Giáo trình Đo vẽ Kiểm định Công trình Cầu - Nghề Xây dựng Cầu đường

Giáo trình nghiên cứu đo vẽ kiểm định công trình cầu nghề xây dựng cầu đường trình độ cao đẳng, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên kỹ thuật.

• Trường học: Trường Cao Đẳng Nghề Xây Dựng
• Chuyên ngành: Đo Vẽ Kiểm Định Công Trình Cầu
• Đề tài: Giáo Trình Đo Vẽ Kiểm Định Công Trình Cầu Nghề Xây Dựng Cầu Đường Trình Độ Cao Đẳng
• Loại tài liệu: Giáo Trình

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. Bài 1: KHÁI NIỆM
• 1.1. Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình
• 1.2. Nguyên nhân của chuyển dịch biến dạng công trình
• 1.3. Đặc tính và các tham số chuyển dịch
• 1.4. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình
• 1.5. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc
• 1.6. Quan trắc chuyển dịch ngang
• 2. Bài 2: BỐ TRÍ MỐC
• 2.1. Kết cấu và phân bố mốc đo lún
• 2.1.1. Mốc cơ sở dùng trong đo lún thường được thiết kế theo 3 loại
• 2.1.2. Mốc kiểm tra gồm hai loại: mốc tường và mốc gắn nền
• 2.2. Kết cấu và phân bố mốc trắc chuyển dịch ngang
• 2.2.1. Mốc cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang thường có hai loại
• 2.2.2. Mốc kiểm tra cũng có hai loại
• 3. Bài 3: KỸ THUẬT ĐO LÚN
• 3.1. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao hình học
• 3.1.1. Máy và dụng cụ đo
• 3.1.2. Phương pháp đo cao hình học
• 3.1.3. Sơ đồ và chương trình đo
• 3.1.4. Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu
• 3.2. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao thuỷ tĩnh
• 3.3. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao lượng giác
• 4. Bài 4: ĐO ĐỘ CONG CỦA CÔNG TRÌNH
• 4.1. Tác dụng của ngoại lực
• 4.2. Đo độ nghiêng của công trình
• 4.2.1. Phương pháp tọa độ
• 4.2.2. Phương pháp đo góc ngang
• 4.2.3. Phương pháp đo góc nhỏ
• 4.2.4. Phương pháp chiếu đứng
• 4.2.5. Phương pháp đo khoảng thiên đỉnh nhỏ
• 4.3. Đo độ cong của công trình
• 5. Bài 5: ĐO ĐỘ RẠN NỨT CÔNG TRÌNH
• 5.1. Phương pháp đo vết nứt công trình
• 5.1.1. Phương pháp đo bằng thước du xích
• 5.1.1.1. Lắp đặt thiết bị kiểm tra
• 5.1.1.2. Cài đặt thiết bị kiểm tra
• 5.1.1.3. Cách đọc giá trị trên thước đo
• 5.1.2. Phương pháp đo bằng con tem
• 6. Bài 6: ĐO ĐỘ XÊ DỊCH CỦA CÔNG TRÌNH
• 6.1. Xác định độ xê dịch công trình bằng phương pháp tia ngắm (đo hướng)
• 6.2. Xác định độ xê dịch công trình bằng phương pháp giao hội
• 7. Bài 7: ĐO CHUYỂN DỊCH CÔNG TRÌNH
• 7.1. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp hướng chuẩn
• 7.1.1. Phương pháp bảng ngắm di động
• 7.1.2. Sơ đồ hướng toàn phần
• 7.1.2.1. Sơ đồ hướng từng phần
• 7.1.3. Sơ đồ hướng nhích dần
• 7.1.3.1. Phương pháp đo
• 7.1.3.2. Tính độ lệch hướng và sai số trung phương
• 7.1.4. Sơ đồ hướng chéo nhau
• 7.1.4.1. Phương pháp đo
• 7.1.4.2. Tính độ lệch hướng và sai số trung phương
• 7.2. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp đo góc - chiều dài
• 7.3. Phương pháp tam giác
• 7.4. Phương pháp đường chuyền (đa giác)
• 8. Bài 8: XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO LÚN VÀ DỰ ĐOÁN LÚN
• 8.1. Xử lý kết quả đo lún
• 8.1.1. Chọn ẩn số
• 8.1.2. Lập phương trình số hiệu chỉnh
• 8.1.3. Xác định trọng số của các đại lượng đo
• 8.1.4. Lập phương trình chuẩn, xác định nghiệm δH
• 8.1.5. Đánh giá độ chính xác của kết quả đo
• 8.2. Tính các tham số đặc trưng cho quá trình lún công trình
• 8.3. Vẽ biểu đồ lún và bình đồ lún
• PHỤ LỤC B
• PHỤ LỤC C
• PHỤ LỤC D
• PHỤ LỤC E
• PHỤ LỤC F
• PHỤ LỤC G
• PHỤ LỤC H
• PHỤ LỤC I
• PHỤ LỤC K
• PHỤ LỤC L
• PHỤ LỤC N
• PHỤ LỤC J

