Nghiên cứu phương pháp trắc địa quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi..

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu phương pháp trắc địa quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi..

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN NGỌC ĐÔNG NGHIÊN CỨ ẮC, PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG NỀ NHÀ CAO TẦNG Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số: 62520503 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2014
2. Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa công trình, Khoa Trắc địa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Khánh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 1: TS Dương Chí Công Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ Phản biện 2: TS Nguyễn Văn Vấn Hội Trắc địa Bản đồ và Viễn thám Việt Nam Phản biện 3: TS Vũ Văn Đồng Cục Bản đồ - Bộ Tổng tham mưu Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường, họp tại Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất
3. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong thời gian gần đây, khi thi công hố đào để thi công móng và tầng hầm nhà cao tầng không ít công trình lân cận hố đào thường xảy ra sự cố nặng nề, gây nhiều tổn thất về kinh tế và gây ra bức xúc trong xã hội. Những tồn tại đó phần lớn là do không kịp thời theo dõi quan trắc và phân tích những tác động do quá trình thi công móng và tầng hầm có thể gây ra. Hiện nay vấn đề quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng trở nên cấp thiết. Tuy nhiên, vấn đề trên vẫn chưa được chú trọng thích đáng, chưa có những nghiên cứu thấu đáo, hoàn chỉnh và một giải pháp kỹ thuật nào được đề xuất. Vì vậy, nghiên cứu phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng là rất cần thiết. Góp phần không chỉ nhằm an toàn cho toàn nhà cao tầng mà còn cả các công trình lân cận, con người và các sinh hoạt bình thường của cư dân. 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm góp phần phát triển và hoàn thiện phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng, đánh giá và mô hình hóa quá trình chuyển dịch của nền móng và tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng. - Đối tượng nghiên cứu là: phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm của các công trình nhà cao tầng ở Việt Nam. - Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: Nghiên cứu phương pháp trắc địa, phương pháp sử dụng cảm biến quan trắc biến dạng nền móng và tường vây nhà cao tầng; nghiên cứu kết hợp phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến để nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả quan trắc biến dạng nền móng và tầng hầm; phân tích, đánh giá và mô hình hóa quá trình chuyển dịch của nền móng và tường vây nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm. 3. Nội dung nghiên cứu 1- Nghiên cứu kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng cảm biến để quan trắc lún nền móng và chuyển dịch ngang tường vây công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm. 2- Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc tự động để quan trắc liên tục chuyển dịch của tường vây. 3- Xây dựng mô hình chuyển dịch, phân tích, đánh giá, dự báo chuyển dịch nền móng và tường vây nhà cao tầng. 4- Lập phần mềm phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thống kê, phương pháp phân tích, phương pháp thực nghiệm, phương pháp so sánh, phương pháp ứng dụng tin học, phương pháp toán học.
4. 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển và hoàn thiện phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng và mô hình hóa quá trình chuyển dịch của nền móng, tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng. Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để quan trắc, phân tích, đánh giá và dự báo biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng ở thực tế sản xuất. Góp phần phòng ngừa sự cố đối với công trình và các công trình lân cận. 6. Các luận điểm bảo vệ - Luận điểm thứ nhất: Giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng cảm biến như đề xuất trong luận án cho phép nâng cao hiệu quả công tác quan trắc biến dạng nền móng và tường vây nhà cao tầng. - Luận điểm thứ hai: Mô hình biến dạng công trình thành lập trên cơ sở số liệu quan trắc cho phép đánh giá độ lún cũng như chuyển dịch ngang nền móng, tường vây nhà cao tầng theo thời gian, trong không gian và đánh giá sự phụ thuộc giữa biến dạng với tác nhân gây ra biến dạng đó. 7. Các điểm mới của luận án 1- Đề xuất giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng cảm biến để nâng cao chất lượng, hiệu quả công tác quan trắc biến dạng nền móng và tường vây nhà cao tầng. 2- Đề xuất thành lập các mô hình biến dạng nền móng, tường vây nhà cao tầng theo thời gian, trong không gian và đánh giá sự phụ thuộc giữa biến dạng với các tác nhân gây ra biến dạng. 3- Thành lập phần mềm phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng. 8. Cấu trúc và nội dung luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận án được trình bày trong 5 chương với hơn 130 trang thuyết minh, hình vẽ và bảng biểu. Chương 1. TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG 1.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu ở ngoài nước 1- Quan trắc chuyển dịch nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm. - Xác định nội dung quan trắc [82]. - Phương pháp quan trắc: Phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến [46], [47], [48], [49], [52], [53], [54]. 2- Phân tích đánh giá kết quả quan trắc chuyển dịch nền móng và tầng hầm nhà cao tầng [47], [50], [53], [60], [62]. 3- Tự động hóa quá trình quan trắc và xử lý số liệu [51], [55], [57], [58], [61], [63]. 1.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu ở trong nước
5. 3 1- Nghiên cứu về lý thuyết - Nghiên cứu phương pháp và quy trình quan trắc biến dạng công trình [3], [4], [5], [9], [13], [27], [28], [29]. - Nghiên cứu về thiết kế lưới và xử lý số liệu quan trắc biến dạng công trình [2], [10], [15], [19], [[20], [32]. - Nghiên cứu ứng dụng các thiết bị hiện đại trong quan trắc biến dạng công trình [3], [5], [32]. - Nghiên cứu phân tích biến dạng công trình [18], [19], [29], [32]. - Nghiên cứu ứng dụng tin học vào xử lý số liệu quan trắc biến dạng công trình [8], [21], [29]. 2- Triển khai công tác quan trắc nền móng nhà trong thực tế Công tác quan trắc nền móng nhà cao tầng có các công trình nghiên cứu [1] và một số công trình nghiên cứu đã trở thành tiêu chuẩn Quốc gia như [34], [35], [37], [38]. - Xác định nội dung quan trắc [36]. - Phương pháp quan trắc: Phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến. 1.3. Đánh giá chung về tình hình nghiên cứu 1- Trên thế giới, nhìn chung các nghiên cứu về lĩnh vực này có một số điểm chưa phù hợp với điều kiện Việt Nam (đất yếu, xây chen, yếu tố xây dựng, ). 2- Ở Việt Nam, chủ yếu sử dụng các thiết bị công nghệ hiện đại nhập khẩu, chưa có điều kiện chế tạo các thiết bị đo chuyên dùng cho công tác quan trắc biến dạng công trình. 