BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: QUAN TRĂC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH NGHỀ: TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Quảng Ninh, năm 20…. TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 1.
Sự cần thiết đo đạc biến dạng công trình xây dựng 2. Phân loại chuyển dịch và biến dạng công trình Chuyển dịch: Là sự thay đổi vị trí của công trình trong không gian * Chuyển dịch thẳng đứng (trồi, lún): Là sự chuyển dịch trong mặt phẳng đứng có sự thay đổi vị trí về độ cao của công trình theo thời gian. * Chuyển dịch trong mặt phẳng nằm ngang: Là sự thay đổi vị trí về mặt bằng (x, y) của công trình theo thời gian.Là sự thay đổi hình dạng ban đầu của công trình theo thời gian, có các dạng biến dạng như: Vặn xoắn, cong vênh, rạn nứt… 3. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch và biến dạng công trình Các công trình bị chuyển dịch và biến dạng là do tác động chủ yếu của 2 loại yếu tố: 3.
Điều kiện tự nhiên - Khả năng lún, trượt của lớp đất đá dưới nền móng công trình và các hiện tượng địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khác. - Sự co giãn của đất đá. - Sự thay đổi của điều kiện thuỷ văn theo nhiệt độ, độ ẩm và mực nước ngầm. Quá trình xây dựng và vận hành công trình - Ảnh hưởng của trọng lượng bản thân công trình.
- Sự thay đổi các tính chất cơ lý đất đá do việc quy hoạch cấp thoát nước. - Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất 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. Mục đích và nhiệm vụ của quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình 4. Mục đích Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình là để xác định mức độ chuyển dịch và biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch và biến dạng, từ đó có biện pháp xử lý, để phòng tai biến đối với công trình. Nhiệm vụ - Xác định giá trị chuyển dịch và biến dạng để đánh giá mức độ ổn định của công trình.
1 - Kiểm tra việc tính toán thiết kế công trình. - Nghiên cứu quy luật biến dạng trong những điều kiện khác nhau và dự toán 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. Nội dung bản đề cương (thiết kế kỹ thuật) quan trắc Để quan trắc chuyển dịch biến dạng một công trình, trước hết cần thiết kế phương án kinh tế- kỹ thuật bao gồm: - Nhiệm vụ kỹ thuật của công tác quan trắc.
- Khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên, đặc điểm kết cấu và chế độ vận hành công trình. - Kết cấu và phân bố mốc quan trắc. - Thiết kế sơ đồ hệ thống lưới quan trắc. - Ước tính độ chính xác và các chỉ tiêu kỹ thuật quan trắc.
- Thiết kế công tác đo đạc ngoại nghiệp và xử lý số liệu. - Tính toán tham số chuyển dịch và biến dạng công trình. - Phân tích, suy giải kết quả quan trắc. - Lập biểu đồ nhân lực, thời gian và tiến độ thi công phương án.
- Dự toán kinh phí cho phương án. Những quy định chung về đo độ lún và đo chuyển dịch công trình Việc đo độ lún, đo chuyển dịch nền nhà và công trình, cần được tiến hành theo một chương trình cụ thể nhằm các mục đích sau: - Xác định các giá trị độ lún, độ chuyển dịch tuyệt đối và tương đối của nền nhà và công trình so với các giá trị tính toán theo thiết kế của chúng; - Tìm ra những nguyên nhân gây ra lún, chuyển dịch và mức độ nguy hiểm của chúng đối với quá trình làm việc bình thường của nhà và công trình trên cơ sở đó đưa ra các giải pháp phù hợp nhằm phòng ngừa các sự cố có thể xảy ra; - Xác định các thông số đặc trưng cần thiết về độ ổn định của nền và công trình; - Làm chính xác thêm các số liệu đặc trưng cho tính chất cơ lý của nền đất; - Dùng làm số liệu kiểm tra các phương pháp tính toán, xác định các giá trị độ lún, độ chuyển dịch giới hạn cho phép đối với các loại nền đất và các công trình khác nhau. - Công việc đo độ lún và đo chuyển dịch nền móng của nhà và công trình được tiến hành trong thời gian xây dựng và sử dụng cho đến khi đạt được độ ổn định về độ lún và chuyển dịch. Việc đo chuyển dịch trong thời gian sử dụng 2 công trình còn được tiến hành khi phát hiện thấy công trình xuất hiện các vết nứt lớn hoặc có sự thay đổi rõ nét về điều kiện làm việc của nhà và công trình.
- Trong quá trình đo chuyển dịch nhà và công trình cần phải xác định (độc lập hoặc đồng thời) các đại lượng sau: Chuyển dịch thẳng đứng (độ lún, độ võng, độ trồi); chuyển dịch ngang (độ chuyển dịch); độ nghiêng; vết nứt. - Việc đo độ lún và chuyển dịch công trình được tiến hành theo các trình tự sau: + Lập đề cương hoặc phương án kỹ thuật. + Lựa chọn thiết kế cấu tạo các loại mốc chuẩn và mốc quan trắc. + Phân bố vị trí đặt mốc cơ sở mặt bằng và độ cao.
