Đang tải... (xem toàn văn)
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế, Nhà nước cùng với các nhà đầu tư trong và ngoài nước đã và đang đầu tư xây dựng rất nhiều công trình lớn có quy mô hiện đại như: nhà máy xi măng, các công trình nhà cao tầng, nhà máy thủy điện, các công trình cầu…để thi công được các công trình này đều phải tiến hành công tác trắc địa. Một trong những công tác quan trọng được tiến hành ngay từ khi đặt nền móng công trình và được thực hiện trong suốt quá trình khai thác sử dụng và vận hành công trình đó chính là công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình. Các kết quả quan trắc biến dạng cho phép đánh giá mức độ ổn định và an toàn của công trình giúp cho người chủ quản có kế hoạch tu tạo, bảo dưỡng và ngăn chặn những hậu quả xấu có thể xảy ra đối với công trình. Nhận thức được tầm quan trọng của việc đánh giá độ ổn định của mốc khống chế cơ sở trong quan trắc lún công trình nên khi được giao đồ án tốt nghiệp tôi đã chọn đề tài "Khảo sát một số phương pháp đánh giá độ ổn định của mốc khống chế cơ sở trong quan trắc lún công trình". Nội dung đồ án bao gồm ba chương: Chương 1. Tổng quan về quá trình chuyển dịch biến dạng công trình. Chương 2. Một số phương pháp đánh giá độ ổn định mốc khống chế cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình. Chương 3. Thực nghiệm. Do trình độ và thời qian còn hạn chế nên cuốn đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của Thầy, Cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp để cuốn đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Thầy, Cô trong khoa Trắc Địa Bản Đồ cùng các bạn đồng nghiệp, đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của Cô Th.S Lê Thị Nhung trong suốt quá trình làm đồ án.
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, với phát triển kinh tế, Nhà nước với nhà đầu tư nước đầu tư xây dựng nhiều công trình lớn có quy mô đại như: nhà máy xi măng, công trình nhà cao tầng, nhà máy thủy điện, công trình cầu…để thi công công trình phải tiến hành công tác trắc địa Một công tác quan trọng tiến hành từ đặt móng công trình thực suốt trình khai thác sử dụng vận hành công trình công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình Các kết quan trắc biến dạng cho phép đánh giá mức độ ổn định an toàn công trình giúp cho người chủ quản có kế hoạch tu tạo, bảo dưỡng ngăn chặn hậu xấu xảy công trình Nhận thức tầm quan trọng việc đánh giá độ ổn định mốc khống chế sở quan trắc lún công trình nên giao đồ án tốt nghiệp chọn đề tài "Khảo sát số phương pháp đánh giá độ ổn định mốc khống chế sở quan trắc lún công trình" Nội dung đồ án bao gồm ba chương: Chương Tổng quan trình chuyển dịch biến dạng công trình Chương Một số phương pháp đánh giá độ ổn định mốc khống chế sở quan trắc biến dạng công trình Chương Thực nghiệm Do trình độ thời qian hạn chế nên đồ án tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp Thầy, Cô giáo bạn đồng nghiệp để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Thầy, Cô khoa Trắc Địa Bản Đồ bạn đồng nghiệp, đặc biệt bảo tận tình Cô Th.S Lê Thị Nhung suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội tháng năm 2015 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN DỊCH BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 1.1.KHÁI NIỆM VỀ CHUYỂN DỊCH BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 1.1.1 Chuyển dịch công trình Chuyển dịch công trình không gian thay đổi vị trí công trình theo thời gian chia làm loại: chuyển dịch thẳng đứng chuyển dịch ngang Chuyển dịch theo phương thẳng đứng gọi độ trồi lún (theo chiều xuống gọi lún hướng lên gọi trồi).Chuyển dịch mặt phẳng ngang gọi chuyển dịch ngang 1.1.2 Biến dạng công trình Biến dạng công trình thay đổi hình dạng kích thước công trình không gian diễn theo thời gian.Đây kết tất yếu chuyển dịch không phận công trình thường gặp tượng cong vênh,vặn xoắn,rạn nứt công trình Hình 1.1 Thí nghiệm biến dạng Nếu tình trạng chuyển dịch biến dạng vượt giới hạn cho phép ảnh hưởng tới trình thi công xây dựng mà gây hậu to lớn tới trình sử dụng công trình Do quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình có ý nghĩa sâu sắc mặt kinh tế 1.1.3 Nguyên nhân gây chuyển dịch biến dạng công trình Các công trình bị chuyển dịch biến dạng nhiều nguyên nhân gây ra, có nhóm nguyên nhân chủ yếu: a Nhóm nguyên nhân liên quan đến điều kiện tự nhiên • Sự lún trượt lớp đất đá • Sự thay đổi điều kiện thuỷ văn,thời tiết khí hậu • Sự thay đổi tính chất lớp đất đá hoạt động địa chất công trình,địa chất thuỷ văn b Nhóm nguyên nhân liên quan đến trình xây dựng vận hành công trình • Do thay đổi tải trọng công trình • Do thay đổi áp lực lên công trình trình xây • Do thi công xây dựng công trình ngầm móng công trình • Do sai sót trình khảo sát địa chất 1.1.4 Công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình a.Mục đích quan trắc Công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình tiến hành theo phương án kĩ thuật nhằm: • Thứ nhất: xác định giá trị độ lún,độ chuyển dịch công trình sở đánh giá mức độ ổn định công trình • Thứ hai: xác định thông số cần thiết độ ổn định công trình,làm xác thêm cho số liệu đặc trưng cho tính chất lý đất, dùng làm số liệu kiểm tra việc tính toán thiết kế công trình Từ tìm nguyên nhân quy luật chuyển dịch biến dạng,đồng thời đưa phương án phòng chống lại tai biến xảy b.Nguyên tắc thực công tác quan trắc Công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng tuân thủ nguyên tắc sau: • Chuyển dịch biến dạng công trình diễn theo thời gian nên để xác định thông số cần phải đo nhiều thời điểm,mỗi thời điểm gọi chu kỳ,chu kỳ gọi chu kỳ “0” • Chuyển dịch biến dạng cần so sánh với đối tượng khác xem ổn định.Đối tượng xem ổn định công trình liền kề ổn định mốc khống chế có độ ổn định cao • Chuyển dịch biến dạng công trình thường có trị số nhỏ diễn chậm theo thời gian nên để phát cần phải có phương pháp phương tiện độ xác cao • Trong chu kỳ quan trắc việc tính toán xử lý số liệu phải thực hệ thống tọa độ,độ cao chọn từ chu kỳ đầu,chỉ bình sai lưới quan trắc sau phân tích độ ổn định mốc lưới khống chế sở 1.2.LƯỚI KHỐNG CHẾ ĐO LÚN CÔNG TRÌNH Để đảm bảo cho tính chặt chẽ độ xác cần thiết cho xác định độ cao cần thành lập mạng lưới liên kết mốc sở mốc quan trắc hệ thống thống nhất.Như vậy, lưới