BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

CÙ TRUNG HẢI

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC
VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ LÚN CƠNG TRÌNH
NHÀ CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

CÙ TRUNG HẢI

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC
VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ LÚN CƠNG TRÌNH
NHÀ CAO TẦNG

Ngành: Kỹ thuật trắc địa - bản đồ
Mã số : 60520503

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Trần Khánh

HÀ NỘI - 2014


-1-

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này là do tôi nghiên cứu và viết ra,
hoàn toàn không sao chép ở bất kỳ tài liệu nào. Các kết quả nghiên cứu và thực
nghiệm đa ra trong luận văn là hoàn toàn trung thực cha đợc ai công bố
trong công trình nào.
Hà Nội, ngày 15 tháng 4 năm 2014

Tác giả

Cù Trung Hải


-2-

MỤC LỤC
Lời cam đoan…...………………………………………………....……………………...………………………........1
Mục lục………………………………………………………………………………………..............................................2
Danh mục các hình vẽ………………………………………………....………...………………….………......4
Danh mục các bảng……………………………..…………………………………...……….……….………......5
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………………...…......................................6
Chương 1 - PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NHÀ CAO TẦNG......8
1.1. Khái niệm chung về độ lún nhà cao tầng......................………………………..................8
1.2. Quan trắc độ lún cơng trình bằng phương pháp trắc địa................................13
1.3. Thiết kế lưới độ cao quan trắc lún cơng trình.......................…..................…............20

1.4. Đặc điểm kết cấu và phân bố mốc quan trắc lún................…................................25
1.5. Đặc điểm đo cao hình học quan trắc lún ....................................…................................32
Chương 2 - XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC LÚN….......................………….........................36
2.1. Tính tốn bình sai lưới độ cao quan trắc độ lún......................................................36
2.2. Tổng quan về phương pháp phân tích độ ổn định hệ thống mốc độ
cao cơ sở………………………………….........................................................................................................38
2.3. Phân tích độ ổn định của mốc độ cao cơ sở theo phương pháp bình
sai lưới tự do…………………………………...............................................................................................43
2.4. Tính toán tham số độ lún nhà cao tầng..............................................................................47
Chương 3 - PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐO LÚN NHÀ CAO TẦNG.........................50
3.1. Thành lập mơ hình lún cơng trình nhà cao tầng.....................................................50
3.2. Thành lập mơ hình lún cơng trình theo thời gian...................................................52
3.3. Ứng dụng phương pháp phân tích tương quan để đánh giá độ lún
cơng trình nhà cao tầng......................................................................................................................58


-3-

Chương 4 - THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN
TRẮC ĐỘ LÚN CƠNG TRÌNH NHÀ CT9A – KHU ĐÔ THỊ MỚI VIỆT
HƯNG, LONG BIÊN, HÀ NỘI...........................................................................................................................61
4.1. Giới thiệu cơng trình thực nghiệm..........................................................................................61
4.2. Thiết kế hệ thống lưới độ cao quan trắc lún ...............................................................63
4.3. Thực nghiệm phân tích độ ổn định hệ thống lưới độ cao cơ sở.............66
4.4. Thực nghiệm bình sai lưới quan trắc và tính tốn độ lún.............................68
4.5. Thực nghiệm dự báo độ lún...........................................................................................................72
4.6. Nhận xét về kết quả thực nghiệm............................................................................................73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................................................................76
PHẦN PHỤ LỤC..................................................................................................................................................................77



-4-

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Trạm đo cao hình học ..........................................................................................................................14
Hình 1.2. Tuyến đo cao hình học .......................................................................................................................14
Hình 1.3. Máy thủy chuẩn Ni007........................................................................................................................15
Hình 1.4. Mia Invar ...........................................................................................................................................................16
Hình 1.5. Sơ đồ máy đo cao thủy chuẩn thủy tĩnh...........................................................................17
Hình 1.6. Sơ đồ đo cao lượng giác.....................................................................................................................18
Hình 1.7. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở dạng cụm...............................................................................20
Hình 1.8. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở dạng điểm.............................................................................21
Hình 1.9. Kết cấu mốc chơn sâu lõi đơn......................................................................................................27
Hình 1.10. Kết cấu mốc chơn sâu kép............................................................................................................29
Hình 1.11. Mốc chơn nơng dạng ống..............................................................................................................30
Hình 1.12. Mốc gắn tường...........................................................................................................................................31
Hình 1.13. Sơ đồ phân bố mốc cơ sở và mốc quan trắc.............................................................33
Hình 1.14. Máy thủy chuẩn Nak2.......................................................................................................................33
Hình 2.1. Sơ đồ tính tốn độ ổn định mốc độ cao cơ sở............................................................47
Hình 2.2. Độ lún lệch và độ nghiêng cơng trình.................................................................................49
Hình 2.3. Độ cong dọc trục cơng trình..........................................................................................................49
Hình 3.1. Mơ hình đối tượng quan trắc........................................................................................................51
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn độ lún.......................................................................................................................56
Hình 4.1. Cơng trình nhà ở CT9A......................................................................................................................61
Hình 4.2. Sơ đồ mặt bằng nhà ở CT9A........................................................................................................62
Hình 4.3. Sơ đồ phân bố hệ thống mốc cơ sở và mốc quan trắc......................................63
Hình 4.4. Sơ đồ thiết kế lưới độ cao quan trắc.....................................................................................64



