Phân tích độ ổn định hệ thống móc cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình bằng phương pháp chọn lựa số liệu gốc tối thiểu

HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------ TRẦN THỊ THU TRÚC PHÂN TÍCH ĐỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG MỐC CƠ SỞ TRONG QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỰA SỐ LIỆU GỐC TỐI

- -

TRẦN THỊ THU TRÚC

PHÂN TÍCH ĐỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG MỐC CƠ SỞ TRONG QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỰA SỐ LIỆU GỐC TỐI THIỂU

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ

Mã số chuyên ngành: 60520503

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2018

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

TRẦN THỊ THU TRÚC

PHÂN TÍCH ĐỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG MỐC CƠ SỞ TRONG QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỰA SỐ LIỆU GỐC TỐI THIỂU

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ

Mã số chuyên ngành: 60520503

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH – 2018

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đào Xuân Lộc

4 PGS TS Lê Trung Chơn

5 TS Phan Thị Anh Thư

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN THỊ THU TRÚC MSHV: 1570731

Ngày, tháng, năm sinh: 25/02/1992 Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ Mã số: 60520503

I TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ĐỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG MỐC CƠ SỞ TRONG

QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỰA

SỐ LIỆU GỐC TỐI THIỂU

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nội dung đề tài nghiên cứu về phương pháp phân tích và đánh giá độ ổn định lưới cơ sở độ cao, tọa độ mặt bằng và lưới tọa độ không gian GNSS theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu Xây dựng module tính toán cho các dạng lưới theo phương pháp này Tính toán thực nghiệm kết quả nghiên cứu So sánh kết quả giữa tính bằng excel và tính bằng module vừa xây dựng được So sánh kết quả tính giữa phương pháp số liệu gốc tối thiểu và phương pháp bình sai lưới tự do kết hợp với thuật toán Helmert Cuối cùng, đưa ra nhận xét, kết luận cho đề tài nghiên cứu

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/7/2017

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2018

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Đào Xuân Lộc

Tp HCM, ngày 01 tháng 08 năm 2018.

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Bố, Mẹ là những người đã sinh thành và nuôi dưỡng tôi Tôi cảm ơn sự giúp đỡ về tinh thần cũng như vật chất của các thành viên trong gia đình đã giúp và tạo điều kiện cho tôi tham gia khóa học và hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Đào Xuân Lộc,

người đã hết lòng giúp đỡ, cung cấp kiến thức và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đề tài này Xin gửi lời tri ân nhất của tôi đối với những điều mà Thầy đã dành cho tôi Chân thành cảm ơn Thầy

Tôi cũng xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý Thầy Cô trong Trường và Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trong Trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi tôi hoàn thiện đề tài này

Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 08 năm 2018

Học viên

TRẦN THỊ THU TRÚC

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đối với phân tích và đánh giá độ ổn định lưới cơ sở cũng như lưới quan trắc,

ta có 2 nhóm nguyên tắc: nhóm 1 dựa vào cao độ không đổi của một mốc ổn định nhất trong lưới, nhóm 2 dựa vào cao độ hoặc tọa độ trung bình không đổi giữa 2 chu

kỳ liền kề nhau Hiện tại nhóm 2 đã được phát triển và ứng dụng rất nhiều, ở nhóm

1 đã được đề cập đến trong chương trình học, các sách giáo khoa chuyên ngành trắc địa công trình, nhưng lý thuyết về nhóm 1 còn nhiều vấn đề chưa được đi sâu vào lý thuyết hay phương pháp tính, đặc biệt là với lưới tọa độ mặt bằng và tọa độ không gian GNSS

Từ những vấn đề trên, nội dung đề tài đi sâu vào lý thuyết phân tích và đánh giá độ ổn định lưới theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu, chi tiết như sau:

- Đối với lưới độ cao, đề tài nghiên cứu chi tiết về lý thuyết và cách phân tích

và đánh giá độ ổn định lưới cơ sở độ cao, đồng thời lập trình chương trình phân tích

và đánh giá độ ổn định lưới theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu

- Đối với lưới tọa độ mặt bằng, đề tài làm rõ lý thuyết của phương pháp, chi tiết các bước tính Tìm ra những khó khăn trong quá trình thực hiện và cải thiện công thức tính toán trong quá trình phân tích độ ổn định lưới cơ sở tọa độ mặt bằng

Từ đó tiến hành tính toán thực nghiệm và xây dựng chương trình phân tích độ ổn định lưới cơ sở tọa độ mặt bằng theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu

- Đối với lưới tọa độ không gian GNSS, đề tài triển khai lý thuyết phân tích độ

ổn định lưới theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu Tính toán thực nghiệm và xây dựng chương trình tính phân tích và đánh giá độ ổn định lưới cơ sở tọa độ không gian theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu

So sánh kết quả tính thủ công bằng excel và bằng module vừa xây dựng để kiểm tra tính đúng trong nội dung vừa lập trình

So sánh phương pháp nghiên cứu với phương pháp khác để tìm ra những ưu khuyết điểm của phương pháp mà đề tài nghiên cứu

SUMMARY

The thesis studies the method for analyzing and evaluating the stability of the base net for the leveling network, the coordinates network and the GNSS coordinates by the method of evaluating the minimum database Develop programs for networks by this method Calculate examples for research Compare the results between the excel program and programmable calculations Comparisons between the method of evaluating the minimum database and the freely adjustable grid method in conjunction with the Helmert algorithm Finally, make comments, conclusions about the research topic

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Trần Thị Thu Trúc, xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài “Phân tích

độ ổn định hệ thống mốc cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình bằng phương pháp chọn lựa số liệu gốc tối thiểu” là công trình nghiên cứu của chính

bản thân tôi, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS TS Đào Xuân Lộc Các số liệu

và kết quả thực nghiệm hoàn toàn trung thực Tôi cam đoan không sao chép bất kỳ công trình khoa học nào của người khác, mọi sự tham khảo đều có trích dẫn rõ ràng

Học viên cao học

Trần Thị Thu Trúc

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iv

SUMMARY v

LỜI CAM ĐOAN vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC HÌNH ix

DANH MỤC BẢNG x

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xiii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 6

1.4 Nội dung nghiên cứu 6

1.5 Phương pháp nghiên cứu 7

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

1.7 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn 8

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 9

2.1 Khái niệm về quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình 9

2.2 Mốc quan trắc và chuyển dịch công trình 11

2.3 Các phương pháp đánh giá độ ổn định mốc cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình 12

2.4 Trình tự xử lý số liệu đo biến dạng công trình 21

2.5 Các tham số đặc trưng trong quan trắc biến dạng công trình 23

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ĐỘ ỔN ĐỊNH MỐC CHUẨN 33

3.1 Phân tích độ ổn định mốc chuẩn lưới độ cao cơ sở với theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu 33

3.2 Phân tích độ ổn định mốc chuẩn lưới tọa độ mặt bằng với lựa chọn số

liệu gốc tối thiểu 36

3.3 Phân tích độ ổn định mốc chuẩn lưới tọa độ không gian đo bằng công nghệ GNSS với lựa chọn số liệu gốc tối thiểu 47

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG LƯU ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN 50 4.1 Giới thiệu sơ đồ khối chung 50

4.2 Giới thiệu phần mềm tính toán “phân tích độ ổn định mốc chuẩn” 56

4.3 Lưu đồ chi tiết phân tích độ ổn định mốc theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu 57

CHƯƠNG 5 SO SÁNH PHÂN TÍCH KẾT QUẢ CHO CÁC LOẠI LƯỚI CỤ THỂ 65

5.1 Xây dựng mô hình tính 65

5.2 Tính toán bằng thủ công 74

5.3 Tính toán qua chương trình đã được lập trình 83

5.4 So sánh kết quả phân tích giữa phương pháp số liệu gốc tối thiểu và phương pháp bình sai lưới tự do 90

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

6.1 Nhận xét 98

6.2 Kết luận 99

6.3 Kiến nghị 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

PHỤ LỤC 4.1 103

PHỤ LỤC 4.2 106

PHỤ LỤC 4.3 110

PHỤ LỤC 5.1 113

PHỤ LỤC 5.2 117

PHỤ LỤC 5.3 124

PHỤ LỤC 5.4 128

PHỤ LỤC 5.5 133

PHỤ LỤC 5.6 136

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Lưới độ cao cơ sở 13

Hình 2.2 Phương pháp đo cao hình học 26

Hình 2.3 Phương pháp đo cao lượng giác 28

Hình 3.1 Lưới độ cao cơ sở 34

Hình 3.2 Lưới cơ sở tọa độ mặt bằng 37

Hình 3.3 Chuyển đổi tọa độ Oxy sang O'x'y' 46

Hình 4.1 Sơ đồ khối lập chung cho phân tích độ ổn định lưới cơ sở theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu 51

Hình 4.2 Sơ đồ khối phân tích độ ổn định lưới cơ sở độ cao theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu 52

Hình 4.3 Sơ đồ khối phân tích độ ổn định lưới cơ sở tọa độ mặt bằng theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu 53

Hình 4.4 Sơ đồ khối chương trình phân tích độ ổn định lưới tọa độ không gian GNSS theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu 55

Hình 4.5 Lưu đồ chi tiết lập trình chương trình phân tích và đánh giá độ ổn định lưới cơ sở độ cao theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu 58

Hình 4.6 Lưu đồ chi tiết chương trình lập trình phân tích và đánh giá độ ổn định lưới cơ sở tọa độ mặt bằng theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu 60