khống chế đo lún thành lập với cấp lưới: • Lưới khống chế cấp sở • Lưới khống chế cấp quan trắc 1.2.1.Lưới khống chế sở Lưới bao gồm tuyến đo chênh cao liên kết toàn điểm mốc độ cao sở, mốc đặt cách công trình khoảng không xa phải đảm bảo tính ổn định cao.Mạng lưới thành lập đo chu kỳ quan trắc nhằm: • Kiểm tra đánh giá độ ổn định mốc sở • Xác định hệ thống độ cao sở thống tất chu kỳ đo Thông thường sơ đồ lưới thiết kế vẽ mặt công trình sau khảo sát, chọn vị trí đặt mốc khống chế thực địa.Vị trí đặt kết cấu mốc khống chế sở cần lựa chọn cẩn thận cho mốc bảo toàn lâu dài thuận lợi cho việc đo nối đến công trình,đặc biệt cần ý bảo đảm ổn định mốc suốt trình quan trắc Trên sơ đồ thiết kế lưới có ghi rõ tên mốc vạch tuyến đo,ghi rõ số lượng trạm đo chiều dài dự kiến tuyến Trong điều kiện cho phép nên tao thành vòng khép kín để dễ dàng cho việc kiểm tra chất lượng đo đạc tính chặt chẽ lưới Để xác định cấp hạng đo hạn sai cho phép cần thực ước tính độ xác lưới,có thể xác định sai số đo chênh cao trạm máy km chiều dài tuyến.So sánh số liệu ước tính với quy phạm để xác định cấp hạng đo phù hợp.Thực tế, quan trắc lún công trình Việt Nam số nước cho thấy lưới khống chế sở thường có độ xác tương đương thuỷ chuẩn hạng I,II nhà nước Lưới khống chế sở xây dựng thường có điểm,từng cụm điểm lưới đo cao dày đặc có cấu trúc hình dạng gồm điểm Hình1.2 Sơ đồ lưới quan trắc lún công trình + MC1, MC2, MC3 MC4 mốc khống chế sở + 1, 2, mốc quan trắc 1.2.2 Lưới quan trắc Lưới quan trắc mạng lưới độ cao liên kết điểm lún gắn công trình đo nối với mốc lưới khống chế sở Các tuyến đo cần lựa chọn cẩn thận, đảm bảo thông hướng tốt, tạo nhiều vòng khép,các tuyến đo nối với lưới khống chế sở bố trí quanh công trình Các mốc quan trắc bố trí phần chịu lực công trình cao mặt móng khoảng 0.5m.Bố trí dày đặc nơi dự kiến lún xảy nhiều thuận lợi cho việc quan trắc đo đạc Cả lưới sở quan trắc tạo thành hệ thống độ cao thống nhất, có liên hệ chặt chẽ với đo đạc đồng thời chu kỳ,giúp cho việc phân tích kiểm tra độ ổn định mốc sở 1.2.3 Yêu cầu độ xác cấp lưới khống chế đo lún Bằng việc ước tính độ xác lưới thiết kế ta biết phương án thiết kế chọn cần phải tiến hành đo đạc lưới sở quan trắc theo tiêu chuẩn tương ứng Độ lún điểm tính hiệu độ cao điểm chu kỳ quan trắc: (1.1) Gọi ms sai số trung phương xác định độ lún công trình lấy thiết kế kỹ thuật: (1.2) Các chu kỳ quan trắc thường thiết kế với đồ hình độ xác tương đương nên coi Như công thức tính sai số tổng hợp độ cao: (1.3) Nếu nhiệm vụ quan trắc có yêu cầu đảm bảo độ xác xác định độ lún lệch xuất phát từ công thức: (1.4) Coi sai số xác định độ cao điểm m,n chu kỳ i,j nhau,ta có công thức gần đúng: (1.5) Giá trị sai số tổng hợpmHo tính từ công thức (1.3) (1.5) sở để xác định sai số đo cấp lưới bao gồm sai số bậc lưới: (1.6) Trong mHo, mKC, mQT sai số tổng hợp, sai số độ cao điểm khống chế sở sai số độ cao điểm quan trắc Tổng quát,khi lưới xây dựng từ bậcthì sai số bậc thứ i tính theo công thức: (1.7) Trên sở đó,sai số cấp lưới quan trắc lún tính sau: *Đối với lưới khống chế sở: (1.8) * Đối với lưới quan trắc: (1.9) Dựa vào công thức (1.8) (1.9) số liệu yêu cầu độ xác quan trắc để xác định sai số trung phương độ cao điểm mốc yếu bậc lưới dựa vào công thức: (1.10) Sai số chênh cao đo cần phải có theoyêu cầu là: (1.11) Đó yêu cầu độ xác cấp lưới tiến hành thiết kế đo đạc lưới 1.3 MỐC KHỐNG CHẾ 1.3.1 Kết cấu mốc Hình 1.3 Mốc chuyển dịch ngang Trong quan trắc độ lún công trình, có hai loại mốc chủ yếu mốc khống chế (mốc sở) mốc quan trắc (mốc lún, mốc quan trắc).