-5-

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Yêu cầu độ chính xác đo lún và chuyển dịch ngang cơng trình...........12
Bảng 1.2. Bảng chỉ tiêu kỹ thuật..........................................................................................................................36
Bảng 4.1. Số liệu đo chênh cao lưới cơ sở trong các chu kỳ 1 và 2.............................66
Bảng 4.2. Thành quả độ cao bình sai - chu kỳ 1................................................................................67
Bảng 4.3. Thành quả độ cao bình sai - chu kỳ 2................................................................................68
Bảng 4.4. Đánh giá độ ổn định của mốc cơ sở.....................................................................................68
Bảng 4.5. Số liệu đo chênh cao lưới quan trắc trong các chu kỳ 1 và 2..................69
Bảng 4.6. Thành quả độ cao bình sai .............................................................................................................70
Bảng 4.7. Tính tốn độ lún..........................................................................................................................................71
Bảng 4.8. Bảng số liệu độ cao quan trắc điểm N10 theo chu kỳ.....................................72
Bảng 4.9. Bảng tính độ lún dự báo....................................................................................................................73


-6-

Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong xu thế hội nhập, cùng với sự phát triển kinh tế ngày càng cao thì
các công trình có quy mô lớn, yêu cầu độ chính xác và độ ổn định cao nh:
nhà máy, nhà cao tầng, các công trình thủy lợi, thủy điện, công trình
cầu,đợc xây dựng ngày càng nhiều, đặc biệt là nhà cao tầng đang xuất hiện
rất nhiều tại các trung tâm kinh tế của đất nớc. Các giai đoạn xây dựng những
công trình luôn đi cùng với các công tác Trắc địa và quan trắc lún công trình.
Việc thực hiện quan trắc lún công trình từ lâu đ đợc nhiều đơn vị và tổ chức
quan tâm. Tuy nhiên, việc xử lý số liệu quan trắc lún lại cha đợc chú trọng

đúng mức. Vì vậy, việc nghiên cứu một cách cụ thể về các phơng pháp quan
trắc lún, từ đó tìm ra biện pháp và đa ra một quy trình xử lý số liệu đo một
cách hợp lý là vấn đề hết sức cần thiết.
2. Mục đích nghiên cứu của ®Ị tµi
- Khảo sát phương pháp quan trắc và xử lý số liệu đo lún nhà cao tầng
- Phân tích tích độ lún cơng trình nhà cao tầng dựa trên s liu quan trc.
.3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu chủ yếu tập trung vào đối tợng là trắc địa công trình.
Phạm vi nghiên cứu là các phơng pháp đo lún trong trắc địa công trình.
4. Néi dung nghiªn cøu
- Nghiên cứu các nguyên tắc và các phương pháp quan trắc lún cơng
trình nhà cao tầng.
- Phân tích, so sánh các phương pháp thành lập và xử lý lưới độ cao
trong quan trắc lún nhà cao tầng.
- Nghiên cứu phương pháp phân tích đánh giá độ lún cơng trình nhà
cao tầng theo kết quả quan trắc.


-7-

- Khảo sát thực nghiệm, đánh giá hiệu quả của phng phỏp trờn rỳt
ra cỏc kt lun.
5. Phơng pháp nghiên cứu
Phơng pháp thống kê: thu thập, tổng hợp, xử lý các thông tin và tài liệu
liên quan.
Phơng pháp phân tích: sử dụng các phơng tiện và các công cụ tiện ích,
phân tích có lôgic các t liệu, số liệu hiện có làm cơ sở để giải quyết các vấn
đề đặt ra.
Phơng pháp so sánh: tổng hợp các kết quả, só sánh đánh giá và đa ra
các kết luận chính xác về vấn đề đặt ra.

6. ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu phơng pháp quan trắc độ lún các công trình cao tầng đang
đợc xây dựng ngày một nhiều hơn.
Đa ra những đánh giá chính xác về độ lún công trình từ đó tìm ra
nguyên nhân, đề ra biện pháp xử lý độ lún với từng công trình cao tầng.
7. Cấu trúc của luận văn
Các nội dung và kết quả nghiên cứu chủ yếu của luận văn đợc trình
bày trong 4 chơng gồm 77 trang (không kể phụ lục), 23 hình vẽ và 11 bảng.
Luận văn này đợc hoàn thành tại Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất, dới sự
hớng dẫn tận tình của PGS.TS Trần Khánh.
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến ngời hớng dẫn khoa học, ngời đ
tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Nhng do thời gian
và chuyên môn còn hạn chế nên trong luận văn này không tránh khỏi những
thiếu sót tác em rất mong đợc sự đóng góp ý kiến quý báu của các thầy cô
trong bộ môn Trắc địa công trình, khoa Trắc địa - Trờng Đại học Mỏ - Địa
Chất và các bạn đồng nghiệp để luận văn của em đợc hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!


-8-

Chơng 1

Phơng pháp quan trắc độ lún nhà cao tầng
1.1. Khái niệm chung về độ Lún nhà cao tầng [4]
1.1.1. Khái niệm chung về chuyển dịch biến dạng cơng trình
1. Phân loại chuyển dịch biến dạng cơng trình
Chuyển dịch cơng trình là sự thay đổi vị trí của cơng trình trong khơng
gian so với vị trí ban đầu của cơng trình. Có thể chia chuyển dịch cơng trình
làm hai loại:

- Chuyển dịch thẳng đứng: là sự thay đổi vị trí của cơng trình theo
phương dây dọi. Chuyển dịch theo hướng lên trên gọi là trồi, theo hướng
xuống dưới gọi là lún.
- Chuyển dịch ngang là sự thay đổi vị trí của cơng trình trong mặt
phẳng nằm ngang. Chuyển dịch ngang có thể diễn ra theo một hướng xác định
(hướng áp lực lớn nhất) hoặc theo hướng bất kì và thường kí hiệu bằng chữ Q.
Biến dạng cơng trình là sự thay đổi hình dạng và kích thước của cơng
trình so với trạng thái ban đầu của nó. Biến dạng cơng trình là hậu quả của sự
dịch chuyển khơng đồng đều của cơng trình.
2. Ngun nhân gây ra chuyển dịch biến dạng cơng trình
Q trình biến dạng cơng trình gây nên bởi hai ngun nhân chính đó là
tác động điều kiện tự nhiên và tác động nhân tạo.
Điều kiện tự nhiên gây nên sự biến dạng cơng trình bao gồm:
- Sự thay đổi khả năng chịu nén, trượt của lớp đất đá dưới nền móng cơng trình.
- Sự thay đổi mực nước ngầm.
- Độ co giãn của đất đá.
Các yếu tố tác động nhân tạo bao gồm:


-9-

- Ảnh hưởng của tải trọng bản thân cơng trình.
- Sự thay đổi tính chất cơ lý của các lớp đất đá dưới nền móng
cơng trình.
- Sự suy yếu của nền móng cơng trình có liên quan tới việc thi cơng cơng trình.
- Sự rung của nền móng do vận hành các máy móc và phương tiện giao thơng.
- Sự sai lệch trong quá trình khảo sát địa chất dẫn đến sai số trong tính
tốn thiết kế.
- Sự thay đổi của áp lực đến nền móng của cơng trình do việc xây dựng
các cơng trình khác ở gần.

Các cơng trình xây dựng dưới sự ảnh hưởng của tải trọng một phía (các
cơng trình xây dựng trên sườn dốc) sẽ gây nên sự chuyển dịch ngang và trượt.
Như vậy hiện tượng biến dạng ln có thể xảy ra đối với mỗi cơng
trình xây dựng trong thời gian vận hành và sử dụng cơng trình. Khi số liệu
biến dạng lớn thì móng của cơng trình sẽ tạo thành các khe nứt gây nên các
hiện tượng sụt lở cơng trình, làm cho máy móc và dây chuyền sản xuất hoạt
động khơng bình thường, tạo ra nhiều sự cố gây thiệt hại đến tài sản của nhà
nước. Chính vì vậy mà cơng tác quan trắc biến dạng đối với mỗi cơng trình là
cần thiết, các thông số biến dạng được qua các chu kỳ quan sát sẽ giúp tìm
được biện pháp xử lý kịp thời, ngăn ngừa các biến cố xảy ra khi công trình bị
biến dạng.
1.1.2. Đặc điểm thi cơng xây dựng và yêu cầu kỹ thuật quan trắc độ lún
nhà cao tầng
1. Các giai đoạn thi công nhà cao tầng:
Chu kỳ quan trắc đầu tiên được tiến hành vào thời điểm thi cơng xong
phần móng của cơng trình. Các chu kỳ quan trắc tiếp theo được ấn định tùy
theo tiến độ thi cơng và mức tăng tải trọng của cơng trình. Đối với cơng trình