Hình 5.1 Sơ đồ lưới độ cao cơ sở 68

Hình 5.2 Mô hình lưới cơ sở tọa độ mặt bằng 69

Hình 5.3 Lưới cơ sở không gian GNSS 72

Hình 5.4 Kết quả phân tích và đánh giá độ ổn định lưới cao độ bằng chương trình vừa được xây dựng 85 Hình 5.5 Kết quả phân tích và đánh giá độ định lưới bằng chương trình tính 87 Hình 5.6 Kết quả phân tích và đánh giá độ định lưới bằng chương trình tính 89

DANH MỤC BẢNG

Bảng 5.1 Chênh cao giữa các mốc trong các chu kỳ 66

Bảng 5.2 Cao độ 4 mốc chuẩn trong lưới độ cao cơ sở (chu kỳ 0) 67

Bảng 5.3 Tọa độ thực của 3 điểm ABC theo thiết kế với 2 chu kỳ 68

Bảng 5.4 Ma trận hệ phương trình chuẩn 68

Bảng 5.5 Ma trận trọng số đảo của các ẩn 68

Bảng 5.6 Sai số trung phương vị trí điểm các mốc trong lưới 69

Bảng 5.7 Tọa độ thực các mốc trong lưới 69

Bảng 5.8 Chiều dài cạnh thực của lưới trong các chu kỳ 70

Bảng 5.9 Góc đo thực của lưới trong các chu kỳ 70

Bảng 5.10 Chiều dài cạnh đo của lưới qua các chu kỳ 70

Bảng 5.11 Giá trị góc đo của lưới qua các chu kỳ 71

Bảng 5.12 Sai số trung phương vị trí điểm sau bình sai của các mốc qua các chu kỳ 71

Bảng 5.13 Tọa độ không gian lưới cơ sở GNSS 72

Bảng 5.14 Các giá trị Baseline trong lưới và cạnh của lưới 72

Bảng 5.15 Tọa độ các mốc ở chu kỳ 1 73

Bảng 5.16 Tọa độ các mốc ở chu kỳ 2 73

Bảng 5.17 Tọa độ các mốc ở chu kỳ 3 74

Bảng 5.18 Các cạnh đáy trong lưới của 3 chu kỳ 74

Bảng 5.19 Trị đo cạnh đáy của các chu kỳ 74

Bảng 5.20 Kết quả cao độ sau bình sai, chênh cao sau bình sai, trọng số đảo và SSTP chênh cao: 75

Bảng 5.21 Tọa độ các mốc ở các phương án tính 76

Bảng 5.22 Kết quả đánh giá ổn định các mốc còn lại: 76

Bảng 5.23 Bảng tổng hợp cao độ các mốc qua 4 chu kỳ 77

Bảng 5.24 Tọa độ sau bình của 9 phương án 79

Bảng 5.25 Tọa độ các điểm sau thực hiện tịnh tiến và xoay 80

Bảng 5.26 Tọa độ các mốc sau phân tích và đánh giá độ ổn định theo phương

pháp số liệu gốc tối thiểu 81

Bảng 5.27 Giá trị dịch chuyển của các mốc giữa các chu kỳ 81

Bảng 5.28 Tọa độ các điểm trong lưới sau bình sai 82

Bảng 5.29 Tọa độ các mốc ở phương án được chọn 83

Bảng 5.30 Tên tương ứng của các mốc giữa file tính excel và chương trình incd.m 84

Bảng 5.31 So sánh cao độ các mốc giữa 2 chương trình tính 85

Bảng 5.32 Tên tương ứng của các mốc giữa file tính excel và chương trình inxy.m 87

Bảng 5.33 So sánh tọa độ mặt bằng của các mốc giữa 2 chương trình tính 88

Bảng 5.34 So sánh tọa độ GNSS của các mốc giữa 2 chương trình tính 90

Bảng 5.35 Độ cao các mốc qua 4 chu kỳ được phân tích bằng phần mềm BKHCM 91

Bảng 5.36 Trị dịch chuyển các mốc giữa các chu kỳ được tính bằng phần mềm BKHCM 92

Bảng 5.37 Độ cao các mốc qua 4 chu kỳ theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu 92

Bảng 5.38 Trị dịch chuyển của các mốc giữa các chu kỳ theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu 92

Bảng 5.39 Tọa độ các mốc sau phân tích và đánh giá ổn định bằng phần mềm BKHCM đối với lưới cơ sở mặt bằng 93

Bảng 5.40 Trị dịch chuyển giữa các chu kỳ sau phân tích và đánh giá ổn định bằng phần mềm BKHCM đối với lưới cơ sở mặt bằng 93

Bảng 5.41 Tọa độ các mốc sau phân tích và đánh giá ổn định theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu đối với lưới cơ sở mặt bằng 94