1.4. Vấn đề tồn tại và định hướng nghiên cứu trong luận án Hiện nay phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến để quan trắc biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng vẫn đang tách biệt với nhau. Vì vậy, nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng cảm biến nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả công tác quan trắc biến dạng nền móng nhà cao tầng là việc làm cần thiết. Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc tự động để tự động quan trắc liên tục chuyển dịch của tường vây công trình nhà cao tầng nhằm góp phần phòng ngừa sự cố có thể xảy ra trong quá trình thi công hố đào là cần thiết. Hiện nay các số liệu quan trắc trong giai đoạn này mới chỉ ở khâu cung cấp số liệu chứ vẫn chưa có những phân tích đánh giá cụ thể ảnh hưởng của quá trình thi công hố đào đến các công trình lân cận. Do đó cần tiến hành nghiên cứu, phân tích số liệu quan trắc, thành lập mô hình chuyển dịch nền móng và chuyển dịch của tường vây nhằm kiểm soát sự cố có thể xảy ra đối với công trình. Chương 2. QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG 2.1. Yêu cầu kỹ thuật quan trắc độ lún trong quá trình xây dựng móng và tầng hầm nhà cao tầng 2.1.1. Nguyên nhân gây ra độ lún trong quá trình thi công móng và tầng hầm
6. 4 Trong quá trình thi công hố đào để thi công móng và tầng hầm, khi lấy đi một lượng đất nào đó sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất nên dẫn tới biến dạng của khối đất quanh hố đào. Đất sẽ chuyển dịch về phía hố đào, độ lớn của chuyển dịch phụ thuộc vào chất lượng của kết cấu chống giữ, loại đất, khoảng cách cũng như vị trí và tải trọng của công trình lân cận. Tổng hợp các loại chuyển dịch này sẽ làm mặt đất lân cận hố đào lún xuống. Nếu trong vùng ảnh hưởng này có các công trình thì chúng sẽ bị biến dạng. 2.1.2. Nội dung công tác quan trắc độ lún trong quá trình thi công móng và tầng hầm - Quan trắc lún bề mặt đất, quan trắc lún theo chiều sâu của các lớp đất xung quanh hố đào. - Quan trắc lún các công trình lân cận. - Quan trắc trồi hố móng (bùng nền đáy hố đào). - Theo [35] việc đo và xác định độ lún của công trình cần được tiến hành ngay từ khi xây xong phần móng. Do vậy, khi thi công xây dựng tầng hầm, công trình đã có tải trọng nên cần quan trắc độ lún của công trình ngay cả trong giai đoạn này. 2.1.3. Xác định vùng quan trắc lún trong quá trình thi công móng và tầng hầm Trong trường hợp thiết kế không đưa ra vùng cần quan trắc lún thì chúng ta có thể tính vùng ảnh hưởng này theo các công thức ước tính của lý thuyết cơ học đất. Theo đó, phạm vi ảnh hưởng của đất xung quanh hố đào ước tính theo công thức [80]: o Bo = H . tg(45 - / 2 ) (2.1) Trong đó: Bo - Phạm vi ảnh hưởng lún của khối đất (m); H - Độ sâu của kết cấu tường chắn (m); φ - Góc ma sát trong của đất (o). 2.1.4. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc lún trong quá trình thi công móng và tầng hầm 2.1.4.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún Cách 1: Dựa vào giá trị độ lún dự báo (do đơn vị thiết kế cung cấp) để xác định yêu cầu độ chính xác quan trắc. Cách 2: Có thể sử dụng các cấp hạng đo lún trong TCVN 9360:2012 [35] để quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng. Theo tiêu chuẩn này việc đo độ lún công trình được chia làm ba cấp: cấp I, cấp II và cấp III. 2.1.4.2. Chu kỳ quan trắc lún Chu kỳ quan trắc lún trong quá trình thi công móng và tầng hầm phụ thuộc vào tốc độ thi công mà xác định. 2.2. Quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm bằng phương pháp trắc địa 2.2.1. Kết cấu mốc quan trắc lún nền móng và tầng hầm nhà cao tầng 2.2.2. Thiết kế hệ thống lưới quan trắc
7. 5 Hệ thống lưới độ cao quan quan trắc lún công trình thường được thiết kế gồm 2 bậc lưới: lưới độ cao cơ sở và lưới quan trắc. 2.2.3. Quan trắc lún nền đất xung quanh hố móng Độ cao của điểm quan trắc lún nền đất xung quanh hố móng nên đo theo phương pháp đo cao hình học với độ chính xác theo đo lún cấp III. 2.2.4. Quan trắc lún các công trình lân cận hố đào Độ chính xác đo lún các công trình lân cận (nhà dân, công trình bê tông cốt thép) cần đo lún với độ chính xác đo lún cấp II. 2.2.5. Quan trắc trồi hố móng Độ cao của điểm quan trắc biến dạng trồi hố móng nên đo theo phương pháp đo cao hình học với độ chính xác theo đo lún cấp III. 2.2.6. Quan trắc lún công trình chính trong quá trình thi công tầng hầm Quan trắc lún công trình chính thực chất là quan trắc lún tường vây (tường tầng hầm) và các phần bên trong tường vây (cột, vách, vách thang máy, ). Độ chính xác đo lún cho công trình chính cần đo lún với độ chính xác đo lún cấp II. 2.2.7. Xử lý số liệu quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm 2.2.7.1. Phân tích độ ổn định mốc độ cao cơ sở Tiêu chuẩn ổn định của mốc độ cao cơ sở: mS (2.15) | Si | t. 1k2 Trong công thức (2.15): Si - độ lún của điểm độ cao cơ sở ở chu kỳ đang xét so với chu kỳ đầu; mS - yêu cầu độ chính xác xác định độ lún; t: là hệ số xác định tiêu chuẩn sai số giới hạn (t = 2÷3); k - hệ số suy giảm độ chính xác giữa các bậc lưới (k = 2÷3). 2.2.7.2. Tính toán bình sai lưới độ cao quan trắc lún 2.2.7.3. Tính toán tham số độ lún công trình 2.2.8. Nhận xét về quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng bằng phương pháp trắc địa Phương pháp trắc địa có ưu điểm là cho phép đạt độ chính xác cao, cho giá trị độ lún tuyệt đối. Nhược điểm của phương pháp là để quan trắc lún các lớp đất theo chiều sâu (quan trắc lún các tầng đất nền) đòi hỏi phải thi công các mốc quan trắc riêng biệt cho nên công lắp đặt lớn, do tại mỗi vị trí độ sâu cần quan trắc phải thực hiện một hố khoan riêng biệt để lắp đặt mốc. 2.3. Quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng bằng cảm biến 2.3.1. Cấu tạo hệ thống đĩa từ Đĩa từ là loại thiết bị chuyên dùng để quan trắc độ lún theo nguyên lý cảm ứng từ. Hệ thống thiết bị đĩa từ bao gồm: Ống dẫn hướng, nam châm chuẩn,
8. 6 nam châm nhện, nam châm đĩa, dây đo và đầu dò từ. 2.3.2. Phương pháp lắp đặt A Ố ng dẫn hướng có chân . . . . . . Dây đo Pn nhện từ được lắp đặt trong hố . . L P khoan và bố trí theo thứ tự . . . . . . Đầu dò như hình 2.9. . . . . Pi . . . . . . Đ ất đắp 2.3.3. Nguyên lý đo độ lún 0 L . . . . . . bằng đĩa từ Nam châm đĩa Trong phương pháp đĩa P.1 . . . từ lấ y điểm đáy ống làm . . . . . . chuẩn và độ cao điểm quan . . . . . . Nam châm nhện trắc được xác định như sau . . . . . . . . . . Nam châm chuẩn (hình 2.9). . . . . . . . . O . . Đá gốc . . . . . . Hình 2.9 .Quan . . tr . ắ .c lún bằng đĩa từ [17] HPOOP = H + L - L . . . . (2.18) . . . . . . Trong đó: HP: Độ cao điểm P; Ho: Độ cao mốc đáy (độ cao mốc chuẩn); Lo: Khoảng cách giữa đỉnh ống và mốc đáy; L : .Kho . . ả .ng cách. . từ đỉnh ống đến điểm P . . . . quan trắc P. . . . . . . Giá trị độ lún của điểm quan trắc được xác định bằng cách so sánh độ cao của điểm đó ở 2 chu kỳ đo khác nhau. 2.3.4. Độ chính xác đo lún bằng phương pháp đĩa từ Theo tài liệu [14] thì sai số trung phương độ lún xác định theo công nghệ đĩa từ đạt cỡ (5 8) mm. 2.3.5. Ví dụ đo lún nền công trình bằng đĩa từ 2.3.6. Nhận xét quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng bằng cảm biến Phương pháp sử dụng cảm biến (đĩa từ) có ưu điểm là tại một lỗ khoan có thể bố trí nhiều mốc quan trắc cho nhiều độ sâu khác nhau. Nhược điểm của phương pháp là lấy điểm đáy ống làm chuẩn. Vì vậy, đòi hỏi đáy ống dẫn hướng cần được neo vào lớp đất đá ổn định nằm ở dưới sâu (không bị lún). Trong trường hợp lớp đất đá này nằm ở quá sâu thì khó lắp đặt và không hợp lý về kinh tế để khoan sâu. Mặt khác, trong mỗi chu kỳ quan trắc không thể đánh giá được độ ổn định của điểm tham chiếu cho nên dẫn tới tình trạng nếu điểm tham chiếu bị lún thì giá trị độ lún thu được tại các bàn đo lún sẽ không phản ánh chính xác độ lún của các lớp đất được quan trắc. 2.4. Giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng Để khắc phục nhược điểm của phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến, trong luận án đề xuất sử dụng kết hợp hai phương pháp với nhau để quan trắc lún các lớp đất và trồi hố móng. Quá trình kết hợp được thực
