Đồ án Thiết kế phương án quan trắc lún công trình dân dụng

ng thì các bọt khí trong ống nối sẽ ảnh hưởng không đáng kể tới độ chính xác đo đạc 6, Đầu đo, nhất là phần chứa chất lỏng nên có hình dạng đơn giản, tốt nhất là hình trụ. Đường kính bình chứa không quá lớn để có sự phân bố nhiệt độ trong đó được đồng đều. Để không phải xác định nhiệt độ chất lỏng trong bình với độ chính xác cao thì chiều cao cột chất lỏng trong bình nên điều chỉnh ở mức 30 - 40mm 7, Nên sử dụng tế bào quang điện cho phép xác định vị trí bề mặt chất lỏng với độ chính xác m = 0,025mm và độ chính xác xác định độ cao của các điểm thiết bị bằng khoảng 0,06mm 8, Tính số hiệu chỉnh cho kết quả đo do sự thay đổi nhiệt độ áp xuất dọc theo tuyến ống dẫn của máy thủy tĩnh. Như vậy độ chính xác của phương pháp đo cao thuỷ tĩnh có thể đạt cao hơn phương pháp đo cao hình học. ở phương pháp đo cao thuỷ tĩnh thì các kết quả đo không phụ thuộc vào các nguồn sai số chủ quan và thời gian đo mỗi chu kỳ rất ngắn so với phương pháp đo cao hình học. 2.1.3.Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao lượng giác 2.1.3.1.Nguyên lý đo cao lượng giác Trong nhưng điều kiện không thuận lợi hoặc kém hiệu quả đối với đo hình học và yêu cầu độ chính xác đo lún không cao thì áp dụng phương pháp đo lượng giác tia ngắm ngắn (chiều dài tia ngắm không quá 100m). Hiện nay để đo cao lượng giác thường sử dụng các loại máy toàn đạc điện tử chính xác cao như TC-2002, TC-2003, geodimeter…. Các máy trên cho phép đo góc đứng (hoặc góc thiên đỉnh) và đo chiều dài cạnh vói độ chính xác ( theo 10, Wild-T2, T2….) Hình 2.6 Tuy nhiên trong trường hợp này cần phải có biện pháp xác định chiều dài cạnh đạt độ chính xác cần thiết. Để xác định chênh cao giữa điểm ngắm B và điểm đặt máy kinh vĩ A, máy I và chiều cao tiêu ngắm l. Chênh cao giữa hai điểm A và B được tính theo công thức. hAB=D. ctgZ + i- l + f (2.17) hoặc hAB=D.tgV+ i- l + f (2.18) Trong các công thức trên số cảI chính f do chiét quang đứng dược tinh gần đúng theo công thức f= (2.19) Trong đó: R là bán kính trung bình của Trái Đất K là hệ số chiết quang đứng Với R= 6371 km, f=0.12ữ 0.16 Các nguồn sai số chủ yếu trong đo cao lượng giác là: -sai số đo chiều dài mD - sai số đo góc thiên đỉnh mz hoặc góc đứng mV - sai số đo chiều cao may mi - sai số đo chiều cao tiêu m1 - sai số chiết quang mf Sai số trung phương chênh cao trong thuỷ chuẩn lượng giác mh2 = ctg2Z. mD2 + (D.secZ)2. ()2 + mi2 + ml2 + mf2 (2.20) Trong đó: mi là sai số trung phương xác định chiều cao máy ml là sai số trung phương xác định chiều cao tiêu mf là sai số trung phương do ảnh hưởng của độ cong tráI đất và chiết quang khí quyển Các khảo sat lý thuyết cà thực nghiệm cho thấy, đo cao lượng giác có thể đạt độ chính xác tương đương thuỷ chuẩn hình học hạng IV. Để nâng cao độ chính xác đo cao lợng giác có thể áp dụng các đồ hình đo cao từ giữa hoặc đồ hình đo cao đối hướng Hinh 2.7 Trong đo cao từ giữa chênh cao của hai điểm A và B đựơc tính theo công thức hAB= (D2ctgZ2 – D1ctgZ1) +(l1- l2) +(f2- f1) (2.21) Công thức tình chênh cao trong đo cao đối hướng hAB= D.(ctgZ1 – ctgZ2) +(i1- i2) - (l1- l2) +(f1- f2) (2.22) Ưu điểm của phương pháp đo cao lựơng giác là khả năng đo được chênh cao lớn trên một trạm máy, tuy nhiên do còn hạn chê về độ chính xác nên đo cao lượng giác chỉ được áp dụng cho những trướng hợp yêu cầu độ chính xác quan trắc không cao hoặc không thuận tiện cho đo cao hình học Để bảo đảm đo cao lựng giác trong quan trắc độ lún công trình cần áp dụng một loạt biện pháp nhằm giảm ảnh hưởng các nguồn sai số chủ yếu khi thực hiện các thao tác đo đạc ngoại nghiệp -Hạn chế chiều dài tia ngắm từ máy đến tiêu đo trong mối trường hợp, nên khống chế chiều dài tia ngắm dưới 100m -Chọn thời điểm và phương pháp đo thích hợp để giảm ảnh hưởng chiêt quang đứng Nâng cao độ chính xác đo chiều dài, gốc thiên đỉnh, chiều cao máy và tiêu ngắm Vậy trên đây tôi đưa ra ba phương pháp trắc địa để quan trắc lún công trình. Mỗi phương pháp đều có những cách đo riêng, có những ưu nhược điểm riêng. Từng phương pháp có độ chính xác cao hay thấp nó tuỳ thuộc vào mỗi công trình. Đối với phương pháp thuỷ chuẩn hình học thì là một phương pháp phổ biến nhất trong dùng quan trắc, còn phương pháp thuỷ chuẩn lượng giác thì thường thực hiện yêu cầu thấp về độ chính xác, đối với phương pháp thuỷ tĩnh thi được ứng dụng khi phương pháp thuỷ chuẩn hình học không thực hiện được có nghĩa là chỉ dùng trong điều kiện chật hẹp. Chương 3 Thiết kế phương án quan trắc ngoại nghiệp 3. 1. nguyên tắc chung thành lâp lưới khống chế trong quan trắc lún công trình 3.1.1. Xác định số lượng bậc khống chế Như đã nói ở chương 1, trong từng chu kỳ qua trắc ta cần phải so sánh độ cao tương đối của các điểm quan trắc với mọt “đối tượng” nằm ở bên ngaòi công trình được xem là ổn định để phát hiện ra độ lún của công trình. Do vậy trong quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình nói chung cũng như quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình nói riêng không cần thiết phải xây dựng lưới khống chế nhiều bậc mà nên thiết kế một mạng lưới khống chế độc lập, chuyên dùng 2 cấp: - Cấp lưới cơ sở: Bao gồm các điểm độ cao được thiết kế nhằm mục tiêu xác định điểm khởi tính độ cao hợp lý nhất cho lưới khống chế quan trắc. Chính vì lẽ đó thông thường các điểm của lưới khống chế cơ sở được bố trí ở bên ngoài khu vực cần quan trắc biến dạng và có yêu cầu cao vế mức độ ổn định. Tối thiểu ở mỗi công trình phải có 3 mốc cơ sở. - Cấp 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 trong cùng một hệ toạ độ thống nhất với chu kỳ quan trắc đầu tiên. Mức chuyển dịch của công trình là rất nhỏ nên yêu cầu độ chính xác trong đo chuyển dịch thẳng đứng là rất cao, đảm boả 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 baỏ 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 cần thiết xác định chuyển dịch của từng loại công trình cụ thể. Lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch thẳng đứng 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 toạ độ thống nhất, ổn định ngay từ chu kỳ đầu. 3.1.2. Yêu cầu độ chính xác của mỗi bậc lưới Độ chính xác của mỗi bậc lưới được xuất phát từ yêu cầu độ chính xác quan trắc lún công trình. Yêu cầu này phụ thuộc chủ yếu và tính chất cơ lý đất đá dưới nền móng công trình và điểm kết cấu vận hành công trình. Trong quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình, yêu cầu về độ chính xác quan trắc thường được quy định như ở bảng 3. 