Tóm tắt

I. Hướng dẫn toàn diện về đo vẽ kiểm định công trình cầu

Hoạt động đo vẽ kiểm định công trình cầu là một môn học kỹ thuật chuyên sâu, đóng vai trò nền tảng trong chương trình đào tạo nghề xây dựng cầu đường. Lĩnh vực này trang bị kiến thức và kỹ năng cần thiết để đánh giá chính xác trạng thái thực tế của các công trình. Mục tiêu chính là xác định các giá trị chuyển dịch biến dạng công trình, từ đó phân tích nguyên nhân và đưa ra các giải pháp phòng ngừa, xử lý kịp thời các sự cố tiềm ẩn. Việc quan trắc và kiểm định giúp đảm bảo an toàn công trình cầu trong suốt vòng đời, từ giai đoạn thi công đến khi vận hành và khai thác. Giáo trình cung cấp một hệ thống lý thuyết và thực hành bài bản, bắt đầu từ những khái niệm cơ bản nhất về biến dạng, các nguyên nhân gây ra chúng, cho đến các phương pháp đo đạc hiện đại và quy trình xử lý số liệu chuyên nghiệp. Nội dung được biên soạn dựa trên kinh nghiệm giảng dạy thực tế và tham khảo các tài liệu chuyên ngành uy tín trong nước. Qua đó, người học có thể nắm vững các kỹ thuật quan trọng như đo lún, đo độ cong, đo độ rạn nứt, và chuyển dịch ngang. Mỗi kỹ thuật đều yêu cầu độ chính xác cao và tuân thủ nghiêm ngặt các chu kỳ quan trắc đã được thiết kế. Việc thiếu một giáo trình chuẩn thống nhất trước đây đã gây ra nhiều khó khăn cho cả giảng viên và sinh viên. Sự ra đời của tài liệu này đã giải quyết vấn đề đó, trở thành một nguồn tham khảo cốt lõi, giúp chuẩn hóa công tác đào tạo và nâng cao chất lượng nhân lực cho ngành xây dựng cầu đường. Một phương án kinh tế - kỹ thuật cho công tác quan trắc luôn được thiết lập trước, bao gồm nhiệm vụ, sơ đồ mốc, yêu cầu độ chính xác, phương pháp và dụng cụ đo.

1.1. Hiểu đúng về chuyển dịch và biến dạng trong kết cấu cầu

Chuyển dịch biến dạng công trình là sự thay đổi vị trí và hình dạng của kết cấu dưới tác động của các yếu tố bên trong và bên ngoài. Các biến dạng này được phân thành hai loại chính. Thứ nhất là sự lún, tức là công trình bị chuyển dịch theo phương thẳng đứng. Thứ hai là sự chuyển dịch ngang, khi công trình dịch chuyển trong mặt phẳng nằm ngang. Sự chuyển dịch không đồng đều là nguyên nhân chính gây ra các biến dạng nguy hiểm như cong, vặn xoắn, và đo độ rạn nứt. Nếu các biến dạng này vượt quá giới hạn cho phép, chúng có thể dẫn đến sự cố nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực và tuổi thọ của công trình. Các tham số đặc trưng cho quá trình này bao gồm: độ lún tuyệt đối, độ lún trung bình, chênh lệch lún tương đối, độ nghiêng, độ cong và độ vặn xoắn. Việc xác định chính xác các tham số này là nhiệm vụ cơ bản của công tác quan trắc biến dạng công trình.

1.2. Mục đích cốt lõi của công tác quan trắc biến dạng cầu

Công tác quan trắc biến dạng công trình được thực hiện với nhiều mục đích quan trọng. Mục đích hàng đầu là xác định giá trị chuyển dịch và biến dạng để đánh giá mức độ ổn định và an toàn công trình cầu. Thứ hai, kết quả quan trắc là cơ sở thực tiễn để kiểm tra lại các tính toán trong giai đoạn thiết kế, đối chiếu giữa lý thuyết và thực tế. Thứ ba, việc theo dõi liên tục giúp nghiên cứu quy luật biến dạng của công trình dưới các điều kiện khác nhau, từ đó cho phép dự đoán lún và các biến dạng khác trong tương lai. Cuối cùng, công tác này giúp xác định các loại biến dạng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình công nghệ và vận hành bình thường của công trình, từ đó đề xuất các biện pháp khắc phục kịp thời. Đây là một phần không thể thiếu trong quy trình kiểm định chất lượng công trình.

1.3. Yêu cầu về độ chính xác và chu kỳ quan trắc định kỳ

Độ chính xác và chu kỳ quan trắc là hai yếu tố quyết định hiệu quả của công tác kiểm định. Yêu cầu độ chính xác phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu, điều kiện địa chất nền móng và chế độ vận hành. Chu kỳ quan trắc được chia thành ba giai đoạn chính. Giai đoạn thi công, các chu kỳ đo được tiến hành khi hoàn thành móng và tại các mốc tải trọng đạt 25%, 50%, 75% và 100%. Giai đoạn đầu vận hành, khi tốc độ lún còn nhanh, chu kỳ đo có thể từ 2 đến 6 tháng. Giai đoạn ổn định, khi biến dạng chậm lại, chu kỳ có thể kéo dài từ 6 tháng đến 2 năm. Các chu kỳ quan trắc đột xuất cũng cần được thực hiện khi có những yếu tố bất thường tác động đến công trình. Sai số giới hạn cho chuyển dịch ngang dao động từ 1mm đối với nền đá gốc đến 15mm đối với công trình đất đắp.