+ Gắn các mốc đo lún hoặc đo chuyển dịch cho nhà và công trình. + Sử dụng máy đo các giá trị độ lún, độ chuyển dịch ngang và độ nghiêng. + Tính toán sử lý số liệu và phân tích kết quả đo. - Các phương pháp đo độ lún, đo chuyển dịch ngang và độ nghiêng nêu trong đề cương hoặc phương án kỹ thuật được chọn tuỳ thuộc vào yêu cầu độ chính xác của phép đo, đặc điểm cấu tạo của móng, đặc điểm về địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của đất nền, khả năng ứng dụng và hiệu quả kinh tế của phương pháp.
Việc xác định sơ bộ độ chính xác đo độ lún, đo chuyển dịch ngang được thực hiện phù hợp với các giá trị độ lún và độ chuyển dịch ngang dự tính theo thiết kế được nêu ở bảng (4. Sai số đo chuyển dịch đối với các giai đoạn xây dựng và sử dụng công trình Đơn vị tính bằng mm Giai đoạn sử dụng công Giá trị tính toán độ lún và Giai đoạn xây dựng trình độ chuyển dịch ngang dự Loại đất nền tính theo thiết kế Cát Đất sét Cát Đất sét < 50 1 1 1 1 50 100 2 1 1 1 100 250 5 2 1 2 250 500 10 5 2 5 > 500 15 10 5 10 Dựa trên cơ sở sai số cho phép đo chuyển dịch ở bảng (4.1) để xác định độ chính xác của các cấp đo; khi không có các số liệu dự tính theo thiết kế thì 3 việc lựa chọn các cấp đo dựa vào đặc điểm của nền đất và tầm quan trọng của công trình theo bảng (4. Sai số giới hạn đo chuyển dịch và độ chính xác của các cấp đo Đơn vị tính bằng mm Độ chính xác Sai số đo chuyển dịch. của các cấp đo Độ lún Độ chuyển dịch ngang 1 1 2 2 2 5 3 5 10 Cấp 1: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và công trình được xây dựng trên nền đất cứng và nửa cứng (thời gian sử dụng trên 50 năm), các công trình quan trọng, các công trình có ý nghĩa đặc biệt.
Cấp 2: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và công trình được xây dựng trên nền cát, đất sét và trên nền đất có tính biến dạng cao, các công trình được đo để xác định các nguyên nhân hư hỏng. Cấp 3: Đo độ lún và độ chuyển dịch ngang của nhà và công trình được xây dựng trên nền đất đắp, nền đất yếu và trên nền đất bị nén mạnh. Quan trắc chuyển dịch công trình bằng phương pháp trắc địa H P1’ P1 X P2 P2’ QY P1’’ Q QX P2’’ O Y Hình 4. Chuyển dịch công trình Nếu ở thời điểm T1 công trình có vị trí P1, ở thời điểm T2 công trình có vị trí P2, khi đó vector P1P2 thể hiện chuyển dịch công trình trong không gian (hình 4.
Thông thường vector P1P2 được phân tích từ 2 thành phần: - Theo phương thẳng đứng thu được đoạn S = P1’P2’, thể hiện độ lún công trình. - Theo mặt phẳng ngang thu được đoạn Q= P1’’P2’’, thể hiện chuyển dịch ngang công trình, chuyển dịch ngang lại được phân tích theo 2 trục tọa độ để xác 4 định được chuyển dịch theo hướng trục OX (Q X) và chuyển dịch theo hướng trục OY (QY). Sau đây sẽ đi tìm hiểu cụ thể về các phương pháp quan trắc chuyển dịch đó. QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH THẲNG ĐỨNG CÔNG TRÌNH 1.
Nguyên lý quan trắc lún công trình Do điều kiện địa chất dưới nền móng công trình thường không đồng nhất, công trình có kết cấu phức tạp, tải trọng không đều nên độ lún ở các vị trí khác nhau cũng có thể khác nhau. Để xác định được giá trị lún tuyệt đối tại từng vị trí và các tham số lún chung của công trình, các công tác quan trắc lún bằng phương pháp trắc địa được thực hiện trên cơ sở các nguyên tắc sau: - Độ lún công trình dược xác định thông qua các mốc lún (mốc quan trắc) gắn tại những vị trí chịu lực của đối tượng quan trắc. Số lượng mốc lún lắp đặt tại mỗi công trình phụ thuộc vào đặc điểm điều kiện nền móng, kết cấu, quy mô, kích thước của công trình đó. Độ lún của các mốc quan trắc đặc trưng chi độ lún công trình ở vị trí mà mốc được gắn.
- Phương pháp quan trắc độ lún thông dụng là đo cao chính xác trong mỗi chu kỳ để xác định độ cao của các mốc quan trắc tại thời điểm đo, độ lún được tính là hiệu độ cao tại thời điểm quan trắc so với độ cao ở chu kỳ được chọn làm mức so sánh (chu kỳ cơ sở): S = H(j) - H(i) (4.