Phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng

Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm góp phần phát triển và hoàn thiện phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng, đánh giá và mô hình hóa qu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN NGỌC ĐÔNG

, PHÂN TÍCH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

HÀ NỘI - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ một công trình nào khác

Tác giả luận án

Trần Ngọc Đông

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG 6

1.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu ở ngoài nước 6

1.2 Tổng quan các công trình nghiên cứu ở trong nước 9

1.3 Đánh giá chung về tình hình nghiên cứu 12

1.4 Vấn đề tồn tại và định hướng nghiên cứu trong luận án 13

Chương 2 QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH

NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG 14

2.1 Yêu cầu kỹ thuật quan trắc độ lún trong quá trình xây dựng móng và tầng hầm nhà cao tầng 14

2.2 Quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm bằng phương pháp trắc địa 18

2.3 Quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng bằng cảm biến 27

2.4 Giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng 32

Chương 3 QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG TƯỜNG VÂY NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG MÓNG VÀ TẦNG HẦM 39

3.1 Yêu cầu kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang tường vây nhà cao tầng 39

3.2 Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng phương pháp trắc địa 43

3.3 Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng cảm biến Inclinometer 58

3.4 Giải pháp quan trắc chuyển dịch ngang tường vây bằng phương pháp trắc địa

kết hợp với phương pháp sử dụng cảm biến 65 Chương 4 PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH

NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG 70 4.1 Nguyên tắc thành lập mô hình chuyển dịch công trình theo số liệu quan trắc 70 4.2 Mô hình lún nền móng và chuyển dịch tường vây trong không gian 71 4.3 Mô hình lún và chuyển dịch nền móng nhà cao tầng theo thời gian 80 4.4 Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố gây nên chuyển dịch biến dạng công trình 83 4.5 P

công móng và tầng hầm 86 4.6 Thành lập phần mềm phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm 91 Chương 5 THỰC NGHIỆM 94 5.1 Thực nghiệm quan trắc chuyển dịch ngang tường vây nhà cao tầng trong giai đoạn

thi công móng và tầng hầm 94 5.2 Thực nghiệm thành lập mô hình lún nền móng công trình nhà cao tầng trong giai

đoạn thi công móng và tầng hầm 107 5.3 Thực nghiệm xây dựng mô hình chuyển dịch ngang tường vây 113 5.4 Thực nghiệm phân tích tương quan tuyến tính đơn giữa mực nước ngầm và

độ lún nền nhà cao tầng 119 5.5 Thực nghiệm dự báo lún nền công trình theo hàm đa thức 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ

LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 PHỤ LỤC 133 Phụ lục A Số liệu quan trắc chuyển dịch ngang tường vây công trình Cục tần số vô

tuyến điện bằng phương pháp trắc địa kết hợp Inclinometer 134 Phụ lục B Số liệu quan trắc chuyển dịch ngang tường vây công trình Golden Palace chu

kỳ 01 và 02 bằng phương pháp góc – cạnh 140 Phụ lục C Một số máy toàn đạc điện tử có chế độ bắt mục tiêu tự động hiện nay … 146

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 TĐĐT Toàn đạc điện tử

2 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

3 GPS Global Positioning System

4 KHCN Khoa học Công nghệ

5 ADFB Analysis of Deformation of the Foundation and Basement

6 GOCA GNSS/GPS/LPS based Online Control and Alarm System

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Kết quả quan trắc lún tại bàn 1 31

Bảng 2.2 Kết quả quan trắc lún tại bàn 2 31

Bảng 2.3 Kết quả quan trắc lún tại bàn 3 31

Bảng 2.4 Kết quả quan trắc lún tại đỉnh ống bằng thủy chuẩn hình học và đĩa từ 36

Bảng 2.5 Kết quả quan trắc lún tại các bàn đo lún sau khi hiệu chỉnh sai số 36

Bảng 2.6 Kết quả quan trắc lún tại bàn 1 bằng thủy chuẩn hình học kết hợp đĩa từ 37

Bảng 2.7 Kết quả quan trắc lún tại bàn 2 bằng thủy chuẩn hình học kết hợp đĩa từ 37

Bảng 2.8 Kết quả quan trắc lún tại bàn 3 bằng thủy chuẩn hình học kết hợp đĩa từ 38

Bảng 3.1 Sai số trung phương cho phép quan trắc chuyển dịch ngang và các cấp đo 42 Bảng 4.1 Phân cấp hư hại công trình theo biến dạng 89

Bảng 4.2 Trị khống chế thiết kế và giám sát biến dạng hố móng công trình 90

Bảng 4.3 Tính năng của phần mềm ADFB 92

Bảng 5.1 Chuyển dịch tâm miệng ống dẫn hướng đo bằng trắc địa và Inclinometer 98

Bảng 5.2 Độ lệch tâm miệng ống dẫn hướng 99

Bảng 5.3 Giá trị chuyển dịch của các điểm đo bằng Inclinometer sau khi hiệu chỉnh sai số (điểm ICL5) 100

Bảng 5.4 Giá trị chuyển dịch của các điểm đo bằng Inclinometer sau khi hiệu chỉnh chuyển dịch của điểm gốc (điểm ICL5) 103

Bảng 5.5 Tọa độ và độ lún của các mốc quan trắc lún móng bè 108

Bảng 5.6 Kết quả so sánh độ lún đo thực tế với độ lún nội suy từ mô hình 109

Bảng 5.7 Tọa độ và độ lún của các mốc trên trục A 110

Bảng 5.8 Kết quả so sánh độ lún đo thực tế với độ lún nội suy từ mô hình 111

Bảng 5.9 Tọa độ và độ lún của các mốc quan trắc 112

Bảng 5.10 Kết quả so sánh độ lún đo thực tế với độ lún nội suy từ mô hình 113

Bảng 5.11 Số liệu quan trắc chuyển dịch ngang 114

Bảng 5.12 Kết quả so sánh chuyển dịch đo thực tế với chuyển dịch nội suy từ mô hình 116

Bảng 5.13 Số liệu quan trắc chuyển dịch ngang cạnh AB của tường vây 116

Bảng 5.14 Số liệu quan trắc chuyển dịch ngang tường vây 117

Bảng 5.15 Kết quả so sánh chuyển dịch đo thực tế với chuyển dịch nội suy từ mô hình 118

ƣ 119

11 121

121

122

8 đến chu kỳ 11 122

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Ảnh hưởng của hố đào đến công trình lân cận [11] 14

Hình 2.2 Biến dạng của khối đất xung quanh hố đào [80] 15

Hình 2.3 Mốc đo lún sâu của các lớp đất 21

Hình 2.4 Lắp đặt mốc quan trắc lún các lớp đất 21

Hình 2.5 Mặt bằng bố trí mốc đo lún bề mặt đất và đo lún các công trình lân cận 22

Hình 2.6 Mặt bằng bố trí mốc đo lún công trình 24

Hình 2.7 Ống dẫn hướng và nam châm nhện 27

Hình 2.8 Dây đo, nam châm nhện và nam châm đĩa 27

Hình 2.9 Quan trắc lún bằng đĩa từ [17] 28

Hình 2.10 Lắp đặt mốc đo trồi đáy hố đào 29

Hình 2.11 Biểu đồ kết quả quan trắc lún bằng đĩa từ 32

Hình 2.12 Quan trắc lún bằng thủy chuẩn hình học kết hợp đĩa từ 35

Hình 3.1 Biện pháp thi công Top-down 39

Hình 3.2 Biện pháp thi công bán Top-down 39

Hình 3.3 Biện pháp thi công đào mở 39

Hình 3.4 Tường chắn đất bằng bê tông cốt thép (tường Barrette) - Tường vây 40

Hình 3.5 Tường chắn đất bằng cừ thép 40

Hình 3.6 Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi 40

Hình 3.7 Tường chắn đất bằng cọc xi măng đất 40

Hình 3.8 Tường chắn đất bằng ván + sườn thép hình 40

Hình 3.9 Tường vây (tường barrette) chống đỡ thành hố đào 41

Hình 3.10 Thi công tường vây 41

Hình 3.11 Cấu tạo mốc quan trắc chuyển dịch ngang đỉnh tường vây 43

Hình 3.12 Sơ đồ lưới tam giác quan trắc chuyển dịch ngang tường vây 46

Hình 3.13 Sơ đồ lưới đa giác quan trắc chuyển dịch tường vây 47

Hình 3.14 Sơ đồ lưới giao hội quan trắc chuyển dịch tường vây 47

Hình 3.15 Sơ đồ hướng chuẩn quan trắc chuyển dịch ngang tường vây 48

Hình 3.16 Quan trắc tự động chuyển dịch của tường vây bằng máy TĐĐT 50

3.17 Điểm khống chế cơ sở 50

3.18 Gương quan trắc gắn cố định trên tường vây 50

Hình 3.19 Tham số chuyển dịch ngang tường vây 53

Hình 3.20 Đồ hình quan trắc tự động nhiều hơn 1 trạm máy 55

Hình 3.21 Cấu tạo thiết bị đo chuyển dịch ngang Inclinometer 58

Hình 3.22 Các hướng quy ước trong quan trắc chuyển dịch ngang bằng Inclinometer 59