II. Phân tích các nguyên nhân chính gây biến dạng công trình cầu

Sự biến dạng của công trình cầu là một quá trình phức tạp, xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Hiểu rõ các nguyên nhân này là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong công tác đo vẽ kiểm định công trình cầu. Các yếu tố gây biến dạng có thể được chia thành hai nhóm chính: điều kiện tự nhiên và các hoạt động liên quan đến con người trong quá trình xây dựng và vận hành. Nhóm yếu tố tự nhiên bao gồm các hiện tượng địa chất công trình, địa chất thủy văn như khả năng lún, trượt của lớp đất đá nền móng. Sự co dãn của vật liệu đất đá do thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và sự biến đổi của mực nước ngầm cũng là những tác nhân quan trọng. Các yếu tố này thường khó kiểm soát và đòi hỏi quá trình khảo sát địa chất phải cực kỳ kỹ lưỡng. Nhóm yếu tố thứ hai liên quan đến quá trình xây dựng và vận hành. Trọng lượng bản thân của công trình là một tải trọng thường xuyên gây ra lún. Các sai lệch trong quá trình khảo sát, thiết kế hoặc thi công có thể làm suy yếu nền móng. Việc xây dựng các công trình lân cận hoặc công trình ngầm cũng làm thay đổi áp lực lên nền móng, gây ra chuyển dịch ngang và lún không đều. Sự rung động từ máy móc vận hành trên công trình hoặc từ các phương tiện giao thông cũng góp phần làm gia tăng tốc độ biến dạng. Việc phân tích và xác định đúng nguyên nhân giúp lựa chọn phương pháp quan trắc biến dạng công trình phù hợp và đề ra giải pháp xử lý hiệu quả, đảm bảo an toàn công trình cầu lâu dài.

2.1. Tác động từ yếu tố tự nhiên và điều kiện địa chất

Các yếu tố tự nhiên là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra chuyển dịch biến dạng công trình. Khả năng chịu nén của các lớp đất đá dưới nền móng quyết định mức độ đo lún của công trình. Các nền đất yếu, đất sét, đất cát có khả năng lún và trượt cao. Các hiện tượng địa chất thủy văn như sự thay đổi mực nước ngầm, áp lực nước lỗ rỗng cũng ảnh hưởng lớn đến sự ổn định của nền. Bên cạnh đó, sự co dãn của đất đá theo sự thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm theo mùa cũng gây ra các chuyển dịch nhỏ nhưng tích lũy theo thời gian. Việc khảo sát địa chất không đầy đủ hoặc không chính xác có thể dẫn đến những đánh giá sai lầm về sức chịu tải của nền, gây ra những biến dạng không lường trước được trong quá trình khai thác.

2.2. Ảnh hưởng từ quá trình xây dựng và tải trọng vận hành

Quá trình xây dựng và vận hành công trình tạo ra các tải trọng trực tiếp lên kết cấu. Trọng lượng bản thân công trình là tải trọng tĩnh, gây ra lún cố kết theo thời gian. Tải trọng động từ các phương tiện giao thông, máy móc thiết bị gây ra rung động, có thể làm suy yếu nền móng và kết cấu. Việc thi công các công trình ngầm hoặc công trình lân cận làm thay đổi trạng thái ứng suất trong đất nền, dẫn đến lún hoặc chuyển dịch ngang bổ sung. Sự thay đổi các tính chất cơ lý của vật liệu xây dựng do lão hóa hoặc do các tác động của môi trường cũng là một nguyên nhân quan trọng. Tất cả những yếu tố này cần được xem xét cẩn thận trong quá trình kiểm định chất lượng công trình.

2.3. Thách thức trong việc bố trí hệ thống mốc quan trắc

Việc bố trí mốc quan trắc là một công việc nền tảng, quyết định độ chính xác của toàn bộ quá trình kiểm định. Thách thức lớn nhất là đảm bảo sự ổn định tuyệt đối của các mốc cơ sở (mốc khống chế). Các mốc này phải được đặt bên ngoài phạm vi ảnh hưởng của biến dạng công trình, thường được chôn sâu đến tầng đá gốc ổn định. Việc lựa chọn vị trí và kết cấu mốc phải phù hợp với TCVN 9360:2012. Trong khi đó, các mốc kiểm tra phải được gắn chặt vào những vị trí đặc trưng của công trình để phản ánh đúng quá trình biến dạng. Việc phân bố mốc phải đủ dày và hợp lý để xác định được tất cả các tham số lún, nghiêng, cong. Trong môi trường thi công chật hẹp hoặc điều kiện địa hình phức tạp, việc bố trí mốc càng trở nên khó khăn hơn.

III. Các phương pháp đo lún và đo độ cong công trình cầu phổ biến

Để xác định các thông số biến dạng theo phương đứng, công tác đo vẽ kiểm định công trình cầu sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với từng điều kiện cụ thể. Trong đó, đo lún là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất. Phương pháp phổ biến và có độ chính xác cao nhất là phương pháp đo cao hình học. Kỹ thuật này sử dụng máy thủy chuẩn và mia invar để xác định chênh cao giữa các điểm mốc với độ chính xác có thể đạt tới cấp I, II. Bên cạnh đó, phương pháp đo cao thủy tĩnh và đo cao lượng giác cũng được áp dụng trong những trường hợp đặc biệt. Đo cao thủy tĩnh phù hợp với không gian chật hẹp, dựa trên nguyên lý bình thông nhau. Đo cao lượng giác được dùng khi yêu cầu độ chính xác không quá cao và điều kiện đo bằng phương pháp hình học không thuận lợi. Đối với việc xác định độ cong và độ nghiêng của các kết cấu dạng tháp, trụ cầu, các kỹ thuật như phương pháp tọa độ, phương pháp đo góc ngang, phương pháp chiếu đứng được ưu tiên lựa chọn. Việc lựa chọn phương pháp đo phù hợp không chỉ đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu của công tác quan trắc biến dạng công trình mà còn tối ưu hóa chi phí và thời gian thực hiện. Mỗi phương pháp đều có quy trình và tiêu chuẩn kỹ thuật riêng, đòi hỏi người thực hiện phải nắm vững lý thuyết và thành thạo trong thao tác.