-10-

quan trọng có kết cấu phức tạp, địi hỏi độ chính xác quan trắc cao, điều kiện
địa chất đặc biệt có thể tăng thêm chu kỳ đo. Nên đo vào các giai đoạn cơng
trình đạt 25%, 50%, 75% và 100% bản thân cơng trình.
2. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc
Mục đích quan trắc chuyển dịch và biến dạng cơng trình nhằm xác
định mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân gây ra
chuyển dịch biến dạng, từ đó có biện pháp xử lý, đề phịng tai biến có thể xảy
ra trong q trình xây dựng và sử dụng cơng trình, cụ thể là:
- Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng tại thời điểm quan trắc để đánh

giá mức độ ổn định của cơng trình.
- Sử dụng các kết quả quan trắc để kiểm tra các tính tốn trong giai
đoạn thiết kế cơng trình.
- Xác định biến dạng có khả năng ảnh hưởng đến q trình vận hành
cơng trình để đề ra chế độ sử dụng và khai thác cơng trình một cách hợp lý.
Để quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình cần giải quyết các
nhiệm vụ sau:
- Xác định nhiệm vụ kĩ thuật, khái qt về cơng trình, điều kiện tự
nhiên và chế độ vận hành cơng trình.
- Xác định u cầu độ chính xác và chu kì quan trắc ở những giai đoạn
khác nhau.
- Lập sơ đồ phân bố các mốc khống chế và mốc quan trắc.
- Thiết kế sơ đồ quan trắc.
- Đo đạc ngoại nghiệp.
- Xử lý số liệu quan trắc, tính tốn các thơng số chuyển dịch biến dạng
cơng trình.


-11-

3. Yêu cầu độ chính xác quan trắc
Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch chính là độ chính xác cần
thiết xác định chuyển dịch cơng trình, chỉ tiêu định lượng của đại lượng này
phụ thuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý đá dưới nền móng, đặc điểm kết cấu và
vận hành cơng trình.
Có hai cách xác định yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch, cách
thứ nhất là xác định theo giá trị chuyển dịch dự báo (được nêu trong bản thiết
kế cơng trình), cách thứ hai xác định theo tiêu chuẩn xây dựng, vận hành cơng
trình (được quy định trong các tiêu chuẩn ngành).
a - Theo chuyển dịch dự báo, yêu cầu độ chính xác quan trắc được xác

định theo cơng thức:
ms ≤

St
2ε

(1.1)

Trong đó: mS - yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ở thời
t

điểm t ; St - giá trị chuyển dịch dự báo đến thời điểm t ; ε - hệ số đặc trưng
cho độ tin cậy của kết quả quan trắc. Đối với công tác quan trắc biến dạng
thường lấy xác xuất P = 0.997 (tương ứng với ε = 3 ) và khi đó cơng thức tính
độ chính xác quan trắc chuyển dịch là:
ms ≤ 0.17 St

(1.2)

Nếu chuyển dịch cơng trình có giá trị dự báo là nhỏ thì đại lượng mS t
tính theo cơng thức (1.2) cũng nhỏ, trong một số trường hợp sẽ rất khó đạt
được tiêu chuẩn chính xác như vậy.
b - Trong thực tế, yêu cầu độ chính xác quan trắc thường được xác định
dựa vào điều kiện nền móng, đặc điểm kết cấu đối với từng loại cơng trình cụ
thể. u cầu độ chính xác quan trắc đối với các cơng trình dân dụng - công
nghiệp thông thường được đưa ra ở bảng 1.1.[7]


-12-


Bảng 1.1: Yêu cầu độ chính xác đo lún và chuyển dịch ngang cơng trình
Số
T/T
1
2

Loại cơng trình, nền móng
Cơng trình bê tơng xây trên nền đá gốc
Cơng trình xây trên nền đất cát, sét và các
nền chịu nén khác

Độ chính xác quan trắc
(mm)
±1
±3

3

Các loại đập đát đá chịu áp lực cao

±5

4

Cơng trình xây trên nền đất đắp, nền trượt

± 10

5


Các loại cơng trình bằng đất đắp

± 15

4. Chu kỳ quan trắc
Quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình là dạng công tác đo lặp,
được thực hiện nhiều lần với cùng đối tượng, mỗi lần đo được gọi là một chu
kỳ quan trắc. Thời gian thực hiện các chu kỳ đo được xác định trong giai đoạn
thiết kế kỹ thuật quan trắc lún hoặc chuyển dịch ngang cơng trình. Chu kỳ
quan trắc phải được tính tốn sao cho kết quả quan trắc phản ánh đúng thực
chất quá trình chuyển dịch của đối tượng quan trắc. Nếu chu kỳ đo thưa thì sẽ
không xác định đúng quy luật chuyển dịch, ngược lại nếu ấn định chu kỳ quan
trắc quá dày sẽ dẫn đến lãng phí nhân lực, tài chính và các chi phí khác.
Có thể phân chia các chu kỳ quan trắc chuyển dịch thành hai giai đoạn:
giai đoạn thi công, giai đoạn đầu vận hành.
- Trong giai đoạn thi công, chu kỳ quan trắc được thực hiện ngay sau
thời điểm xây song phần móng, khi ma cơng trình cịn chưa chịu tác động của
tải trọng cơng trình. Các chu kỳ tiếp theo được ấn định tuỳ thuộc tiến độ xây
dựng và mức tăng tải trọng cơng trình.