Hình 3.23 Sơ đồ tính toán trong đo chuyển dịch ngang bằng Inclinometer 59

Hình 3.24 Đồ thị chuyển dịch của điểm quan trắc bằng Inclinometer 61

Hình 3.25 Lắp đặt ống đo chuyển dịch ngang Inclinometer tại công trường 63

3 ng 66

Hình 3.27 Hệ tọa độ đo chuyển dịch 66

Hình 4.1 Mô hình đối tượng quan trắc 70

Hình 4.2 Tham số lún công trình dạng vùng [17] 72

Hình 4.3 Phễu lún nền đất yếu 74

Hình 4.4 Chuyển dịch giữa hai hệ tọa độ 76

Hình 4.5 Biến dạng của công trình lân cận hố đào 87

Hình 4.6 Giao diện tổng quát phần mềm ADFB 92

Hình 4.7 Giao diện modul tính toán tham số chuyển dịch ngang 93

Hình 4.8 Giao diện modul xây dựng mô hình chuyển dịch ngang trong mặt phẳng 93

5.1 Sơ ng vây công trình 94

i gian 95

Hình 5.3 Hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch ngang tường vây 96

Hình 5.4 Thiết kế điểm quan trắc kết hợp Inclinometer và Toàn đạc điện tử 97

Hình 5.5 Đồ thị của điểm quan trắc ICL5 trước và sau khi hiệu chỉnh sai số 102

Hình 5.6 Đồ thị điểm ICL5 trước và sau khi hiệu chỉnh chuyển dịch của điểm gốc 106

Hình 5.7 Vị trí mặt bằng bố trí mốc quan trắc lún móng bè 107

Hình 5.8 Vị trí mặt bằng bố trí mốc quan trắc lún công trình và lún nền 112

Hình 5.9 Bố trí mốc quan trắc chuyển dịch tường vây công trình Golden Palace 114

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây cùng với tốc độ phát triển của các đô thị, đặc biệt

là ở các thành phố lớn việc đầu tư xây dựng các công trình nhà cao tầng phát triển khá nhanh Trong thiết kế nhà cao tầng hiện nay ở nước ta, hầu hết đều có tầng hầm

để giải quyết vấn đề đỗ xe và các hệ thống kỹ thuật của tòa nhà Phổ biến là các công trình cao từ 10 đến 30 tầng được thiết kế có từ 1 đến 3 tầng hầm để đáp ứng yêu cầu sử dụng của Chủ đầu tư trong hoàn cảnh công trình bị khống chế chiều cao

và khuôn viên đất có hạn Việc xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng đã tỏ ra có hiệu quả tốt về mặt công năng sử dụng và phù hợp với chủ trương quy hoạch đô thị trong tình hình phát triển đô thị và gia tăng dân số hiện nay Tuy nhiên, khi đào đất làm tường cừ hố đào, khi thi công móng và tầng hầm nhà cao tầng trong thời gian gần đây không ít công trình lân cận hố đào đã bị sự cố nặng nề, gây nhiều tổn thất

về kinh tế và gây ra bức xúc trong xã hội Những tồn tại đó phần lớn là do không kịp thời theo dõi quan trắc và phân tích những tác động do quá trình thi công móng

và tầng hầm có thể gây ra

Khi thi công hố đào sâu để thi công móng và tầng hầm sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất dẫn tới biến dạng đất nền xung quanh khu vực hố đào và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị chuyển dịch và có thể gây lún, hư hỏng công trình lân cận hố đào nếu không có giải pháp thích hợp để chống đỡ thành hố đào Đối với các nhà cao tầng có tầng hầm được xây chen trong khu dân cư thì tường vây là giải pháp thích hợp để chống đỡ thành hố đào Do vậy, trong quá trình thi công móng và tầng hầm cần tiến hành quan trắc để xem thử những bức tường chắn hố đào có bị chuyển dịch hay không khi đào đất ở giữa Mặt khác, không chỉ quan trắc tường vây mà cần phải quan trắc cả khu vực xung quanh công trình (nền đất xung quanh hố đào, các công trình lân cận hố đào, …) Những thông số quan trắc này giúp đơn vị thi công công trình và các cơ quan chức năng biết trước được những tác động xấu sẽ xảy ra để từ đó cân nhắc gia cố thêm tường hay không hoặc thay đổi phương pháp thi công

Vấn đề quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng trở nên cấp thiết Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa được chú trọng thích đáng, chưa có một nghiên cứu thấu đáo, hoàn chỉnh và một giải pháp kỹ thuật nào được đề xuất Vì thế, nghiên cứu phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng là rất cần thiết Góp phần không chỉ nhằm an toàn cho toàn cao ốc mà còn cả các công trình lân cận, con người và các sinh hoạt bình thường của cư dân

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm góp phần phát triển và hoàn thiện phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng, đánh giá và mô hình hóa quá trình chuyển dịch của nền móng và tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng

- Đối tượng nghiên cứu là: phương pháp quan trắc, phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm của các công trình nhà cao tầng ở Việt Nam

- Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: Nghiên cứu phương pháp trắc địa, phương pháp sử dụng cảm biến quan trắc biến dạng nền móng và tường vây nhà cao tầng; nghiên cứu kết hợp phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến để nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả quan trắc biến dạng nền móng

và tầng hầm; phân tích, đánh giá và mô hình hóa quá trình chuyển dịch của nền móng và tường vây nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm

3 Nội dung nghiên cứu

1- Nghiên cứu kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng cảm biến để quan trắc lún nền móng và chuyển dịch ngang tường vây công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm

2- Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc tự động để quan trắc liên tục chuyển dịch của tường vây

3- Xây dựng mô hình chuyển dịch, phân tích, đánh giá, dự báo chuyển dịch nền móng và tường vây nhà cao tầng

4- Lập phần mềm phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: Tìm kiếm, thu thập tài liệu và cập nhật các thông tin trên mạng internet và các thư viện

- Phương pháp phân tích: nghiên cứu lý thuyết quan trắc biến dạng công trình, các thuật toán xử lý số liệu đo đạc ngoại nghiệp, làm cơ sở lý luận, thiết kế dữ liệu, mô hình toán, viết thuật toán và chương trình

- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành các thực nghiệm cụ thể để chứng minh lý thuyết, khẳng định tính đúng đắn, khả thi và đi đến kết luận

- Phương pháp so sánh: Đối chiếu với các kết quả nghiên cứu khác hoặc các nội dung liên quan để so sánh, đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp

- Phương pháp ứng dụng tin học: Xây dựng các thuật toán và lập các chương trình tính toán trên máy tính

- Phương pháp toán học: Tập hợp các quy luật, định lý toán học để chứng minh một số công thức phục vụ cho việc tính toán và lập chương trình máy tính

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển và hoàn thiện phương pháp quan trắc,

phân tích biến dạng, đánh giá và mô hình hóa quá trình chuyển dịch của nền móng

và tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng

Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để quan

trắc, phân tích, đánh giá và dự báo biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng ở thực tế sản xuất Góp phần phòng ngừa sự cố đối với công trình và các công trình lân cận