3.1. Kỹ thuật đo lún bằng phương pháp đo cao hình học chi tiết

Phương pháp đo cao hình học là kỹ thuật tiêu chuẩn để quan trắc lún nhờ độ chính xác vượt trội. Nguyên lý cơ bản là sử dụng máy thủy chuẩn đặt giữa hai mốc để đọc số trên mia và tính chênh cao. Các loại máy có độ chính xác cao như Ni002, Ni004 cùng với mia invar chuyên dụng thường được sử dụng. Để đảm bảo kết quả chính xác, cần tuân thủ các chỉ tiêu kỹ thuật nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9398:2012. Ví dụ, chiều dài tia ngắm thường giới hạn dưới 25m, chênh lệch khoảng cách từ máy đến mia trên một trạm đo phải gần bằng không. Chương trình đo phải được thống nhất cho tất cả các chu kỳ để loại bỏ sai số hệ thống. Việc kiểm nghiệm máy và mia trước và sau mỗi chu kỳ đo là bắt buộc. Đây là phương pháp cốt lõi trong đo lún cho hầu hết các công trình quan trọng.

3.2. Phương pháp thay thế Đo cao thuỷ tĩnh và đo cao lượng giác

Khi phương pháp đo cao hình học không thể áp dụng, các phương pháp khác được xem xét. Phương pháp đo cao thủy tĩnh sử dụng hệ thống bình thông nhau, đặc biệt hiệu quả trong không gian hạn chế như nền móng máy móc hoặc các kết cấu phức tạp. Độ chính xác của phương pháp này bị ảnh hưởng nhiều bởi sự thay đổi nhiệt độ và áp suất, đòi hỏi phải có số hiệu chỉnh. Trong khi đó, phương pháp đo cao lượng giác được sử dụng cho các tia ngắm dài, không quá 100m, và khi yêu cầu độ chính xác không ở mức cao nhất. Phương pháp này sử dụng máy kinh vĩ để đo góc đứng (hoặc góc thiên đỉnh) và khoảng cách ngang để tính toán chênh cao. Cả hai phương pháp này đều là những công cụ bổ sung hữu ích trong bộ kỹ thuật đo vẽ kiểm định công trình cầu.

3.3. Các kỹ thuật đo độ cong và độ nghiêng của kết cấu

Việc đo độ cong và độ nghiêng của các bộ phận công trình như trụ cầu, tháp là rất quan trọng để đánh giá sự ổn định. Có nhiều phương pháp được áp dụng tùy thuộc vào chiều cao công trình và độ chính xác yêu cầu. Phương pháp đo góc ngang là một kỹ thuật phổ biến, trong đó máy kinh vĩ được sử dụng để đo góc lệch giữa đỉnh và chân công trình so với một hướng chuẩn. Phương pháp tọa độ có độ chính xác cao, thường dùng cho các công trình dạng tháp cao, xác định tọa độ tâm của các thiết diện ở các độ cao khác nhau. Ngoài ra, các phương pháp khác như phương pháp chiếu đứng hay phương pháp đo khoảng thiên đỉnh nhỏ cũng được sử dụng trong các trường hợp cụ thể. Kết quả đo giúp xác định mức độ và hướng nghiêng, một thông số quan trọng trong kiểm định chất lượng công trình.

IV. Kỹ thuật đo chuyển dịch ngang và rạn nứt công trình cầu

Bên cạnh biến dạng theo phương đứng, việc theo dõi các chuyển dịch theo phương ngang và tình trạng nứt của kết cấu là yếu tố sống còn để đảm bảo an toàn công trình cầu. Công tác đo vẽ kiểm định công trình cầu bao gồm các kỹ thuật chuyên biệt để xác định chính xác các thông số này. Chuyển dịch ngang của công trình thường được quan trắc bằng các phương pháp trắc địa có độ chính xác cao. Phương pháp hướng chuẩn là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất, đặc biệt cho các công trình dạng thẳng. Phương pháp này đo khoảng cách từ điểm kiểm tra đến một mặt phẳng thẳng đứng (hướng chuẩn) được tạo ra bởi tia ngắm quang học hoặc laser. Ngoài ra, các phương pháp giao hội (giao hội góc, cạnh hoặc kết hợp) cũng được áp dụng rộng rãi, cho phép xác định tọa độ của điểm kiểm tra từ các điểm cơ sở ổn định. Đối với việc đo độ rạn nứt, đây là một dấu hiệu cho thấy kết cấu đã vượt quá giới hạn đàn hồi. Việc theo dõi sự phát triển của vết nứt về chiều dài, chiều rộng và chiều sâu là bắt buộc. Các công cụ từ đơn giản như con tem dán đến các thiết bị hiện đại như thước đo du xích chuyên dụng được sử dụng để thu thập dữ liệu. Việc phân tích các dữ liệu này cung cấp thông tin quý giá về mức độ nguy hiểm và sự cần thiết phải có các biện pháp gia cố, sửa chữa.

