Thiết kế phương án thành lập lưới khống chế cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình

thuật yêu cầu thi công vận hành công trình ngày một đòi hỏi có độ chính xác cao, đảm bảo cho công trình được ổn định và sử dụng lâu dài. Để đáp ứng yêu cầu đó, công tác trắc địa có đóng góp rất lớn từ giai đoạn thiết kế, thi công, đến giai đoạn công trình bắt đầu vận hành và đi vào ổn định. Cơ sở để quan trắc công trình chính là lưới khống chế trắc địa. Vì vậy việc đánh giá độ ổn định của lưới khống chế cơ sở bao khắp công trình có vai trò thiết yếu. Đối với công trình cụ thể, tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên, điều kiện xã hội và chế độ vận hành mà các thiết kế sơ đồ lưới phù hợp với độ chính xác máy móc hiện có . Đồng thời đưa ra phương pháp tối ưu về kinh tế và kỹ thuật để phân tích, đánh giá chính xác nhất độ ổn định của các mốc lưới cơ sở. Với mục đích trên, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Phúc. Với mong muốn tìm hiểu về vấn đề này tôi đã nhận đề tài : "Thiết kế phương án thành lập lưới khống chế cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình". Nội dung cụ thể sẽ được trình bày như sau : Chương 1:Những vấn đề chung về chuyển dịch biến dạng công trình và các phương pháp xác định Trong chương sẽ nêu nguyên nhân gây ra chuyển dịch ngang công trình đó xác định được mục đích, nhiệm vụ quan trắc chuyển dịch ngang công trình và đưa ra các phương pháp xác định sự chuyển dịch đó . Chương2 : thành lập lưới khống chế cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình  Nêu lên biện pháp tối ưu về kinh tế , kỹ thuật trong lập hệ thống lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang . nhạn định vai trò của lưới khống chế cơ sở cùng yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc chuyển dịch ngang Chương3: xử lý lưới khống chế cơ sở và thiết kế phương án thành lập lưới khống chế cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình. Nói lên sự khác biệt giữa lập lưới khống chế cơ sở trong quan trắc chuyển dịch công trình với các lưới khống chế phục vụ mục đích khác. Đo vẽ địa hình, địa chính, nghiên cứu khoa học... đặc biệt là vấn đề ước tính độ chính xác lập lưới khống chế cơ sở. Đó là lưới trắc địa tự do với phương cách chuyển đổi chúng về hệ tọa độ ổn định để định vị chính xác các điểm của lưới. Trên cơ sở đó ta phân tích độ ổn định các mốc lưới cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình nhờ thuật toán bình sai lưới tự do. Thực nghiệm thiết kế phương án lập lưới cơ sở quan trắc chuyển dịch ngang công trình là chứng minh cụ thể cho đề tài: Để hoàn thành được các chủ đề nêu trên của đồ án , tôi được các thầy cô trong khoa giúp đỡ cùng sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Th.S Nguyễn Quang Phúc. Tuy nhiên do chưa phong phú về tài liệu sử dụng cũng như kinh nghiệm thực tiễn cho nên khó tránh khỏi có nhược điểm trong nội dung cũng như các thuật ngữ khoa học trình bày. Vì thế tôi rất mong có sự giải trình bổ sung của thầy cô và những ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn!. Sinh viên thực hiện. Hoàng Văn Hưng Lớp trắc địa A - K45 Chương 1: Những vấn đề chung 1.1. Khái niệm chung về chuyển dịch và biến dạng công trình 1.1.1.Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình Trong quá trình thi công cũng như vận hành công trình thường xảy ra hiện tượng một phần hay toàn bộ công trình thay đổi vị trí theo thời gian. Sự thay đổi đó gọi là hiện tượng chuyển dịch biến dạng công trình. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, có thể chia chuyển dịch công trình thành hai loại: - Chuyển dịch ngang công trình: là chuyển dịch của công trình trong mặt phẳng nằm ngang. - Sự trồi lún (chuyển dịch đứng): là chuyển dịch của công trình trong mặt phẳng thẳng đứng. Khi công trình chuyển dịch không đều có thể gây nên biến dạng. Các biến dạng thường gặp: cong, vặn xoắn, rạn nứt. Nếu công trình bị biến dạng nghiêm trọng thì có thể dẫn đến sự cố. Vì vậy, nhiệm vụ của người làm công tác quan trắc là phải xác định được mức độ biến dạng và tìm ra nguyên nhân gây biến dạng, từ đó đưa ra biện pháp phòng chống kịp thời. 1.1.2. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình Các công trình bị chuyển dịch biến dạng là do tác động của hai loại yếu tố chủ yếu sau: - Điều kiện tự nhiên - Quá trình xây dựng, vận hành công trình a. Tác động của các yếu tố tự nhiên. - Khả năng lún, trượt của lớp đất đá dưới nền móng công trình và các hiện tượng địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khác. - Sự co giãn của đất đá - Sự thay đổi của các điều kiện thủy văn theo nhiệt độ, độ ẩm, và sự thay đổi mực nước ngầm. b. Các yếu tố liên quan đến quá trình xây dựng, vận hành công trình - ảnh hưởng của trọng lượng bản thân công trình - Sự thay đổi các tính chất cơ lý của đất đá cho việc quy hoạch cấp thoát nước. - Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn. - Sự suy yếu của nền móng công trình do thi công các công trình ngầm dưới công trình. - Sự thay đổi áp lực ngang lên nền móng công trình do xây dựng các công trình khác ở gần. - Sự rung động của nền móng công trình do vận hành máy móc và hoạt động của các phương tiện giao thông. 1.1.3. Đặc tính và tham số chuyển dịch ngang a. Chuyển dịch ngang tuyệt đối của một điểm (qi) Là đoạn thẳng từ vị trí ban đầu của điểm đó đến vị trí tại thời điểm quan trắc (tính trong mặt phẳng ngang) (1.1) Trong đó: (xij, yij) là tọa độ (xét trong mặt phẳng ngang) của điểm thứ i trong chu kỳ quan trắc (xio, yi) là toạ độ ban đầu của điểm i Các điểm ở vị trí khác nhau của công trình có mức chuyển dịch ngang bằng nhau thì quá trình chuyển dịch ngang được coi là chuyển dịch đều. Chuyển dịch ngang đều chỉ xảy ra khi áp lực ngang của công trình và mức độ chịu nén của đất đá ở các vị trí khác nhau của nền là như nhau. Chuyển dịch ngang không đều xảy ra do sự chênh lệch áp lực ngang lên công trình và mức độ chịu nén của đất đá không như nhau. Chuyển dịch ngang không đều làm cho công trình bị nghiêng cong, vặn xoắn và biến dạng khác. Biến dạng lớn sẽ có thể dẫn đến hiện tượng gãy, nứt ở nền móng và tường công trình. b. Chuyển dịch ngang trung bình của công trình: qtb (1.2) Trong đó: qi: chuyển dịch tuyệt đối của điểm i n: số lượng điểm kiểm tra trên công trình c. Chênh lệch chuyển dịch theo một trục q Đặc trưng cho độ xoay của công trình q = q3 - q1 (1.3) Trong đó: q3, q1 là giá trị chuyển dịch của hai điểm ở hai đầu trục d. Độ cong tuyệt đối và độ cong tương đối của công trình theo một trục. Độ cong tuyệt đối f1 được xác định như sau: (1.4) q1, q3 là giá trị chuyển dịch của hai điểm ở hai đầu trục q2 là giá trị chuyển dịch của điểm kiểm tra ở giữa trục Độ cong tương đối f2 (1.5) l1,3 chiều dài của trục công trình e. Tốc độ chuyển dịch của từng điểm và tốc độ chuyển dịch trung bình Tốc độ chuyển dịch của điểm i: Vi t: thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc Tốc độ chuyển dịch trung bình của công trình: Vtb 1.2: Mục đích và nhiệm vụ quan trắc chuyển dịch ngang công trình 1.2.1. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc a. Mục đích: Quan trắc chuyển dịch ngang công trình là để xác định mức độ chuyển dịch công trình trong mặt phẳng ngang nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng tai biến với công trình cụ thể là: - Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng đánh giá mức độ ổn định của công trình - Kiểm tra việc tính toán thiết kế công trình - Nghiên cứu quy luật biến dạng công trình trong những điều kiện khác nhau và dự đoán biến dạng của công trình trong tương lai. - Xác định các loại biến dạng có ảnh hưởng đến quá trình công nghệ, vận hành công trình. b. Nhiệm vụ: Để quan trắc chuyển dịch biến dạng một công trình, trước hết cần phải thiết kế phương án kinh tế - kỹ thuật bao gồm: - Nhiệm vụ kỹ thuật - Khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên và chế độ vận hành - Sơ đồ phân bố mốc khống chế và mốc kiểm tra - Sơ đồ quan trắc - Yêu cầu độ chính xác quan trắc ở những giai đoạn khác nhau. - Phương pháp và dụng cụ đo - Phương pháp chỉnh lý kết quả đo - Sơ đồ lịch cho công tác quan trắc - Biên chế nhân lực và dự toán kinh phí. 1.2.2. Nguyên tắc chung thực hiện quan trắc Để đạt kết quả cao trong công tác quan trắc và đảm bảo tính khách quan của số liệu đo cần thực hiện quan trắc theo 4 nguyên tắc sau: - Để xác định sự chuyển dịch của các công trình ta cần thực hiện đo ở nhiều thời điểm, mỗi thời điểm gọi là một chu kỳ, chu kỳ đầu tiên gọi là chu kỳ không - Trong mỗi chu kỳ cần so sánh tương đối toạ độ các điểm quan trắc gắn trên công trình với một đối tượng khác được xem là ổn định. Trong quan trắc chuyển dịch ngang đối tượng sử dụng để so sánh ở mỗi chu kỳ quan trắc là các điểm cơ sở ổn định ở chu kỳ đó. - Mức độ chuyển dịch của các công trình là rất nhỏ. Vì vậy, cần có phương pháp và phương tiện độ chính xác cao để quan trắc. Để đảm bảo độ chính xác và tính khách quan, trong các chu kỳ quan trắc cần đo theo cùng một sơ đồ đo, cùng một loại máy, cùng một người đo và cố gắng đo trong những điều kiện thời tiết như nhau. - Lưới khống chế cơ sở trong quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình khác với các lưới khống chế sử dụng cho các mục đích khác như: đo vẽ bản đồ địa hình, bản đồ địa chính... Vì vậy, chúng ta cần có kỹ thuật xử lý riêng phù hợp với bản chất của chuyển dịch biến dạng công trình. Việc xử lý cần đảm bảo sao cho kết quả đo tại mỗi chu kỳ không chịu ảnh hưởng của sai số số liệu gốc và hệ thống lưới trong suốt quá trình quan trắc cần phải được định vị trong cùng một hệ thống toạ độ đã chọn từ chu kỳ đầu tiên. 1.2.Các phương pháp xác định chuyển dịch ngang công trình 1.2.1. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp hướng chuẩn a. Hướng chuẩnvà các phương pháp xác định hướng chuẩn. Thực chất của hướng chuẩn là mặt phẳng thẳng đứng đi qua hai điểm cố định. Quan trắc chuyển dịch ngang theo phương pháp hướng chuẩn là đo khoảng cách từ điểm kiểm tra đến mặt phẳng thẳng đứng (hướngchuẩn) ở các thời điểm khác nhau. Phương pháp hướng chuẩn được áp dụng để đo chuyển dịch ngang các công trình dạng thẳng, hướng chuyển dịch ngang vuông góc hướng chuẩn. Tuỳ theo phương pháp thành lập hướng chuẩn mà phân biệt. Hướng chuẩn cơ học: một sợi dây mảnh căng qua hai điểm cố định. Hướngchuẩn quang học: tia ngắm từ điểm đặt máy đến điểm đạt tiêu. Hướng chuẩn lade: Tia lade từ điểm đặt máy đén điểm đặt tiêu. Trong phương pháp hướng chuẩn thường thấy trục hoành trùng với hướng chuẩn và trục tung vuông góc với nó. Do đó chuyển dịch ngang một điểm của công trình là sự thay đổi tung độ của điểm đó trong các chu kỳ quan trắc khác nhau. y b1 1 2 3 4 5 6 A B y1 H Sơ đồ phân bố mốc cơ sở, mốc quan trắc và mốc kiểm tra đơn giản nhất như hình 1.1. Hình 1.1 Trong đó: A, B: Mốc cơ sở I.II:Mốc quan trắc hướng chuẩn. 