Đối với công trình lớn, phức tạp đặt mốc chuyển tiếp gần đối tượng quan trắc Mốc khống chế sở sử dụng để xác định hệ độ cao sở suốt trình quan trắc, yêu cầu mốc sở phải có ổn định, không bị trồi lún chuyển dịch Vì vậy, mốc khống chế sở phải có kết cấu thích hợp, đặt phạm vi ảnh hưởng độ lún công trình đặt tầng đất cứng.Mốc quan trắc gắn cố định vào công trình vị trí đặc trưng cho trình trồi lún công trình Tuỳ thuộc vào yêu cầu độ xác đo lún điều kiện địa chất móng xung quang khu vực đối tượng quan trắc, mốc sở dùng đo lún thiết kế theo ba loại mốc chôn sâu, mốc chôn nông mốc gắn tường gắn Xây dựng hệ thống mốc sở có đủ độ ổn định cần thiết quan trắc độ lún chuyển dịch ngang công trình công việc phức tạp, có ý nghĩa định đến chất lượng độ tin cậy kết cuối Mốc chôn sâu đặt gần đối tượng quan trắc, đáy mốc phải đạt độ sâu giới hạn lún lớp đất công trình, tốt đến tầng đá gốc, nhiều trường hợp thực tế đặt mốc đến tầng đất cứng đạt yêu cầu Điều kiện bắt buộc mốc chôn sâu phải có độ cao ổn định suốt trình quan trắc Để đảm bảo yêu cầu cần có biện pháp tính số hiệu chỉnh dãn nở lõi mốc thay đổi nhiệt độ, lõi mốc căng lực kéo phải tính đến số hiệu chỉnh việc đàn hồi mốc Trong thực tế sản xuất thường sử dụng hai kiểu mốc chôn sâu điển hình mốc chôn sâu lõi đơn mốc chôn sâu lõi kép 1.3.2 Phân bố mốc Các mốc sở đặt vị trí bên phạm vi ảnh hưởng lún công trình (cách không 1.5 lần chiều cao công trình quan trắc), nhiên không nên đặt mốc xa đối tượng quan trắc nhằm hạn chế ảnh hưởng tích luỹ sai số đo nối độ cao Để có điều kiện kiểm tra, nâng cao độ tin cậy lưới khống chế công trình quan trắc cần xây dựng không ba mốc khống chế độ cao sở Hệ thống mốc sở phân bố thành cụm, mốc cụm cách khoảng (15 50m) để đo nối từ trạm đo 10 Bảng 18 Độ cao điểm sau bình sai 2.3.4.2 Đánh giá độ ổn định chu kỳ so với chu kỳ Bảng 19 Chênh cao đo trọng số Bảng 20.Độ cao gần điểm Thành lập hệ phương trình số hiệu chỉnh: V=AX+L Bảng 21.Bảng ma trận số hiệu chỉnh A Bảng 22.Bảng số hạng tự L Bảng 23.Bảng tính trọng số P 45 Bảng 24 Bảng tính ma trận hệ số hệ phương trình chuẩn N Bảng 25 Bảng ma trận Bảng 26 Bảng ma trận Xác lập điều kiện định vị lưới: Bảng27 Bảng ma trận C 46 Bảng 28 Bảng ma trận nghịch đảo Bảng 29 Nghiệm X Bảng 30 Vector hiệu chỉnh Sai số trung phương trọng số đơn vị: Bảng 31 Độ cao điểm sau bình sai 47 Kết luận: 2.3.4.3 Đánh giá độ ổn định lưới khống chế sở chu kỳ so với chu kỳ Bảng 32 Chênh cao đo trọng số Bảng 33 Độ cao gần điểm Thành lập hệ phương trình số hiệu chỉnh: V=AX+L Bảng 34 Bảng ma trận số hiệu chỉnh A Bảng 35 Bảng số hạng tự L 48 Bảng 36 Bảng tính số P Bảng 37 Bảng ma trận Bảng 38 Bảng ma trận Xác lập điều kiện định vị lưới: Bảng39.Bảng ma trận C Bảng 40 Bảng ma trận nghịch đảo 49 