1 dưới dây [1] Bảng 3.1 STT Loại công trình Độ chính xác quan trắc(mm) 1 Công trình xây dựng trên nền đá cứng ±1.0 2 Công trình xây dựng trên nền đất,cát,sét ±3.0 3 Đập đất đá chịu áp lực cao ±5.0 4 Công trình xây dựng trên nền đất yếu ±10.0 5 Công trình bằng đất đắp ±15.0 Độ chính xác của mỗi bậc lưới được đặc trưng bởi sai số trung phương đo chênh cao trên mỗi trạm mày là m1 và m2. Theo đó, độc chính xác cần thiết đo sẽ được xác định như sau: Gọi ms là sai số trung phương xác định độ cao cảu các điểm quan trắc. Nừu các điểm trong các chu kỳ được đo cùng độ chính xác thì ta có: mH = (3. 1) Gọi mH1là thành phần ảnh hưởng của cấp lưới thứ nhất đến độ chính xác xác định độ cao. mH2 là thành phần ảnh hưởng của cấp lưới thứ hai đến độ chính xác xác định độ cao. Thì ta có thể viết: (3.2) Gọi K là hệ số giảm độ chính xác giữa hai bậc lưới, nghĩa là: mH1 = (3.3) Lúc đó : Hay (3.4) và (3.5) Từ đây có: mH1 = (3.6) và mH2 = (3.7) Như vậy sai số trung phương đo chênh cao trên mỗi trạm mày của mỗi bậc lưới là m1 và m2 sẽ được xác định như sau: m1 = (3.8) và m2 = (3.9) Trong đó: R’là trọng số đảo độ cao của điểm yếu nhất trong hệ thống lưới khống chế cơ sở, có giá trị lớn nhất và được lấy trên đường chéo chính của ma trận giả nghịch đảo. R là trọng số đảo độ cao của điểm yếu nhất trong hệ thống lưới quan trắc, có giá trị lớn nhất và được lấy trên đường chéo chính của ma trận nghịch đảo thường (ma trận hệ số trọng số). Vận dụng các ciông thức đã tính ở trên và theo yêu cầu kỹ thuật của việc quan trắc đối với công trình nhà N5D do bên A đưa ra chúng tôi chọn ms = ± 1,0 mm chọn K = 2. Theo công thức (3.6) và (3.7) ta có: mH1 = = ± 0.32 mm (3.10) mH2 = = ± 0.63 mm (3.11) Sau khi xác định được số lượng bậc khống chế chúng ta tiến hành lựa chọn dạng đồ hình hợp lý của các cấp lưới thông qua lựa chọn vị trí điểm gắn mốc, kiểu mốc, lựa chọn quy trình đo và phương pháp đo… Để có những nhìn nhận hợp lý nhất về những vấn đề trên chúng ta sẽ phân tích tách biệt cho từng cấp lưới. Nội dung cụ thể của công tác này sẽ được trình bày như sau 3.2. Thiết kế lưới khống chế cơ sở 3.2.1. Chọn sơ đồ lưới và vị trí đặt mốc Nhìn chung trong thực tế, dạng đồ hình hợp lý nhất của lưới khống chế cơ sở là lưới có cấu trúc liên kết ba điểm hoặc từng cụm ba điểm. Việc lựa chọn dạng đồ hình hợp lý của lưới khống chế cơ sở phụ thuộc vào điều kiện địa chất tình, hình thực tế của khu đo, và bản chất của từng công trìh cụ thể. Đối với các công trình dạng đặc biệt như công trình cầu, đập thuỷ điện thì chúng ta nên bố trí thành từng cụm 3 điểm ở hai bên bờ còn với các công trình công nghiệp và dân dụng thì bố trí lưới có ít nhất từ 3 điểm cơ sở trở lênYêu cầu cơ bản đối với các mốc cơ sở là phải đảm bảo ổn định, không bị chuyển dịch. Vì vậy các mốc cơ sở phải có kết cấu thích hợp được đặt ở ngoài phạm vi ảnh hưởng của quá trình chuyển dịch và biến dạng công trình, chúng được đặt ở những nơi có điều kiện địa chất ổn định. Khi lợi dụng các công trình cũ để đặt mốc chuẩn thì các công trình này phải hoàn toàn ổn định (không có các hiện tượng biến dạng do chuyển dịch, lún). Không đặt mốc chuẩn tại các công trình có tải trọng động (tải trọng thay đổi). Để thống nhất việc lựa chọn giá trị độ cao của điểm khởi tính chúng ta nên đo nối các điểm khống chế đó với ít nhất một điểm độ cao nhà nước gần nhất. Trong mỗi chu kỳ quan trắc cần phải kiểm tra sự ổn định của các mốc cơ sở., Nừu phát hiện thấy mốc cơ sở bị chuyển dịch thì phải tiến hành hiệu chỉnh và kết quả đo của các mốc kiểm tra. Đối với công trình nhà N5D, qua quá trình nghiên cứu các tài liệu và khảo sát thực tế chúng tôi quyết định bố trí chôn 4 mốc cơ sở. Đó là các mốc MC-1, MC-2, MC-3, MC-4, chúng được ép sâu đến khi đạt độ chối cho phép bằng các cọc bê tông và được phân bố bao quanh công trình nên rất thuận tiện cho việc đo nối tới các điểm qua trắc. Hình 3.1. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở 3.2.2. Kết cấu mốc khống chế cơ sở Mốc cơ sở là mốc khống chế độ cao, là cơ sở để xác định độ lún công trình. Tuỳ theo tính chất, diện tích mặt bằng và tầm quan trọng của công trình mà ta có phương án lựa chọn số lượng các mốc chuẩn cho phù hợp. Các mốc dùng trong quan trắc chuyển dịch thẳng đứng được chia thành ba loại sau: -Mốc chôn sâu: Là loại mốc dùng để quan trắc các công trình đặc biệt chính xác. Các mốc này thường được đặt sâu tới nền đá cứng. Do có yêu độ chính xác rất coa nên mốc chôn sâu thường được đặt trong các lỗ khoan. Thân mốc cách ly với đất đá xung quanh để hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi độ cao của mốc. (Hình 3.2 và hình 3.2b) - Mốc chôn nông: Là loại mốc được dùng phổ biến nhất để quan trắc các công trình dân dụng và công nghiệp. Các mốc này được làm bằng cột bê tông và được nén xuống lòng đất ở độ sâu 10 mét. Phía trên có hình chỏm cầu làm bằng sứ hoặc bằng sắt và có nắp dậy để bảo vệ. (Hình 3.2.d) - Mốc gắn tường: Được đặt ở chân cột hoặc chân tường của các công trình ổn định nhiều năm. Việc lựa chọn loại mốc cơ sở hoàn toàn phụ thuộc vào yêu cầu của công tác quan trắc biến dạng. Trường hợp cần phải quan trắc biến dạng thẳng đứng trong thời gian dài thì có thể lựa chọn dạng mốc chôn sâu. Dạng mốc chôn nông được sử dụng khi cần nghiên cứu biến dạng thẳng đứng một số công trình tại những khu vực độc lập. Để đạt được hiệu quả kinh tế và bảo đảm yêu cầu về độ chính xác quan trắc, các mốc cơ sở ở công trình nhà N5D đã được chúng tôi gia cố rắt bền vững: Thân mốc là các cọc bê tông, phần đầu mốc làm bằng sắt và có dạng chỏm cầu, phía trên có nắp bảo vệ chống va đập (hình 3.2.a) Hình a 3.2.3. ước tính độ chính xác bậc lưới cơ sở Như trên đã nói, độ chính xác của bậc lưới cơ sở được đặc trưng bởi sai số trung phương đo chênh cao trên mối trạm máy. ở