6 Các luận điểm bảo vệ

Luận điểm thứ nhất: Giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa với phương

pháp sử dụng cảm biến như đề xuất trong luận án cho phép nâng cao hiệu quả công tác quan trắc biến dạng nền móng và tường vây nhà cao tầng

Luận điểm thứ hai: Mô hình biến dạng công trình thành lập trên cơ sở số liệu

quan trắc cho phép đánh giá độ lún cũng như chuyển dịch ngang nền móng, tường vây nhà cao tầng theo thời gian, trong không gian và đánh giá sự phụ thuộc giữa biến dạng với tác nhân gây ra biến dạng đó

7 Các điểm mới của luận án

1- Đề xuất giải pháp kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng cảm biến để nâng cao chất lượng và hiệu quả công tác quan trắc biến dạng nền móng và tường vây nhà cao tầng

2- Đề xuất thành lập các mô hình biến dạng nền móng và tường vây nhà cao tầng theo thời gian, trong không gian và đánh giá sự phụ thuộc giữa biến dạng với các tác nhân gây ra biến dạng

3- Thành lập phần mềm phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng

8 Cấu trúc và nội dung luận án

Cấu trúc luận án gồm ba phần:

Phần mở đầu: Giới thiệu tổng quan về luận án, tính cấp thiết, mục đích, ý

nghĩa, phương pháp, nội dung nghiên cứu của luận án, đồng thời đưa ra các luận điểm bảo vệ và điểm mới của luận án

Phần nội dung nghiên cứu chính được trình bày trong 5 chương:

Chương 1: Tổng quan về quan trắc biến dạng nền móng và tầng hầm công

trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng

Chương 2: Quan trắc độ lún trong quá trình xây dựng nền móng và tầng hầm

công trình nhà cao tầng

Chương 3: Quan trắc chuyển dịch ngang tường vây nhà cao tầng trong giai

đoạn thi công móng và tầng hầm

Chương 4: Phân tích biến dạng nền móng và tầng hầm công trình nhà cao

tầng trong giai đoạn thi công xây dựng

Chương 5: Thực nghiệm

Phần kết luận: Tổng hợp lại những vấn đề nghiên cứu trong luận án, đưa ra

những nhận xét, đánh giá các giải pháp nâng cao hiệu quả của công tác quan trắc biến dạng nền móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng trong giai đoạn thi công xây dựng cũng như định hướng cho phát triển trong tương lai

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp ở Trung tâm Tƣ vấn Trắc địa và Xây dựng - Viện KHCN Xây dựng đã tận tình giúp đỡ cho tác giả đƣợc tiếp cận và tham gia vào thực tế sản xuất để có đƣợc các số liệu thực nghiệm trong luận án

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM

CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG

1.1 TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU Ở NGOÀI NƯỚC

Trong điều kiện đô thị khi xây dựng ngầm thường gây ra nhiều hệ lụy xấu chẳng những đối với công trình ở gần như lún, nứt, thậm chí sụp đổ mà còn làm

thay đổi chế độ thủy động của nước dưới đất Đối với quá trình đào đất để thi công

móng và tầng hầm công trình nhà cao tầng khi lấy đi một lượng đất nào đó sẽ làm

thay đổi trạng thái ứng suất dẫn tới biến dạng của khối đất quanh hố đào Đất sẽ

chuyển dịch về phía hố đào, độ lớn của chuyển dịch phụ thuộc vào chất lượng của

kết cấu chống giữ, loại đất, khoảng cách cũng như vị trí và tải trọng của công trình

lân cận Tổng hợp các loại chuyển dịch này sẽ làm mặt đất ở lân cận hố đào lún

xuống Nếu trong vùng ảnh hưởng này có công trình thì công trình sẽ bị biến dạng

Vì vậy, quan trắc biến dạng nền móng công trình nhà cao tầng trong quá trình thi

công móng và tầng hầm là đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học tại các

viện nghiên cứu và các trường đại học lớn trên thế giới Các hướng nghiên cứu để

đảm bảo hiệu quả cho công tác quan trắc biến dạng nền móng công trình nhà cao

quan trắc trong quá trình thi công hố đào bao gồm: quan trắc chuyển dịch theo

phương ngang của kết cấu chống giữ; biến dạng của đường ống ngầm và công trình

xung quanh; mực nước ngầm; nội lực trong cọc, tường; lực kéo trong đất; lực dọc trong thanh chống; biến dạng trụ đứng; độ lún theo chiều sâu của các lớp đất và độ trồi đất ở đáy hố móng; áp lực ngang trên bề mặt kết cấu chống giữ

- Phương pháp quan trắc: phương pháp quan trắc chuyển dịch trong quá trình thi công hố đào phục vụ thi công móng và tầng hầm gồm phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến Phương pháp trắc địa thường dùng để quan trắc chuyển dịch bề mặt còn phương pháp sử dụng cảm biến dùng để quan trắc chuyển dịch theo chiều sâu Trong phương pháp sử dụng cảm biến thiết bị dùng để đo chuyển dịch ngang của kết cấu chống giữ thành hố đào là Inclinometer còn thiết bị quan trắc lún theo chiều sâu là Extensometer

Về vấn đề quan trắc chuyển dịch nền móng nhà cao tầng có các công trình nghiên cứu [46], [47], [48], [49], [52], [53], [54]

2- Phân tích đánh giá kết quả quan trắc chuyển dịch nền móng và tầng hầm nhà cao tầng

Công tác phân tích đánh giá kết quả quan trắc biến dạng công trình gồm có:

- Phân tích đánh giá kết quả quan trắc biến dạng công trình trong không gian

ba chiều

- Phân tích đánh giá kết quả quan trắc biến dạng công trình theo thời gian, từ

đó đưa ra được biến dạng công trình trong tương lai

- Phân tích đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố tác động đến biến dạng công trình Trong quan trắc biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng, các hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nâng cao độ chính xác quan trắc, nâng cao mức

độ tin cậy của giá trị quan trắc và phân tích số liệu quan trắc nhằm kiểm soát sự cố

có thể xảy ra đối với công trình và công trình lân cận

P.Erik Mikkelsen (2003) đã nghiên cứu phân tích dữ liệu để nâng cao độ chính xác đo chuyển dịch ngang bằng thiết bị Inclinometer [60]

Christian Moormann (2004) dựa trên kết quả quan trắc 530 công trình hố đào sâu trong đất mềm yếu, đề xuất trị cảnh báo và giá trị giới hạn về chuyển dịch

ngang của tường và chuyển dịch đứng của đất lân cận hố đào, dùng chúng để kiểm soát và phòng ngừa những hư hại có thể xảy ra đối với công trình ở gần hố đào [50]

Sự cố công trình thực tế về hố móng sâu được phân tích dựa trên kết quả quan trắc được thiết kế và lắp đặt trước khi thi công tầng hầm và bổ sung kịp thời trong quá trình diễn biến sự cố Phương pháp kiểm soát sự cố khá chủ động nhờ phân tích một cách khoa học các thông tin từ quan trắc [53]

Richard N Hwang, Za-Chieh Moh and C H Wang (2007) đã chỉ ra rằng: biến động điểm đáy của ống Inclinometer là không thể tránh khỏi, thậm chí kể cả khi đáy ống được lắp đặt trong tầng cuội sỏi Trong đo chuyển dịch ngang bằng cách áp dụng các điểm đáy ống như điểm tham chiếu có thể sẽ là sai lầm Các điểm ở phía trên của ống dẫn hướng cần được theo dõi để đọc, có thể được hiệu chỉnh cho phù hợp [62]