9. 7 hiện như sau: 2.4.1. Trường hợp đáy ống dẫn hướng được neo vào lớp đất đá ổn định Sai số khép đo độ lún bằng đĩa từ ( ), được tính theo công thức sau: Δ = S§T - S T§ (2.19) Trong công thức (2.19): SĐT - độ lún điểm đỉnh ống (điểm A – hình 2.9) đo bằng đĩa từ; STĐ - độ lún điểm đỉnh ống đo bằng trắc địa. Phân phối sai số khép ( ) cho các điểm đo nằm ở dưới sâu theo nguyên tắc tỷ lệ thuận với khoảng cách từ đáy ống đến điểm đo sẽ xác định được các giá trị độ lún tại các bàn đo lún với độ chính xác được nâng cao (công thức 2.20). Δ.L S = S§T - OPi (2.20) PPii LOA §T Trong đó: S : độ lún của điểm Pi đo bằng đĩa từ; L : khoảng cách từ điểm Pi OPi đáy ống đến điểm quan trắc Pi; LOA : khoảng cách từ điểm đáy ống đến điểm quan trắc A ở đỉnh ống. 2.4.2. Trường hợp đáy ống dẫn hướng được neo vào lớp đất đá không ổn định Đối với trường hợp này giá trị tính được theo công thức (2.19) có thể coi là độ lún của điểm tham chiếu ở đáy ống, khi đó tiến hành hiệu chỉnh giá trị cho các điểm đo nằm ở dưới sâu theo công thức sau: S = S§T - Δ (2.21) PPii Cũng trong trường hợp này, có thể sử dụng điểm đỉnh ống để làm điểm tham chiếu. Độ cao của điểm tham chiếu được xác định bằng phương pháp trắc địa (thường là đo thủy chuẩn hình học). 2.4.3. Ví dụ đo lún nền công trình bằng phương pháp trắc địa kết hợp đĩa từ 2.4.3.1. Ví dụ trong trường hợp đáy ống dẫn hướng neo vào lớp đất đá ổn định 2.4.3.2. Ví dụ trong trường hợp đáy ống dẫn hướng không neo vào lớp đất đá ổn định 2.4.4. Nhận xét quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng bằng phương pháp trắc địa kết hợp với phương pháp sử dụng cảm biến Giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến (đĩa từ) để quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng có ý nghĩa như sau: - Nâng cao độ chính xác đo độ lún tại các bàn quan trắc lún (trong trường hợp đáy ống dẫn hướng được neo vào lớp đất đá ổn định). - Cho phép lấy điểm đỉnh ống làm chuẩn để xác định độ lún tại các bàn quan trắc lún. Như vậy, trong trường hợp này thì ống dẫn hướng không cần neo vào nền đất đá ổn định mà chỉ cần lắp đặt ống dẫn hướng đến độ sâu của lớp đất cần quan trắc lún, do đó sẽ thuận lợi cho việc thi công lắp đặt ống dẫn hướng, cho phép nâng cao hiệu quả công tác quan trắc lún nền móng công trình nhà cao tầng. Chương 3. QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG TƯỜNG VÂY NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG MÓNG VÀ TẦNG HẦM
10. 8 3.1. Yêu cầu kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang tường vây nhà cao tầng 3.1.1. Một số khái niệm chung về thi công móng và tầng hầm nhà cao tầng 3.1.1.1. Các biện pháp thi công tầng hầm nhà cao tầng 3.1.1.2. Các biện pháp chắn đất để thi công hố đào trong quá trình thi công móng và tầng hầm 3.1.1.3. Tường vây nhà cao tầng 3.1.2 Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng của tường vây Trong quá trình đào đất để thi công móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng, khi lấy đi một lượng đất nào đó sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất dẫn tới biến dạng của khối đất quanh hố đào. Đất sẽ chuyển dịch về phía hố đào và làm cho tường vây có thể bị chuyển dịch. 3.1.3. Mục đích quan trắc chuyển dịch ngang của tường vây Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây nhằm các mục đích xác định mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch biến dạng của tường vây và từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng sự cố đối với công trình và công trình lân cận. 3.1.4. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc chuyển dịch ngang tường vây 3.1.4.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc Cách 1: Dựa vào giá trị chuyển dịch ngang dự báo (do đơn vị thiết kế cung cấp) để xác định yêu cầu độ chính xác quan trắc. Cách 2: Có thể sử dụng các cấp đo chuyển dịch ngang trong TCVN 9399:2012 “Nhà và công trình xây dựng - Xác định chuyển dịch ngang bằng phương pháp trắc địa” [38] để quan trắc chuyển dịch ngang tường vây. 3.1.4.2. Chu kỳ quan trắc chuyển dịch ngang tường vây Chu kỳ quan trắc phụ thuộc vào tốc độ thi công hố đào. 3.2. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng phương pháp trắc địa 3.2.1. Thiết kế kết cấu và phân bố mốc quan trắc chuyển dịch ngang tường vây 3.2.2. Thiết kế hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch ngang tường vây Hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch ngang tường vây thường được thiết kế gồm 2 bậc lưới là bậc lưới khống chế cơ sở và bậc lưới quan trắc. Yêu cầu sai số xác định chuyển dịch đối với các cấp lưới được xác định theo các công thức sau: - Đối với lưới cơ sở: mq mq = (3.3) CS 1k2 - Đối với lưới quan trắc: k.mq m = (3.4) qQT 2 1k Trong các công thức (3.3) và (3.4): mq - độ chính xác yêu cầu quan trắc chuyển
11. 9 dịch ngang; k là hệ số giảm độ chính xác giữa 2 cấp lưới (thông thường k = 2÷3). 3.2.3. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng lưới đo góc - cạnh 3.2.3.1. Phương pháp tam giác 3.2.3.2. Phương pháp đa giác 3.2.3.3. Phương pháp giao hội 3.2.4. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng phương pháp hướng chuẩn 3.2.5. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng hệ thống quan trắc tự động 3.2.5.1. Giới thiệu hệ thống quan trắc tự động 3.2.5.2. Quan trắc tự động chuyển dịch tường vây bằng máy toàn đạc điện tử 3.2.5.3. Phần mềm xử lý số liệu quan trắc tự động 3.2.6. Xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang tường vây 3.2.6.1. Phân tích đánh giá độ ổn định các mốc cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang tường vây Cũng giống như trong quan trắc lún tiêu chuẩn ổn định của điểm khống chế cơ sở là: mq qi t. (3.7) 1k2 Trong công thức (3.7): qi - chuyển dịch ngang của điểm khống chế cơ sở ở chu kỳ đang xét so với chu kỳ đầu; mq - yêu cầu độ chính xác xác định chuyển dịch ngang; t: là hệ số xác định tiêu chuẩn sai số giới hạn (t = 2÷3); k - hệ số suy giảm độ chính xác giữa các bậc lưới (k = 2÷3). 3.2.6.2. Bình sai lưới quan trắc 3.2.7. Tính toán tham số chuyển dịch ngang của tường vây 3.2.7.1. Tính toán các tham số chuyển dịch cục bộ 3.2.7.2. Thể hiện đồ họa chuyển dịch ngang tường vây 3.2.8. Đề xuất xử lý số liệu hệ thống quan trắc tự động khi quan trắc nhiều hơn một trạm máy x Phương pháp quan trắc tự P động bằng máy toàn đạc điện tử từ C một trạm máy thực chất là phương S3 α3 3 pháp đo tọa độ cực và không có trị S1 α1 S α đo thừa do đó độ tin cậy không 2 2 cao và có thể dẫn tới sai lầm. Để tăng thêm trị đo thừa của trị đo cần 1 2 A B áp dụng phương pháp quan trắc từ y hai hay nhiều trạm máy cùng một O thời điểm. Hình 3.20. Đồ hình quan trắc tự động nhiều hơn 1 trạm máy Để xác định tọa độ tin cậy nhất của điểm quan trắc thì cần tiến hành bình sai