-13-

- Giai đoạn đầu vận hành cơng trình, chu kì quan trắc được quy định
tùy thuộc vào tốc độ chuyển dịch của cơng trình. Thời gian đo giữa 2 chu kì
này khoảng 2 đến 6 tháng.
Trong một số trường hợp đặc biệt, khi phát sinh yếu tố ảnh hưởng
khơng có lợi đến độ ổn định của cơng trình, cần thực hiện các chu kỳ quan
trắc bổ xung. Riêng đối với các cơng trình chịu áp lực biến đổi theo chu kỳ
(như các cơng trình chị


u áp lực tại nhà máy thuỷ điện, đập nước của hồ

chứa), công tác quan trắc biến dạng được thực hiện thường xuyên trong suốt
quá trình vn hnh, khai thỏc cụng trỡnh.
1.2. quan trắc độ lún công trình bằng phơng pháp
trắc địa
1.2.1. Nguyờn tc xỏc nh độ lún cơng trình
Do điều kiện địa chất nền móng cơng trình thường khơng đồng nhất,
kết cấu cơng trình phức tạp, tải trọng không đều nên độ lún ở các cơng trình
khác nhau cũng khơng giống nhau. Để xác định giá trị độ lún tuyệt đối tại
từng vị trí và các tham số lún chung của cơng trình, cơng tác quan trắc lún
bằng phương pháp trắc địa được thực hiện chung theo ngun tắc sau:
- Độ lún của cơng trình được xác định thông qua các mốc lún gắn tại
những vị trí chịu lực của đối tượng quan trắc. Số lượng mốc lún lắp đặt tại
mỗi cơng trình phụ thuộc vào đặc điểm của nền móng, kết cấu, quy mơ và
kích thước của cơng trình đó. Độ lún của các mốc quan trắc đặc trưng cho độ
lún của cơng trình ở những vị trí mà mốc được gắn.
- Nguyên tắc xác định độ lún cơng trình thực chất là xác định sự thay
đổi độ cao của các điểm đặc trưng trên cơng trình, độ lún được tính là hiệu độ
cao tại mỗi thời điểm quan trắc so với độ cao ở chu kì trước được chọn làm
mức so sánh.


-14-

S = H 2 − H1

(1.3)


Trong đó H1 , H 2 là độ cao của chu kì thứ nhất và thứ hai
Nếu S < 0 thì mốc của cơng trình bị lún, nếu S > 0 thì mốc của
cơng trình bị trồi.
Như vậy để xác định độ cao của các mốc lún trong các chu kì khác
nhau cần phải được xác đinh trong cùng một hệ độ cao.
1.2.2. Phương pháp đo cao hình học[4]
1. Nguyên tắc chung
Đo cao hình học dựa trên nguyên lý tia ngắm nằm ngang của máy thủy
chuẩn. Để đạt được độ chính xác cao trong quan trắc lún cơng trình, chiều dài
tia ngắm từ điểm đặt máy đến mia được hạn chế đáng kể (không được vượt
q 25 ÷ 30m), do đó được gọi là phương pháp đo cao hình học tia ngắm
ngắn.
Có hai cách để xác định chênh cao giữa hai điểm là phương pháp đo
cao từ giữa và phương pháp đo cao phía trước.
Phương pháp đo cao từ giữa: đặt máy thủy chuẩn ở giữa hai điểm AB,
tại hai điểm A và B đặt hai mia (hình 1.1), chênh cao giữa hai điểm A, B
được xác định theo công thức:
hAB = a – b
Trong đó: a và b là số đọc chỉ giữa trên mia sau và mia trước.

(1.4)


-15-

Phương pháp đo cao thủy chuẩn phía trước: đặt máy thủy bình tại một
điểm, cịn điểm kia đặt một mia, khi đó chênh cao giữa điểm đặt máy và điểm
đặt mia tính theo cơng thức:
hAB = i – l


(1.5)

trong đó: i là chiều cao đo được của máy, l là số đọc chỉ giữa trên mia.