A.Rahman, M.Taha (2005), Inclinometers là những công cụ tốt để đo lường

và quan trắc sự biến dạng ngang của đất do đào đắp Tuy nhiên ống dẫn hướng sử dụng phải đủ sâu để có được kết quả đáng tin cậy Vì lý do này ống dẫn hướng Inclinometers lắp đặt bên trong tường vây phải được lắp đặt ít nhất là đến hết chiều sâu bức tường hoặc thậm chí sâu hơn Đó là khuyến cáo để lắp đặt các Inclinometers nhằm thực hiện các mô hình phân tích chính xác hơn về thông số chuyển dịch biến dạng của đất bên ngoài của bức tường ngăn hoặc cho tiêu chuẩn thiết kế tốt hơn [47]

3- Tự động hóa quá trình quan trắc và xử lý số liệu

Về mặt tự động hóa quá trình quan trắc và xử lý số liệu, ngoài các hãng sản xuất thiết bị và phần mềm quan trắc tự động, các tác giả Reiner Jäger, Simone Kälber, Manuel Oswald and Martin Bertges (2006) đã xây dựng hệ thống điều khiển và cảnh báo trực tuyến dựa trên GNSS (hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu), GPS (hệ thống định vị toàn cầu), LPS (hệ thống định vị cục bộ)

để quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình một cách liên tục [61] Ngoài ra,

tự động hóa quan trắc và xử lý số liệu có các công trình nghiên cứu [51], [55], [57], [58], [63]

1.2 TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU Ở TRONG NƯỚC

Ở nước ta cuối những năm 1980 việc quan trắc biến dạng các công trình xây dựng đã được nhiều ngành quan tâm Điều đó xuất phát từ một thực tế là ngày càng

có nhiều công trình xây dựng đòi hỏi độ chính xác cao trong thi công xây lắp và phải đảm bảo một yêu cầu nghiêm ngặt trong khai thác và vận hành chúng Các số liệu đầy đủ chính xác về sự biến dạng của công trình là những tài liệu hữu ích quan trọng Dựa vào các số liệu này chúng ta không chỉ khẳng định được độ an toàn, bền vững của công trình mà còn cho phép đưa ra những dự đoán về độ biến dạng của công trình trong tương lai, giúp cho công tác nghiên cứu và xử lý các sự cố của công trình như lún, nghiêng, chuyển dịch một cách hợp lý về khoa học cũng như hiệu quả về kinh tế

Năm 1985 đã có tiêu chuẩn TCVN 3972:1985 “Công tác trắc địa trong xây dựng công trình” [34] đã nói đến quan trắc biến dạng công trình Từ đó đến nay đã

có nhiều công trình nghiên cứu khoa học các cấp, một số luận án, luận văn nghiên cứu về quan trắc biến dạng công trình để hoàn thiện công tác quan trắc công trình, đáp ứng được yêu cầu quan trắc đối với các công trình cụ thể

1- Nghiên cứu về lý thuyết

- Nghiên cứu phương pháp và quy trình quan trắc biến dạng công trình: Quy trình công nghệ quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình đã được tác giả Trần Khánh (1991) thể hiện trong báo cáo đề tài nhánh của đề tài cấp nhà nước 46A-05-01 [13]

Đã có nhiều nhà khoa học trong nước nghiên cứu, ứng dụng công nghệ, máy móc và thiết bị nhằm nâng cao độ chính xác trong công tác quan trắc chuyển dịch công trình, giảm thiểu về kinh phí, thời gian quan trắc, những vấn đề này thể hiện trong các công trình nghiên cứu [3], [4], [5], [9], [13], [27], [28], [29] Đã có nhiều công trình nghiên cứu trở thành tiêu chuẩn quốc gia để làm cơ sở cho quan trắc biến dạng công trình [34], [35], [36], [37], [38]

- Nghiên cứu về thiết kế lưới và xử lý số liệu quan trắc biến dạng công trình:

Để mạng lưới quan trắc biến dạng đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác và yêu cầu về thời gian thì hệ thống lưới quan trắc cần được thiết kế tối ưu

Về mặt thiết kế tối ưu lưới quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình đã có công trình nghiên cứu của tác giả Nguyễn Quang Phúc (2006) Trong công trình nghiên cứu này đã trình bày đầy đủ về đặc điểm công tác thiết kế hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình và những kết quả nghiên cứu thiết kế tối

ưu lưới quan trắc biến dạng công trình trên máy tính điện tử Các nghiên cứu cũng cho thấy, việc thiết kế tối ưu lưới quan trắc biến dạng trên máy tính điện tử là đơn giản và hiệu quả [20]

Trong công trình nghiên cứu [29] cũng đã đề cập đến thiết kế tối ưu độ chính xác lưới và thiết kế tối ưu chi phí thi công lưới

Công tác xử lý và phân tích số liệu quan trắc là công việc rất quan trọng góp phần nâng cao tính chính xác của công tác đánh giá độ biến dạng công trình Vấn đề này đã được các nhà khoa học trong nước khảo sát và thể hiện qua các công trình nghiên cứu [2], [10], [15], [19], [32] Ví dụ, trong công trình [15] đã đề xuất các biện pháp cần thiết để làm giảm tác động của các nguồn sai số số liệu gốc và sai số

hệ thống trị đo đến kết quả đo biến dạng

- Nghiên cứu ứng dụng các thiết bị hiện đại trong quan trắc biến dạng công trình: Trong phương pháp trắc địa truyền thống để xác định được chuyển dịch ngang và chuyển dịch thẳng đứng của công trình thường phải quan trắc riêng theo các phương pháp khác nhau Như vậy không những chu kỳ quan trắc kéo dài, khối lượng công tác lớn mà còn tăng thêm khó khăn cho phân tích biến dạng Do đó cần phải nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới, hiện đại như cảm biến, hệ thống quan trắc tự động vào quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình để cung cấp thông tin chuyển dịch 3 chiều của điểm quan trắc, số liệu quan trắc liên tục, tự động hóa từ khâu thu thập, truyền, quản lý số liệu đến việc phân tích và dự báo chuyển dịch biến dạng, đạt đến mục đích giám sát điều khiển tức thời từ xa, liên quan đến vấn đề này

đã có các công trình nghiên cứu [3], [5], [32]

- Nghiên cứu phân tích biến dạng công trình:

Từ kết quả quan trắc biến dạng công trình tiến hành phân tích biến dạng công trình nhằm đánh giá mức độ biến dạng của công trình cũng như phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng công trình là hết sức cần thiết, góp phần phòng chánh sự

cố công trình có thể xảy ra, liên quan đến vấn đề này có các công trình nghiên cứu [18], [19], [29], [32]

- Nghiên cứu ứng dụng tin học vào xử lý số liệu quan trắc biến dạng công trình: Ngoài việc nghiên cứu các phương pháp quan trắc, quy trình quan trắc, phương pháp thiết kế lưới quan trắc, xử lý số liệu quan trắc, phân tích biến dạng công trình thì công tác nghiên cứu ứng dụng tin học vào quan trắc biến dạng công trình là rất cần thiết, góp phần tự động hóa tính toán trên máy tính điện tử, trong lĩnh vực nghiên cứu này có các công trình nghiên cứu [8], [21], [29]

2- Triển khai công tác quan trắc nền móng nhà trong sản xuất

- Xác định nội dung quan trắc: nội dung quan trắc thường được nêu trong các tiêu chuẩn thiết kế, thi công hoặc quản lý Theo TCVN 9363:2012 [36], nội dung quan trắc trong quá trình thi công hố đào bao gồm: lún bề mặt đất xung quanh hố đào; chuyển dịch ngang thành hố đào; mực nước ngầm; bùng nền đáy hố đào; chuyển dịch đỉnh tường cừ; áp lực đất tác dụng vào tường cừ; chuyển dịch và ứng suất trong các thanh chống của hệ chống đỡ; biến dạng nhà và công trình lân cận

- Phương pháp quan trắc: phương pháp quan trắc chuyển dịch trong quá trình thi công hố đào phục vụ thi công móng và tầng hầm gồm phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến Phương pháp trắc địa thường dùng để quan trắc chuyển dịch bề mặt còn phương pháp sử dụng cảm biến dùng để quan trắc chuyển dịch theo chiều sâu Trong phương pháp sử dụng cảm biến thiết bị dùng để đo chuyển dịch ngang của kết cấu chống giữ thành hố đào là Inclinometer còn thiết bị quan trắc lún theo chiều sâu là Extensometer (đĩa từ)