12. 10 tọa độ của điểm quan trắc. Quá trình tính toán xử lý số liệu được thực hiện như sau: Từ hình 3.20, tọa độ của điểm quan trắc được xác định theo công thức: x xG S.cos( 0 ) x G S.cos (3.14) y yG S.sin( 0 ) y G S.sin Triển khai tuyến tính biểu thức (3.14) với tọa độ gần đúng của điểm quan trắc (0) (0) x , y thu được: x cos -S.sin dS x -x(0) x G (3.16) (0) y sin S.cos d yG - y Trong (3.14) và (3.16): xG, yG - tọa độ điểm trạm máy; dS, dβ - số hiệu chỉnh đối với các trị đo S và β. Ký hiệu: Kxy là ma trận tương quan của tọa độ điểm quan trắc (x, y) và KSα là ma trận tương quan của cạnh đo (S, β). Khi đó: cos S.sin cos sin KXY .K S . (3.17) sin S.cos S.sin S.cos m02 Với K S S 0m2 Ma trận trọng số của trị đo (x, y) là: P21 .K (3.19) xy xy Phương trình số hiệu chỉnh tọa độ điểm quan trắc: vlxx1 0 x iix (i=1÷n) (3.21) v 0 1 y l yyii Trên cơ sở công thức (3.21), áp dụng nguyên lý số bình phương nhỏ nhất để lập và giải hệ phương trình chuẩn để xác định số hiệu chỉnh tọa độ đối với điểm quan trắc và tính tọa độ sau bình sai theo công thức: x = x(0) + δ x (3.27) (0) y = y + δ y 3.2.9. Nhận xét chung về quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng phương pháp trắc địa Phương pháp trắc địa có ưu điểm là cho phép đạt độ chính xác cao và xác định được giá trị chuyển dịch tuyệt đối, tuy nhiên nhược điểm cơ bản của phương pháp là chỉ thuận tiện để quan trắc chuyển dịch của các điểm phân bố ở đỉnh tường vây. Trong khi đó, khi thi công móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng yêu cầu phải quan trắc tường vây theo chiều sâu trong suốt quá trình thi công móng và tầng hầm. 3.3. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng cảm biến Inclinometer 3.3.1. Cấu tạo Inclinometer
13. 11 Inclinometer là thiết bị chuyên dùng để quan trắc chuyển dịch ngang theo chiều sâu. Cấu tạo của thiết bị này gồm 4 bộ phận chính gồm: ống dẫn hướng, đầu đo, cáp tín hiệu và thiết bị đọc số. 3.3.2. Nguyên lý đo chuyển dịch ngang bằng Inclinometer Đo chuyển dịch bằng cảm biến Inclinometer là đo gián tiếp chuyển dịch của đối tượng cần quan trắc thông qua chuyển dịch của ống dẫn hướng (hình 3.22, 3.23). Hình 3.22. Các hướng quy ước trong quan trắc bằng Inclinometer Hình 3.23. Sơ đồ tính toán trong đo chuyển dịch bằng Inclinometer Phương pháp tính toán trong việc quan trắc chuyển dịch ngang bằng Inclinometer là lấy đáy của ống đo làm cơ sở để xác định các chuyển dịch tại các vị trí đo phía trên, do vậy đáy của ống đo phải đảm bảo điều kiện không được chuyển dịch. Trên hình 3.23, độ lệch ngang cho từng vị trí đo theo một trục được xác định theo công thức: dii L.sin (3.28) Trong đó: di - độ lệch ngang giữa hai điểm đo liền nhau theo một trục; L - khoảng cách đo giữa hai điểm liền nhau; θi -là góc nghiêng so với phương thẳng đứng ở điểm đo thứ i. Giá trị độ lệch ngang của một điểm bất kỳ theo một trục là tổng giá trị đo từ đáy ống đến điểm ấy (hình 3.23), nó được gọi là giá trị tích lũy (d) và được
14. 12 tính theo công thức sau: d = d1 + d2 + d3 + + dn (3.32) Trong đó: d - là độ lệch ngang của điểm n kể từ đáy ống (theo 1 trục); di - độ lệch ngang của từng điểm theo 1 hướng trục (i = 1 ÷ n). Sự thay đổi độ lệch ngang tại mỗi khoảng cách đo ở các chu kỳ quan trắc cho thấy ống dẫn hướng có sự chuyển dịch. Chuyển dịch được tính bằng cách lấy độ lệch ngang hiện tại trừ đi độ lệch ngang ban đầu. 3.3.3. Độ chính xác đo chuyển dịch ngang bằng Inclinometer Căn cứ vào lý lịch của thiết bị đo nhà sản xuất cung cấp, đầu đọc số của Inclinometer hiện nay cho phép đọc số với giá trị hiển thị trên màn hình tới 0.01mm, mỗi lần đầu đo di chuyển 0.5m trong ống dẫn hướng thì sẽ đọc số với sai số mắc phải là 0.25mm và khi chiều dài của ống dẫn hướng là 25m thì sai số tích lũy là 6mm [16], [86]. 3.3.4. Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng Inclinometer 3.3.4.1. Lắp đặt ống dẫn hướng 3.3.4.2. Trình tự quan trắc 3.3.4.3. Xử lý số liệu và lập báo cáo kết quả quan trắc 3.3.5. Nhận xét chung về quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng cảm biến Inclinometer Phương pháp sử dụng cảm biến Inclinometer để quan trắc theo chiều sâu của tường vây có ưu điể ện ra các chuyển dịch theo chiều sâu. Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là chỉ xác định được chuyển dịch tương đối của tường vây ở các độ sâu khác nhau so với một điểm nằm ở dưới sâu (đáy của tường vây). Trong trường hợp điểm nằm ở dưới sâu không ổn định thì giá trị quan trắc thu được không phản ánh đúng mức độ chuyển dịch tuyệt đối của tường vây. 3.4. Giải pháp quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng phương pháp trắc địa kết hợp với phương pháp sử dụng cảm biến Như đã trình bày ở trên, phương pháp trắc địa có ưu điểm là cung cấp độ chính xác cao và cho giá trị chuyển dịch tuyệt đối, tuy nhiên nhược điểm cơ bản của phương pháp là chỉ cho phép quan trắc chuyển dịch của các điểm phân bố ở đỉnh tường vây. Phương pháp sử dụng cảm biến Inclinometer có ưu điể ện ra các chuyển dịch theo chiều sâu. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp là chỉ xác định được chuyển dịch tương đối của tường vây ở các độ sâu khác nhau so với một điểm nằm ở dưới sâu (đáy của tường vây). Trong trường hợp điểm nằm ở dưới sâu không ổn định thì giá trị quan trắc thu được không phản ánh đúng mức độ chuyển dịch tuyệt đối của tường vây. Nhằm khắc phục các nhược điểm trên để xác định chuyển dịch tuyệt đối ở các vị trí độ sâu của tường vây. Trong luận án đề xuất sử dụng kết hợp hai phương pháp với nhau để quan trắc chuyển dịch ngang của tường vây. Quá trình kết hợp