Bảng 5.42 Trị dịch chuyển của các mốc giữa các chu kỳ theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu đối với lưới cơ sở mặt bằng 94

Bảng 5.43 Tọa độ các mốc sau phân tích và đánh giá ổn định bằng phần mềm BKHCM đối với lưới cở sở GNSS 95

Bảng 5.44 Trị dịch chuyển giữa các chu kỳ sau phân tích và đánh giá ổn định bằng phần mềm BKHCM đối với lưới cơ sở GNSS 95Bảng 5.45 Tọa độ các mốc sau phân tích và đánh giá ổn định theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu đối với lưới cơ sở GNSS 95Bảng 5.42 Trị dịch chuyển của các mốc giữa các chu kỳ theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu đối với lưới cơ sở GNSS 96

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CK – Chu kỳ

GNSS – Global Navigation Satellite System

GPS – Global Positioning System

PA – Phương án

SHC – Số hiệu chỉnh

SSTP – Sai số trung phương

TCVN – Tiêu chuẩn Việt Nam

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Sự phát triển của các đô thị đã kéo theo sự xuất hiện các công trình xây dựng

có qui mô lớn ở các thành phố trên cả nước Tùy vào điều kiện tự nhiên và điều kiện

kỹ thuật ở mỗi khu vực mà các dự án được tiến hành với các phương án khác nhau Mặc dù vậy, công tác trắc địa, đặc biệt là công tác quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình là không thể thiếu Vì đây là công tác có sự ảnh hưởng đến chất lượng công trình xây dựng, được thực hiện ngay khi bắt đầu thi công, công tác này chỉ kết thúc khi công trình được đưa vào sử dụng và hoàn toàn ổn định

Ngoài ra, với sự biến đổi khí hậu khó lường và chế độ thủy văn thay đổi hiện nay, tại đồng bằng sông Cửu Long hiện tượng chuyển dịch bở, sạt lở đang ngày càng nghiêm trọng Vì vậy quan trắc chuyển dịch lún nói chung và đo biến dạng công trình nói riêng đang là chủ đề nóng

Trong quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình luôn tồn tại hai loại lưới

là lưới cơ sở và lưới quan trắc Để có số liệu gốc cho lưới quan trắc thì cần thiết đánh giá độ ổn định lưới cơ sở trong từng chu kỳ đo Ngày nay, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp đánh giá độ ổn định lưới cơ sở được các nhà khoa học trong và ngoài nước công bố như: phương pháp Kostekhel (phương pháp gốc tối thiểu cho lưới cao độ), Trernhikov, thuật toán bình sai lưới tự do, Makuze, phân tích tương quan, … trong [1] và [2] có đề cập đến Còn các phần mềm thương mại và khoa học đang được sử dụng phục vụ công việc tính toán như DPSurvey [3], BKHCM [4], thường dùng phương pháp bình sai lưới tự do với các điểm định vị là các điểm cao độ hoặc tọa độ lưới cơ sở chu kỳ trước đó Việc phân tích độ ổn định mốc chu kỳ nào đó là phân tích sự thay đổi cao độ hay tọa độ chu kỳ này so với số liệu cao độ hay tọa độ của chúng ở chu kỳ liền kề trước đó

Trong mỗi phương pháp và mỗi phần mềm có ưu và nhược điểm khác nhau và các phương pháp được chia thành hai nhóm đó là: Nhóm 1, dựa trên số liệu gốc tối thiểu hai chu kỳ kề nhau không đổi Nhóm 2 dựa trên cao độ trung bình các mốc cơ

sở hai chu kỳ liền kề là như nhau (với lưới cao độ) hoặc tọa độ trung bình các mốc

ổn định 2 chu kỳ giống nhau, sau khi áp dụng bài toán Helmert cho lưới chu kỳ sau;

đa phần các phần mềm thương mại như [3] và [4] tập trung và giải quyết theo nhóm thứ 2 Hiện tại, nhóm nguyên tắc 1: "dựa trên số liệu gốc tối thiểu hai chu kỳ liền

kề nhau không đổi" vẫn chưa được nghiên cứu nhiều và còn nhiều bỏ ngõ, đặc biệt

là đối với lưới tọa độ mặt bằng và tọa độ không gian chưa thể hiện các module tính toán trong các phần mềm

Mong muốn được góp một phần tri thức nhỏ vào kiến thức khoa học, đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết đánh giá độ ổn định lưới cơ sở độ cao có số liệu gốc tối thiểu, cải thiện tính toán trong lưới cơ sở mặt bằng có số liệu gốc tối thiểu và xây dựng lý thuyết đánh giá độ ổn định lưới tọa độ không gian (GNSS) có số liệu gốc tối thiểu

