan trắc chuyển dịch của công trình. Các mốc chuẩn phải đợc thiết kế phù hợp và phải đợc đặt tại các vị trí ổn định lâu dài. c. Bố trí các mốc quan trắc Các mốc quan trắc (mốc đo lún hoặc mốc quan trắc dịch chuyển ngang) đợc bố trí tại các vị trí nhạy cảm của công trình với số lợng thích hợp để có thể đánh giá đợc một cách đầy đủ, đăcj trng nhất cho độ dịch chuyển của nó. d. Tổ chức thực hiện đo đạc đại lợng chuyển dịch theo phơng pháp đã chọn Việc tổ chức đo đạc đợc tiến hành theo đúng đề cơng đã đợc phê duyệt trong phơng án kỹ thuât e. Xử lý số liệu, đóng gói và giao nộp hồ sơ Sau khi tiến hành đo đạc cần khẩn trơng xử lý số liệu và giao nộp cho chủ đầu t công trình Những yêu cầu về đo lún và biến dạng công trình đợc TCXDVN 309 :2004 nh sau : ( đoạn này trích nguyên văn TCXDVN 309 :2004) 9. Công tác đo lún, đo chuyển dịch nhà và công trình 9.1 Những quy định chung về đo độ lún và đo chuyển dịch 9.1.1 Việc đo độ lún, đo chuyển dịch nền nhà và công trình, cần đợc tiến hành theo một chơng trình cụ thể nhằm các mục đích sau: - Xác định các giá trị độ lún, độ chuyển dịch tuyệt đối và tơng đối của nền nhà và công trình so với các giá trị tính toán theo thiết kế của chúng; - - - - Tìm ra những nguyên nhân gây ra lún, chuyển dịch và mức độ nguy hiểm của chúng đối với quá trình làm việc bình thờng của nhà và công trình trên cơ sở đó đa ra các giải pháp nhù hợp nhằm phòng ngà các sự cố có thể xảy ra; Xác định các thông số đặc trng cần thiết về độ ổn định của nền và công trình; Làm chính xác thêm các số liệu đặc trng cho tính chất cơ lý của nền đất; Dùng làm số liệu kiểm tra các phơng pháp tính toán, xác định các giá trị độ lún, độ chuyển dịch giới hạn cho phép đối với các loại nền đất và các công trình khác nhau. 9.1.2 Công việc đo độ lún và đo chuyển dịch nền móng của nhà và công trình đợc tiến hành trong thời gian xây dựng và sử dụng cho đến khi đạt đợc độ ổn định về độ lún và chuyển dịch. Việc đo chuyển dịch trong thời gian sử dụng công trình còn đợc tiến hành khi phát hiện thấy công trình xuất hiện các vết nứt lớn hoặc có sự thay đổi rõ nét về điều kiện làm việc của nhà và công trình. 9.1.3 Trong quá trình đo chuyển dịch nhà và công trình cần phải xác định (độc lập hoặc đồng thời) các đại lợng sau: - Chuyển dịch thẳng đứng( độ lún, độ võng, độ trồi); - Chuyển dịch ngang( độ chuyển dịch); - Độ nghiêng; - Vết nứt. 9.1.4 Việc đo độ lún và chuyển dịch công trình đợc tiến hành theo các trình tự sau: - Lập đề cơng hoặc phơng án kỹ thuật; - Lựa chọn thiết kế cấu tạo các loại mốc chuẩn và mốc quan trắc; - Phân bố vị trí đặt mốc cơ sở mặt bằng và độ cao; - Gắn các mốc đo lún hoặc đo chuyển dịch cho nhà và công trình; - Sử dụng máy đo các giá trị độ lún, độ chuyển dịch ngang và độ nghiêng. - Tính toán sử lý số liệu và phân tích kết quả đo. 9.1.5. Các phơng pháp đo độ lún, đo chuyển dịch ngang và độ nghiêng nêu trong đề cơng hoặc phơng án kỹ thuật đợc chọn tuỳ thuộc vào yêu cầu độ chính xác của phép đo, đặc điểm cấu tạo của móng, đặc điểm về địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của đất nền, khả năng ứng dụng và hiệu quả kinh tế của phơng pháp. 9.1.6. Việc xác định sơ bộ độ chính xác đo độ lún, đo