15. 13 thực hiện như sau: 3.4.1. Trường hợp đáy ống dẫn hướng được gắn vào lớp đất đá ổn định Trong trường hợp này quá XICL trình quan trắc được thực hiện XTĐ như sau: Trong mỗi chu kỳ ngoài q q YT§ việc đo chuyển dịch ngang theo YICL chiều sâu bằng Inclinometer thì α qX tâm miệng ống dẫn hướng còn q ICL O q YICL được xác định chuyển dịch bằng XT§ phương pháp trắc địa. Từ hình (3.27) xác định được công thức YTĐ chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ (từ Hình 3.27. Hệ tọa độ đo chuyển dịch hệ tọa độ trắc địa về hệ tọa độ Inclinometer) đối với điểm tâm miệng ống dẫn hướng theo công thức (hình 3.27): (o) (o) (o) qXXY q .cos - q .sin T § ICL T § T § (3.33) q(o) q (o) .sin q (o) .cos YXYT § ICL T § T § Trong đó: q(o) , q(o) - chuyển dịch điểm tâm miệng ống (điểm O) đo bằng trắc XT§ YT§ địa trong hệ tọa độ trắc địa; q(o) , q(o) - chuyển dịch điểm tâm miệng ống XT§-ICL YT§-ICL đo bằng trắc địa trong hệ tọa độ Inclinometer; là góc xoay giữa 2 hệ trục tọa độ Inclinometer và trắc địa (hình 3.27) có thể được xác định bằng phương pháp trắc địa hoặc xác định trên bản vẽ. Giá trị độ lệch của các trục tọa độ được tính theo công thức: (o) (o) (o) XXX q - q ICL T §-ICL (3.34) (o) q (o) - q (o) YYYICL T §-ICL Trong công thức (3.34): q(o) , q(o) - chuyển dịch điểm tâm miệng ống đo XICL YICL bằng Inclinometer trong hệ tọa độ Inclinometer. Phân phối sai số khép cho các điểm đo theo tỷ lệ thuận với độ cao điểm quan trắc sẽ xác định được trị bình sai của các giá trị chuyển dịch đo bằng Inclinometer: H q(i) q (i) - i (o) XXXICL-T § ICL H (3.35) (i) (i)Hi (o) q q - Y YYICL-T § ICL H Trong đó: q(i) , q(i) là chuyển dịch của điểm i đo bằng Inclinometer tại độ cao XICL YICL (i) (i) Hi; q , q là chuyển dịch điểm i đo bằng Inclinometer đã được hiệu XICL-T§ XICL-T§ chỉnh sai số; Hi, H tương ứng là độ cao của điểm quan trắc i và độ cao của điểm
16. 14 đỉnh ống so với điểm đáy ống. 3.4.2. Trường hợp đáy ống dẫn hướng được gắn vào lớp đất đá không ổn định Như trên đã đề cập, nguyên lý đo Inclinnometer là số liệu chuyển dịch được so sánh với điểm tham chiếu ở đáy ống dẫn hướng nên khi điểm này không ổn định thì độ chuyển dịch xác định được sẽ không chính xác. Do vậy cần chọn điểm tham chiếu trong đo Inclinometer là điểm có khả năng xác định được vị trí bằng phương pháp trắc địa - đó là tâm các miệng ống dẫn hướng Inclinometer trên mặt đất. Điều thuận lợi là phần mềm xử lý số liệu đo của Inclinometer do nhà sản xuất cung cấp kèm theo thiết bị cho phép xác định độ chuyển dịch của các điểm đo Inclinometer theo điểm tham chiếu là miệng ống dẫn hướng. Vì vậy, trong quá trình tính toán bằng phần mềm cần đặt lại điểm tham chiếu của giá trị đo Inclinometer là điểm trên miệng ống dẫn hướng, kết quả thu được các đại lượng chuyển dịch q(i) , q(i) đo trong lòng tường vây. XICL YICL Tuy các điểm miệng ống dẫn hướng không phải là các điểm ổn định, nhưng độ chuyển dịch của nó có thể xác định được bằng phương pháp trắc địa. Như vậy, trong mỗi chu kỳ quan trắc, tâm của miệng ống dẫn hướng Inclinometer cần phải định vị chính xác trong hệ tọa độ trắc địa và chênh lệch tọa độ giữa các chu kỳ chính là giá trị chuyển dịch q(o) , q(o) của tâm miệng ống dẫn hướng XT§ YT§ trên mặt đất. Tính chuyển giá trị chuyển dịch của miệng ống dẫn hướng đo bằng trắc địa về tọa độ Inclinometer theo công thức (3.33) được độ chuyển dịch của miệng ống q(o) , q(o) . XT§-ICL YT§-ICL Xác định tọa độ theo phương pháp trắc địa có độ chính xác cao nên độ chuyển dịch xác định bằng phương pháp trắc địa có độ tin cậy cao hơn hẳn so với xác định chuyển dịch bằng Inclinometer. Như vậy có thể sử dụng giá trị chuyển dịch đo bằng trắc địa để cải chính cho kết quả chuyển dịch đo bằng Inclinometer. Ký hiệu qx(o) , qy(o) , sử dụng giá trị này để cải XT§-ICL YT§-ICL chính cho từng trị đo Inclinometer q(i) , q(i) trong ống dẫn hướng XICL YICL Inclinometer tương ứng theo công thức sau: q(i) q (i) x XXICL-T § ICL (3.36) q(i) q (i) y YYICL-T § ICL 3.4.3. Nhận xét phương pháp quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng phương pháp trắc địa kết hợp phương pháp sử dụng cảm biến Giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng cảm biến nêu trên cho phép xác định chuyển dịch tuyệt đối của các điểm quan trắc ở các độ sâu khác nhau của tường vây. Trong giải pháp kết hợp này đáy ống dẫn hướng đo bằng Inclinometer cũng không cần neo vào lớp đất đá ổn định. Tuy nhiên đối với quan trắc tường vây thì ống dẫn hướng cần được lắp đặt bằng chiều sâu của
17. 15 tường vây để có số liệu quan trắc từ đáy lên đến đỉnh của tường vây. Chương 4. PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG 4.1. Nguyên tắc thành lập mô hình chuyển dịch công trình theo số liệu quan trắc Khi tổng hợp chuyển dịch công trình ở nhiều chu kỳ cần phân tích các vấn đề sau: 1- Xu hướng chuyển dịch chung của công trình trong không gian. 2- Xu hướng chuyển dịch chung của công trình theo thời gian. 3- Đánh giá mức độ phụ thuộc độ chuyển dịch công trình vào một số yếu tố ngoại cảnh (chuyển dịch công trình có phụ thuộc vào một số yếu tố nào không? nếu có phụ thuộc thì xác định biểu thức toán học). Để giải quyết các vấn đề nêu trên cần phải xây dựng mô hình chuyển dịch của công trình mà thực chất là mô tả quá trình chuyển dịch công trình bằng một số hàm toán học nào đó. Về nguyên tắc mô hình chuyển dịch công trình được thể hiện thông qua hàm số [17]: = F1(x) + F2(u) + F3(z) + w] (4.1) Trong đó: F1(x)-thành phần ảnh hưởng của một nhóm yếu tố chủ đạo gây nên chuyển dịch công trình. Thông thường chỉ cần xây dựng mô hình với các yếu tố chủ đạo là đủ. 4.2. Mô hình lún nền móng và chuyển dịch tường vây trong không gian 4.2.1. Mô hình lún nền móng công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm 4.2.1.1. Mô hình lún của kết cấu móng cứng Đối với kết cấu móng cứng, khi các điểm quan trắc phân bố trên một diện rộng, sử dụng phương trình mặt phẳng để xây dựng mô hình lún. Phương trình mặt phẳng lún có dạng [17]: Si a.x i b.y i c (4.2) Trong đó: xi, yi, Si là tọa độ theo trục OX, OY và giá trị độ lún của điểm quan trắc i; a, b, c: tham số của mặt phẳng lún (các tham số cho phép xác định hướng và góc nghiêng lớn nhất của công trình). Trong trường hợp đặc biệt các điểm quan trắc phân bố trên một đường thẳng (hoặc khi cần xây dựng mô hình lún theo trục), khi đó biểu diễn độ lún thông qua phương trình đường thẳng. Phương trình đường thẳng có dạng tổng quát sau: Sii a.x b (4.10) Trong đó: Si - độ lún của điểm i (i=1÷n); xi - là tọa độ theo hướng ngang của điểm quan trắc (i=1÷n); a, b tham số của đường thẳng. 4.2.1.2. Mô hình lún nền đất lân cận hố móng Theo lý thuyết cơ học đất, độ lún của nền đất xung quanh công trình
18. 16 thường xảy ra không đều và hình thành phễu lún. Để thể hiện độ lún tổng quát của phễu lún đó có thể sử dụng hàm parabol (ví dụ như parabol bậc 2). Mô hình lún nền đất ở mỗi thời điểm (chu kỳ) có dạng hàm parabol bậc 2 tổng quát: 22 Si a 0 ax 1i ay 2i ax 3i bxy 4ii ay 5i (4.11) Để xác định tham số của mô hình lún theo (4.2), (4.10) và (4.11), dựa trên số liệu quan trắc (khi số lượng điểm quan trắc lớn hơn số lượng tham số) trong luận án đã đề xuất quy trình và hệ thống công thức xác định các tham số theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. 4.2.2. Mô hình chuyển dịch ngang của tường vây 4.2.2.1. Mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng ngang Chuyển dịch tổng thể của X’ X tường vây có thể được biểu diễn thông qua 4 thông số là: chuyển dịch tịnh tiến tại điểm trọng tâm của công trình (ax, a Y P1 ay), góc xoay ( ) và hệ số biến O dạng chiều dài (m) - hình Y ax (4.4). Bốn tham số chuyển P2 dịch trên được xác định trên O’ Y' cơ sở công thức chuyển đổi Hình 4.4. Chuyển dịch giữa hai hệ tọa độ tọa độ (4.13): X' aX X.m.cos( ) - Y.m.sin( ) (4.13) Y' aY Y.m.cos( ) X.m.sin( ) T Ký hiệu vector tham số chuyển dịch là Z; Z= (ax ay m) . Để ý rằng góc xoay có giá trị nhỏ ( ≈ 0), hệ số biến dạng m ≈ 1, lấy z(0) = (0 0 0 1)T, dựa trên số liệu quan trắc lập được hệ phương trình số hiệu chỉnh cho mỗi điểm đo dạng sau: ax vqxx1 0 -y x a ii=-iiy ; (i=1÷n) v 0 1 x y q yii i iα y δm Khi số điểm quan trắc lớn hơn 2, áp dụng nguyên lý số bình phương nhỏ T nhất sẽ xác định được vector ẩn số z (aXY , a , , m) và từ đó xác định được các tham số chuyển dịch: Z = Z(0) + Z 4.2.2.2. Mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng đứng Đối với tường vây được quan trắc theo chiều sâu, các điểm quan trắc được phân bố gần trong một mặt phẳng thẳng đứng. Khi đó có thể xây dựng mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng đứng. Phương trình mặt phẳng chuyển