2. Máy móc và dụng cụ đo
Thiết bị dùng trong đo lún là các loại máy thủy chuẩn chính xác như:
H-05, Ni002, H1, H2, Ni004, Ni007 và các loại máy khác có độ chính xác
tương đương. Tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xác cần thiết đối với từng cơng
trình cụ thể để chọn máy đo thích hợp.

Hình 1.3. Máy thủy chuẩn Ni007
Mia được sử dụng trong đo lún là mia invar thường hoặc mia invar
chun dùng có kích thước ngắn (chiều dài mia từ 1.5m đến 2m), nếu là thủy
chuẩn số thì dùng mia invar với mã vạch. Ngồi ra cịn có các dụng cụ hỗ trợ
khác như nhiệt kế, cóc mia, ơ che nắng. Trước và sau mỗi chu kỳ đo, máy và


-16-

mia phải được kiểm nghiệm theo đúng qui định trong qui phạm đo cao.

Hình 1.4. Mia Invar
3. Các nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng tới kết quả đo
- Sai số do máy và mia
Sai số do trục ống ngắm và trục ống thủy dài khi chiếu lên mặt phẳng
đứng khơng song song với nhau (gọi là sai số góc i).
Sai số do lăng kính điều quang chuyển dịch khơng chính xác trên trục
quang học (sai số điều quang).
Để làm giảm ảnh hưởng của các sai số này người ta dùng phương pháp
đo cao hình học từ giữa, tức là đặt máy thủy chuẩn giữa hai mia sao cho

chênh lệch khoảng cách từ máy đến mia trước và mia sau nằm trong giới hạn
cho phép.
- Sai số do điều kiện ngoại cảnh
Do ảnh hưởng độ cong quả đất: để làm giảm ảnh hưởng của sai số này
thì khi đo cần chọn vị trí đặt máy sao cho chênh lệch khoảng cách từ máy đến
hai mia (trước và sau) nằm trong giới hạn đã được quy định.
Do ảnh hưởng của chiết quang: để làm giảm ảnh hưởng của sai số này


-17-

cần chọn thời điểm đo thích hợp và bố trí trạm đo sao cho tia ngắm không đi
qua lớp không khí ở sát mặt đất.
- Sai số do người đo
Nhóm sai số liên quan đến người đo gồm có: sai số làm trùng bọt thủy
dài và sai số đọc số trên bộ đo cực nhỏ, các sai số này được giảm đáng kể khi
sử dụng máy có bộ tự cân bằng và máy thủy chuẩn điện tử.
1.2.3. Phương pháp đo cao thủy tĩnh[4]
Phương pháp đo cao thủy tĩnh được áp dụng để quan trắc lún của nền
kết cấu xây dựng trong điều kiện rất chật hẹp không thể dựng máy, dựng
mia được.
Đo cao thủy tĩnh được dựa trên định luật thủy lực là “Trong các bình
thơng nhau, độ cao của bề mặt chất lỏng luôn nằm trên cùng một mặt phẳng,
không phụ thuộc vào mật độ chất lỏng và tiết diện của bình”.
Dụng cụ đo thủy tĩnh là một hệ thống gồm ít nhất 2 bình thơng nhau N1,
N2 ( hình 1.5). Để đo chênh cao giữa 2 điểm A, B đặt bình N1 tại A, bình N2
tại B đo thuận. Hoặc ngược lại, khi đo đảo đặt bình N1 ti B, bỡnh N2 ti A.
N1

N2

s1

N2

s1

t1

d1

d1

N1
t1

d2
A

d2
A

hAB

h AB

B

(a)- Vị trí đo thuận

B


(b)- Vị trí đo đảo

Hỡnh 1.5. S mỏy o cao thủy chuẩn thuỷ tĩnh


-18-

Các nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng đến độ chính xác đo cao thủy tĩnh
là các sai số do điều kiện ngoại cảnh. Vì vậy trong quá trình đo phải áp dụng
các biện pháp sau để giảm ảnh hưởng của sai số này.
- Lựa chọn tuyến đo có gradien nhiệt độ thấp, tức là chọn tuyến đo có
sự thay đổi ít nhất về nhiệt độ và mơi trường.
- Lựa chọn chất lỏng trong ống dẫn giữa các bình thơng nhau.
- Tính số hiệu chỉnh kết quả đo do sự thay đổi nhiệt độ, áp suất dọc theo
ống dẫn.
- Thực hiện đọc số đồng thời trên các máy thủy tĩnh để làm giảm ảnh
hưởng của sự giao động chất lỏng trong bình thơng nhau.
1.2.4. Phương pháp đo cao lượng giác[4]
Trong những điều kiện không thuận lợi hoặc kém hiệu quả đối với đo
cao hình học và u cầu độ chính xác đo lún khơng cao thì có thể áp dụng
phương pháp đo cao lượng giác tia ngắm ngắn (chiều dài tia ngắm không quá
100m). Hiện nay để đo cao lượng giác thường dùng các loại máy tồn đạc
điện tử chính xác cao như TC-2002, TC-2003 …
Để xác định chênh cao giữa các điểm, đặt máy kinh vĩ (A) và ngắm
điểm (B), cần phải đo các đại lượng là khoảng cách ngang D, góc thiên đỉnh Z
(hoặc góc đứng V) chiều cao máy (i) và chiều cao tiêu (l) ký hiệu ở (hình 1.6)