4.1. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp hướng chuẩn

Phương pháp hướng chuẩn được áp dụng để đo chuyển dịch ngang của các công trình dạng thẳng như thân đập, cầu. Nguyên tắc là thành lập một đường thẳng chuẩn quang học giữa hai mốc cơ sở (I và II). Sau đó, đo độ lệch của các điểm kiểm tra trên công trình so với đường thẳng này. Có hai cách đo độ lệch phổ biến: phương pháp góc nhỏ (dùng máy kinh vĩ đo góc lệch rất nhỏ) và phương pháp bảng ngắm di động (dùng thước đo cực nhỏ gắn trên bảng ngắm). Sai số của phương pháp này tỷ lệ thuận với khoảng cách từ máy đến điểm kiểm tra. Để tăng độ chính xác cho các công trình dài, các sơ đồ đo phức tạp hơn như sơ đồ hướng toàn phần, sơ đồ hướng từng phần hoặc sơ đồ hướng nhích dần được áp dụng. Việc lựa chọn sơ đồ phụ thuộc vào yêu cầu độ chính xác và điều kiện thực địa.

4.2. Xác định độ xê dịch công trình bằng phương pháp giao hội

Khi không thể thành lập hướng chuẩn, phương pháp giao hội là một giải pháp hiệu quả để xác định chuyển dịch ngang. Nguyên tắc là xác định tọa độ của một điểm kiểm tra bằng cách đo các yếu tố (góc hoặc cạnh) từ ít nhất hai điểm cơ sở đã biết tọa độ và ổn định. Giao hội góc thuận từ ba điểm cơ sở là một phương pháp phổ biến, trong đó các góc giao hội nên nằm trong khoảng từ 60° đến 120° để đảm bảo độ chính xác. Phương pháp này rất linh hoạt và được áp dụng trong nhiều loại lưới quan trắc. Kết quả chuyển dịch được xác định bằng cách so sánh tọa độ của điểm kiểm tra qua các chu kỳ đo khác nhau. Độ chính xác của kết quả phụ thuộc trực tiếp vào độ chính xác đo góc và đo cạnh.

4.3. Phương pháp đo và theo dõi độ rạn nứt công trình hiệu quả

Khi công trình xuất hiện vết nứt, việc đo độ rạn nứt phải được tiến hành một cách có hệ thống. Mục tiêu là theo dõi sự phát triển của vết nứt theo chiều dài, chiều rộng và chiều sâu. Phương pháp đơn giản nhất là dùng con tem bằng giấy hoặc thạch cao dán qua vết nứt. Nếu vết nứt phát triển, con tem sẽ bị rách. Phương pháp này chỉ mang tính định tính. Để có kết quả định lượng chính xác, người ta sử dụng thước đo du xích chuyên dụng. Thiết bị này được gắn cố định hai bên vết nứt, cho phép đọc giá trị dịch chuyển theo hai phương vuông góc với độ chính xác cao. Dữ liệu thu thập được qua các chu kỳ giúp đánh giá tốc độ phát triển của vết nứt và mức độ nguy hiểm đối với sự ổn định của kết cấu, là một phần quan trọng của công tác kiểm định chất lượng công trình.

V. Ứng dụng thực tiễn Bố trí mốc và xử lý số liệu đo lún

Lý thuyết về đo vẽ kiểm định công trình cầu chỉ thực sự có giá trị khi được áp dụng vào thực tiễn một cách chính xác và khoa học. Hai khâu quan trọng nhất trong ứng dụng thực tế là bố trí mốc quan trắc và xử lý số liệu đo đạc. Việc bố trí hệ thống mốc là bước khởi đầu, quyết định toàn bộ chất lượng của công tác quan trắc. Hệ thống này bao gồm hai loại chính: mốc cơ sở (khống chế) và mốc kiểm tra. Mốc cơ sở phải được đặt ở vị trí tuyệt đối ổn định, trong khi mốc kiểm tra được gắn vào các vị trí đặc trưng của công trình. Việc thiết kế, lựa chọn vật liệu và thi công chôn mốc phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật như TCVN 9360:2012. Sau khi thu thập dữ liệu từ các chu kỳ đo, bước tiếp theo là xử lý số liệu. Đối với đo lún, quá trình này bao gồm việc bình sai lưới độ cao để có được giá trị lún chính xác nhất tại mỗi điểm mốc. Các tham số đặc trưng cho quá trình lún như tốc độ lún, độ lún cuối cùng sẽ được tính toán. Dựa trên các số liệu đã xử lý, các biểu đồ lún theo thời gian và bình đồ đường đồng lún được thành lập. Các biểu đồ này cung cấp một cái nhìn trực quan về diễn biến biến dạng của toàn bộ công trình, giúp các kỹ sư dự đoán lún trong tương lai và đưa ra các cảnh báo cần thiết, đảm bảo an toàn công trình cầu.

5.1. Nguyên tắc kết cấu và phân bố mốc đo lún chuyển dịch

Việc bố trí mốc phải tuân theo các nguyên tắc chặt chẽ. Mốc cơ sở dùng trong đo lún thường có kết cấu chôn sâu hoặc chôn nông, đặt ngoài phạm vi lún của công trình, thường bố trí thành cụm để kiểm tra lẫn nhau. Mốc kiểm tra (mốc biến dạng) được gắn trực tiếp vào nền móng, trụ, hoặc các kết cấu chịu lực chính. Chúng phải được phân bố đều khắp mặt bằng công trình, đặc biệt tại các vị trí tiếp giáp khối kết cấu, khe lún, và những nơi có áp lực lớn hoặc điều kiện địa chất phức tạp. Đối với quan trắc chuyển dịch ngang, mốc cơ sở cũng được đặt ở vị trí ổn định, còn mốc kiểm tra được bố trí theo chu vi công trình. Kết cấu của mốc phải đảm bảo việc đặt máy hoặc mia được định tâm bắt buộc, giảm thiểu sai số.