Công tác quan trắc nền móng nhà cao tầng có các công trình nghiên cứu [1],

và một số công trình nghiên cứu đã trở thành TCVN như [34], [35], [37], [38]

Trong [1] đã chỉ ra rằng ứng dụng công nghệ quan trắc Địa kỹ thuật trong thi công xây dựng công trình có thể dự báo và phòng ngừa sự cố xảy ra cho chính công trình đang thi công cũng như các công trình lân cận; mặt khác, quan trắc Địa

kỹ thuật còn góp phần điều chỉnh biện pháp kỹ thuật thi công công trình, trong một số trường hợp dẫn đến điều chỉnh hồ sơ thiết kế cho phù hợp với điều kiện thực tế Quan trắc Địa kỹ thuật còn góp phần tạo cơ sở, bằng chứng kỹ thuật để giải quyết tranh chấp pháp lý xảy ra khi có khiếu kiện hư hỏng công trình do xây dựng công trình khác Trong công trình [1] đã hướng dẫn những nguyên lý cơ bản

để thực hiện quan trắc Địa kỹ thuật trong quá trình thi công nền móng nhà cao tầng, thi công các công trình ngầm và hố đào sâu của các công trình xây dựng tại

Hà Nội, bao gồm: nội dung công tác quan trắc; thiết kế chương trình quan trắc; nguyên lý lắp đặt và hoạt động của các thiết bị quan trắc; chuẩn bị quan trắc và tiến hành quan trắc

Trong [37] đã hướng dẫn về công tác đo chuyển dịch khi xây dựng nhà cao tầng bằng phương pháp trắc địa

1.3 ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Qua tìm hiểu tình hình nghiên cứu tổng quan của công tác quan trắc biến dạng trên thế giới và trong nước có thể nhận thấy như sau:

Trên thế giới: Nhìn chung các nghiên cứu của thế giới về lĩnh vực này chưa

phù hợp với điều kiện Việt Nam (đất yếu, xây chen, yếu tố xây dựng, )

Ở Việt Nam: Hạn chế về năng lực sản xuất thiết bị đo đạc chính xác cao, nên

chủ yếu sử dụng các công nghệ hiện đại nhập khẩu, chưa có điều kiện chế tạo các thiết bị đo chuyên dùng cho công tác quan trắc biến dạng công trình

Tại các công trình lớn ở Việt Nam, việc quan trắc biến dạng chủ yếu vẫn thực hiện theo chu kỳ với các thiết bị và công nghệ truyền thống, việc quan trắc liên tục tại một số công trình mới trong giai đoạn thử nghiệm (các công trình có áp dụng

hệ thống quan trắc tự động hiện nay vẫn do đối tác nước ngoài thực hiện)

Trong công tác xử lý số liệu quan trắc biến dạng công trình đã áp dụng phương pháp chặt chẽ và công nghệ tiên tiến đối với hệ thống lưới quan trắc, tuy vậy việc phân tích kết quả quan trắc chưa được chú ý nhiều

Trong quan trắc biến dạng phục vụ thi công móng và tầng hầm nhà cao tầng hiện nay vẫn chưa kết hợp liên ngành để xử lý số liệu quan trắc Mặt khác, công tác phân tích kết quả quan trắc vẫn còn bỏ ngỏ hoặc chưa được quan tâm đúng mức

Trong thực tế sản xuất đã ứng dụng công nghệ tin học để tự động hóa quá trình tính toán Các phần mềm đang được ứng dụng trong sản xuất mới chỉ giải quyết được các nhiệm vụ đơn lẻ trong quá trình xử lý số liệu, chưa có phần mềm xử

lý tổng thể các vấn đề đặt ra đối với công tác quan trắc biến dạng công trình

1.4 VẤN ĐỀ TỒN TẠI VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN ÁN

Hiện nay phương pháp trắc địa và phương pháp sử dụng cảm biến để quan trắc biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng vẫn đang tách biệt với nhau Vì vậy, nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp trắc địa với phương pháp sử dụng cảm biến nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả công tác quan trắc biến dạng nền móng nhà cao tầng là việc làm cần thiết

Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quan trắc tự động để tự động quan trắc liên tục chuyển dịch của tường vây công trình nhà cao tầng nhằm góp phần phòng ngừa

sự cố có thể xảy ra trong quá trình thi công hố đào là cần thiết

Công tác quan trắc biến dạng nền móng, tường vây nhà cao tầng, quan trắc các công trình lân cận hố đào, quan trắc độ lún công trình chính trong quá trình thi công móng và tầng hầm nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho công trình và các công trình lân cận Thực tế cho thấy, hiện nay các số liệu quan trắc trong giai đoạn này mới chỉ ở khâu cung cấp số liệu chứ vẫn chưa có những phân tích đánh giá cụ thể ảnh hưởng của quá trình thi công hố đào đến các công trình lân cận Do đó cần tiến hành nghiên cứu, phân tích số liệu quan trắc và thành lập mô hình chuyển dịch nền móng công trình và chuyển dịch của tường vây nhằm kiểm soát sự cố có thể xảy ra đối với công trình và các công trình lân cận

Chương 2 QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH

NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG XÂY DỰNG

2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT QUAN TRẮC ĐỘ LÚN TRONG QUÁ TRÌNH

XÂY DỰNG MÓNG VÀ TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

2.1.1 Nguyên nhân gây ra độ lún trong quá trình thi công móng và tầng hầm

Trong điều kiện đô thị khi xây dựng ngầm thường gây ra nhiều hệ lụy xấu chẳng những đối với công trình ở gần như lún, nứt, thậm chí sụp đổ (hình 2.1) mà

còn làm thay đổi chế độ thủy động của nước dưới đất

Hình 2.1 Ảnh hưởng của hố đào đến công trình lân cận [11]

Trên hình 2.1:

7 Chuyển dịch đất quanh hố đào phía không có công trình hiện hữu

Từ trên hình 2.1 ta thấy:

Trong quá trình thi công hố đào để thi công móng và tầng hầm, khi lấy đi một lượng đất nào đó sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất nên dẫn tới biến dạng của

khối đất quanh hố đào Đất sẽ chuyển dịch về phía hố đào, độ lớn của chuyển dịch

phụ thuộc vào chất lượng của kết cấu chống giữ, loại đất, khoảng cách cũng như vị

trí và tải trọng của công trình lân cận Tổng hợp các loại chuyển dịch này sẽ làm

mặt đất lân cận hố đào lún xuống Nếu trong vùng ảnh hưởng này có các công trình

thì chúng sẽ bị biến dạng

2.1.2 Nội dung công tác quan trắc độ lún trong quá trình thi công móng

- Quan trắc lún các công trình lân cận

- Quan trắc trồi hố móng (bùng nền đáy hố đào)

- Theo [35] việc đo và xác định độ lún của công trình cần được tiến hành ngay

từ khi xây xong phần móng Do vậy, khi thi công xây dựng tầng hầm công trình đã có tải trọng nên cần quan trắc độ lún của công trình ngay cả trong giai đoạn này

2.1.3 Xác định vùng quan trắc lún trong quá trình thi công móng và tầng hầm

Trong quá trình thi công hố đào để thi công móng và tầng hầm nhà cao tầng vấn đề đặt ra là phải xác định được vùng bị lún (phễu lún) do hố đào gây nên để từ

đó tiến hành quan trắc lún nền và các công trình trong vùng bị lún đó nhằm kiểm soát sự cố có thể xảy ra đối với các công trình lân cận hố đào Vùng bị ảnh hưởng lún này thường được đơn vị thiết kế phần móng và tầng hầm đưa ra

Trong trường hợp thiết kế không đưa ra vùng cần quan trắc lún thì chúng ta

có thể tính vùng ảnh hưởng này theo các công thức ước tính Hình 2.2 thể hiện biến dạng của khối đất xung quanh hố đào

Hình 2.2 Biến dạng của khối đất xung quanh hố đào [80]