1, 2, 3, 4, 5, 6: Mốc kiểm tra (chuyển dịch) yi: Độ lệch hướng của điểm i. Trong phương pháp hướng chuẩn quang học có hai cách đo độ lệch hướng, phương pháp góc nhỏ và phương pháp bảng ngắm di động. -Phương pháp góc nhỏ. Tại điểm I đặt máy kinh vĩ, tại điểm IIvà điểm kiểm tra i đặt bảng ngắm. Đo góc bi và khoảng cách li. Độ lệch hướng của điểm i được tínhtheo công thức: yi = li tg bi (1.8) vì bi rất nhỏ nên có thể viết: (1.9) Trong mỗi chu kỳ chỉ cần đo góc b1 còn khoảng cách li chỉ đo 1 lần ở chu kỳ đầu tiên và được sử dụng cho tất cả các chu kỳ sau. Sai số trung phương của độ lệch hướng được tính theo công thức: (1.10) Do góc bi rất nhỏ nên số hạng thứ nhất và vế phải của (2.3) có thể bỏ qua. Ta có: (1.11) - Phương pháp bảng ngắm di động. Máy đặt tại điểm I, bảng ngắm cố định tại II, thành lập hướng chuẩn I, II. Đặt bảng ngắm di động tại điểm kiểm tra i. Dùng vít vi động cực nhỏ có kích thước chia vạch của bảng ngắm động điều chỉnh bảng ngắm sao cho tia ngắm đi qua trục đối xứng của vạch của vạch khắc (tâm) của bảng ngắm. Độ lệch hướng yi được xác định từ số đọc trên thước của bảng ngắm và số đọc ban đầu của nó. Cần phải đo phải ngắm ở hai vị trí bàn độ đứng của máy kinh vĩ để khử sai số 2C. Số đọc ban đầu là số đọc khi trục đối xứng của bảng ngắm đi qua tâm mốc. Muốn có số đọc đó cần đọc số 2 lần (một lần khi bảng ngắm quay về phía máy và lần thứ hai khi quay bảng ngắm 1800 so với vị trí ban đầu) và lấy trung bình. Đối với mốc kiểm tra i thường phải đo 2 - 3 lần và lấy vị trí trung bình. Sai số trung phương của độ lệch y được xác định theo công thức. (1.12) my: Sai số trung phương độ lệch hướng y. m0: Sai số định hướng chuẩn. mng: Sai số đưda bảng ngắm vào đúng hướng chuẩn. ml: Sai số điều quang. l: Khoảng cách từ máy đến điểm kiểm tra. Nếu lấy: m0 = mng = (v độ phóng đại của ống kinh) thì (1.13) Chuyển dịch ngang của điểm kiểm tra từ chu kỳ đầu tiên đến chu kỳ j được xác định. Vj,l = yj - yl (1.14) Chuyển dịch ngang của một giữa chu kỳ j và chu kỳ (j - l) được tính theo công thức. Vj, j-l = yj - yj - l (1.15) Nếu các chu kỳ đo có cùng độ chính xác myi = my thì. mv = my (1.16) Từ (1.11), (1.13), (1.16) ta có: (1.17) (1.18) Từ (1.17) và (1.18) ta thấy sai số xác định chuyển dịch ngang băng phương pháp hướng chuẩn tỷ lệ thuận lợi với khoảng cách từ máy (điểm cơ sở) đến diểm kiểm tra. Nhiều công trình hiện đại như đập thuỷ lợi - thuỷ điện, cầu vượt.... có chiều dài lớn sẽ đòi hỏi độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang cao. Do đó phải tìm sơ đồ và biện pháp đo hướng chuẩn thích hợp để đảm bảo yêu cầu độ chính xác và có thể đo ngắm trong những điều kiện khác nhau. b.các sơ đồ hướng chuẩn. 1. Sơ đồ hướng chuẩn toàn phần. l I y1 y2 2 4 y4 y3 3 n yn y1 y1 Hình 1.2-sơ đồ hướng chuẩn toàn phần Đo đi: Đặt máy tại I định hướng về II lần lượt đo độ lệch hướng của các điểm kiểm tra 1, 2,....n, đo ở hai vị trí bàn độ đứng bên trái và bên phải. Đo về: Đặt máy tại II. định hướng về I, đo độ lệch hướng của các điểm kiểm tra n, n - 1,....., 1. 2. Sơ đồ hướng từng phần a. Phương pháp đo. 4 I l y1 q1 l1-2 2 6 7 11 H2 3 l2-4 l1-4 5 l4-6 l6-11 ln-4 Hình 1.3 Hướng chuẩn I - II được chia làm nhiều phần và tiến hành đo như sau: Đo đi: Định hướng I - II, đo điểm 4: q4 Định hướng I - 4, đo điểm 2: q2 Định hướng II - 4, đo điểm 6: q6 Định hướng I - 2, đo điểm 1: q1 Định hướng 2 - 4, đo điểm 3: q3 Định hướng 4 - 6, đo điểm 5: q5 Định hướng II - 6, đo điểm 7: q7 Đo về: Đặt máy ở II định hướng về I và theo tuần tự ngược lại với đo đi, lần lượt các điểm 4, 6, 2, 7, 5, 3, 1 b. Xác định độ lệch so với hướng chuẩn. (1.19) 3. Sơ đồ hướng nhích dần. 1 2 3 5 4 6 7 II I Hình 1.4-sơ đồ hướng nhích dần a. Phương pháp đo. Đo đi: Đặt máy tại I, định hướng về II, đo điểm 1 Đặt máy tại 1, định hướng về II, đo điểm 2 Đặt máy tại 2, định hướng về II, đo điểm 3 Tiếp tục nhích dần đến điểm đo cuối cùng. Đo về: Đặt máy tại I, định hướng về I, đo điểm 7 Đặt máy tại 7, định hướng về I, đo điểm 6 Tiếp tục nhích dần đến điểm đo 1. b. Tính độ lệch hướngchuẩn. - Đo đi (1.20) -Đo về: (1.21) (1.22) Trong sơ đồ hướng nhích dần, nếu khoảng cách giữa các mốc kiểm tra bảng nhau thì có thể xem sai số (mqi) không đổi: n: Số đoạn trên toàn hướng I - I 7 5 6 4 3 2 1 I y1 q1 y1 q2 x' II 4.sơ đồ hướng chéo nhau . Hình 1.5 a. Phương pháp đo. Đo đi: Đặt máy ở I, định hướng về 2, đo độ lệch q1 so với hướng I - 2 Đặt máy ở 1, định hướng về 3, đo độ lệch q1 so với hướng I - 3 Đặt máy ở 2, định hướng về 4, đo độ lệch q1 so với hướng 2 - 4 ....... Tiếp tục như vậy đến khi đo đô lệch q7 so với hướng 6-II Đo về: Đặt máy ở II, định hướng về 6, đo độ lệch q7 so với hướng II-6 Đặt máy ở 7, định hướng về 5, đo độ lệch q6 so với hướng 7 - 5. ... .... ... Tiếp tục như vậy đến khi đo độ lệch q1 so với hướng 2 - 1. Nếu độ lệch hướng lớn có thể đo theo phương pháp góc nhỏ, nếu độ lệch hướng nhỏ có thể đo theo phương pháp bảng ngắm di động. b. Tính độ lệch hướng. Trong sơ đồ này việc tính độ lệch hướng được tiến hành tương tự như tính đường chuyền phù hợp giữa 2 điểm I, II, không đo góc nối. Các góc ngoặt được xác định. b = 1800 - (d1 + dr) (1.23) Chọn hệ tọa độ giả định có điểm gốc trung I, trục x' trung với l.1 ta tính góc phương vị của các cạnh trong hệ toạ độ này. (1.24) Tính y'i của các điểm. (1.25) ..... ...... ... (1.26) Tính phương vị của hướng chuẩn I - II trong hệ toạ độ x'Iy': (1.27) Từ đó ta có: a'I.II = j Chuyển lại hệ toạ độ xIy ( trục x trùng với I - II) Tính lại các góc phương vị: (1.28) .... .... .... .... a11 = .... .... .... .... 7 x 1800 - (j + b1 + b2+ ... + b7) Tính độ lệch hướng y1 của các điểm trong hệ toạ độ xIy (1.29) Kiểm tra: (1.30) 1.2.2 quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp đo góc cạnh 1. Phương pháp đo hướng Phương pháp này được sử dụng khi điều kiện của công trình không thể thành lập được hướng chuyển và số lượng điểm kiểm tra không nhiều ( 3 á 5điểm) Để quan trắc chuyển dịch ngang bằng bằng phương pháp đo hướng thì phải bố trí ít nhất được 3 điểm cơ sở ở những vị trí ổn định như các điểm I, II, III (hình 1.6). Trong đó có một điểm (ví dụ điểm III) tạo thành với các điểm kiểm tra 1, 2,3,4 một hướng vuông góc với hướng dự kiến chuyển dịch của công trình, còn các góc giao hội không nhỏ hơn 300. III O7 O8 O9 1 2 3 4 I O1 O2 O3 O4 O5 O6 II Hình 1.6 Mỗi chu kỳ quan trắc được tiến hành như sau: Đo kiểm tra độ ổn định của các mốc cơ sở bằng cách giao hội nghịch lẫn các điểm khống chế cơ sở ở xa: Oi Đo góc giữa các điểm cơ sở và điểm kiểm tra, từ đó so sánh kết quả đo giữa các chu kỳ và tính giá trị thay đổi của hướng đến các điểm kiểm tra. Giá trị chuyển dịch của điểm kiểm tra được tính theo công thức: Trong đó; li: là khoảng cách từ điểm cơ sở đến điểm kiểm tra i Dbi: là lượng thay đổi hướng đến điểm kiểm tra i giữa hai chu kỳ quan trắc. Trong tất cả các chu kỳ quan trắc, các hướng định hướng I01, I02... phải như nhau. 2. Phương pháp tam giác Phương pháp tam giác và giao hội góc thường được ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của các công trình được xây dựng ở vùng đồi núi như các đập thuỷ lợi - thuỷ diện 1 2 V IV VI II III Hình ( 1.7) Các điểm kiểm tra được bố trí ở những độ cao khác nhau và có thể được bao gồm trong lưới tam giác nếu tại điểm đó đặt được máy kinh vĩ, nếu không chúng được xác định bằng phương pháp giao hội thuận. Để quan trắc chuyển dịch, một lưới đặc biệt được thành lập bao gồm cac điểm cơ sở và các điểm kiểm tra (hình 1.7) Trong lưới đo đường đáy và các góc cạnh kết hợp. Bình sai kết quả đo trong mỗi chu kỳ để tính toạ độ các điểm Dựa vào toạ độ tính được của các điểm ở các chu kỳ khác nhau để tính giá trị và hướng chuyển dịch. (1.31) Trong đó: xi,j; xi , (j-1): tọa độ x của điểm i tính được ở chu kỳ j và (j-1) yi,j; yi , (j-1): tọa độ y của điểm i tính được ở chu kỳ j và (j-1) qxi, qyi, q1: chuyển dịch của điểm i theo trục x, trục y và chuyển dịch toàn phần 3. Phương pháp đường chuyền (đa