5.2. Quy trình xử lý kết quả đo lún và đánh giá độ chính xác

Xử lý số liệu đo lún là một quá trình tính toán phức tạp nhằm loại bỏ sai số và tìm ra giá trị lún tin cậy nhất. Quy trình thường bắt đầu bằng việc chọn ẩn số và lập các phương trình số hiệu chỉnh dựa trên kết quả đo chênh cao. Sau đó, trọng số của các đại lượng đo được xác định để đưa vào quá trình bình sai theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất. Kết quả sau bình sai là giá trị độ cao và độ lún tại các mốc kiểm tra trong chu kỳ đo. Bước cuối cùng là đánh giá độ chính xác của kết quả đo, so sánh sai số trung phương thu được với sai số cho phép theo cấp hạng đo. Quá trình này đảm bảo rằng các kết quả có đủ độ tin cậy để sử dụng cho việc phân tích và đánh giá.

5.3. Phương pháp vẽ biểu đồ và dự đoán lún công trình

Sau khi có kết quả lún của từng mốc qua nhiều chu kỳ, bước tiếp theo là trực quan hóa dữ liệu. Biểu đồ lún theo thời gian được vẽ cho từng mốc riêng lẻ hoặc cho các mốc đại diện. Biểu đồ này thể hiện quy luật và tốc độ lún. Bình đồ lún (hay bình đồ đường đồng lún) được vẽ để thể hiện sự phân bố độ lún trên toàn bộ mặt bằng công trình tại một thời điểm nhất định. Dựa trên các dữ liệu quan trắc trong quá khứ, các mô hình toán học có thể được áp dụng để dự đoán lún của công trình trong tương lai. Việc dự đoán này giúp cảnh báo sớm các nguy cơ tiềm ẩn và lên kế hoạch bảo trì, sửa chữa, là một nhiệm vụ cốt lõi của công tác quan trắc biến dạng công trình.

VI. Kết luận và định hướng tương lai ngành đo vẽ kiểm định cầu

Giáo trình đo vẽ kiểm định công trình cầu hệ cao đẳng cung cấp một nền tảng kiến thức và kỹ năng vững chắc, không thể thiếu cho các kỹ sư xây dựng cầu đường tương lai. Việc nắm vững các phương pháp từ đo lún, đo độ cong, đến quan trắc chuyển dịch ngang và đo độ rạn nứt là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn công trình cầu. Công tác kiểm định không chỉ dừng lại ở việc phát hiện các biến dạng mà còn phải phân tích được nguyên nhân, xử lý số liệu một cách khoa học và đưa ra những dự báo tin cậy. Các quy trình từ bố trí mốc đến xử lý số liệu đo lún đều đòi hỏi sự cẩn trọng, tỉ mỉ và tuân thủ tuyệt đối các tiêu chuẩn kỹ thuật. Trong bối cảnh hạ tầng giao thông ngày càng phát triển với các công trình có quy mô và độ phức tạp ngày càng cao, vai trò của ngành kiểm định lại càng trở nên quan trọng. Sự ổn định và bền vững của mỗi cây cầu không chỉ phụ thuộc vào chất lượng thiết kế và thi công mà còn phụ thuộc rất lớn vào quá trình giám sát, bảo trì trong suốt vòng đời của nó. Do đó, việc liên tục cập nhật kiến thức, cải tiến phương pháp và ứng dụng công nghệ mới sẽ là định hướng phát triển tất yếu của ngành. Điều này giúp nâng cao độ chính xác, hiệu quả và giảm thiểu rủi ro cho các công trình hạ tầng giao thông quan trọng của đất nước.

6.1. Tổng kết vai trò của đo vẽ kiểm định với an toàn công trình

Tóm lại, công tác đo vẽ kiểm định công trình cầu là lá chắn an toàn cho các công trình hạ tầng giao thông. Nó cung cấp những dữ liệu khách quan, khoa học về trạng thái thực của kết cấu, giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường. Thông qua việc quan trắc biến dạng công trình một cách định kỳ và hệ thống, các nhà quản lý và kỹ sư có thể đưa ra quyết định can thiệp, sửa chữa kịp thời, ngăn chặn các sự cố đáng tiếc có thể xảy ra. Đây là một hoạt động không thể tách rời trong suốt vòng đời của công trình, từ khi xây dựng cho đến khi kết thúc khai thác. Vai trò này khẳng định tầm quan trọng của việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, am hiểu sâu sắc về lĩnh vực kiểm định chất lượng công trình.

6.2. Xu hướng công nghệ mới trong quan trắc biến dạng cầu

Trong tương lai, ngành đo vẽ kiểm định công trình cầu sẽ chứng kiến sự tích hợp mạnh mẽ của các công nghệ hiện đại. Các công nghệ như quét laser 3D (LiDAR), máy toàn đạc điện tử robot, hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) sẽ giúp thu thập dữ liệu nhanh chóng và chính xác hơn. Các cảm biến không dây (IoT sensors) gắn trực tiếp lên công trình có thể cung cấp dữ liệu biến dạng theo thời gian thực, giúp cảnh báo tức thì khi có sự thay đổi đột ngột. Máy bay không người lái (drone) được trang bị camera độ phân giải cao cũng sẽ được sử dụng để kiểm tra các vị trí khó tiếp cận. Việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) trong phân tích và dự đoán lún cũng là một xu hướng tất yếu, hứa hẹn mang lại hiệu quả vượt trội cho công tác đảm bảo an toàn công trình cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU. Bài 1: KHÁI NIỆM. Phan loại chuyển dịch biến dạng công trình. Nguyên nhân của chuyển dịch biển dạng công trình.