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Với công nghệ phát triển ngày nay, các thiết bị quan trắc tại các quốc gia đang ngày càng phát triển, vì vậy việc phát triển cơ sở lý thuyết quan trắc biến dạng công trình ít được quan tâm Ở các quốc gia tại châu Âu, một số nước châu Á và Mỹ chỉ tập trung tăng cường độ chính xác công tác đo đạc thông qua các thiết bị quan trắc như radar, camera, GPS, …

Tại Nga, ngành trắc địa được sinh ra từ rất lâu đời, các cơ sở lý thuyết về trắc địa được các nhà trắc địa người Nga phát triển rất nhiều Những kiến thức đó đã được nhà trắc địa Việt Nam thừa kế và phát triển

Tại Liên xô cũ, trường Đại học trắc địa và không ảnh bản đồ trước đây (MIIGAIK) và hiện nay là trường Tổng hợp Trắc địa và bản đồ có thể thấy vấn đề này thể hiện trong các tài liệu của bộ môn trắc địa công trình của các giáo sư Iacoplep, H H Lebedep [5], Levtruc [6]; Trong tài liệu Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình [7] đã đề cập tới phân tích độ ổn định mốc cao độ gốc bằng một số phương pháp như:

- Phương pháp phân tích tương quan của nhà trắc địa người Nga V.A Karpenko: phương pháp này dựa trên quan hệ giữa các chu kỳ quan trắc khác nhau

để xác định mốc cơ sở ổn định

- Phương pháp dựa trên phân tích dựa trên nguyên tắc độ cao trung bình không đổi của các mốc trong lưới thuộc nhóm trắc địa người Nga do V.F Trernhicov làm đại diện

- Phương pháp phân tích dựa trên nguyên tắc cao độ không đổi của mốc ổn định nhất lưới do nhóm trắc địa Rumani nghiên cứu và đại diện nhóm là A Kostekhel

- Phương pháp mô hình toán học được đề xuất bởi hai nhà trắc địa người Nga V.N Gansin và A.F Xtarorenko

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Hầu hết tất cả các kiến thức từ các trường đại học lớn và lâu đời tại Việt Nam đều tiếp thu và phát triển những kiến thức khoa học từ Nga (Liên xô cũ) Các phương pháp phân tích và đánh giá độ ổn định mốc cơ sở trong quan trắc biến dạng

và chuyển dịch công trình đều được các nhà khoa học Việt Nam tiếp thu và mở rộng những kiến thức đó theo nhiều hướng khác nhau Cụ thể như:

Trong [8], [9], [11], [11], [12] tác giả đã hệ thống về bình sai lưới tự do và áp dụng kiến thức ấy vào quan trắc biến dạng công trình, đặc biệt trong công tác đánh giá ổn định mốc chuẩn Ngoài ra, trong [9], [13] đã đề xuất chương trình ‘xldcl 1.0.0’ phục vụ bình sai lưới tự do độ cao và phần mềm BKHCM để hỗ trợ công tác đánh giá độ chính xác và bình sai lưới tự do trong công tác thi công và đo lún công trình Hơn thế nữa là phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học

Tác giả Trần Khánh đã khảo sát phương pháp bình sai lưới tự do theo hiệu trị

đo để phân tích chuyển dịch ngang công trình và lập chương trình tính toán thử nghiệm đối với lưới tự do [12], kết quả nhận được là vector số hạng tự do của hệ phương trình số hiệu chỉnh khi bình sai hiệu trị đo đơn giản hơn so với bình sai tách biệt Tuy vậy điểm yếu là đồ hình lưới trong các chu kỳ phải giữ nguyên, điều này gây khó khăn trong công tác tổ chức quan trắc công trình

Trong bài báo “Phân tích độ ổn định hệ thống mốc độ cao cơ sở trong quan trắc lún công trình” của Trần Khánh, Lê Đức Tình và Trần Ngọc Đông [14] đã đưa

ra một số phương pháp đánh giá ổn định mốc cơ sở đối với lưới tự do như: phương pháp Trehnhicov, phương pháp Costachel, phương pháp bình sai lưới tự do để xử lý

số liệu lưới độ cao cơ sở trong quan trắc lún công trình Sau khi tính toán thực nghiệm và so sánh kết quả các phương pháp tính tác giả đã đưa ra kết luận việc phân tích lưới khống chế cơ sở trong quan trắc lún công trình có thể được thực hiện hiệu quả ứng dụng bình sai lưới trắc địa tự do

Trong luận văn tốt nghiệp thạc sĩ của Đoàn Thị Bích Ngọc do PGS.TS Đào Xuân Lộc hướng dẫn [2] có một số điểm chính như sau:

+ Luận án cũng đề cập đến rất nhiều phương pháp phân tích độ ổn định mốc

cơ sở như phương pháp phân tích tương quan, chênh lệch trung bình, Kostekhel, Trernhikov, thuật toán bình sai lưới tự do và Makuze