giác) Phương pháp này thường được ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của các công trình có dạng hình cung như đường hầm cong, đập cong (hình1.8) 1 2 3 4 II I Hình (1.8) Thành lập tuyến đa giác từ điểm cơ sở I qua các điểm kiểm tra 1,2,3,4 và đến điểm cơ sở II Trong mỗi chu kỳ, đo các góc và cạnh của đa giác. Bình sai tuyến đa giác và tính toạ độ của các điểm kiểm tra. Độ chuyển dịch của các điểm là hiệu toạ độ tính được ở 2 chu kỳ quan trắc. trong phương pháp này đòi hỏi đo góc và đo cạnh với đọ chính xác rất cao ,như vậy sẽ tốn rất nhiều thời gian và công sức. Vì vậy, dể quan trắc chuyển dịch các đập cong phương pháp đường chuyền ít được sử dụng hơn so với phương pháp giao hội. Chương 2 Thành lập lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình 2.1. Độ chính xác và chu kỳ quan trắc chuyển dịch ngang công trình 2.1.1. Độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang tuỳ thuộc vào loại công trình và nền móng của chúng. Sai số giới hạn vị trí điểm quan trắc chuyển dịch ngang thường được quy định: Quy mô công trình và tính chất của nền móng Độ chính xác(mQ),mm Công trình xây trên nền đá gốc ±1.0 Công trình xây trên nền đất cát, đất sét và các loại đất chịu nén khác ±3.0 Các loại đập đất đá chịu áp lực cao ±5.0 Công trình xây trên nền đất đắp, đất sình lầy ±10.0 Các loại công trình bằng đất đắp ±15.0 Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang đối với các công trình đặc biệt được tính toán riêng trên cơ sở kỹ thuật và công nghệ của từng công trình. 2.1.2. Chu kỳ quan trắc chuyển dịch ngang Thời gian thực hiện các chu kỳ quan trắc tuỳ thuộc vào loại công trình, loại nền móng công trình, đặc điểm áp lực ngang, mức độ chuyển dịch ngang và tiến độ thi công công trình. Chu kỳ quan trắc đầu tiên được thực hiện ngay sau khi xây móng công trình và trước khi có áp lực ngang tác động đến công trình. Các chu kỳ tiếp theo được thực hiện tuỳ theo mức tăng hoặc giảm áp lực ngang đối với công trình. Trong giai đoạn sử dụng công trình, thực hiện 1-2 chu kỳ quan trắc trong một năm vào những lúc điều kiện ngoại cảnh khác nhau nhiều nhất. Khi công trình ổn định, tốc độ chuyển dịch khoảng 1-2mm/năm thì có thể ngừng quan trắc chuyển dịch ngang. Trong trường hợp điều kiẹn vận hành công trình hoặc mức độ chuyển dịch công trình có sự thay đổi đột ngột thì phải quan trắc bổ sung. 2.2. lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình 2.2.1. Đặc điểm lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình Như đã biết, để quan trắc chuyển dịch ngang công trình, thông thường chúng ta phải thiết kế một mạng lưới khống chế độc lập hai cấp: cấp thứ nhất là lưới cơ sở, bao gồm các mốc khống chế cơ sở nằm ngoài khu vực chịu biến dạng của công trình và có yêu cầu cao về sự ổn định vị trí mặt bằng; cấp thứ hai là lưới quan trắc, bao gồm các mốc kiểm tra gắn trên công trình và trực tiếp chuyển dịch cùng với công trình. Hai bậc lưới này tạo thành một hệ thống lưới độc lập và trong từng chu kỳ quan trắc, chúng được định vị theo các mốc khống chế cơ sở. Mức chuyển dịch của công trình là rất nhỏ nên yêu cầu độ chính xác trong đo chuyển dịch ngang rất cao. Vì vậy lưới khống chế cơ sở dùng để định vị lưới, lưới kiểm tra cần phải có độ chính xác cao, đảm bảo độ ổn định lâu dài. Tuy nhiên, do tự nhiên và con người tác động mà các mốc khống chế cơ sở không hoàn toàn ổn định. Chính vì vậy, để đảm bảo tính khách quan của những chuyển dịch của công trình thì trong mỗi chu kỳ quan trắc phải phân tích, đánh giá mức ổn định của các mốc khống chế cơ sở. Vấn đề là ở chỗ, những kết luận về mức ổn định của chúng phải được dựa trên các tiêu chuẩn ổn định hợp lý bằng số, phù hợp với đặc điểm kết cấu, tính chất biến dạng và yêu cầu độ chính xác cần thiết