Bảng 41 Nghiệm X Bảng 42 Độ cao điểm sau bình sai Vậy: Lần tính lặp 1: Chọn lại ma trận C: Bảng 43 Bảng ma trận C1 Bảng 44 Bảng ma trận nghịch đảo 50 Bảng 45 Ma trận nghiệm X Bảng 46 Độ cao điểm sau bình sai Kết luận: Vậy chu kỳ ta thấy điểm không ổn định Bảng 47 Vector hiệu chỉnh Sai số trung phương trọng số đơn vị: 2.3.4.4 Đánh giá độ ổn định lưới khống chế sở chu kỳ so với chu kỳ Bảng 48 Chênh cao đo trọng số Bảng 49 Độ cao gần điểm 51 Thành lập hệ phương trình số hiệu chỉnh: V=AX+L Bảng 50 Bảng ma trận số hiệu chỉnh A Bảng 51 Bảng số hạng tự L Bảng 52 Bảng tính số P 52 Bảng 53 Bảng ma trận Bảng 54 Bảng ma trận Xác lập điều kiện định vị lưới: Bảng 55 Bảng ma trận C Bảng 56 Bảng ma trận nghịch đảo Bảng 57 Nghiệm X Bảng 58 Độ cao điểm sau bình sai Vậy: 53 Lần tính lặp 1: Chọn lại ma trận C: Bảng 59 Bảng ma trận C1 Bảng 60 Bảng ma trận nghịch đảo Bảng 61 Ma trận nghiệm X Bảng 62 Độ cao điểm sau bình sai 54 Vậy: Vậy chu kỳ ta thấy điểm không ổn định Bảng 63 Vector hiệu chỉnh Sai số trung phương trọng số đơn vị: 55 3.3 So sánh kết tính toán Bảng 64 So sánh kết tính toán theo 4cách Chu kỳ Tên mốc R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 Trernhikov Ổn định Ổn định Ổn định Ổn định Ổn định Ổn định Không ổn định Ổn định Ổn định Kostekhel Ổn định Ổn định Ổn định Không ổn định Ổn định Ổn định Không ổn định Ổn định Ổn định 56 DPSurvey Ổn định Ổn định Ổn định Không ổn định Ổn định Ổn định Không ổn định Ổn định Ổn định Tính Excel Ổn định Ổn định Ổn định Không ổn định Ổn định Ổn định Không ổn định Ổn định Ổn định Ghi KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận Với phương pháp đánh giá ổn định mốc quan trắc cho ta kêt tương đối giống Tuy nhiên phương pháp có ưu nhược điểm riêng: - Phương pháp Kostekhel: + Phải quan trắc nhiều chu kỳ mốc có đa số [vv] = mốc coi ổn định độ cao từ chu kỳ lấy làm gốc tính độ cao + Mỗi mốc quan trắc có hạn sai riêng đánh giá độ ổn định + Khó lập trình phải dựa vào đồ hình để tính trọng số đảo tương đương, đồ hình khác tính trọng số đảo tương đương theo công thức khác - Phương pháp Trernhicov: + Tất mốc chu kỳ khác so sánh với hạn sai nên dễ dàng tính toán lập trình - Phương pháp sử dụng thuật toán bình sai tự (phần mềm DP Survey 2.8) + Tất mốc chu kỳ khác so sánh với hạn sai nên dễ dàng tính toán lập trình + Sử dụng phần mềm DP Survey lập trình sẵn giúp công tác tính toán đơn giản Giao diện phần mềm thân thiện, dễ dàng cho người sử dụng 57 2.Kiến nghị: Trong quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình ta thấy việc đánh giá độ ổn định mốc khống chế sở việc cần thiết quan trọng Kết đánh giá giúp tìm phương pháp hiệu qủa, hợp lý làm tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên nghành trắc địa 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Văn Hiến (1997), Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình, trường Đại Học Mỏ-Địa Chất, Hà Nội [2] Nguyễn Quang Phúc (2001), Tiêu chuẩn ổn định điểm độ cao sở đo lún công trình, Tuyển tập công trình khoa học Tập-33, Trường Đại Học Mỏ-Địa Chất, Hà Nội [3] Trần Khánh Nguyễn Quang Phúc (2010), Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình, 59