+ Mục tiêu của luận án tìm ra phương pháp đánh giá độ ổn định mốc cơ sở tốt nhất phục vụ công tác quan trắc biến dạng chuyển dịch công trình

+ Trong luận án, cũng đã có bàn về phương pháp Kostekhel đối với lưới cao độ và lưới tọa độ; luận án cũng đã tính toán thực nghiệm đối với 2 dạng lưới này để tiến hành so sánh đối với những phương pháp khác Tác giả của luận án đã

có kết luận như sau: Phương pháp Kostekhel có tiêu chuẩn đánh giá độ ổn định mốc được xây dựng trên cơ sở khái niệm sai số khép giới hạn cực đại, ngoài ra phương pháp còn phản ánh chưa phù hợp với thực tiễn chuyển dịch mốc do luôn coi một mốc gốc là ổn định không dịch chuyển giữa hai chu kỳ Mặc dù vậy có thể chấp nhận phương pháp Kostekhel có cơ sở khoa học nhất định

Luận văn thạc sĩ Lê Hoàng Huy do PGS TS Đào Xuân Lộc hướng dẫn [15] bàn về hai vấn đề chính:

+ Từ lý thuyết bình sai lưới tự do và các giá trị đo lặp của ba lưới độ cao, tọa độ mặt bằng và tọa độ không gian để xây dựng chương trình bình sai lưới tự do

và phân tích độ ổn định mốc gốc cho ba dạng lưới trên

+ Ứng dụng tenxơ biến dạng và mô hình simplex để tính toán các tham số biến dạng và biểu diễn trường véc tơ chuyển dịch bằng phần mềm Matlab

Ngoài ra, còn có luận văn tiến sĩ của Phạm Doãn Mậu, do PGS TS Trần Khánh và PGS.TS Nguyễn Quang Phúc [16] đồng hướng dẫn, tập trung nghiên cứu

về khả năng ứng dụng công nghệ GPS trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy điện ở Việt Nam và tính toán thực nghiệm trong việc xử lý số liệu đo bằng công nghệ GPS để phân tích chuyển dịch ngang công trình thủy điện Qua đề tài nghiên cứu, tác giả đã đưa ra một số kết luận như sau: có thể ứng dụng công nghệ GPS trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy điện tại Việt Nam; xây dựng thuật toán, quy trình hợp lý để thực hiện công đoạn phân tích độ ổn định mốc GPS cơ sở và bình sai kết hợp trị đo GPS với trị đo mặt đất; tác giả đã chứng minh việc ứng dụng công nghệ GPS trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình bằng cách tính toán thực nghiệm

Qua một số tìm hiểu trong và ngoài nước, có thể nhận thấy đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về phân tích độ ổn định mốc cơ sở bằng nhiều phương pháp khác nhau và đa số đều tập trung nhiều vào nhóm 2 Chỉ có luận án thạc sĩ của tác giả Đoàn Thị Bích Ngọc là có bàn về phương pháp phân tích độ ổn định một mốc gốc, tác giả đã chỉ rõ ra những khuyết điểm của phương pháp này Tuy nhiên, tác giả không đi sâu chi tiết mà chỉ đánh giá chung và chưa bàn về lưới tọa độ không gian Điều đó cho thấy vẫn còn nhiều điều cần khai thác và phát triển phương pháp phân tích với số liệu gốc tối thiểu, đặc biệt là với lưới tọa độ mặt bằng và lưới tọa độ không gian GNSS

Hiện nay, việc sử dụng công nghệ GNSS trong trắc địa đang ngày càng được phổ biến và có những quy định hiện hành như trong [17] có quy định rõ đối với lưới cấp cao cần đo bằng nghệ GNSS Đồng thời cũng đã có một số nghiên cứu được công bố về vấn đề này như trong [16] và [15] Tuy nhiên trong những quy định và TCVN hiện hành [18] chỉ quy định rõ về cách xử lý trị đo GPS và các yêu cầu kỹ thuật Quy định về độ dịch chuyển mốc đối với mốc GPS cũng như phương pháp đánh giá độ ổn định mốc bằng công nghệ trên vẫn chưa được bàn đến

Để hiểu thêm về phân tích độ ổn định mốc cơ sở theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu đối với lưới độ cao, tọa độ mặt bằng và lưới tọa độ không gian GNSS có những ưu và khuyết điểm gì và khác biệt ra sao đối với những phương pháp đã từng được nghiên cứu, đồng thời tìm ra nguyên nhân và hướng giải quyết khuyết điểm của phương pháp này Do thời gian có hạn, nên đề tài chỉ tập trung viết chương trình phân tích độ ổn định của lưới cao độ, lưới tọa độ mặt bằng và lưới tọa độ không gian theo phương pháp mà đề tài đã hiểu