công trình nhà N5D, với sơ đồ lưới như hình (3.1) chúng tôI đã tiến hành ước tính như sau: Lưới khống chế cơ sở được tính mô hình của bài toán bình sai tự do trên cơ sở của phương pháp bình sai gián tiếp theo điều kiện Chọn ẩn số là độ cao của tất cả các điểm cơ sở MC-1, MC-2, MC-3, MC-4 Hệ phương trình số hiệu chỉnh được viết dưới dạng ma trận như sau: V=AX+L Trong đó: Ma trận hệ số của hệ phương trình số hiệu chỉnh X- Vector ẩn số V,L- Vector số hiệu chỉnh và số hạng tự do STT Tuyến đo Số trạm 1 MC-1 - MC-2 4 2 MC-2 - MC-3 6 3 MC-3 - MC-4 4 4 MC-4 - MC-1 6 1, Hệ phơng trình số hiệu chỉnh MC-1 MC-2 MC-3 MC-4 Pi V1 -1 1 0.2500 V2 -1 1 0.1667 V3 -1 1 0.2500 V4 1 -1 0.1667 2, Ma trận hệ số hệ phơng trình chuẩn ẩn số A là 0.4167 -0.2500 0.0000 -0.1667 -0.2500 0.4167 -0.1667 0.0000 0.0000 -0.1667 0.4167 -0.2500 -0.1667 0.0000 -0.2500 0.4167 3, Điều kiện định vị CT MC- 1 MC - 2 MC-3 MC - 4 1 1 1 1 4, Ma trận hệ số hệ phơng trình chuẩn ẩn số mở rộng 0.4167 -0.2500 0.0000 -0.1667 1 -0.2500 0.4167 -0.1667 0.0000 1 0.0000 -0.1667 0.4167 -0.2500 1 -0.1667 0.0000 -0.2500 0.4167 1 1 1 1 1 0 5, Nghịch đảo ma trận hệ số hệ phơng trình chuẩn ẩn số mở rộng 1.5500 -0.0500 -0.9500 -0.5500 0.2500 -0.0500 1.5500 -0.5500 -0.9500 0.2500 -0.9500 -0.5500 1.5500 -0.0500 0.2500 -0.5500 -0.9500 -0.0500 1.5500 0.2500 0.2500 0.2500 0.2500 0.2500 0.0000 6, Ma trận giả nghịch đảo 1.5500 -0.0500 -0.9500 -0.5500 -0.0500 1.5500 -0.5500 -0.9500 -0.9500 -0.5500 1.5500 -0.0500 -0.5500 -0.9500 -0.0500 1.5500 Theo công thức (3.10) ta tính được SSTP đo chênh cao trên mỗi trạm máy là: m1 = = ±= ± 0.275 (mm) Như vậy để cho công tác quan trắc lún nhà N5D đạt độ chính xác yêu cầu và để dự trữ độ chính xác thi sstp đo chênh cao trên mỗi trạm máy không được vượt quá 0.2mm .Nếu lớn hơn giá trị này cần phải đo lại. 3.3. Thiết kế lưới quan trắc 3.3.1. Chọn sơ đồ lưới và vị trí đặt mốc Lưới quan trắc chuyển dịch biến dạng thẳng đứng công trình bao gồm các mốc được gắn ngay sau khi xây dựng xong phần móng và được phân bố đều khắp công trình. Các mốc này được gắn chặt vào công trình ở những nơi đặc trưng cho quá trình chuyển dịch biến dạng và chuyển dịch cùng với công trình. Chúng thường được gắn ở những vị trí dự kiến công trình trồi (lún) nhiều nhất. Đó là những nơi có sự thay đổi về địa chất công trình, hai bên khe lún. Các mốc biến dạng thẳng đứng nên đặt ở gần cùng độ cao để tiện cho công tác đo đạc và tồn tại trong suốt quá trình theo dõi độ biến dạng công trình. Số lượng và phân bố mốc đo biến dạng phải được thiết kế cho từng dạng công trình cụ thể. Các mốc đo độ lún cần bố trí sao cho phản ánh được một cách đầy đủ nhất về độ lún của toàn bộ công trình và bảo đảm được các điều kiện đo đạc. Số lượng mốc đo lún cho một công trình cần được tính toán thích hợp sao cho vừa phản ánh được đặc trưng về độ lún của công trình vừa đảm bảo tính kinh tế. Khoảng cách giữa các mốc đo phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình, cấu tạo của máy đo, giá trị độ lún ước tính và mục đính của việc đo độ lún… Mốc đo độ lún phải được đặt sao cho có thể chuyền độ cao trực tiếp từ mốc này sang mốc khác, đặc biệt là ở các vị trí có liên quan đến sự thay đổi kết cấu, đồng thời có thể đo nối các mốc chuẩn một cách thuần tiện. Khi đặt các mốc đo lún cần lưu ý đến độ cao của mốc so với mặt nền đất xung quanh và khoảng cách từ đầu mốc đến mặt phẳng của tường hay cột để cho việc đặt mia được thuận tiện. Đối với các loại mia dựng trên đầu mốc thì ta nên đặt mốc ở độ cao 15cm á 20cm so với mặt nền, còn các loại mia treo nên đặt mốc ở độ cao 80cm á 200cm so với mặt nền. Khoảng cách từ đầu mốc tới tường hoặc cột thường từ 3cm á 4cm. Nơi đặt các mốc cần phải ghi ký hiệu quy ước trên bản vẽ của công trình và đặt tên cho mỗi mốc đo. Trong quá trình đo đạc nếu phát hiện thấy mốc bị mất, cần phải gắn bổ sung mốc mới. Vị trí của nó cách mốc đã mất không vựơt quá 3m. Sau khi gắn mốc phải đặt tên cho mốc mới và thêm ký hiệu quy ước. Các mốc đo độ lún cần phải được bảo vệ và tránh va đập. Trường hợp cần thiết nên có văn bản bàn giao việc bảo quản mốc với đơn vị chủ quan và thi công công trình. Chúng ta biết rằng, việc lựa chọn vị trí để gắn mốc độ cao quan trắc phụ thuộc vào dạng của từng công trình, kết cấu công trình và điều kiện cụ thể của khu vực có công trình. Dưới đây chúng tôi sẽ đưa ra một số cách bố trí các điểm mốc trong đo chuyển dịch thẳng đứng các công trình nhà cao tầng và nhà xưởng: [5] a. Đối với các công trình nhà ở và nhà chung cư không có khung chịu lực, sử dụng tường gạch chịu lực, móng băng thì mốc đo độ lún được phân bố theo chu vi của công trình, các mốc cách nhau 10m á 15m. Khi chiều rộng của công trình lớn hơn 25m thì các mốc được đặt thêm ở tường ngang, tại chỗ giao nhau của chúng với tường gạch dọc. b. Đối với các công trình công nghiệp và nhà khung chịu lực, mốc đô độ lún được đặt tại các cột chịu lực cho chu vi của công trình và bên trong công trình sao cho các mốc được phân bố theo trục ngang và trục dọc tối thiểu là 3 mốc tại mỗi hướng. Tại khu vực bệ lò hoặc móng máy các mốc đo độ lún được bố trí dày hơn theo các trục đối xứng. c. Đối với các nhà chung cư cao tầng có sàn bằng panen tấm lớn và các nhà tập thể có các móng lắp ghép thì các mốc được đặt theo chu vi và trục của nhà cách nhau từ 6m á 8m (tương ứng với hai tấm panen hay còn gọi là tương ứng qua hai bước của panen). d. Đối với các nhà xưởng được xây dựng trên móng cọc thì các mốc phân bố cách nhau tối đa là 15m theo trục dọc và trục ngang của công trình. Khi chiều rộng của nhà xưởng lớn hơn 25 thì số lượng mốc đo độ lún được bố trí tằng thêm một hàng 10m theo các trục. e. Đối với các nhà sản xuất nhiều tầng và các công trình công nghiệp có móng băng giao thoa thì mốc đo độ lún sẽ được bố trí theo hướng dọc và ngang của trục móng và theo chu vi của công trình, với mật độ một mốc trên 100m2 diện tích. f. Đối với các công trình loại ống khói, silô, lò luyện gang, công trình dạng tháp … mốc được đặt tối thiểu 4 chiếc theo chu vi. Với các công trình cần bảo đảm chuyển động theo một trục cần đặt mốc đo độ lún đối xứng qua hai bên của chúng. Đối