xác định chuyển dịch của từng loại công trình cụ thể. Lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang được đo lặp theo chu kỳ. Do đó cần có quy trình và thuật toán xử lý số liệu phù hợp để xác định chính xác giá trị chuyển dịch của công trình ứng với thời điểm quan trắc. Nguyên lý xác định độ chuyển dịch biến dạng của công trình là dựa vào sự thay đổi vị trí của các mốc kiểm tra gắn trên công trình. Cho nên trong các chu kỳ quan trắc các mốc trong lưới phải được định vị trong cùng một hệ tọa độ thống nhất ngay từ chu kỳ đầu. 2.2.2. Nguyên tắc xây dựng lưới khống chế quan trắc chuyển dịch ngang công trình Chúng ta biết rằng: chuyển dịch của một điểm trong hệ tọa độ phẳng được coi là sự thay đổi vị trí của điểm đó trong mặt phẳng ngang. Vì vậy, có thể viết công thức định lượng xác định chuyển dịch của đối tượng bất kỳ như sau: -Chuyển dịch theo trục X QX = X(i) – X(j) (2.1) -Chuyển dịch theo trục Y QY = Y(i) – Y(j) (2.2) -Véc tơ chuyển dịch toàn phần (2.3) Trong các công thức trên X(i), Y(i), X(j), Y(j) là tọa độ điểm xác định được trong chu kỳ thứ i và j. Từ các công thức (2.1) đến (2.3) suy ra rằng: chuyển dịch của một điểm co thể tính được bằng cách đo tọa độ của điểm đó tại thời điểm khác nhau trong một hệ tọa độ thống nhất. Như vậy, việc đo chuyển dịch thực chất là lập lưới để đo tọa độ các điểm quan trắc gắn trên công trình. Trong quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình, để xác định mức độ chuyển dịch của công trình người ta thường xây dựng hệ thống lưới độc lập hai cấp: -Cấp thứ nhất: là bậc lưới cơ sở, bao gồm các điểm được đặt tại những vị trí cố định bên ngoài phạm vi ảnh hưởng của biến dạng công trình. Các điểm lưới cơ sở có tác dụng xác định tọa độ gốc cho toàn bộ công tác quan trắc và gọi là mốc cơ sở. Yêu cầu đối với điểm mốc cơ sở là phải có vị trí ổn định trong suốt quá trình quan trắc. -Cấp thứ hai: là bậc lưới quan trắc, bao gồm các mốc gắn trên công trình, cùng chuyển dịch với công trình và được gọi là mốc quan trắc hay mốc kiểm tra. Ngoài ra đối với những công trình lớn, khi mà các mốc của lưới cơ sở nằm cách xa đối tượng quan trắc có thể còn cần phải xây dựng thêm một bậc lưới trung gian nữa. Tuy nhiên, trong thực tế quan trắc chuyển dịch ngang các công trình ở Việt Nam mà trọng tâm là các công trình thuỷ điện và với các thiết bị đo đạc như hiện nay thì áp dụng lưới 2 bậc là phù hợp và đảm bảo tính chặt chẽ hơn lưới 3 bậc. Cũng xần phải nêu nên rằng về nguyên tắc cũng có thể bỏ qua việc thành lập bậc lưới khống chế cơ sở nếu chúng ta xây dựng được các mốc khống chế chắc chắn ổn định. Ví dụ, tại một số công trình thuỷ điện ở cộng hoà liên bang Nga đã sử dụng các mốc được chôn trên nền đá gốc và có cấu trúc theo phương pháp dây dọi ngược, thông thường các mốc này được chôn với độ sâu từ 45m đến 70m. Tuy nhiên giá thành các mốc này cao, việc thi công, bảo quản cũng rất phức tạp nên việc áp dụng mốc này không phù hợp với điều kiện nước ta. Giải pháp hợp lý và có hiệu quả kinh tế là thành lập mạng lưới khống chế cơ sở, áp dụng các phương pháp đo và xử lý số liệu hợp lý để đánh giá mức độ ổn định của các mốc trong lưới, thực hiện loại trừ các điểm mốc không ổn định ra khỏi tập hợp các điểm lấy làm gốc, tiếp theo tiến hành bình sai bậc lưới quan trắc, tính toán tọa độ các điểm kiểm tra và đánh giá mức độ chuyển dịch biến dạng công trình. Các điểm khống chế cơ sở là các điểm được chọn làm gốc cho việc bố trí đo và tính toán mạng lưới quan trắc. Vì vậy, ngoài yêu cầu chọn vị trí có điều kiện địa chất ổn định, nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng của biến dạng công trình, các điểm khống chế cơ sở cần được chọn tại những nơi có địa hình thuận lợi cho việc đặt máy và ngắm tới các điểm kiểm