Chuyển dịch, biến dạng của thân tường chắn và hệ thống chống đỡ, trồi lên của đất ở đáy hố móng làm cho khối đất ở xung quanh hố móng bị lún, bị biến dạng như hình 2.2 có thể tính theo các công thức sau [80]:

1- Phạm vi ảnh hưởng của đất xung quanh hố đào ước tính theo công thức (2.1):

o o

Trong đó: Bo - Phạm vi ảnh hưởng lún của khối đất (m); H - Độ sâu của kết cấu tường chắn (m); φ - Góc ma sát trong của đất (o), lấy trị bình quân gia quyền theo độ dày các lớp đất trong phạm vi độ sâu H

2- Trị số lún lớn nhất ở xung quanh hố móng ước tính theo công thức (2.2):

đo nghiêng của công trình cùng loại Sw2 là đường trồi lên của đất ở đáy hố móng (m3/m), lấy theo trị số đo thực tế ở công trình cùng loại hoặc tính theo công thức (2.3):

2

S = B 0,5h 0, 4h / 300 (2.3) Trong đó: Bj- Độ rộng hố móng (m); ho- Độ sâu hố đào (m)

3- Phạm vi ảnh hưởng lún nghiêm trọng nhất phía sau tường ước tính theo công thức (2.4):

2.1.4 Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc lún trong quá trình thi công

móng và tầng hầm

2.1.4.1 Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún

Yêu cầu độ chính xác quan trắc độ lún đối với bề mặt đất, quan trắc lún theo chiều sâu của các lớp đất xung quanh hố đào, quan trắc trồi hố móng, quan trắc lún công trình lân cận và quan trắc lún công trình chính được xác định bằng một trong hai cách sau:

Cách 1: Theo độ lún dự báo, yêu cầu độ chính xác quan trắc được xác định

bằng công thức:

εS

S

Cách 2: 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 công trình cụ thể (các tiêu chuẩn này do cơ quan quản lý ngành ban hành) Hiện nay vẫn chưa có một tiêu chuẩn nào quy định cụ thể về độ chính xác quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng

Vì vậy, có thể sử dụng các cấp hạng đo lún trong TCVN 9360:2012 “Quy trình kỹ

thuật xác định độ lún công trình dân dụng và công nghiệp bằng phương pháp đo cao hình học” [35] để quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng Trong tiêu chuẩn này đã

nêu ở mục phạm vi áp dụng là “các loại công trình khác khi có yêu cầu đo và xác định độ lún cũng áp dụng tiêu chuẩn này” Theo tiêu chuẩn này việc đo độ lún công trình được chia làm ba cấp: cấp I, cấp II và cấp III Độ chính xác yêu cầu của từng cấp được đặc trưng bởi sai số trung phương nhận được từ hai chu kỳ đo

- Đối với cấp I: ±1.0 mm

- Đối với cấp II: ±2.0 mm

- Đối với cấp III: ±5.0 mm

2.1.4.2 Chu kỳ quan trắc lún

Chu kỳ quan trắc lún đối với bề mặt đất, quan trắc lún theo chiều sâu của các lớp đất xung quanh hố đào, quan trắc lún các công trình lân cận trong quá trình thi công móng và tầng hầm phụ thuộc vào tốc độ thi công mà xác định Trong trường hợp thi công hố đào nhanh có thể gây biến dạng tương đối nhanh, chu kỳ đo có thể là

1 lần/ ngày trong thời gian 1 tuần đầu và thưa hơn trong thời gian tiếp theo Khi biến dạng vượt quá tiêu chuẩn cho phép hoặc tỷ lệ các kết quả quan trắc thay đổi quá nhiều thì phải tăng thêm tần suất quan trắc Khi xuất hiệu dấu hiệu cảnh báo, phải liên tục tiến hành quan trắc và giám sát Chu kỳ quan trắc đầu tiên cần được thực hiện trước khi thi công hố đào

Đối với quan trắc trồi hố móng, trước khi đào móng, sau khi đào xong và trước khi đổ bê tông móng đều đo một lần

Chu kỳ quan trắc lún đối với công trình chính trong thời gian thi công tầng hầm phụ thuộc vào sự tăng tải trọng của công trình (ví dụ: cứ sau khi đổ bê tông sàn 1 tầng hầm đo lún 1 lần)

2.2 QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN MÓNG NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN

THI CÔNG MÓNG VÀ TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC ĐỊA

2.2.1 Kết cấu mốc quan trắc lún nền móng và tầng hầm nhà cao tầng

2.2.1.1 Kết cấu mốc quan trắc lún

Trong quan trắc lún nền móng nhà cao tầng, có hai loại mốc chủ yếu là mốc

độ cao cơ sở (mốc chuẩn) và mốc quan trắc (mốc lún)

1 Mốc độ cao cơ sở

Mốc độ cao cơ sở là cơ sở để xác định độ lún công trình Mốc độ cao cơ sở cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Giữ được độ cao ổn định trong suốt quá trình đo độ lún công trình

- Cho phép kiểm tra một cách tin cậy độ ổn định của các mốc khác

- Cho phép dẫn độ cao đến các mốc đo lún một cách thuận lợi

Trong quan trắc lún nền móng nhà cao tầng, tùy từng điều kiện cụ thể mà sử dụng mốc có dạng cọc ống, mốc có dạng cọc bê tông cốt thép, mốc có dạng cọc ngắn hoặc khối bê tông được chôn vào lớp đất tốt nguyên thổ đầu tiên để làm mốc độ cao

cơ sở Cấu tạo các loại mốc này đã được thể hiện chi tiết trong TCVN 9360:2012

[35] Khi lợi dụng các công trình cũ để đặt mốc độ cao cơ sở thì các công trình này phải hoàn toàn ổn định (không có hiện tượng biến dạng do chuyển dịch, lún) Không đặt mốc độ cao cơ sở tại các công trình có tải trọng động (tải trọng thay đổi)

Tùy theo tính chất, diện tích mặt bằng và tầm quan trọng của công trình, số lượng mốc độ cao cơ sở cần ít nhất là 3 mốc tạo thành lưới để kiểm tra lẫn nhau

- Các mốc chôn sâu dùng để đo độ lún theo các lớp đất

Cấu tạo một số loại mốc đo độ lún ở trên đã được trình bày chi tiết trong TCVN 9360:2012 [35]

2.2.2 Thiết kế hệ thống lưới quan trắc

2.2.2.1 Cấu trúc hệ thống lưới độ cao trong quan trắc lún công trình

Mạng lưới độ cao trong đo lún công trình có cấu trúc là hệ thống gồm 2 bậc lưới: bậc lưới khống chế độ cao cơ sở và bậc lưới quan trắc:

Lưới khống chế độ cao cơ sở có tác dụng là cơ sở độ cao để thực hiện đo nối

độ cao đến các điểm quan trắc (mốc lún) trong suốt thời gian theo dõi độ lún Yêu

cầu đối với lưới khống chế là: các điểm mốc cơ sở phải ổn định, có độ cao được xác

định với độ chính xác cần thiết Các mốc độ cao cơ sở được đo nối liên kết với nhau

tạo thành một mạng lưới chặt chẽ với độ chính xác cao và được kiểm tra thường xuyên trong mỗi chu kỳ quan trắc

Lưới quan trắc: được thành lập bằng cách đo nối liên kết các điểm quan trắc

(mốc lún), toàn bộ bậc lưới này được đo nối với hệ thống mốc của lưới độ cao cơ sở Khi thiết kế lưới quan trắc nên tạo thành nhiều vòng khép để bảo đảm độ vững chắc đồ hình lưới và có điều kiện kiểm tra sai số khép tuyến trong quá trình đo đạc ở thực địa

2.2.2.2 Xác định yêu cầu độ chính xác của các bậc lưới

Sai số độ cao tổng hợp các bậc lưới được xác định trên cơ sở yêu cầu độ chính xác quan trắc lún (mS) và được xác định theo công thức:

S Ho

- Đối với lưới độ cao cơ sở:

2.2.2.3 Ước tính độ chính xác lưới độ cao trong quan trắc lún công trình

Trường hợp tổng quát, ước tính lưới được dựa trên công thức sai số trung phương của hàm số sau bình sai:

T F

Ước tính lưới độ cao đo lún thường được thực hiện theo phương pháp chặt chẽ trên cơ sở thuật toán bình sai gián tiếp, thông qua các phần mềm chuyên ngành trên máy tính

2.2.3 Quan trắc lún nền đất xung quanh hố móng

Khi quan trắc lún bề mặt, lún các tầng đất nền, các mốc quan trắc phải được

bố trí xung quanh hố móng và thường được bố trí theo dạng mặt cắt quan trắc, khoảng cách giữa các mặt cắt nên từ 30 † 50m Mỗi một vị trí quan trắc lắp đặt một mốc quan trắc Giá trị chuyển dịch thẳng đứng (lún) theo độ sâu là một giá trị

quan trọng trong việc theo dõi phần nền móng công trình, đặc biệt trong nền đất yếu Mốc đo lún sâu được đưa sâu xuống lớp đất cần đánh giá độ lún Hình 2.3 là cấu tạo mốc đo lún sâu của các lớp đất Độ cao của điểm quan trắc lún nền đất xung quanh hố móng nên đo theo phương pháp đo cao hình học với độ chính xác theo đo lún cấp III

9 Mũi xoắn;

2.2.4 Quan trắc lún các công trình lân cận hố đào

Các công trình lân cận hố đào nằm trong phạm vi ảnh hưởng lún do hố đào gây nên cần được tiến hành quan trắc lún để kiểm soát sự cố có thể xảy ra

Mốc quan trắc lún các công trình lân cận (nhà dân, công trình bê tông cốt thép …) được bố trí trên thân công trình cần quan trắc Mốc có cấu tạo như các mốc

đo lún thông thường, vị trí gắn mốc sao cho phản ánh được một cách đầy đủ nhất về

độ lún của toàn công trình và bảo đảm được các điều kiện đo đạc Khi bố trí mốc quan trắc lún cần tham khảo ý kiến của người thiết kế Độ chính xác đo lún các công trình lân cận (nhà dân, công trình bê tông cốt thép) cần đo lún với độ chính xác đo lún cấp II Hình 2.5 ở dưới là mặt bằng bố trí mốc quan trắc lún bề mặt đất

và các công trình lân cận hố đào của một công trình trên đường Xuân Thủy, Hà Nội

Hình 2.5 Mặt bằng bố trí mốc đo lún bề mặt đất và đo lún các công trình lân cận

2.2.5 Quan trắc trồi hố móng

Khi thi công hố đào, hiện tượng trồi đáy do dỡ tải là một hiện tượng cần được quan trắc, nó có thể tác động đến phần bê tông đáy hố, mà khi bê tông chưa đạt cường độ thì có thể gây ra hiện tượng nứt bê tông làm ảnh hưởng đến khả năng chống thấm Dựa vào kết quả quan trắc trồi hố móng để từ đó có thể đưa ra các giải pháp kỹ thuật đề phòng sự cố có thể xảy ra

Mốc quan trắc biến dạng trồi hố móng được bố trí trong diện tích phần đào Cấu tạo mốc như hình 2.3 và được lắp đặt tới độ sâu dưới đáy hố đào trước khi thi công

hố đào, các mốc nên bố trí ở chỗ có thể phản ánh đặc trưng trồi như tâm điểm của

hố móng, trên trục dọc, trục ngang của hố móng

Độ cao của điểm quan trắc biến dạng trồi hố móng nên đo theo phương pháp

đo cao hình học với độ chính xác theo đo lún cấp III, trước khi đào móng, sau khi đào xong và trước khi đổ móng đều đo một lần Đối với công trình có số tầng hầm nhiều, hố đào sâu, trong quá trình quan trắc trồi hố móng cần phải sử dụng các thiết

bị phụ trợ để truyền độ cao tới mốc quan trắc thì các thiết bị phụ trợ này phải được hiệu chỉnh nhiệt độ, chiều dài và lực kéo

2.2.6 Quan trắc lún công trình chính trong quá trình thi công tầng hầm

Quan trắc lún công trình chính thực chất là quan trắc lún tường vây (tường tầng hầm) và các phần bên trong tường vây (cột, vách, vách thang máy, …) Công tác quan trắc độ lún công trình chính được thực hiện nhằm mục đích sau:

bố đều khắp trên mặt bằng công trình Đối với từng loại nhà, số lƣợng mốc và vị trí đặt mốc quan trắc đã đƣợc nêu chi tiết trong TCVN 9360 :2012 [35] Tùy thuộc vào biện pháp thi công tầng hầm mà mốc đo lún có thể đƣợc gắn ở tầng hầm đầu tiên (thi công topdonw) hoặc tầng hầm cuối cùng (thi công đào mở) Các mốc đo lún cần lắp đặt ngay sau khi các cột, vách, vách thang máy của tầng hầm đƣợc thi công đầu tiên đã tháo dỡ cốp pha Độ chính xác đo lún cho công trình chính cần đo lún với độ chính xác đo lún cấp II Cứ sau khi đổ bê tông sàn của 1 tầng hầm thì nên tiến hành quan trắc lún 1 lần Công tác quan trắc công trình chính ngoài việc quan trắc lún trong quá trình thi công tầng hầm còn phải quan trắc cả trong giai đoạn thi công phần thân, giai đoạn hoàn thiện và giai đoạn đƣa công trình vào khai thác sử dụng Hình 2.6 là mặt bằng bố trí mốc quan trắc lún cho một công trình tại Quận Ba Đình, Hà Nội Các mốc đo lún đƣợc gắn ở tầng hầm 2

H

Hình 2.6 Mặt bằng bố trí mốc đo lún công trình

2.2.7 Xử lý số liệu quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi

công móng và tầng hầm

2.2.7.1 Phân tích độ ổn định mốc độ cao cơ sở

1 Tiêu chuẩn đánh giá độ ổn định của mốc độ cao cơ sở

Tiêu chuẩn ổn định cho các điểm mốc độ cao cơ sở là: Điểm khống chế độ

cao cơ sở được coi là ổn định nếu chênh lệch độ cao của điểm ở chu kỳ đang xét so với chu kỳ đầu không vượt quá sai số giới hạn xác định độ chênh lệch đó [17]

Tiêu chuẩn nêu trên được cụ thể hóa bằng biểu thức:

Trong công thức (2.15): Si - độ lún của điểm độ cao cơ sở ở chu kỳ đang xét

so với chu kỳ đầu; mS - yêu cầu độ chính xác xác định độ lún; t: là hệ số xác định tiêu chuẩn sai số giới hạn (t = 2÷3); k - hệ số suy giảm độ chính xác giữa các bậc lưới (k = 2÷3)

2 Các phương pháp phân tích đánh giá độ ổn định mốc độ cao cơ sở

Các phương pháp đánh giá ổn định mốc độ cao cơ sở có thể được chia theo 2 nhóm chủ yếu là:

1- Phương pháp phân tích thống kê: dựa trên cơ sở kiểm định các giả thiết thống kê để xác định mức độ tương quan giữa các chênh cao trong lưới, trên cơ sở

đó đánh giá độ ổn định của các mốc

2- Phương pháp giả định về sự ổn định của một nhóm mốc trong lưới: một số phương pháp thuộc loại này là phương pháp Trernhicov, phương pháp Costakhel, phương pháp bình sai tự do,

Cũng cần phải khẳng định rằng, bài toán phân tích, đánh giá độ ổn định của

hệ thống điểm mốc cơ sở dựa trên cơ sở các trị đo lặp trong nội tại mạng lưới là bài toán tương đối Lời giải cho bài toán đã nêu chỉ có thể được xác định nếu có một số điều kiện bổ sung nào đó Hiện nay, thuật toán bình sai lưới tự do thường được sử dụng để phân tích độ ổn định mốc độ cao cơ sở trong quan trắc lún công trình