z


l
v

B

i

A
D

Hình 1.6. Đo cao lượng giác


-19-

Chênh cao giữa 2 điểm A và B được xác định theo công thức:

hAB = D.ctgZ + i − l + f

(1.6)

h AB = D.ctgV + i − l + f

(1.7)

Hoặc

Trong đó: f là số hiệu chỉnh độ cao do chiết quang đứng của trái đất
theo công thức gần đúng:


f =

1− k 2
D
2R

(1.8)

Trong cơng thức (1.8) R là bán kính trung bình của trái đất
(R =6372Km), K là hệ số chiết quang đứng ( K = 0.12 ÷ 0.16) .
Một trong những nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng đến kết quả đo cao
lượng giác là sai số chiết quang đứng. Để hạn chế ảnh hưởng của nguồn sai số
này đến kết quả đo cần chọn thời gian đo thích hợp hoặc đo từ 2 ÷ 3 lần ở
những thời điểm khác nhau trong ngày và lấy trị trung bình hoặc tính số hiệu
chỉnh cho chiết quang đứng cho kết quả đo.
Trong đo lún cơng trình thì phương pháp đo cao lượng giác khơng đảm
bảo độ chính xác, cịn phương pháp đo cao thủy tĩnh quá phức tạp nên người
ta sử dụng phổ biến phương pháp đo cao hình học vì phương pháp này cho độ
chính xác cao lại đo c thun li.
1.3. thiết kế lới độ cao quan trắc lún công trình nhà
cao tầng
xỏc nh c lỳn cơng trình cần lập lưới khống chế độ cao đo
và xác định độ cao của cơng trình ở nhiều thời điểm để so sánh giá trị độ lún
của cơng trình, lưới khống chế độ cao trong quan trắc lún là hệ thống khống
chế độc lập 2 cấp lưới là cấp lưới cơ sở và lưới độ cao quan trắc. Khi thiết kế


-20-

sơ đồ lưới cần căn cứ vào điều kiện thực tế để lựa chọn các chênh cao đo và

số lượng trạm máy cho từng chênh cao đo một cách hợp lý, bảo đảm tạo ra
được nhiều vịng khép để có điều kiện kiểm tra.
1.3.1. Thiết kế lưới khống chế cơ sở
Lưới khống chế độ cao cơ sở bao gồm các tuyến đo chênh cao liên kết
toàn bộ điểm mốc độ cao cơ sở. Mạng lưới này được thành lập và đo trong
từng chu kỳ quan trắc nhằm hai mục đích:
- Kiểm tra, đánh giá độ ổn định các điểm mốc.
- Xác định hệ thống độ cao cơ sở thống nhất trong các chu kỳ đo.
Thông thường, sơ đồ lưới được thiết kế trên bản vẽ mặt bằng cơng trình
sau khi đã khảo sát, chọn vị trí đặt mốc khống chế ở thực địa. Vị trí đặt và kết
cấu mốc khống chế phải được lựa chọn cẩn thận sao cho mốc được bảo toàn
lâu dài, thuận lợi cho việc đo nối đến cơng trình, đặc biệt cần chú ý bảo đảm
sự ổn định của mốc trong suốt quá trình quan trắc. Các mốc cơ sở được đặt tại
những vị trí bên ngồi phạm vi ảnh hưởng lún của cơng trình (cách khơng
dưới 1,5 lần chiều cao cơng trình quan trắc), tuy nhiên cũng không nên đặt
mốc ở quá xa đối tượng quan trắc nhằm hạn chế ảnh hưởng tích lũy của sai số
đo nối độ cao.