19. 17 dịch trong trường hợp này có dạng [27]: qi aX i bH i c (4.25) Trong đó: Xi, Hi, qi là tọa độ theo trục OX, độ cao và giá trị chuyển dịch của điểm quan trắc i; a, b, c: tham số của mặt phẳng. Khi số điểm quan trắc lớn hơn 3, các tham số của mô hình được xác định theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. 4.2.3. Ứng dụng phân tích phương sai để đánh giá biến dạng công trình Mô hình lún (4.2), (4.10) hoặc mô hình chuyển dịch (4.13), (4.25) được xây dựng trên các giả thiết là công trình tuyệt đối cứng (có độ biến dạng không đáng kể). Sai số mô hình này được tính theo công thức: [V2 ] m MH nk Trong đó: n – số lượng giá trị chuyển dịch; k- số lượng tham số mô hình. Dựa vào giá trị sai số mô hình có thể đánh giá được mức độ biến của công trình. Để thực hiện điều này có thể sử dụng phân tích phương sai theo tiêu chuẩn kiểm định Fisher, bằng cách lập tỉ số: m2 F MH (4.30) m2 0 với bậc tự do bằng (n-k) và (n), trong đó: n là số trị đo, k là số lượng tham số của mô hình. Trong công thức (4.30): mMH - sai số mô hình; m0 - sai số trung phương trung bình độ chuyển dịch của các điểm quan trắc. So sánh, Nếu FF(Fgh- tra bảng) thì công trình không bị biến dạng. Nếu gh FFgh thì chứng tỏ rằng công trình có biến dạng. 4.3. Mô hình lún và chuyển dịch nền móng nhà cao tầng theo thời gian 4.3.1. Cơ sở lý thuyết dự báo chuyển dịch công trình theo số liệu quan trắc Giả sử mô hình chuyển dịch công trình theo thời gian được thể hiện thông qua hàm số ở dạng tổng quát: q f(t) (4.31) Triển khai tuyến tính biểu thức (4.31) theo các biến zi với vector tham số 0 0 0 T gần đúng Z0 (z 1 , z 2 , , z k ) , xác định được: 0 qi a i11 dz a i22 dz a ikk dz q i ; (i=1÷n) (4.33) với các hệ số aij (j=1÷k) là hàm của thời gian quan trắc. 0 0 0 0 qi a 1 z 1 a 2 z 2 a k z k (4.34) Hàm số (4.31) với các tham số tính được là biểu thức thể hiện mô hình chuyển dịch theo thời gian. Các tham số của mô hình được xác định dựa trên số liệu quan trắc và nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. 4.3.2. Ứng dụng phân tích phương sai để đánh giá mức độ tin cậy của mô hình
20. 18 Trong trường hợp xây dựng mô hình chuyển dịch theo thời gian, mô hình lựa chọn là mô hình dự đoán, chúng ta chưa biết trước được thực tế mô hình như thế nào. Do vậy, trong trường hợp này có thể sử dụng phân tích phương sai để đánh giá mức độ tin cậy của mô hình theo tiêu chuẩn kiểm định Fisher, bằng cách lập tỷ số: m2 F MH (4.40) m2 0 với bậc tự do là (n-k) và (n). Trong đó: n là số chu kỳ quan trắc (không kể chu kỳ quan trắc đầu tiên); k là số lượng tham số của mô hình. Nếu F ≤ Fgh thì mô hình lựa chọn là phù hợp. 4.3.3. Một số mô hình lún và chuyển dịch nền móng nhà cao tầng theo thời gian 4.3.3.1. Mô hình hàm số mũ 4.3.3.2. Mô hình hàm đa thức 4.4. Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố gây nên chuyển dịch biến dạng công trình Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố gây nên chuyển dịch biến dạng công trình có thể áp dụng phương pháp phân tích tương quan tuyến tính đơn. Quá trình được thực hiện như sau [17]: 4.4.1. Xác định hệ số tương quan Xi, Yi i=1,n rXY : (Xi-X)(Yi-Y) i n XY - X Y rXY (4.43) 2222 (Xi-X) (Yi-Y) X -(X)22 Y -(Y) ii nn : Xi Yi XiYi X = i ; Y = i ; XY = i (4.44) n n n Xi2 Yi2 2 2 X = i ; Y = i (4.45) n n Để đánh giá độ tin cậy của hệ số tương quan tuỳ thuộc vào số lần quan trắc mà sử dụng các công thức sau: - (n ≥ 50) Tính độ lệch chuẩn của hệ số tương q :
21. 19 1- r2 (4.46) r n : r3r (4.47) 2- Khi n < 50 Khi n < 50 sử dụng hàm đặc biệt phân bố theo quy luật chuẩn, được gọi là tiêu chuẩn Fisher. 1 1+r Z = ln (4.48) 2 1-r : 1 σ (4.49) Z n-3 Trong trường hợp này mối quan hệ tương quan giữa X và Y cũng được thiết lập với điều kiện giống như công thức (4.47). 4.4.2. Xây dựng hàm hồi quy Khi quan hệ tương quan giữa 2 đại lượng X và Y đã được xác lập, sẽ sử dụng hàm hồi quy tuyến tính đơn để mô tả mối quan hệ đó, hàm hồi quy có dạng. Y a.X b (4.50) Các tham số a, b của hàm hồi quy được xác định dựa trên nguyên lý số bình phương nhỏ nhất hoặc có thể được xác định như sau: 2 X - (X)2 a r . XY 2 Y - (Y)2 (4.53) b Y - a.X ển dịch các công trình lân cận trong quá trình thi công móng và tầng hầm 4.5.1. Một số tiêu chí dùng đánh giá hư hại sự cố công trình lân cận Biến dạng góc được dùng để đánh giá sự hư hại của công trình hiện hữu gần hố đào: (4.59) L Trong đó: - là chênh lún tại 2 điểm cách nhau L. 4.5.2. Đánh giá mức độ hư hại công trình lân cận Dựa trên kết quả khảo sát, quan trắc hố đào và công trình lân cận hố đào để xếp loại hư hại công trình theo biến dạng, từ đó sẽ đưa ra các biện pháp (thiết kế và thi công) nhằm quản lý rủi ro trong xây dựng móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng. 4.5.3. Kiểm soát rủi ro và sự cố công trình lân cận hố đào
22. 20 Để hệ kết cấu chống giữ hố đào cũng như công trình lân cận nó không xảy ra sự cố thì phải khống chế chuyển dịch của công trình hố đào thông qua tính toán và quan trắc. 4.6. Thành lập phần mềm phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm 4.6.1. Ngôn ngữ lập trình Ngôn ngữ sử dụng để lập trình là ngôn ngữ Visual Basic.NET (VB.NET). Phần mềm được thành lập mang tên ADFB có giao diện giúp cho người sử dụng dễ dàng thao tác, khả năng tính toán nhanh và cho kết quả đáng tin cậy. 4.6.2. Thiết kế tổng quan phần mềm Phần mềm được thiết kế có các tính năng như bảng 4.3. Bảng 4.3. Tính năng của phần mềm ADFB Phân tích Tính toán Mô hình Trợ Tệp và dự báo chuyển dịch chuyển dịch giúp chuyển dịch Tạo Độ lún Mô hình lún -Phân tích HDSD tệp -Tham số lún -Tính theo mặt phẳng tương quan -Thể hiện đồ -Tính theo parabol tuyến tính họa lún -Tính theo đường thẳng đơn Mở Chuyển dịch Mô hình chuyển dịch -Dự báo tệp ngang ngang chuyển dịch Ghi -Tham số CDN -Trong mặt phẳng ngang theo hàm đa tệp - Đồ thị CDN -Trong mặt phẳng đứng thức Ghi -Mặt cắt CDN -Tính theo đường thẳng tên mới Thoát Chương 5. THỰC NGHIỆM 5.1. Thực nghiệm quan trắc chuyển dịch ngang tường vây nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm ển dị ằng hệ thống quan trắc tự động Quá trình thực nghiệm được thực hiện đối với tường vây của một công trình nhà cao tầng ở quận Ba Đình - TP. Hà Nộ , chống đỡ thành hố đào là tường vây được neo trong đất. Hệ thống sử dụng để quan trắc chuyển dịch liên tục của tường vây là máy TĐĐT Leica viva TS15PR1000 và phần mềm quan trắ .