tra. Đối với những công trình đòi hỏi quan trắc với độ chính xác cao, các mốc cơ sở cần được thiết kế dưới dạng định tâm bắt buộc. 2.3.3. Yêu cầu độ chính xác các bậc lưới cơ sở để tính toán độ chính xác các bậc lưới trong quan trắc chuyển dịch công trình là yêu cầu độ chính xác xác định chuyển dịch ngang (mQ) thông thường giá trị mQ phụ thuộc vào các yếu tố như: điều kiện địa chất nền móng, đặc điểm kết cấu, chế độ vận hành công trình. từ yêu cầu độ chính xác xác định chuyển dịch chúng ta có thể tính toán dược yêu cầu độ chính xác đói với các bậc lưới theo trình tự sau: 1.xác định sai số toạ độ tổng hợp Từ công thức (2.1) , (2.2), coi dộ chính xác đo trong các chu kỳ là như nhau, có thể viết: mQx2 = mxi2 + mxj2 = 2mx2 mQy2 = myi2 + myj2 = 2my2 Ký hiệu sai số vị chí điểm tổng hợp là mp, khi đó: mQ2 = mQx2 + mQy2 = 2(mx2 + my2) = 2mp2 Như vậy sẽ thu được: mp = 2.4) Ví dụ: nếu sai số xác định đọ chuyển dịch đập đất công trình thuỷ điện là 5mm thì độ chính xác xác đinhj mốc kiểm tra (m0) nằm ở vị trí yếu nhất của lưới không được vượt quá giá trị 5mm/= 3.5mm. 2.xác định sai số các bậc lưới trong hệ thống lưới có n bậc, hệ số giảm độ chính xác giữa các bậc lưới là k và sai số tổng hợp các bậc lưới là mp htì sai số bậc thứ i được xác định theo công thức : mi = (2.5) Ví dụ, đối với số liệu đua ra trong bảng 1.2, chúng ta sẽ tính được sai số tổng hợp và sai số các cấp lưới như trong bảng 2.1 Bảng 2.1: yêu cầu độ chính xác các cấp lưới TT Hạng mục quan trắc sai số tổng hợp các bậc lưới(mm) sai số trung phương toạ độ (mm) lưới khống chế lưới quantrắc 1 Đập bê tông trên nền đá 0.7 0.3 0.6 2 Đập bê tông trên nền nền đất nện 1.4 0.6 1.2 3 Đập đá(đất đá) Giai đoạn xây dựng Giai đoạn vận hành 3.5 7.0 2.0 3.5 1.6 3.1 0.9 1.5 3.1 6.3 1.8 3.1 Từ yêu cầu độ chính xác quan trắc nêu trong bảng 2.1 có thể nhận thấy các thông số độ chính xác đối với quan trắc tuyến đập công trình thuỷ điện là rất cao, nhất là đập bê tông. Để đạt được các chỉ tiêu độ chính xác đó cần phải xây dưng mangụ lưới quan trắc với đò hình chặt chẽ và sử dụng các thiết bị kỹ thuật, công nghệ hiện đại nhất hiện có. 2.2.3. Kết cấu và phân bố các loại mốc trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình a. Mốc cơ sở Yêu cầu cơ bản đối với các mốc cơ sở là phải đảm bảo độ ổn định cao. Vì vậy, các mốc cơ sở phải có kết cấu thích hợp được đặt ở ngoài phạm vi ảnh hưởng của chuyển dịch biến dạng công trình, ở những nơi có điều kiện địa chất ổn định. Mốc cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang thường có hai loại mốc nổi và mốc chìm (hình 2.3a và hình 2.3b). b. Mốc quan trắc Mốc quan trắc có hai loại: Mốc gắn nền và mốc gắn thường. Yêu cầu chung đối với cả hai loại mốc là một đầu phải được gắn chặt vào công trình và chuyển dịch cùng công trình, đầu còn lại phải có cấu trúc thuận tiện cho việc đặt máy hoặc bảng ngắm (theo kiểu định tâm bắt buộc) (hình 2.4) Mốc quan trắc được đặt ở những vị trí đặc trưng của công trình, ở những nơi có khả năng xảy ra hiện tượng chuyển dịch biến dạng. Mốc quan trắc thường được đặt ở độ cao của nền công trình để giảm ảnh hưởng do nhiệt độ và độ nghiêng công trình. Đối với công trình dân dụng, mốc quan trắc được đặt theo chu vi của công trình, các mốc cách nhau không quá 20m. ở những vị trí chịu ảnh hưởng lớn của áp lực ngang thì khoảng cách giữa các mốc là 10m – 15m. Đối với công trình công nghiệp, mốc quan trắc được phân bố tuỳ thuộc vào loại móng công trình: Móng băng liền khối: các mốc đặt cách nhau 10m – 15m. Móng cọc hoặc khối: trên mỗi khối được đặt không ít hơn 3 mốc. Đối với các đập thuỷ lợi, thuỷ điện, mốc quan trắc được bố trí dọc đường hầm thân đập và dọc theo đỉnh đập. Nếu là đập đá thì khoảng cách giữa các mốc 15m – 20m. Nếu là đập bê tô._.