với các cầu chạy, giá đỡ, đặt mốc tại các cột chịu lực và bố trí theo đường trục. g. Đối với các tường vách cứng và vách cứng có trụ, các mốc được đặt theo chu vi của công trình với khoảng cách từ 15m á 20m. h. Đối với các công trình quan trọng, các công trình nghệ thuật, mặt ngoài có ốp bằng vật liệu quý nên chọn loại mốc có bản lề quay, có nắp đậy nhằm bảo đảm mỹ quan cho công trình. Cấu tạo của mốc này được trình bày ở (hình 3.4a). Dựa vào bản thiết kế và đặc điểm của công trình nhà N5D, dựa vào điều kiện thực tế của khu đo, chúng tôi đã bố trí gắp các mốc quan trắc ở những vị trí dễ xảy ra chuyển dịch biến dạng như trên các thân cột của nhà, khu vực hầm thang máy… 3.3.2. Cấu tạo mốc quan trắc Bậc lưới quan trắc biến dạng thẳng đứng có cấp hạng thấp hơn lưới khống chế cơ sở một bậc nên mốc đo biến dạng phải có cấu tạo đơn giản nhưng vững chắc thuận tiện cho việc chôn mốc và dễ đặt mia. Mốc đo độ lún được phân làm 3 phần chính: - Thân mốc - Đầu mốc - Phần bảo vệ Tuỳ thuộc vào loại công trình mà thân mốc có cấu tạo khác nhau. Khi đặt mốc phải đảm boả sự liên kết vững chắc giữa thân mốc với thân công trình. Đầu mốc có dạng hình cầu hoặc bán cầu để đảm bảo khi dựng mia thì mia sẽ luôn luôn tiếp xúc tại một điểm cố định. Đối với công trình Nhà N5D chúng tôi đã sử dụng các mốc quan trắc được gia công bằng sắt có chiều dài khoảng 10 - 12cm, phía đầu có dạng chỏm cầu (hình 3.4.c). Các mốc này được gắn chặt vào tường và được đặt nghiêm một góc 750 so với mặt phẳng tường nên rất thuận tiện cho việc đặt mia 750 Hinh 3.4c 3.3.3. ước tính độ chính xác bậc lưới quan trắc Lưới quan trắc được ước tính theo phương pháp điểm nút của giáo sư Popov. Phương pháp nàycho phép ta có thể lập được hệ phương trình chuẩn R ngay trên sơ đồ lưới theo nguyên tắc sau: “Đối với các điểm nút (các điẻm nằm trên đường chéo chính) thì có giá trị bằng tổng giá trị trọng số của các hướng đi vào nút, đối với các điểm còn lại thì có giá trị bằng giá trị của trọng số trên tuyến đo và lấy dấu ngược lại” Theo sơ đồ trên, với D-1,D-2,……,D-26 là các điểm nút; (i) là số trạm máy tương ứng trên mối trạm đo; giả sử N là điểm gốc. Ta có kết quả ước tính lưới như sau: STT Tuyến đo Số trạm STT Tuyến đo Số trạm STT Tuyến đo Số trạm 1 D1 - D2 1 12 D12 - D13 1 23 D20 - D21 2 2 D2 - D3 2 13 D13 - D14 1 24 D21 - D22 1 3 D3 - D4 1 14 D14 - D15 1 25 D22 - D10 1 4 D4 -D5 1 15 D15 - D16 3 26 D25 D23 2 5 D5 - D6 1 16 D16 - D 17 1 27 D23 - D24 1 6 D6 - D7 1 17 D17 - D18 1 28 D24 D19 4 7 D7 - D8 1 18 d18 - D1 1 29 D19 D20 1 8 D8 - D9 1 19 D2 - D25 6 30 MC1 -D11 2 9 D9 - D10 2 20 D25 - D26 1 31 MC2 - D9 2 10 D10-D11 1 21 D26 D20 2 32 MC3 - D3 2 11 D11 D12 1 22 D20 - D15 3 33 mC4 - D16 2 Sai số trung phương đo chênh cao trên mỗi trạm máy là: 2=± = = ± 0.3 mm Để đảm bảo độ chính xác quan trắc theo yêu cầu và để dự trữ độ chính xác ta nên đo với 2= 0.2 mm 3.4. Tổ chức công tác đo đạc ngoại nghiệp 3.4.1. Yêu cầu chung Trong quan trắc chuyển dịch biến dạng thẳng đứng công trình công tác đo đạc ngoại nghiệp chiếm một vai trò rất quan trọng, bao gồm: Việc xác định khối lượng công việc, lập sơ đồ và chưng trình đo, chọn máy móc và dụng cụ đo, kiểm nghiệm mày và mia, đo đạc theo các chu kỳ… Nội dung của công tác này sẽ được trình bày cụ thể như sau: a.Chọn mày và dụng cụ đo. Máy và dụng cụ đo độ lún phải có các tính năng kỹ thuật phù hợp, bảo đảm độ chính xác. Các mày thường dùng trong đo lún và Ni_004 và Koni_007. Mia được sử dụng là mia invar thường hoặc mia invar chuyên dùng có kích thước ngắn hơn. Ngoài ra cần có các dụng cụ khác như nhiệt kế, cóc mia, ô che nắng. ở công trình nhà N5D chúng tôi đã sử dụng máy Ni_004 và mia invar chuyên dùng có chiều dìa 2 mét, giá trị khoảng chia trên mia là 5 mm và trên mia có gắn ống nước tròn. b. Kiểm nghiệm máy và mia: Trước và sau mỗi chu kỳ đo, máy và mia cần phải được kiểm tra, kiểm nghiệm chặt chẽ theo đúng quy định của quy phạm. Nội dung kiểm nghiệm mày và mia bao gồm: + Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh bọt nước tròn. + Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh bọt nước dài. + Xác định giá trị vạch khắc của ống nước dài và sai số hình ảnh parabol + Xác định giá trị vạch chia của bộ đo cực nhỏ trên các khoảng cách khác nhau. + Kiểm tra hoạt động của vít nghiêng bằng mia… + Kiểm tra toàn bộ bề ngoài của mia và dỉa băng invar. + Kiểm nghiệm bọt thuỷ tròn trên mia. + Xác định sai số khoảng chia 1dm trên thang chính và thang phụ (nếu có) của mia invar, sai số này không được vượt quá 0,15mm…. Qua quá trình đo đạc thực tế nhà N5D tôi nhận thấy việc kiểm tra màng chỉ chữ thập của mày và độ ổn định của góc i là quan trọng nhất bởi vì nó có ảnh hưởng rất lớn tới kết quả đo chênh cao. Trong quy phạm quy định mỗi ngày phải kiểm tra góc i một lần.Sau khi kiểm tra thấy góc i dao động quá 12” thì phải hiệu chỉnh. Kiểm nghiệm góc i: Trên lối rộng khoảng 50m ta bố trí hai trạm máy như hình 3.3 Hình 3.3. Sơ đồ kiểm nghiệm góc i Khoảng cách giữa hai mia A và B dùng thước thép đo chính xác 2 lần, sai số nhỏ hơn 3cm Trên máy I được bố trí đúng giữa đoạn AB. Trạm máy II được bố trí sao cho DB2=1/10.DAB Với cách bố trí như trên, trong quá trình đo không điều quang. Ta tiến hành như sau: Đặt máy tại tram I, cân bằng máy chính xác, cho ảnh bọt thuỷ chập nhau, lần lượt ngắm mia A và B. Mối mia đọc số thang chính, thang phụ ghi vào cột 3 và 4 hàng a1 và b2 Tính kiểm tra số đọc thang chính, thang phụ trên một trạm máy: Thang chính + hằng số mia – thang phụ< 100 Và (a1- b1) của thang chính – (a1-b1) của thang phụ< 140 Nếu các số đo đạt yêu cầu ta tính: i= i”= h= .