chuyển dịch ngang đợc thực hiện phù hợp với các giá trị độ lún và độ chuyển dịch ngang dự tính theo thiết kế đợc nêu ở bảng 5. Dựa trên cơ sở sai số cho phép đo chuyển dịch ở bảng 5 để xác định độ chính xác của các cấp đo; khi không có các số liệu dự tính theo thiết kế thì việc lựa chọn các cấp đo dựa vào đặc điểm của nền đất và tầm quan trọng của công trình theo bảng 6; Cấp 1: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và công trình đợc xây dựng trên nền đất cứng và nửa cứng (thời gian sử dụng trên 50 năm), các công trình quan trọng, các công trình có ý nghĩa đặc biệt. Cấp 2: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và công trình đợc xây dựng trên nền cát, đất sét và trên nền đất có tính biến dạng cao, các công trình đợc đo để xác định các nguyên nhân h hỏng. Cấp 3: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và công trình đợc xây dựng trên nền đất đắp, nền đất yếu và trên nền đất bị nén mạnh. Bảng 5 - Sai số đo chuyển dịch đối với các giai đoạn xây dựng và sử dụng công trình Đơn vị tính bằng mm Giá trị tính toán độ lún và độ chuyển dịch ngang dự tính theo thiết kế Giai đoạn xây dựng Giai đoạn sử dụng công trình Loại đất nền Cát Đất sét Cát Đất sét 1 2 3 4 5 < 50 50 ữ 100 100 ữ 250 250 ữ 500 > 500 1 2 5 10 15 1 1 2 5 10 1 1 1 2 5 1 1 2 5 10 Bảng 6 - Sai số giới hạn đo chuyển dịch và độ chính xác của các cấp đo Đơn vị tính bằng mm Độ chính xác của các cấp đo Sai số đo chuyển dịch. Độ lún Độ chuyển dịch ngang 1 2 1 2 2 5 3 5 10 9.2. Công tác chuẩn bị trớc khi đo 9.2.1 Công tác chuẩn bị trớc khi đo độ lún: Công tác chuẩn bị trớc khi đo độ lún bằng phơng pháp đo cao hình học đợc nêu trong TCXDVN 271: 2002. 9.2.2 Công tác chuẩn bị trớc khi đo chuyển dịch ngang và đo nghiêng: Trớc khi đo chuyển dịch ngang và đo nghiêng nhà hoặc công trình cần xây dựng lới các mốc chuẩn. Các mốc chuẩn này đợc coi là ổn định so với mặt phẳng nằm ngang của các chân cột và có thể sử dụng các điểm này để đặt chân máy chiếu ngợc theo từng độ cao của các điểm cần đo. So sánh sự chênh lệch giữa các khoảng cách ngang của các điểm đo sẽ xác định đợc giá trị chuyển dịch ngang hoặc độ nghiêng của công trình theo từng hớng ở các độ cao khác nhau. 9.2.3 Trong quá trình đo chuyển dịch ngang và đo nghiêng cần phải tiến hành đánh giá độ ổn định của lới mốc chuẩn theo mỗi chu kỳ. 9.3 Các phơng pháp đo độ lún, đo chuyển dịch nhà và công trình 9.3.1 Các phơng pháp đo độ lún công trình. 9.3.1.1 Khi đo độ lún của nhà và công trình có thể sử dụng 1 trong các phơng pháp sau: - - - - Phơng pháp đo cao hình học; Phơng pháp đo cao lợng giác; Phơng pháp đo cao thuỷ tĩnh; Phơng pháp chụp ảnh. 9.3.1.2 Phơng pháp sử dụng phổ biến để đo độ lún nhà và công trình là phơng pháp đo cao hình học. Quy trình kỹ thuật để đo và xác định độ lún theo phơng pháp này đã đợc nêu trong TCXDVN 271: 2002. 