Đặc tính và các tham số chuyển dịc! IV. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc. Quan trắc chuyễn dịch ngang BÀI 2.

Kết cấu và phân bố mốc đo lún. Mắc cơ sở dùng trong đo lún thường được thiết kế theo 3 loại 2. Mắc kiểm tra gồm hai loại: mốc tường và mốc gắn nề: 1L Kết cấu và phân bố mốc trắc chuyển dịch ngang. Mắc cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang thường có hai loại.

Mốc kiểm tra cũng có hai loại BÀI 3. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao hình học 1. Máy và dụng cụ đo. Phương pháp đo cao hình học.

Sơ đồ và chương trình đo. kỹ thuật chủ yếu. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao thuỷ tĩnh. Quan trắc lún bằng phương pháp đo cao lượng Bài 4 ĐO ĐỘ CONG CỦA CÔNG TRÌNH.

Tác dụng của ngoại lực II. Đo độ nghiêng của công trình 1. Phương pháp tọa độ 2. Phương pháp đo góc ngang.

Phương pháp đo góc nhỏ. Phương pháp chiếu đứng. Phương pháp đo khoảng thiên đỉnh nhỏ. Đo độ cong của công trình.

Bài 5: ĐO BO RAN NUT CONG TRINH. Phương pháp đo vết nứt công trình.1 Phương pháp đo bằng thước du xích. Lắp đặt thiết bị kiểm tra. Cài đặt thiết bị kiểm tra.

Cách đọc giá trị trên thước đo 11.2 Phương pháp đo bằng con tem Bài 6: ĐO ĐỘ XÊ DỊCH CỦA CÔNG TRÌNH 1. Xác định độ xê địch công trình bằng phương pháp tỉa ngắm (đo hướng). Xác định độ xê dịch công trình bằng phương pháp giao hội Bai 7: DO CHUYÊN DỊCH CÔNG TRÌNH. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp hướng chuẩn.

phương pháp bảng ngắm di động 2. Sơ đồ hướng toàn phần b. Sơ đồ hướng từng ph 3. Sơ đồ hướng nhích dẫn (hình ) a.

Phương pháp đo. Tính độ lệch hướng và sai số trung phương. Sơ đồ hướng chéo nhau (Hình). phương pháp đo.

Tính độ lệch hướng và sai số trung phương. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp đo góc- ea IIL. Phương pháp tam giác. Phương pháp đường chuyển (đa giác) Bai 8: XU LY SO LIEU DO LUN VA DU DOAN LUN: 1.

Xử lý kết quả đo lúi 1. Chọn ẩn số. Lập phương trình số hiệu chỉnh. Xác định trọng số của các đại lượng đo.

lệ phương trình chuẩn, xác định nghiệm 6H. 6 Đánh giá độ chính xác của kết quả đo. II, Tính các tham số đặc trưng cho quá trình lún công trình, THỊ. Vẽ biễu đồ lún và bình đồ lún.

PHỤ LỤC B PHỤ LỤC C PHY LUCD PHU LUCE. PHY LUC F, PHU LUCG PHU LUC H PHU LUC I PHY LUCK PHỤ LỤC L. PHỤ LỤC N PHỤ LỤC G PHỤ LỤC H PHỤ LỤC I. PHỤ LỤC J Bài 1: KHÁI NIỆM 1.

Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, có thể chia chuyển dịch công trình thành hai loại: Sự lún : công trình bị chuyển dịch trong mặt phẳng nằm ngang. trồ Sự chuyển dịch không đều có thể gây nên biến dạng công trình. Các biến dạng thường gặp là cong, vặn xoắn, rạn nứt. Nếu công trình bị biến dạng nghiêm trọng thì có thể dẫn đên sự cố.

1, Nguyên nhân của chuyển dịch biến dạng công trình. Các công trình bị chuyển dịch biến dang là do tác động của hai loại yếu tố chủ yếu: ~ Điều kiện tự nhiên ~ Quá trình xây dựng, vận hành công trình. Tác động của các yếu tố tự nhiên bao gồm: + khả năng lún, trượt của lớp đất đá dưới nền móng công trình và các hiện tượng địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khác. + Sự co dăn của đất đá + Sự thay đổi của các điều kiện thuỷ văn theo nhiệt độ, độ ẩm và mực.

~ Các yếu tổ liên quan đến quá trình xây dựng, vận hành công trình bao. gồm: + ảnh hưởng của trọng lượng. bản thân công trình. + Sự thay đối các tính chất.

cơ lý + Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chat thuỷ văn. + Sự suy yếu của nền móng công trình do thi công các công trình ngầm dưới công trình. + Sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình do xây dựng các công trình khác ở gần. + Sự rung động của nền móng công trình do vận hành máy móc và hoạt động của các phương tiện giao thông.

Đặc tính và các tham số chuyển dịch. Độ lún tuyệt đối của một điểm là đoạn thẳng (tính theo chiều thẳng đứng) từ mặt phẳng ban đầu của nền móng đến mặt phẳng lún ở thời điểm quan trắc sau đó. Các điểm ở những vị trí khác nhau của công trình có độ lún bằng nhau thi quá trình lún được coi là lún đều. Lún đều chỉ xảy ra khi áp lực của công trình và mức độ chịu nén của đắt đá ở các vị trí khác nhau của nên là như nhau.