(h1-h2) (mm) Khi góc i > 12” thì phải hiểu chỉnh * Cách ghi sổ và tính toán khi kiểm nghiệm góc i Bảng 3.2 Trạm máy Số đọc trên mia I+K+II Ký hiệu tính toán Kết quả tính Ký hiệu Thang chính I Thang chính II 1 2 3 4 5 6 7 I a1 273546 880058 -12 h -000119 b1 267718 874214 +04 2D 900 a1- b1 +005828 +005844 -16 i” -2”.73 h1 +0005836 II a2 284724 891286 -62 b2 b2 278792 885308 -16 1.1h a2- b2 +005932 +005978 -46 b2” h2 +005955 h=h1- h2, i”= , b2”=b2 + 1.1h * Kiểm nghiệm hệ thống lưới chỉ: Treo dây dọ lên 1 giá đỡ cách vị trí đứng máy khoảng 20 mét. (Hình3.7) Cân bằng máy chính xác và quay máy bắt mục tiêu là sợi dây. Điều quang và ngắm chuẩn để đưa chỉ đứng của máy vào trùng với sợi dây. Nếu nhìn vào máy ta thấy chỉ đứng của mày mà trùng khí lên sợi dây tức là hệ thống lưới chỉ ở vị trí chuẩn, ngược lại nếu nhìn thấy chỉ đứng không trùng khít lên sợi dây (tức là sợi dây và chỉ đứng không song song với nhau) thì phải điều chỉnh lại hệ thống lưới chỉ. Hình 3.7 c. Phương pháp đo đạc: Việc đo đạc lưới quan trắc chuyển dịch biến dạng thẳng đứng có thể sử dụng phương pháp như sau: phương pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn, phương pháp đo cao thuỷ tĩnh, phương pháp đo cao lượng giác, phương pháp chụp ảnh mặt đất. Nhưng theo chúng tôi trong các công trình xây dựng nói chung và công trình nhà N5D nói riêng nên sử dụng phương pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn là hpựp lý nhất. Bởi vì phương pháp này cho kết quả đạt độ chính xác cao mà việc to chức đo đạc lại đơn giản hơn so vói các phương pháp khác Trong thưc tế, quá trình đo đạc các lưới đo cao bằng phương pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn cần phảI tuân theo một số chỉ tiêu kỹ thuật và hạn sai được trích lược ở bảng(3.3) dưới đây: Bảng 3.3 STT Chỉ tiêu kỹ thuật Hạng I Hạng II 1 Chiều dài tia ngẵm lớn nhất (m) 25 25 2 Chiều dài tia ngẵm tối thiểu (m) 0.8 0.5 3 Chênh lệch khoảng ngẵm trớc và sau trên một tram máy (m) 0.4 1 4 Tính luỹ chênh lệch tia ngắm toàn tuyếnvtối đa (m) 2 4 5 Sai số giới hạn khép tuyến (mm) n là số trạm đo trong tuyến ± 0.3 ± 0.6 d. Chu kỳ quan trắc chuyển dịch thẳng đứng: Chu kỳ: Là khoảng thời gian cần thiết giữa hai thời điểm quan trắc chuyển dịch biến dạng. HIệu số độ cao của các điểm quan trắc giữa các chu kỳ là giá trị trồi( lún) của các điểm. Việc xác định chu kỳ đo chiếm một vai trò rất quan trọng. Thời gian để tiến hành các chu kỳ đo được xác định trong khi thiết kế kỹ thuật quan trắc lún. Chu kỳ quan trắc phải được tính toán sao cho kết quả quan trắc phản ánh được thực chất quá trình lún của công trình. Thông thường khi quan trắc lún các công trình người ta thường chia làm 3 giai đoạn: + Quan trắc lún trong giai đoạn thi công. + Quan trắc lún khi bắt đầu vận hành công trình. + Quan trắc lún khi công trình đi vào ổn định. ở giải đoạn thi công, quan trắc lún thường được xác định theo tiến độ thi công và mức độ phức tạp của công trình. Đễ dễ dàng cho việc theo dõi, người ta đo theo tải trọng hoàn thành của quá trình xây dựng, cụ thể là: + Công trình hoàn thành xong phần móng. + Công trình đạt tới 25% tải trọng. + Công trình đạt tới 50% tải trọng. + Công trình đạt tới 75% tải trọng. + Công trình đạt tới 100% tải trọng. Đối với các công trình phức tạp, ngoài việc theo dõi độ lún của móng (khi hoàn thành xây xong phần móng) có thể cứ đạt khoảng 10% tải trọng thì cần phải quan trắc một lần. Tại mỗi lần quan trắc, kết quả so sánh với lần đo trước kề đó và sau khi xem xét hiệu chênh cao của 2 lần đo kề nhau Dh (độ lún) là cơ sở để quyết định việc tăng dày các lần đo hay cứ tiến hành đo theo tiến độ đã ấn định từ đầu. Giai đoạn công trình bắt đầu vận hành, các chu kỳ quan trắc phụ thuộc vào tốc độ lún của công trình, đặc điểm vận hành công trình. Thời gian đo giữa hai chu kỳ trong giai đoạn này có thể chọn từ 2 đến 6 tháng. Giai đoạn công trình đi vào ổn định, thời gian đo giữa hai chu kỳ kế tiếp có thể từ 6 tháng đến 1 năm hoặc 2 năm. Việc phân định số lần đo phụ thuộc hoàn toàn vào yêu cầu độ chính xác đo lún của mỗi công trình. Nếu sai số đo cho phép và độ chính xác càng nhỏ thì các chu kỳ cách nhau càng lớn, nguợc lại nếu sai số cho phép và độ chính xác càng lớn thì chu kỳ cách nhau càng ít hơn. Trong những trường hợp đặc biệt khi xuất hiện các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của công trình, cần thực hiện những chu kỳ quan trắc đột xuất. 3.4.2. Thực hành đo đạc ngoại nghiệp. Để cho công tác quan trắc đạt kết quả như mong muốn chúng ta cần lưu ý số yêu cầu sau: -Công việc đo ngắm chỉ được pháp thực hiện trong điều kiện hoàn toàn nhuận lợi và hình ảnh của các vạch khắc trên mia rõ ràng ổn định -Trước khi bắt đầu thực hiện công việc đo ngắm 15 phút cần đưa máy ra khỏi hòm đựng để tiếp nhận nhiệt độ môi trường. Trong đo nếu cần thiết phảI chuyển độ cao đến các mốc đặt trong công trình bằng cách ngắm qua cửa sổ, qua các lỗ hổng ở công trường và ở tường thì các lỗ hổng này phảI có đường kính tối thiểu là 0.5m. Không nên đặt máy ở nơi ranh giới giữa không khí nóng và lạnh -Không nên đo vào thòi gian khi mặt trời mọc hoặc sắp lặn, khi hình ảnh dao động, khi có gió mạnh từng hồi, nhiệt độ khí cao và dao động không đều, bởi vì lúc này việc bắt mục tiêu và kẹp vạch đọc số không chính xác. Tốt nhất nên bắt đầu tiến hành đo ngắm sau khi mặt trời mọc nửa giờ và kết thúc trước khi mặt trời lặn một giờ -Trong khi đo phải sử dụng ô che máy, tránh tác động trực tiếp của tia nắng của mặt trời dọi vào máy. Khi di chuyển máy từ trạm này sang trạm khác phải che máy bằng túi, bao rộng làm bằng vật liệu mịn chuyên dùng -Trong khi đo lúc đế mia phải tuyệt đối sạch, mia phải được đặt thẳng đứng dựa vào bọt thuỷ tròn, phải ổn định và được đặt trên điểm cao nhất của mốc.Khi di chuyển nên cẩn thận nhẹ nhàng để mia không bị va đập. Khi làm việc trong điều kiện thiếu ánh sáng, mia phải được chiếu đèn. Khi dựng mia trên mốc người dựng mia phải đọc tên mốc đó. Không có hiệu lệnh của người đo mia không được rời khỏi mốc -Trong thời gian giải lao cần bảo quản mia không bị va đập, chấn động, dựng mép mia vào tờng, khi đo xong để mia trong phòng khô ráo có hòm riêng. Trên một mốc đo trong các chu kỳ đo khác nhau chỉ nên sử dụng một mia Căn vào tiến độ thi công cũng nhu tải trọng của công trình. Căn cứ vào hiện trạng của công trình và các kết qủa ước tính độ chính xác quan trắc chúng tôi đã và đang tiến hành quan trắc lún công trình nhà N5D theo chu kỳ 30 ngày/ 1 lần. Sau đây tôi xin dẫn một số chu kỳ đo 3.5.Thiết kế phương án xử lý nội nghiệp Trong quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình nói chung cũng như quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình nói riêng, sự thay đổi độ cao theo thời gian của các mốc chuẩn sẽ làm sai lệch độ cao thực tế của các mốc quan trắc lún. Do đó làm cho bức tranh phản ánh về độ lún của công trình sẽ khong có giá trị. Vì vậy việc kiểm tra độ ổn định cảu các mốc chuẩn trong từng chu kỳ đóng một vai trò đặc biệt quan trọng và là một nội dung bắt buộc trong xử lý số liệu đo độ lún công trình. Việc làm này chỉ có kết quả sau khi phân tích cẩn thận các kết quả đo ở mỗi chu kỳ thông qua việc lựa chọn phương pháp phân tích độ ổn định các mốc. Qua đó ta sẽ lựa chọn được những mốc ổn định để làm cơ sở cho việc bình sai lưới quan trắc và hiệu chỉnh vào những mốc không ổn định. Từ đó tính toán ra các thông số chuyển dịch và đồ hoạ. Nội dung cụ thể của công tác này sẽ được trình bày một cách rõ ràng và dầy đủ trong các mục dưới đây: 3.5.1.Phân tích độ ổn định các mốc trong bậc lưới cơ sở a. Tiêu chuẩn ổn định của các mốc độ cao cơ sở Như trên đã nói, lưới độ cao đo lún công trình là hệ thống lưới độc lập 2 cấp. Trong đó các điểm độ cao gốc lưới cơ sở khó có thể được ổn định trong suốt quá trình quan trắc. Sự thay đổi độ cao của các mốc gốc sẽ làm cho giá trị độ lún không còn tin cậy. Do đó cần đưa ra tiêu chuẩn ổn định mốc khống chế cơ sở. Tiêu chuẩn đó được xác định như sau: Gọi ms là SSTP xác định lún (trồi) của công trình. dH1 là sự thay đổi độ cao cảu mốc cơ sở thứ i giữa 2 thời điểm quan trắc. mS1 là thành phần ảnh hưởng của cấp lưới thứu nhất đến độ chính xác xác định lún. mS2 là thành phần ảnh hưởng của cấp lưới thứ nhất đến độ chính xác xác định lún. Ta có: (5.1) Nếu gọi K là hệ số giảm độ chính xác giữa 2 bậc lưới, nghĩa là: mS1 = (5.2) Thay (5.2) vào (5.1) ta có: Hay là: (5.3) Do đó: mS2 = (5.4) mS1 = (5.5) Trong phần lớn các trường hợp lấy mS = ± 1.0 mm. Hệ số giảm độ chính xác K có thể chọn trong khoảng 1 á 2 tuỳ theo đặc điểm của lưới được thiết kế và khả năng hiện có của máy móc thiết bị đo. Chọn K = 2 và thay vào công thức (5.5) và (5.4) ta có: mS1 = ± = ± 0.43 mm (5.6) mS2 = ± = ± 0.86 mm (5.7) Như vậy, trong mỗi chu kỳ quan trắc, các mốc cơ sở được xem là ổn định nếu lượng chuyển dịch |dHi|t.mS1 (chọn t=2) thì ta có |dHi|Ê 3. mS1 và ngược lại các mốc không ổn định nếu có dHi > 3.mS1 3.5.2. Các phương pháp có thể sử dụng để phân tích độ ổn định các mốc Phân tích độ ổn định của các mốc chuẩn chiếm một vai trò rất quan trọng trong đo lún công trình. Nhìn chung có thể chia thành 4 nhóm phương pháp chính sau đây: [6] 1. Phương pháp phân tích tương quan (V.A. Karpenko). Phương pháp này dựa trên cơ sở phân tích quan hệ giữa các trị chênh cao của cung một đoạn đo ở các chu kỳ khác nhau để xác định mốc ổn định. Độ ổn định của các mốc chuẩn được đánh giá trên cơ sở phân tích phương sai. 2. Phương pháp phân tích dựa trên nguyên tắc độ cao không đổi của mốc ổn định nhất trong lưới (Kostekhel). Lân lượt chọn các mốc 1, 2, 3... của lưới làm điểm khởi tính, bình sai lưới và tính số hiệu chỉnh cho tất cả các mốc và cho từng 2 chu kỳ. Mốc nào dùng để tính mà có [vv] = min thì mốc đó được coi là ổn định nhất và độ coa của nó tè chu kỳ đầu tiên được lấy làm gốc khi tính độ cao. 3. Phương pháp phân tích dựa trên nguyên tắc độ cao trung bình không đổi của mốc trong lưới (Trernhicov). Giả sử Hi1, Hi2, Hi3, Hi4 và Hk1, Hik2 Hk3, Hk4 tương ứng là độ cao bình sai của các mốc ở chu kỳ thứ i và chu kỳ thứ k, đồng thời giả thiết rằng điểm 1 là điểm độ cao gốc trong cả 2 chu kỳ, nghĩa là Hk1 = Hi1. Tiếp theo, tìm trị số thay đổi độ cao của mốc gốc 1 trong chu kỳ thứ k, sao cho sua khi hiệu chỉnh vào độ cao của tất cả các mốc một lượng hik1 thì tổng bình phương các độ lệch còn lại là nhỏ nhất, nghĩa là: = min (5.8) Sau khi tìm được trị số thay đổi độ cao của mốc, tiến hành hiệu chỉnh trị số này vào độ coa của mốc gốc 1. Dựa vào các chênh cao bình sai để tính lại độ cao của tất cả các mốc trong chu kỳ thứ k. Nếu thấy chúng đều không vượt quá sai số giới hạn xác định hiệu chênh cao thì kết luận các mốc này ổn định. 4. Phương pháp mô hình toán học (V.N.Gansin và A.F.Xtarorenko). Giả sử lưới độ cao cơ sở gồm n điểm. Bình sai lưới với điều kiện bổ sung: D1p1 + D2p2 + ... + Dnpn = 0 (5.9) a. Trong chu kỳ thứ nhất, lưới được bình sai với điều kiện bổ sung sau: D1 = 0 p1 = 1 (5.10) p2 = p2 = ... = pn = 0 và chọn mốc 1 làm gốc để tính độ cao cho tất cả các mốc còn lại. b. Trong chu kỳ thứ 2 và các chu kỳ tiếp theo, lưới được bình sia với điều kiện bổ sung sau: D1 + D2 + ... + Dn = 0 p1 + p2 + ... + pn = 0 (5.11) Độ coa của các mốc từ chu kỳ đầu được chọn là độ cao gần đúng. Trong đó: Di - Số hiệu chỉnh vào độ cao gần đúng của các điểm. pi - Số tuỳ ý thỏa mãn ỳpỳ ạ 0 Qua nghiên cứu các phương pháp phân tích độ ổn định cuả các mốc chuẩn được nêu ở trên cho phép chúng tôi rút ra một số nhận xét sau đây: 1. Tất cả các phương pháp nói trên có điểm giống nhau và khi phân tích đều dựa vào sự thay đổi chênh cao giữ các mốc trong các chu kỳ đo lặp. Sự khác nhau cơ bản giữa chúng chính là nguyên tắc lựa chọn độ cao gốc khi tiến hành phân tích. Dựa vào đó có thể phân ra thành 2 nhóm nguyên tắc chính: - Nguyên tắc độ cao không đổi của một mốc ổn định nhất trong lưới. - Nguyên tắc độ cao trung bình không đổi của tất cả các mốc hoặc của nhóm mốc ổn định nhất trong lưới. 2. Phương pháp phân tích tương quan có khối lượng tính toán phức tạp, cần phải có một số lượng chu kỳ đủ lớn (trên 8 chu kỳ) mới có thể tin cậy được. Vì vậy, việc phân tích độ ổn định của các mốc chuẩn mất đi tính thời sự của nó. Do đó, phương pháp này chủ yếu dùng trong công tác nghiên cứu khoa học mà không được áp dụng trong thực tiễn. 3. Phương pháp Kostekhel dựa trên nguyên tắc độ cao không đổi cua rmốc ổn định nhất có nhược điểm là không khách quan, nhiều kết quả nghiên cứu trên mô hình toán học cho thấy ngay cả khi {vv} = min thì điểm được chọn vẫn chưa phải là ổn định nhất. Hơn nữa, khi số lượng mốc lớn hơn 4 và có nhiều chu kỳ đó thì việc phân tích gặp nhiều khó khăn. 4. Phương pháp Trernhikov dựa trên nguyên tắc độ cao trung bình không đổi của các mốc có nội dung tính toán đơn giản, mô hình chuyển dịch thẳng đứng của các