R p3

n1
R p1

n7

n2
n3
R p2

n6

n8

R p4
n4
n5

R p5

R p6

Hình 1.7. Sơ đồ lới khống chế cơ sở dạng côm


-21-

Để có điều kiện kiểm tra, nâng cao độ tin cậy của lưới khống chế thì
đối với mỗi cơng trình quan trắc cần xây dựng không dưới 3 mốc khống chế
độ cao cơ sở. Hệ thống lưới khống chế cơ sở có thể được phân bố thành từng
cụm (hình 1.7), các mốc trong cụm cách nhau khoảng 15 ÷ 50m để có thể đo
nối được từ một trạm đo. Cách phân bố thứ 2 là đặt mốc rải đều xung quanh
cơng trình (hình 1.8).
p2

2

R p3
n5
n3

n1


R p1

n4

R p4

Hình 1.8. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở dạng điểm
Trên sơ đồ thiết kế ghi rõ tên mốc, vạch các tuyến đo và ghi rõ số
lượng trạm đo hoặc chiều dài đường đo (dự kiến) trong mỗi tuyến, cần tạo các
vòng đo khép kín để có điều kiện kiểm tra chất lượng đo chênh cao, đồng thời
đảm bảo tính chặt chẽ của tồn bộ mạng lưới.
Để xác định cấp hạng đo và các chỉ tiêu hạn sai, cần thực hiện ước tính
để xác định sai số đo chênh cao trên một trạm khác hoặc 1 km chiều dài tuyến
đo. So sánh số liệu này với chỉ tiêu đưa ra trong quy phạm để xác định cấp
hạng đo cần thiết. Thực tế quan trắc độ lún tại nhiều dạng cơng trình ở Việt
Nam và các nước khác cho thấy lưới khống chế cơ sở thường có độ chính xác
tương đương thủy chuẩn hạng I hoặc hạng II nhà nước.


-22-

1.3.2. Thiết kế lưới độ cao quan trắc lún
Lưới quan trắc là mạng lưới độ cao liên kết giữa các điểm lún gắn trên
cơng trình và đo nối với hệ thống điểm mốc lưới khống chế cơ sở. Các tuyến
đo cần được lựa chọn cẩn thận, bảo đảm sự thông hướng tốt, tạo nhiều vòng
khép, các tuyến đo nối với lưới khống chế được bố trí đều quanh cơng trình.
1. Phân bố mốc quan trắc lún nhà cao tầng
Các mốc lún được đặt ở những cột chịu lực của công trình, các cầu
thang máy và phân bố đều khắp mặt bằng cơng trình. Mốc được đặt ở vị trí

tiếp giáp của các khối kết cấu, bên cạnh khe lún, tại những nơi có áp lực động
lớn, những khu vực có điều kiện địa chất cơng trình kém ổn định. Các mốc
lún nên bố trí ở gần cùng độ cao để thuận lợi cho đo đạc và hạn chế ảnh
hưởng của một số nguồn sai số trong quá trình đo đạc, thi cơng lưới. Trên một
trục thường bố trí ít nhất là 3 mốc.
2. Đặc điểm thiết kế tuyến đo
Tuyến đo thường được chọn cố định trong tất cả chu kì đo để giảm ảnh
hưởng của sai số hệ thống và đồng thời tiết kiệm chi phí. Khi thiết kế các
tuyến đo cần tránh những nơi có ảnh hưởng rung, nhiệt tác động vào mốc.
Sơ đồ phân bố mốc lún được thiết kế cho từng cơng trình cụ thể, mật độ
điểm mốc phải đủ để xác định được các tham số đặc trưng cho q trình lún
của cơng trình.
1.3.3. u cầu độ chính xác các cấp lưới[4]
Sai số tổng hợp các bậc lưới được xác định trên cơ sở yêu cầu độ chính
xác quan trắc lún. Nếu yêu cầu đa ra là sai số tuyệt đối độ lún thì việc xác
định sai số độ cao tổng hợp được thực hiện như sau:
Do độ lún của một điểm được tính là hiệu độ cao của hai điểm đó trong
2 chu kỳ quan trắc:


-23-

S = H 2 − H1

(1.10)

Nên sai số trung phương độ lún (ms) được xác định theo công thức:

mS2 = m 2H 2 + m 2H1


(1.11)

Các chu kỳ quan trắc thường được thiết kế với đồ hình và độ chính xác
đo tương đương nhau, nên có thể coi m H = m H = m H . Như vậy công thức tính
1

2

sai số tổng hợp độ cao là:

mH =

mS
2

(1.12)

- Sai số trung phương của cấp cơ sở là m1
- Sai số trung phương của cấp quan trắc là m 2
Trong công thức (1.12) mH được hiểu là sai số trung phương tổng hợp
của 2 cấp lưới dùng trong quan trắc lún, nghĩa là:

m 2H = m12 + m 22

(1.13)

Gọi K là hệ số suy giảm độ chính xác giữa hai cấp lưới :
K=

m2

m1

Sẽ có :

m2H = m12 (1 + K 2 )

(1.14)

Suy ra sai số trung phương cấp lưới cơ sở là :
m1 =

mH
1+ K

2

=

ms
2(1 + K 2 )

(1.15)

Sai số trung phương của cấp lưới quan trắc :
m2 =

K.m H
1+ K2

=


K.ms
2(1 + K 2 )

(1.16)