Độ lún không đều xảy ra do sự chênh lệch áp lực lên nền và mức độ chịu nén của đất đá không như nhau. Lún không đều làm cho công trình bị nghiêng, cong, vặn, xoắn và các biến dạng khác. Biến dạng lớn sẽ có thể dẫn đến hiện tượng gãy, nứt ở nền móng và tường của công trình. Sự chuyển dịch của công trình được đặc trưng bằng các tham số: + Độ lún trung bình của nền móng: S „, + Chênh lệnh tương đối độ lún của hai điểm trên nền là tỷ số giữa hiệu độ lún và khoảng cách giữa hai điểm đó: AS7 + Độ nghiêng ¡ của nền móng là ty số giữa hiệu độ lún giữa hai điểm ở hai đầu công trình và chiều dài của công trình.

+ Độ cong tương đối của công trình: Ệ (Tỷ số giữa tên trương cung và đây cung). + Độ vặn xoắn tương đối của công trình được đặc trưng bằng góc ô. + Chuyển dịch ngang của công trình: u. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình.

Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là để xác định mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch biến dạng và từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng tai biến đối với công trình. Cụ thể + Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng để đánh giá mức độ ổn định của công trình. + Kiểm tra việc tính toán thiết kế công trình. + Nghiên cứu quy luật biến dạng trong những điều kiện khác nhau và dự đoán biến dạng của công trình trong tương lai.

+ Xác định các loại biến dạng có ảnh hưởng đến quá trình công nghệ, vận hành công trình. Để quan trắc chuyển dịch biến dạng một công trình, trước hết cần phải thiết kế phương án kinh tế - Kỹ thuật bao gồm: + Nhiệm vụ kỹ thuật. + Khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên và chế độ vận hành. + Sơ đồ phân bố mốc khống chế và mốc kiểm tra.

+ Yêu cầu độ chính xác quan trắc ở những giai đoạn khác nhau. + Phương pháp và dụng cụ do. + Phương pháp chỉnh lý kết quả đo. + Sơ đồ lịch cho công tác quan trắc.

+ Biên chế nhân lực và dự toán kinh phí. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc. Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún công trình phụ thuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý đất đá dưới nỀn móng công trình và phụ thuộc vào. đặc điểm kết cấu, vận hành công trình.

'Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún được xác định bằng biểu thức. m= Trong đó: m „¿ Yêu cầu độ chính xác quan trắc độ lún ở thời điểm t,. Su, Sa: Độ lún dự báo ở thời điểm t, và tụ p. e: Hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc, thông, thường e =4+ 6.

Đo lún được tiến hành nhiều lần, mỗi lần đo gọi là một chu kỳ. Thời gian tiến hành các chu kỳ đo được xác định trong khi thiết kế kỹ thuật quan trắc lún. Chu kỳ quan trắc phải được tinh toán sao cho kết quả quan trắc phản ánh được thực chất quá trình lún của công trình. Có thể phân các chu kỳ quan trắc trong 3 giai đoạn: ~ Giai đoạn thi công: Các Chu kỳ quan trắc đầu tiên được tiến hành lúc thi công xong phần móng công trình.

Các chu kỳ tiếp theo được ấn định tuỳ thuộc tiến độ xây dựng, và mức tăng tải trọng công trình. Thường thực hiện các chu ky các chu ky quan trắc vào lúc công trình được. xây dựng đạt 25%, 50%, 75% và 100% tai trong của bản thân nó. Đối với những, công trình quan trọng có điều kiện địa chất đặc biệt, có thể tăng thêm chu kỳ đo.

~ Giai đoạn đầu vận hành công trình. 10 Các chu kỳ quan trắc phụ thuộc vào tốc độ lún của công trình, đặc vận hành cong trình. Thời gian đo giữa hai chu kỳ trong giai đoạn này có thể chọn 2 đến 6 tháng. ~ Giai đoạn công trình đã đi vào ổn định.

Thời gian giữa hai chu kỳ kế tiếp có thể từ 6 tháng đến 1 năm hoặc 2 năm. Trong một số trường hợp đặc biệt khi xuất hiện yếu tố ảnh hướng đến độ. ổn định của công trình, cần thực hiện những chu ky quan trắc đột xuất. Quan trắc chuyễn dịch ngang Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang cũng tuỳ thuộc vào.

loại công trình và nền mỏng của chúng. Sai số giới hạn quan trắc chuyển dịch ngang thường đượcc quy định như sau: ~ Công trình xây trên nền đá gốc. ~ Công trình xây trên nền đất cát, đất sét và các loại đất chịu Imm nén khác 3mm. - Các loại đập đất đá chịu áp lực cao.

5mm ~ Công trình xây dựng trên nền đắt đắt 10mm Các loại công trình bằng đất đắp 15mm 'Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang đối với các công trình đặc biệt được tính toán riêng trên cơ sở kỹ thuật và công nghệ của từng công trình. Thời gian thực hiện các chu kỳ quan trắc tuỳ thuộc: Loại công trình, loại nền móng công trình, đặc điểm áp lực ngang, mức độ chuyển dịch ngang và tiến độ thì công công trình. Chu kỳ quan trắc đầu tiên được thực hiện ngay sau khi xây móng công trình và trước khi có áp lực ngang tác động đến công trình. Các chu kỳ tiếp theo được thực hiện tuỳ theo mức tăng hoặc giảm áp lực ngang đối với công trình.

Trong giai đoạn sử dụng công trình, thực hiện 1 - 2 chu kỳ quan trắc trong, 1 năm vào những lúc điều kiện ngoại cảnh khác nhau nhiễu nhất. Khi công trình én định. Tốc độ chuyển dịch khoảng 1 - 2 mm/năm thì có thể ngừng quan trắc chuyển dịch ngang.