mốc có nội dung tính toán đơn giản, mô hình chuyển dịch thẳng đứng được xác định so với chu kỳ gốc bất kỳ của lưới nên kết quả nhận được khách quan hơn so với chu kỳ gốc bất kỳ của lưới nên kết quả nhận được khách quan hơn so với phương pháp Kostekhel. Tuy nhiên, khi sử dụng nó buộc phải chấp nhận giải pháp bình sai cấp lưới, nếu xử dụng máy tính điện tử sẽ mất đi khả năng tự động hóa trong xử lý số liệu. 3.5.3. Lựa chọn phương pháp phân tích độ ổn định của các điểm cơ sở nhà N5D Khi xử lý hệ thống lưới khống chế độ cao trong đo chuyển dịch thẳng đứng công trình nói chung và công trình nhà N5D nói riêng cần tuân theo yêu cầu cơ bản sau: - Phải tiến hành bín sai soa cho lưới quan trắc không chịu ảnh hưởng sai số số liệu gốc (sai số số liệu gốc ở đây là sai số xác định lưới cơ sở và sai số do các mốc cơ sở bị chuyển dịch). - Lưới phải được định vị trong một hệ toạ thống nhất ngay từ chu kỳ đầu tiên. Như vậy nếu các điểm mốc cơ sở ổn định thì có thể bình sai tách biệt hai bậc lưới. Trong đó, lưới quan trắc tiến hành bình sai theo phương pháp bình sai thông thường, với số liệu gốc là các mốc lưới khống chế cơ sở. Tuy nhiên, việc bình sai tách biệt hai bậc lưới sẽ làm giảm khả năng tự động hóa trên máy vi tính, và ít nhiều lưới quan trắc chịu ảnh hưởng sai số số liệu gốc (sai số lưới khống chế cơ sở). Để khắc phục nhược điểm đó ta có thể bình sia kết hợp hai bậc lưới có tính đến ảnh hưởng sai số số liệu gốc. Giải pháp này chặt chẽ về lý luận nhưng thuận toán và quy trình phức tạp. Theo chúng tôi phương pháp tốt nhất để phân tích độ ổn định của các mốc cơ sở là phương pháp bình sai tự do Sau đây chúng ta sẽ xem xét mô hình bài toán bình sai lưới trắc địa tự do a. Bình sai lưới tự do. Giả sử một mạng lưới trắc địa tự do được bình sai theo phương pháp gián tiếp. Hệ phương trình số hiệu chỉnh viết dưới dạng ma trận. V = AX + L (5.12) Trong đó; A: Ma trận hệ số của phương trình số hiệu chỉnh X: Vector ẩn số V,L: Vector số hiệu chỉnh và số hạng tự do Ma trận A trong hệ phương trình (5.12) có d cột phụ thuộc tuyến tính do lưới còn thiếu yếu tố định vị tối thiểu. Theo nguyên lý của phương pháp số bình phương nhỏ nhất, từ hệ phương trình số hiệu chỉnh (5.12) ta lập được hệ phương trình chuẩn: RX + B = 0 (5.13) R = ATPA b = ATPL P: Vector trọng số trị đo Do hệ phương trình số hiệu chỉnh phụ thuộc tuyến tính nên ma trận R, trong hệ phương trình (5.13) có những đặc điểm sau: Tổng các phần tử theo hàng hoặc theo cột đều bằng 0: Không tồn tại phép nghịch đảo ma trận R do: det R = 0 Hệ phương trình (5.13) vì thế không thể giải được theo phương pháp thông thường. Muốn giải được nó cần bổ sung điều kiện: CTX + LC = 0 (5.15) Trong đó LC là véc tơ không ngẫu nhiên lựa chọn, thông thường LC = 0. Ma trận CT có d hàng độc lập tuyến tính. Trên cơ sở của phương pháp bình sai gián tiếp kèm điều kiện, chúng ta có hệ phương trình chuẩn mở rộng: (5.16) Với ma trận hệ số không suy biến nữa, tồn tại ma trận nghich đảo thường: (5.17) R được gọi là ma trận giả nghich đảo và được xác định theo công thức: R = (R + CCT)-1 - TTT (5.18) với R = B(CTB)-1 (5.19) Trong công thức (5.19) như đã biết: C: Ma trận hệ số của điều kiện bổ sung (5.15) B: Ma trận hệ số của phép chuyển đổi toạ độ Helmert (được trình bày ở phần sau). Ma trận B có tính chất sau: AB = 0 (5.20) RB = 0 Trong trường hợp nếu B là ma trận quy chuẩn sẽ có; BTB = Edxd Và trong trường hợp tổng quát BTB = D (5.21) với D là ma trận đường chéo Giữa C và B tồn tại mối quan hệ C = E0B (5.22) Và như vậy có trường hợp riêng C = B Trong trường hợp C = B, từ (III.19) ta có T = B(BTB)-1, ma trận giả nghich đảo (5.18) được gọi là ma trận giải nghich đảo tổng quát và được ký hiệu là R+ R+= (R + BBT)-1 - B(BTB)-1 (BTB)-1BT (5.23) Nếu ma trận B đã được quy chuẩn, sẽ có công thức đơn giản hơn R+ = (R + BBT)-1 - BBT (5.24) Ma trận R có đầy đủ tính chất của một ma trận nghich đảo thông thường, cụ thể là: - SPR+= min - Dùng R+ để tính nghiệm X = - R+b - Dùng R+ để đánh giá độ chính xác: KX0 = s20R+ Trong đó s0 = là sai số trung phương trọng số đơn vị KX0: Là ma trận tương quan của véc tơ bình sai (n - t + d): số lượng trị đo thừa trong lưới b. Bài toán chuyển đổi toạ độ Thông thường ở mỗi chu kỳ quan trắc kết quả bình sai nhận được là ở trong hệ toạ độ tại thời điểm đó. Do đó để phân tích, đánh giá được ổn định các mốc lưới khống chế cơ sở trong quan trắc chuyển dịch, từ đó xác định được sự chuyển dịch của công trình thì ta phải chuyển hệ toạ độ tại thời điểm quan trắc về một hẹ tạo độ thống nhất ngay từ chu kỳ đầy thông qua phép chuyển đổi toạ độ Helmert. Bài toán chuyển đổi này có thể phát biểu rằng: Phép chuyển đổi toạ độ Helmert là phép biến đổi toạ độ đồng dạng từ hệ này sang hệ khác mà vẫn bảo lưu độ chính xác xác định vị trí tịa thời điểm xét. c. Định vị lưới trắc địa tự do Trở lại với mô hình của bài toán bình sai lưới tự do chúng ta nhận thấy rằng, véc tơ ẩn số x tìm được cần phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện. VTPV = min CTX = 0 Điều kiện thứ nhất, như ta đã biết là nguyên tắc xử lý véc tơ trị đo, còn điều kiện thứ hai chính là nguyên tắc định vị lưới trắc địa tự do. Nguyên tắc định vị này có liên quan mật thiết với phép chuyển đổi toạ độ của Helmert. Nói cách khác, vấn đề định vị mạng lưới trắc địa có bản chất là lưới tự do phải được xem xét trên cơ sở của phép chuyển đổi toạ độ Helmert. Điều kiện (5.15) đưa vào nội dung của bài toán bình sai tự do nhằm giải quyết hai mục tiêu chủ yếu: - Khử tính suy biến của ma trận hệ số hệ phương trình chuẩn - Định vị lưới. So sánh mô hình của bài toán bình sai lưới tự do với các bài toán bình sai khác theo nguyên lý của phương pháp số bình phương nhỏ nhất, chúng tôi rút ra các nhận xét sau: Bài toán bình sai gián tiếp nói chung gồm hai quá trình: thứ nhất là bình sai lưới, nghĩa là xác định véc tơ số hiệu chỉnh V của các trị đo soa cho thỏa mãn điều kiện VTPV = min. Thứ hai là định vị mạng lưới trong hệ thống toạ độ của tập hợp số liệu gốc. Bài toán bình sai điều kiện không đặt vấn đề định vị lưới, do vậy việc xử lý theo phương pháp này duy nhất một quá trình bình sai. Tức là chỉ xác