23. 21 Hệ thống quan trắc tự độ ều ưu điểm nổi trội hơn so với công nghệ truyền thống, đó là: Độ chính xác cao, thời gian cung cấp kết quả nhanh nhất, cung cấp được nhiều thông tin nhất, giảm tối đa các nguồn sai số đo và tính toán do yếu tố chủ quan của con người. 5.1.2. Thực nghiệm quan trắc chuyển dịch ngang tường vây công trình Cục tần số vô tuyến điện bằng phương pháp trắc địa kết hợp với Inclinometer Để kiểm chứng lý thuyết ở trên, tiến hành thực nghiệm đối với 5 vị trí quan trắc (ICL1, ICL2, ICL3, ICL4 và ICL5) của tường vây công trình Cục tần số vô tuyến điện, số 115 Trần Duy Hưng, Hà Nội. Tại mỗi vị trí quan trắc chuyển dịch ngang bằng Inclinometer tiến hành xác định chuyển dịch tâm miệng ống dẫn hướng bằng trắc địa. Sau khi tính toán xác định được độ lệch tâm miệng ống dẫn hướng giữa hai phương pháp, trong trường hợp này coi đáy ống dẫn hướng là ổn định nên độ lệch này chính là sai số khép của hai phương pháp, tiến hành phân phối sai số này cho các điểm đo trong lòng ống dẫn hướng theo công thức (3.35) sẽ xác định được giá trị chuyển dịch với độ chính xác nâng cao. 5.2. Thực nghiệm thành lập mô hình lún nền móng công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm 5.2.1. Thực nghiệm thành lập mô hình lún đối với móng công trình Nhà Văn phòng số 22-24-26 Mạc Thị Bưởi, TP. HCM Trên cơ sở số liệu quan trắc lún (tọa độ, độ lún và sai số trung phương độ lún) của 14 mốc đo lún [40]. Tiến hành sử dụng 11 mốc đo lún để xây dựng mô hình và 3 mốc còn lại để so sánh với độ lún nội suy từ mô hình. Sử dụng phần mềm ADFB để xây dựng mô hình, kết quả thu được: Phương trình mặt phẳng lún: S = -0.0000001x + 0.0000056y -0.00792 (m) với sai số mô hình: 0.13mm. Đánh giá biến dạng móng công trình: Từ sai số trung phương độ lún của 11 mốc quan trắc tham gia xây dựng mô hình tính được m0 = 0.44mm. Khi đó: 0.132 F 0.09; Fgh = F α=0.05 (8,11) = 2.948 0.442 FFgh , điều đó chứng tỏ móng công trình không bị biến dạng. Từ kết quả xây dựng mô hình và kết quả so sánh độ lún đo thực tế với độ lún nội suy được từ mô hình, cho thấy trong trường hợp này xây dựng mô hình lún theo phương pháp mặt phẳng là phù hợp. Khi xây dựng mô hình, áp dụng phân tích phương sai sẽ cho phép đánh giá xem móng công trình có bị biến dạng hay không. 5.2.2. Thực nghiệm xây dựng mô hình lún nền công trình Trung tâm giao dịch và Tổng đài Nam Hà Nội
24. 22 Từ số liệu quan trắc lún (tọa độ, độ lún và sai số trung phương độ lún) của 10 mốc đo lún [41]. Tiến hành sử dụng 08 mốc đo lún để xây dựng mô hình và 2 mốc còn lại để so sánh với độ lún nội suy từ mô hình. Sử dụng phần mềm ADFB để xây dựng mô hình, kết quả thu được: Mô hình lún nền dạng parabol: S = -0.02773 + 0.0001905x + 0.0012355y -0.0000134x2 + 0.0000004xy + 0.0000492y2 (m) với sai số mô hình là: 0.76 mm Dựa vào kết quả xây dựng mô hình và kết quả so sánh độ lún đo thực tế với độ lún nội suy được từ mô hình, cho thấy trong trường hợp này sử dụng hàm Parabol để xây dựng mô hình lún nền là phù hợp. 5.3. Thực nghiệm xây dựng mô hình chuyển dịch ngang tường vây 5.3.1. Thực nghiệm xây dựng mô hình chuyển dịch ngang tường vây công trình Golden Palace, Hà Nội trong mặt phẳng ngang Từ số liệu quan trắc chuyển dịch ngang (tọa độ, giá trị chuyển dịch ngang và sai số trung phương độ chuyển dịch ngang) của 15 mốc quan trắc, sử dụng 10 mốc quan trắc để xây dựng mô hình và 5 mốc còn lại để so sánh với giá trị chuyển dịch nội suy từ mô hình. Sử dụng phần mềm ADFB để xây dựng mô hình, kết quả thu được: Mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng ngang: qx = -0.0009800 - 0.0000318Y + 0.0000095X (m) qy = 0.0012200 + 0.0000318X + 0.0000095Y (m) Với sai số mô hình : 2.49 mm Đánh giá biến dạng của tường vây: Từ sai số trung phương độ chuyển dịch ngang của 10 mốc quan trắc tham gia xây dựng mô hình tính được m0 = 1.72 mm và tính được: 2.492 F 2.096 ; Fgh = F α=0.05 (16,20) = 2.20 1.722 FFgh , điều đó chứng tỏ tường vây công trình không bị biến dạng. Dựa vào kết quả xây dựng mô hình và kết quả so sánh độ chuyển dịch đo thực tế với độ chuyển dịch nội suy được từ mô hình, cho thấy trong trường hợp này xây dựng mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng ngang là phù hợp. Phân tích phương sai cho phép đánh giá tường vây công trình có bị biến dạng hay không. 5.3.2. Thực nghiệm xây dựng mô hình chuyển dịch ngang tường vây công trình trong mặt phẳng đứng Trên cơ sở số liệu quan trắc chuyển dịch ngang (tọa độ x, độ cao H, giá trị chuyển dịch ngang theo hướng vuông góc với tường vây và sai số trung phương độ chuyển dịch ngang) của 7 mốc quan trắc [42], sử dụng 5 mốc quan trắc để xây dựng mô hình và 2 mốc còn lại để so sánh với giá trị chuyển dịch nội suy từ mô hình. Sử dụng phần mềm ADFB để xây dựng mô hình, kết quả thu được: Phương trình mặt phẳng chuyển dịch:
25. 23 q = -0.0000444x -0.0003826y -0.00024 (m) với sai số mô hình: 2.95mm Đánh giá biến dạng của tường vây: Từ sai số trung phương độ chuyển dịch ngang của 5 mốc quan trắc tính được m0 = 1.29 mm và tính được: 2.952 F 5.229; Fgh = F α=0.05 (2,5) = 5.786 1.292 FFgh điều đó chứng tỏ tường vây không bị biến dạng. Dựa vào kết quả xây dựng mô hình và kết quả so sánh độ chuyển dịch đo thực tế với độ chuyển dịch nội suy được từ mô hình, cho thấy trong trường hợp này xây dựng mô hình chuyển dịch tường vây trong mặt phẳng đứng là phù hợp. Trong quá trình xây dựng mô hình, áp dụng phân tích phương sai cho phép đánh giá biến dạng của tường vây. 5.4. Thực nghiệm phân tích tương quan tuyến tính đơn giữa mực nước ngầm và độ lún nền nhà cao tầng Trong phần thực nghiệ ộ ở ngoài sản xuấ : thời gian quan trắ 15. Áp dụng phần mềm ADFB để tính toán và kết quả cuối cùng thu được như sau: 1. Hệ số tương quan: rxy 0.68 2. Hàm Fisher: Z = -0.83 3. Phương sai của đại lượng Z: Z 0.17 4. Phương trình hồi quy S = -0.03546H -0.34475 (m) Qua kết quả phân tích tương quan ở trên cho thấy: độ lún nền đất công trình và mực nước ngầm có mối quan hệ tương quan vừa. Trên cơ sở kết quả thực nghiệm nhận thấy phương pháp phân tích tương quan tuyến tính đơn dùng để đánh giá mức độ phụ thuộc của chuyển dịch với một nhân tố có thể ảnh hưởng đến độ chuyển dịch đó là hoàn toàn thích hợp. Phương pháp này giúp chúng ta biết được nhân tố mà chúng ta nghi ngờ là có thể ảnh hưởng đến độ chuyển dịch công trình thực ra nó có ảnh hưởng hay không và khi có ảnh hưởng thì mức độ phụ thuộc của nhân tố này đến độ chuyển dịch công trình như thế nào. 5.5. Thực nghiệm dự báo lún nền công trình theo hàm đa thức Quá trình thực nghiệm được thực hiện đối với 1 mốc (mốc NT11) đo lún nền đất nguyên thổ của công trình Trung tâm giao dịch và Tổng đài Nam Hà Nội, tại số 811 Đường Giải Phóng, Hà Nội [41], được đo 11 chu kỳ (không bao gồm chu kỳ quan trắc đầu tiên), số liệu quan trắc gồm thời gian, độ lún và sai số trung phương độ lún. Sử dụng số liệu 07 chu kỳ (chu kỳ 1 đến chu kỳ 7) để lập mô hình, số liệu chu kỳ 8 đến 11 được dùng để làm kết quả đánh giá mức độ phù hợp của phân tích lý thuyết và thực tế. Lần lượt xây dựng mô hình từ bậc 0
26. 24 đến bậc 5 và tiến hành đánh giá mức độ tin cậy của mô hình bằng phân tích phương sai. Kết quả cho thấy đa thức từ bậc 1 đến bậc 5 đều có F<Fgh . Đa thức bậc 2 là đa thức có số bậc nhỏ nhất có sai số mô hình tương đương với sai số đo độ lún nên được chọn làm mô hình dự báo và mô hình là: 2 St 0.711 3.987t 0.045t (mm) Khi sử dụng hàm đa thức để dự báo độ lún, kết quả dự báo càng chính xác khi điểm nội suy có thời gian càng gần với chu kỳ quan trắc cuối cùng. Thời điểm dự báo càng xa thời điểm quan trắc chu kỳ cuối thì sai số dự báo càng lớn, giá trị độ lún dự báo nhận được có độ chính xác thấp. Trong quá trình xây dựng mô hình cần tiến hành phân tích phương sai để đánh giá mức độ tin cậy của mô hình. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận 1/ Trong luận án đã phân tích đặc điểm của phương pháp trắc địa, phương pháp sử dụng cảm biến trong quan trắc lún, quan trắc chuyển dịch nền móng và tầng hầm nhà cao tầng. Đề xuất giải pháp kết hợp hai phương pháp trên nhằm nâng cao hiệu quả quan trắc biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng. 2/ Mô hình biến dạng công trình thành lập trên cơ sở số liệu quan trắc cho phép phân tích độ lún cũng như chuyển dịch ngang nền móng, tường vây nhà cao tầng theo thời gian, trong không gian và đánh giá sự phụ thuộc giữa biến dạng với tác nhân gây ra biến dạng đó. 3/ Hệ thống quan trắc tự độ ạc điện tử quan trắc đã khắc phục được nhiều nhược điểm của phương pháp truyền thống. Hệ thống quan trắc tự độ ều ưu điểm nổi trội hơn so với công nghệ truyền thống, đó là: Độ chính xác cao, thời gian cung cấp kết quả nhanh nhất, cung cấp được nhiều thông tin nhất, giảm tối đa các nguồn sai số đo và tính toán do yếu tố chủ quan của con người. 4/ Phần mềm xử lý số liệu ADFB hoàn toàn đủ độ tin cậy để giải quyết các nhiệm vụ cơ bản của quá trình phân tích, đánh giá chuyển dịch của nền móng và tường vây công trình nhà cao tầng. 2. Kiến nghị 1/ Các số liệu quan trắc biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng cần được tính toán, phân tích kết quả một cách đầy đủ và kết hợp với số liệu của thiết kế để đánh giá mức độ biến dạng của nền móng và mức độ ảnh hưởng của quá trình thi công hố đào đến các công trình lân cận. 2/ Các tiêu chí đánh giá mức độ hư hại công trình lân cận cần được đưa vào tiêu chuẩn Việt Nam để làm cơ sở đánh giá mức độ hư hại công trình lân cận thông qua kết quả quan trắc.
27. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN 1. Trần Ngọc Đông (2009), “ Phân tích đánh giá kết quả quan trắc độ lún công trình”, Tạp chí KHCN Xây dựng số 1/2009, ISSN 1859-1566, Hà Nội. 2. Trần Ngọc Đông (2011), “Tính toán và phân tích đánh giá thông số chuyển dịch ngang công trình”, Tạp chí KHCN Xây dựng số 2/2011, ISSN 1859-1566, Hà Nội. 3. Trần Ngọc Đông (2011), “Đánh giá mức độ phụ thuộc độ chuyển dịch công trình vào một số yếu tố ngoại cảnh bằng phương pháp phân tích tương quan tuyến tính đơn”, Tạp chí KHCN Xây dựng số 4/2011, ISSN 1859-1566, Hà Nội. 4. Trần Ngọc Đông, Diêm Công Huy (2012), “Ứng dụng máy Toàn đạc điện tử Leica Viva TS15 và phần mềm GOCA để tự động quan trắc biến dạng tường vây nhà cao tầng”, Tạp chí KHCN Xây dựng số 3/2012, ISSN 1859-1566, Hà Nội. 5. Trần Ngọc Đông, Đoàn Đức Nhuận (2012), “Nghiên cứu sử dụng kết hợp toàn đạc điện tử và Inclinometer để quan trắc chuyển dịch ngang tường vây công trình nhà cao tầng”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học cán bộ trẻ - Viện KHCN Xây dựng - Lần thứ 12, Hà Nội 11/2012. 6. Trần Ngọc Đông, Trần Mạnh Nhất (2013), “Nghiên cứu ứng dụng người máy trắc địa và phần mềm GOCA để quan trắc chuyển dịch công trình ở Việt Nam”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập Viện KHCN Xây dựng (Phần 1: Địa kỹ thuật – Trắc địa công trình), ISBN 978-604-82-0021-3. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội 11-2013. 7. Trần Ngọc Đông, Nguyễn Hà (2014), “Phương pháp kiểm tra sai số vượt giới hạn trong các trị đo quan trắc lún công trình”, Tạp chí KHCN Xây dựng số 1/2014, ISSN 1859-1566, Hà Nội.