9.3.2 Các phơng pháp đo chuyển dịch ngang của công trình 9.3.2.1 Để đo độ lún nhà và công trình có thể sử dụng riêng biệt một trong các phơng pháp sau hoặc sử dụng kết hợp một số phơng pháp sau: - Phơng pháp hớng chuẩn; - Phơng pháp đo góc - cạnh. 9.3.2.2 Đo chuyển dịch ngang theo phơng pháp hớng chuẩn thực chất là đo khoảng cách từ các điểm kiểm tra đến mặt phẳng thẳng đứng (hớng chuẩn) tại các thời điểm khác nhau bằng phơng pháp đo góc nhỏ hoặc phơng pháp bẳng ngắm di động. 9.3.2.3 Trong trờng hợp không thể thành lập đợc hớng chuẩn để quan trắc chuyển dịch ngang cần sử dụng một trong các phơng pháp sau: - Phơng pháp giao hội góc, giao hội cạnh hoặc giao hội góc cạnh; - Phơng pháp tam giác; - Phơng pháp đờng chuyền đa giác. 9.3.2.4 Sai số giới hạn cho phép khi đo chuyển dịch ngang đợc quy định nh sau: 1mm đối với công trình xây dựng trên nền đá gốc; 3mm đối với công trình xây dựng trên nền đất cát, đất sét và các loại đất chịu nén khác; 5mm đối với các loại đập đất đá chịu áp lực cao; 10mm đối với công trình xây dựng trên nền đất đắp, đất bùn chịu nén kém và 15mm đối với công trình bằng đất đắp. - - Yêu cầu độ chính xác khi đo chuyển dịch ngang đối với các công trình đặc biệt đợc tính toán riêng trên cơ sở thiết kế kỹ thuật và công nghệ của từng công trình; Trong trờng hợp cha xác định trớc đợc hớng chuyển dịch của công trình thì phải quan trắc theo hai hớng vuông góc với nhau. 9.3.3. Phơng pháp đo độ nghiêng công trình 9.3.3.1 Độ chính xác cần thiết khi đo độ nghiêng công trình phụ thuộc vào loại công trình, chiều cao, chiều dài của công trình. Sai số cho phép đo độ nghiêng của các công trình không đợc vợt quá quy định sau đây: - - - Đối với nền bệ móng lớn, máy liên hợp: 0,00001 L Đối với tờng của các công trình công nghiệp và dân dụng : 0,0001H Đối với ống khói, tháp, cột cao: 0,0005 H trong đó: L - chiều dài của nền bệ; H - chiều cao của công trình. 9.3.3.2 Tuỳ theo điều kiện cụ thể của khu vực, chiều cao của công trình và độ chính xác cần thiết để lựa chọn các phơng pháp đo độ nghiêng sau đây: - Phơng pháp tọa độ; - Phơng pháp đo góc ngang; - Phơng pháp đo góc nhỏ; - Phơng pháp chiếu đứng; - Phơng pháp đo khoảng thiên đỉnh nhỏ. [...].. .Vấn đề ghi chép lu giữ hồ sơ Các tài liệu đo đạc, tính toán và bản đồ địa hình tỷ lệ lớn phục vụ cho quy hoạch, thiết kế, thi công xây lắp công trình phải đợc lu giữ dới dạng báo cáo kỹ thuật, bản đồ địa hình in trên giấy và bản đồ số Các tài liệu hồ sơ về lới khống chế thi công, lới bố trí công trình và các công tác trắc địa công trình khác phục vụ cho thi công, xây lắp, đo vẽ hoàn công và quan... thi công, lới bố trí công trình và các công tác trắc địa công trình khác phục vụ cho thi công, xây lắp, đo vẽ hoàn công và quan trắc chuyển dịch công trình phải đợc tổng hợp, báo cáo, nghiệm thu, bàn giao cho chủ đầu t lu giữ trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình LK . trồi); - Chuyển dịch ngang( độ chuyển dịch); - Độ nghiêng; - Vết nứt. 9.1.4 Vi c đo độ lún và chuyển dịch công trình đợc tiến hành theo các trình tự sau: - Lập đề cơng hoặc phơng án kỹ thuật; - Lựa. giá trị tính toán theo thiết kế của chúng; - - - - Tìm ra những nguyên nhân gây ra lún, chuyển dịch và mức độ nguy hiểm của chúng đối với quá trình làm vi c bình thờng của nhà và công trình trên. các yêu cầu của Tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn xây dựng Vi t nam mang mã số TCXDVN 309 :2004 đợc ban hành theo quyết định số 04/2005 / QĐ-BXD ngày 1 0-0 1-2 005 của Bộ trởng Bộ Xây dựng đợc trích về mục