định vectơ số hiệu chỉnh V của các trị đo sao cho thỏa mãn điều kiện VTPV = min là đủ. Trong các bài toán bình sai truyền thống (gián tiếp và điều kiện), cùng với vectơ trị đo, tập hợp số liệu gốc (nếu có) sẽ tham gia voà quá trình bình sai. Kết quả bình sai vì thế sẽ chịu ảnh hưỏng của sai số số liệu gốc. Và do đó kết luận về sự chuyển dịch không phản ánh chính xác thực trạng công trình. Trong bài toán bình sai tự do, tập hợp số liệu gốc chỉ tham gia vào quá trình định vị mà không tham gia vào quá trình bình sia, vì vậy vecto trị bình sai nhận được không chịu ảnh hưởng sai số số liệu gốc. Đây là đặc đỉem rất quan trọng cho ta thấy tính ưu việt của phương pháp bình sai tự do so với phương pháp bình sai thông thường. Đặc điểm anỳ được chúng tôi khai thác ứng dụng trong định vị hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình. Đặc biệt là phương pháp này ứng dụng rất thuận tiện để phân tích, đánh giá độ ổn định mốc lưới khống chế cơ sở trong quan trắc chuyển dịch công trình. Với quy trình và thuật toán logic thích hợp với việc sử lý lặp, phương pháp này giải quyết được yêu cầu khi xử lý quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình. d. Qui trình xử lý lưới khống chế cơ sở theo phương pháp bình sai tự do e. Phân tích độ ổn định các mốc cơ sở công trình nhà N5D Quá trình phân tích đánh giá độ ổn định các mốc khống chế cơ sở là một quá trình tính lặp với các bước thực hiện như sau: - Giải hệ phương trình chuẩn, xác định vectơ ẩn số X. - So sánh với tiêu chuẩn ổn định để tìm ra những điểm ổn định và hiệu chỉnh vào những điểm không ổn định, là cơ sở cho việc bình sai lưới quan trắc. - Nếu tất cả các điểm được chọn đều ổn định thì quá trình bình sai được tiếp tục. Chọn ẩn số là độ cao bình sai của tất cả các mốc khống chế cơ sở. Trị gần đúng của ẩn số là độ cao sau bình sai của chính điểm đó ở chu kỳ trước, chúng tôi đã tiến hành phân tích đnáh giá độ ổn định các mốc cơ sở công trình nhà N5D và cho các kết quả như sau: Với lần tính lặp đầu tiên chúng ta xem tất cả các mốc cơ sở ổn định, nghĩa là Ci = 1, Qua phân tích và đánh giá ta thấy tất cả các mốc khống chế cơ sở MC-1, MC-4, C, N đều ổn định. Trong chu kỳ 1, ta lấy trị gần đúng của các ẩn là trị bình sai của chúng ở chu kỳ 0 (Bảng 4 chu kỳ 0). Tiếp tục bình sai để phânt ích độ ổn định ta thấy mốc N không ổn định, còn lại các mốc MC-1, MC-4, C đều ổn định. Phân tích độ ổn định cuả các mốc ở chu kỳ 2 ta thấy các mốc cơ sở (sau khi loại bỏ đỉêm N không ổn định) đều ổn định. Quá trình tính toán bình sai lưới độ cao cơ sở nhà N5D chu kỳ 0, chu kỳ 1, chu kỳ 2 được thể hiện đầy đủ ở phục lục 1. 3.6. Bình sai lưới quan trắc Sau khi phân tích độ ổn định của các mốc khống chế cơ sở chúng ta sẽ tiến hành bình sai lưới quan trắc. Có 2 cách để bình sai bậc luới quan trắc là: - Bình sai đồng thời 2 bậc lưới theo thuật toán bình sai tự do. - Bình sai tách biết 2 bậc lưới. Trong cách thứ nhất, các điểm cơ sở sẽ tham gia vào quá trình định vị lưới, còn ở cách thứ hai thì các điểm cơ sở sẽ giữ vai trò là số liệu gốc. Vì vậy bậc lưới quan trắc là lưới độ cao phụ thuộc. Sau khi phân tích, tìm ra những mốc ổn định và hiệu chỉnh vào các mốc không ổn định. Lúc này ta coi chúng đều ổn định nên chọn cách thứ hai để bình sai lưới quan trắc. Khi đó, lưới quan trắc tiến hành bình sai theo phương pháp bình sia thông thường, với số liệu gốc là độ cao các mốc lưới khống chế cơ sở. Quy trình tính toán của phương pháp được trình bày như sau: [3] 3.6.1. Chọn ẩn số: Đối với lưới khống chế độ cao, các ẩn số có thể chọn là trị bình sai của các hiệu chênh cao đo hay trị bình sai của độ cao các điểm cần xác định. Nếu chọn trị bình sai của các hiệu chênh coa làm ẩn số đễ tạo nên sự nhầm lẫn về tính độ lập của các ẩn số. Hơn nữa, mục tiêu cuối cùng của việc thành lập lưới độ cao là tìm trị bình sia của độ cao các điểm cần xác định và đánh giá độ tin cậy của chúng. Do vậy, chọn trị bình sai của độ cao các điểm cần xác định làm ẩn số sẽ đơn giản hơn cho quá tình tính toán các sai số trung phương của chúng. Vì những lí lẽ trên, với lưới độ coa, các ẩn số thường được chọn là trị bình sai của độ cao các điểm cần xác định (t). 3.6.2. Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh: Như chung ta đã biết , trong phương pháp bình sai gián tiếp mỗi một trị đo sẽ có một phương trình số hiệu chỉnh . Khi đó n trị đo sẽ lập được hệ phương trình số hiệu chỉnh dạng: V=AX+L (6.1) Trong đó : A : là ma trận hệ số hệ phương trình số hiệu chỉnh X : là ma trận ẩn số L : là ma trận số hạng tự do 3. Lập và giải hệ phương trình chuẩn: Tính ma trận: N = ATPA M = ATPL Trong đó P là ma trận trọng số của trị đo. Lúc đọ hệ phương trình chuẩn có dạng: NX + M = 0 (6.2) Vì detN ạ 0 nên luôn tồn tại ma trận nghịch đảo N-1. Do vậy chúng ta có thể tìm nghiệm các ẩn theo công thức: X = N-1.M (6.3) 4. Đánh giá độ chính xác: a. Đánh giá dộ chính xác dãy kết quả đo thông qua sai số trung phương trọng số đơn vị được xác định theo công thức: m0 = (6.4) b. Đánh giá độ chính xác của các ẩn số theo công thức; mX = m0 (6.5) Trong đó QXX là trọng số đảo của ẩn số X và Q = N-1. C. đánh giá độ chính xác của đại lượng biểu diễn dưới dạng hàm các ẩn và khi có hàm số: F = (X'1, X'2, ..., X't) thì ta sử dụng công thức: mF = m0 (6.6) Trong đó ma trận trọng số đảo của hàm tính theo. QFF = fTXN-1fX và fTX = ở công trình nhà N5D chúng tôi chọn ẩn số là trị bình sia của các điểm quan trắc, chọn độ cao của các mốc cơ sở làm đọ cao gốc. Các tham số của lưới: - Số điểm gốc: 4 - Số điểm quan trắc: 26 - Số chênh cao đo: 33 3.7. Tính toán các thống số chuyển dịch của công trình nhà N5D Trong quan trắc biến dạng thẳng đứng cống trình chúng ta thường tính các thông số biến dạng sau đây: 3.7.1.Tính trồi (lún) tuyệt đối của điểm quan trắc thứ (i) giữa 2 chu kỳ liên tiếp (t) và (t - 1) tính theo công thức: Si = Hti - Hit-1 (6.7) 3.7.2. Độ tồi (Lún) lệch DS = Smax - Smin (6.8) 3.7.3. độ trồi (lún) trung bình của công trình Stb= (6.9) n là số điểm quan trắc gắn trên công trình 3.7.4. Tốc độ trồi (lún) trung bình của công trình Vj= (6.10) Với tj là thời gian từ chu kỳ đầu tiên đến chu kỳ thư j