2.2.7.2 Tính toán bình sai lưới độ cao quan trắc lún

Để bảo đảm tính chặt chẽ của kết quả, lưới độ cao trong quan trắc lún nền móng nhà cao tầng cần phải được bình sai chặt chẽ theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất Hiện nay, hầu hết các phần mềm bình sai lưới trắc địa đều có thuật toán dựa trên cơ sở phương pháp bình sai gián tiếp Độ cao gốc của mạng lưới quan trắc

là độ cao của các điểm độ cao cơ sở ổn định

2.2.7.3 Tính toán tham số độ lún công trình

1 Độ lún của điểm quan trắc

- So sánh giữa 2 chu kỳ (chu kỳ j so với chu kỳ i)

2 Thể hiện đồ họa độ lún công trình

Độ lún công trình có thể được biểu diễn bằng phương pháp đồ họa, cách thể hiện này cho phép cảm nhận độ lún công trình một cách trực quan Thông thường kết hợp phân tích đồ họa với phân tích số sẽ cho phép phân tích, đánh giá độ lún một cách chuẩn xác hơn Có nhiều hình thức thể hiện đồ họa độ lún công trình,

trong đó 3 cách thể hiện thường gặp nhất là: biểu đồ lún theo thời gian, mặt cắt lún

và bình đồ lún

2.2.8 Nhận xét về quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng bằng phương pháp

trắc địa

Phương pháp trắc địa quan trắc độ lún nền móng nhà cao tầng có ưu điểm

là độ chính xác cao, độ lún của các mốc quan trắc được tính toán từ các mốc độ cao cơ sở ổn định nên cho giá trị độ lún tuyệt đối Nhược điểm của phương pháp

là để quan trắc lún các lớp đất theo chiều sâu (quan trắc lún các tầng đất nền) đòi hỏi phải thi công các mốc quan trắc riêng biệt cho nên công lắp đặt lớn, do mỗi

độ sâu phải thực hiện trong một hố khoan Để khắc phục nhược điểm này có thể

sử dụng cảm biến để quan trắc lún theo chiều sâu Nội dung quan trắc lún bằng cảm biến được trình bày ở mục 2.3

2.3 QUAN TRẮC ĐỘ LÚN NỀN MÓNG NHÀ CAO TẦNG TRONG GIAI ĐOẠN

THI CÔNG XÂY DỰNG BẰNG CẢM BIẾN

2.3.1 Cấu tạo hệ thống đĩa từ

Cảm biến thuận tiện dùng để quan trắc lún theo chiều sâu, một trong những loại thiết bị hay được sử dụng để quan trắc độ lún theo chiều sâu hiện nay là đĩa từ Đĩa từ là loại thiết bị chuyên dùng để quan trắc lún theo lớp Hệ thống thiết bị đĩa từ bao gồm: Ống dẫn hướng, nam châm chuẩn, nam châm nhện, nam châm đĩa, dây đo

và đầu dò từ Hình 2.7 và 2.8 là các bộ phận của đĩa từ, hình 2.9 thể hiện quan trắc

độ lún bằng đĩa từ

Hình 2.7 Ống dẫn hướng

và nam châm nhện

Hình 2.8 Dây đo, nam châm nhện

và nam châm đĩa

Hình 2.9 Quan trắc lún bằng đĩa từ [17]

2.3.2 Phương pháp lắp đặt

Ống dẫn hướng có chân nhện từ được lắp trong hố khoan, bố trí theo thứ tự trong hình 2.9 Phần nam châm nhện được lắp trong phần nền đất nguyên thổ, nam châm đĩa được lắp đặt trong phần đất đắp cần quan trắc và tại các độ sâu dự kiến Kích thước hố khoan phụ thuộc vào kích thước của ống dẫn và chân của nam châm nhện

Thông thường phần trên cùng là đất đắp thi công có đầm chặt, một nam châm đĩa được bố trí ngay bề mặt đất trước khi thi công các lớp đất bên trên Để tránh khi đầm lớp đất bên trên tác dụng vào ống dẫn hướng làm thay đổi cưỡng bức ống dẫn hướng, phần trên người ta có thể sử dụng đoạn ống cho phép chuyển dịch

mà không tác động đến phần dưới ống

Sau khi hạ xong, dùng vữa sét bentonite để chèn phần xung quanh ống

Do ống dẫn hướng được sử dụng để đưa đầu đo đến đáy ống vì vậy ống cần

có nắp đậy để đảm bảo không có dị vật rơi vào

Trong trường hợp dùng để quan trắc độ trồi đáy hố móng, ống mốc được lắp đặt trước khi thi công hố đào, các mốc đo được lắp đặt ở các vị trí dưới đáy

Nam châm nhện

Nam châm chuẩn Đầu dò

Dây đo

hố đào Trong quá trình đào phần ống bên trên được cắt bỏ Hình 2.10 thể hiện lắp đặt mốc đo trồi đáy hố móng bằng phương pháp đĩa từ trong trường hợp tầng hầm thi công từ trên xuống

Hình 2.10 Lắp đặt mốc đo trồi đáy hố đào

Trên hình 2.10: hình 2.10a là lắp đặt mốc trước khi thi công hố đào, trong quá trình đào phần ống bên trên được cắt bỏ (hình 2.10b và 2.10c)

2.3.3 Nguyên lý đo độ lún bằng đĩa từ

Trong phương pháp đĩa từ để đơn giản quá trình đo, người ta thường yêu cầu đáy ống dẫn hướng phải được hạ xuống tầng đá gốc hoặc xuống lớp đất đá mà tại độ sâu ấy đáy ống dẫn hướng không bị lún Tại đáy ống có một mốc từ (nam châm chuẩn - hình 2.9) gắn liền với ống dẫn hướng có vai trò là mốc chuẩn trong quá trình quan trắc

Để xác định độ cao của một vị trí trong một lần đo, nếu số đọc trên thước khi

đo các điểm O và P tương ứng là LO, LP, thì độ cao điểm P (hình 2.9) được tính theo công thức sau:

………

Sàn cốt 0.0

Sàn tầng hầm 1

Sàn tầng hầm 2

quan trắc P

Giá trị độ lún của điểm quan trắc được xác định bằng cách so sánh độ cao của điểm đó ở 2 chu kỳ đo khác nhau như đối với cách tính trong phương pháp trắc địa thông thường

2.3.4 Độ chính xác đo lún bằng phương pháp đĩa từ

Có 3 nguồn sai số chủ yếu ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp quan trắc đĩa từ là:

1- Sai số đọc số, sai số do độ nhạy của thiết bị dò tìm (đưa điểm đo trên đầu dò vào mặt phẳng đĩa từ) và sai số do biến động chiều dài thước đo Với thước khắc vạch đến mm thì giá trị của sai số đọc số sẽ không vượt quá 0.5mm

2- Sai số do thiết bị đo phụ thuộc độ chính xác chế tạo máy, ảnh hưởng của nguồn sai số này sẽ được giảm đáng kể nếu tại mỗi điểm quan trắc trị đo trung bình được xác định từ nhiều lần đọc số (thực tế quan trắc tại một số công trình các số đọc tại cùng điểm đo có độ chênh lệch không quá 1 2mm)

3- Sai số thước đo phát sinh do sự thay đổi chiều dài thước theo nhiệt độ trong ống dẫn hướng

Theo tài liệu [14] thì sai số trung phương độ lún xác định theo công nghệ đĩa

từ đạt cỡ (5 8) mm

2.3.5 Ví dụ đo lún nền công trình bằng đĩa từ

Để minh chứng cụ thể về ứng dụng phương pháp đĩa từ quan trắc lún các lớp đất theo chiều sâu Trong phần này trình bày kết quả quan trắc lún nền đất theo chiều sâu tại 1 vị trí quan trắc có lắp đặt 3 bàn đo lún ở 3 vị trí độ sâu với 3 chu kỳ quan trắc Quá trình đo đạc và tính toán lấy điểm ở đáy ống làm mốc chuẩn với độ cao giả định của điểm này là HO 0.000m Kết quả đo và tính toán độ lún ở các bàn đo lún được trình bày ở các bảng 2.1 đến 2.3 và hình 2.11 là biểu đồ thể hiện độ lún tại các bàn đo lún