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết phương pháp phân tích và đánh giá độ ổn định lưới độ cao có số liệu gốc tối thiểu theo phương pháp một mốc gốc

- Cải thiện phương pháp xử lý số liệu quan trắc và phương pháp đánh giá độ

ổn định mốc cở sở của lưới tọa độ mặt bằng có số liệu gốc tối thiểu với một mốc gốc và một phương vị gốc

- Phát triển cơ sở lý thuyết đánh giá độ ổn định mốc cơ sở đối với lưới tọa độ không gian GNSS có số liệu gốc tối thiểu

- Xây dựng thuật toán đánh giá độ ổn định mốc cơ sở đối với lưới độ cao, tọa

độ mặt bằng và tọa độ không gian theo phương pháp một mốc gốc Từ đó đánh giá khả năng ứng dụng và độ chính xác của phương pháp đối với từng loại lưới

1.4 Nội dung nghiên cứu

Tìm hiểu tổng quan về quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình

Tìm hiểu về phương pháp đánh giá độ ổn định của mốc cơ sở đối với lưới độ cao có số liệu gốc tối thiểu theo phương pháp độ cao không đổi của một mốc gốc

Nghiên cứu về phương pháp đánh giá độ ổn định mốc cở sở đối với lưới tọa

độ mặt bằng đo góc-cạnh hỗn hợp có số liệu gốc tối thiểu

Nghiên cứu về phương pháp đánh giá độ ổn định mốc cở sở đối với lưới tọa

độ không gian có số liệu gốc tối thiểu, với số liệu đo là các số gia tọa độ giữa 2 điểm định vị tương đối GNSS

Thiết kế, xây dựng module tính toán - đánh giá – lựa chọn độ ổn định mốc đối với lưới độ cao, tọa độ mặt bằng và lưới tọa độ không gian đối với lưới tự do bậc

“không” theo phương pháp một mốc gốc

Tính toán thực nghiệm để kiểm chứng kết quả nghiên cứu bằng cách so sánh giữa kết quả tính bằng excel và kết quả từ module vừa được xây dựng, đưa ra ưu nhược điểm của phương pháp đã nghiên cứu

Đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp một mốc gốc bằng cách

so sánh kết quả tính toán với một phương pháp bình sai lưới tự do

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập, tổng hợp và xử lý các thông tin và tài liệu liên quan

- Đưa ra các vấn đề cần giải quyết, sử dụng các phương tiện phân tích có logic và các tài liệu đánh giá khách quan các yếu tố đưa ra, có các kết luận chính xác để làm cơ sở giải quyết các vấn đề đặt ra

- Tổng hợp, đối chiếu các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm cũng như thực

tế trong trắc địa để đưa ra các nhận định, các kết luận phù hợp và chính xác

- Tiến hành xây dựng mô hình toán và tính toán thực nghiệm để chứng minh các luận điểm đã đưa ra

- Áp dụng công nghệ thông tin, lập chương trình máy tính …

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Luận văn tập trung nghiên cứu và phát triển phương pháp đánh giá ổn định mốc cơ sở quan trắc và chuyển dịch bằng cách chọn lựa số liệu gốc tối thiểu đối với:

- Lưới cao độ;

- Lưới tọa độ mặt bằng đo góc – cạnh kết hợp;

- Lưới tọa độ không gian GNSS có số liệu đo là cạnh đáy giữa 2 điểm trong lưới

1.7 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn

- Mở rộng phần lý thuyết quan trắc biến dạng công trình, đặc biệt là nội dung đánh giá độ ổn định của mốc cở sở, đóng góp một phần tri thức trong nghiên cứu khoa học và thực tiễn

- Xây dựng quy trình xử lý và đánh giá số liệu quan trắc

- Lập chương trình đánh giá độ ổn định mốc cở sở cho lưới độ cao, lưới tọa

độ mặt bằng và lưới tọa độ không gian GNSS có số liệu gốc tối thiểu

- Kết quả nghiên cứu được có thể ứng dụng trong lĩnh vực giảng dạy và nghiên cứu khoa học

- Kết quả nghiên cứu đóng góp một phần trong việc xử lý và đánh giá độ ổn định mốc cơ sở trong quan trắc biến dạng chuyển dịch công trình ngoài thực tế với lưới biên, đặc biệt là khu vực sạt lỡ dọc sông Cửu Long, do sự biến đổi khí hậu và hoạt động của con người, nơi địa bàn tác giả nghiên cứu

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH VÀ

BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 2.1 Khái niệm về quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình

2.1.1 Khái niệm chung

Một số khái niệm liên quan đến quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình như sau:

Chuyển dịch công trình là sự thay đổi vị trí của công trình trong không gian so với vị trí ban đầu của công trình Có thể chia chuyển dịch công trình thành hai loại:

- Chuyển dịch thẳng đứng: là sự thay đổi vị trí của công trình theo phương dây dọi Chuyển dịch theo hướng lên trên gọi là trồi, theo hướng xuống dưới gọi là lún Trong thực tế, để đơn giản và tiện lợi người ta hay gọi chuyển dịch thẳng đứng hay

sự trồi lún của công trình là độ lún và được ký hiệu bằng chữ S Giá trị S có thể mang dấu (+) nếu công trình bị trồi hoặc dấu (-) nếu công trình bị lún

- Chuyển dịch ngang là sự thay đổi vị trí của công trình trong mặt phẳng nằm ngang Chuyển dịch ngang có thể diễn ra theo một hướng xác định hoặc theo hướng bất kỳ và thường được ký hiệu bằng chữ Q

Biến dạng công trình là sự thay đổi hình dạng và kích thước của công trình so với trạng thái ban đầu của nó Biến dạng công trình là hậu quả của sự chuyển dịch không đều của công trình Các biểu hiện biến dạng là sự cong vênh, vặn xoắn và các vết nứt

Chuyển dịch và biến dạng công trình diễn ra rất phức tạp theo thời gian và được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp khác nhau Công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình là rất quan trọng và cần thiết trong mọi công trình xây dựng Quan trắc biến dạng công trình gồm quan trắc lún, quan trắc dịch ngang và quan trắc nghiêng

Mục đích của quan trắc biến dạng công trình là xác định các giá trị biến dạng

để đánh giá độ ổn định của công trình nhằm:

- Kiểm tra các tính toán trong giai đoạn thiết kế công trình;

- Kịp thời phát hiện những dấu hiệu bất thường trong quá trình thi công công trình;

- Nghiên cứu quy luật biến dạng và dự đoán biến dạng của công trình trong tương lai;

- Đưa ra các giải pháp để khắc phục hoặc ngăn ngừa các sự cố, đảm bảo cho công trình hoạt động bình thường

Quan trắc biến dạng được bắt đầu từ khi xây dựng móng công trình và tiến hành quan trắc suốt thời kỳ xây dựng cho đến khi công trình được đưa vào khai thác

sử dụng

Một trong những nhiệm vụ khi nghiên cứu biến dạng công trình [20] là:

- Ước tính độ chính xác đo đạc để chọn ra phương pháp đo và thiết bị đo thích hợp để đạt bài toán kinh tế tối ưu nhất;

- Chính xác hóa công thức tính tính chất cơ lý đất móng;

- Thiết lập giới hạn biến dạng cho phép ứng với từng loại kết cấu, nhóm công trình

2.1.2 Nguyên nhân gây ra chuyển dịch và biến dạng công trình

Có rất nhiều nguyên gây chuyển dịch và biến dạng công trình, nhưng có hai nguyên nhân chính là:

2.1.2.1 Nhóm nguyên nhân liên quan đến các yếu tố tự nhiên

- Khả năng lún trượt của các lớp đất đá dưới nền móng công trình và các hiện tượng địa chất công trình, địa chất thủy văn

- Sự co giãn của các lớp đất đá

- Sự thay đổi theo mùa của các chế độ thủy văn như nước mưa, nước ngầm

2.1.2.2 Nhóm nguyên nhân liên quan đến quá trình xây dựng và vận hành công trình

- Sự gia tăng tải trọng công trình trong quá trình xây dựng

- Sự thay đổi tính chất cơ lý của các lớp đất đá dưới nền móng công trình do khai thác nước ngầm

- Sự suy yếu của nền móng công trình do việc thi công các công trình ngầm dưới móng công trình

- Sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình do các hoạt động xây chen

- Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình và địa chất thủy văn

- Sự rung động của móng công trình so vận hành máy móc hoạt động của các phương tiện giao thông

2.2 Mốc quan trắc và chuyển dịch công trình

2.2.1 Mốc quan trắc lún

Mốc chuẩn là mốc khống chế độ cao, là cơ sở để xác định độ lún công trình

Mốc chuẩn cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Giữ được độ ổn định trong 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

Vị trí đặt mốc chuẩn được đặt ở những nơi có lớp đất tốt, ổn định như cát, sạn, sỏi hoặc sét cứng có bề dày lớn, cách nguồn gây ra chấn động Khoảng cách từ mốc chuẩn đến công trình từ 50-100m Tùy theo đặc điểm công trình, diện tích và mặt bằng mà số lượng mốc chuẩn được thiết kế đặt tại công trình, thông thường số lượng mốc tối thiểu là 3 mốc tạo thành lưới để kiểm tra lẫn nhau Cấu tạo mốc được chia thành 3 loại: A, B, C; A là mốc có dạng cộc ống, B là mốc có dạng bê tông cốt thép và mốc C có dạng cọc ngắn hoặc khối bê tông được chôn trên lớp đất nguyên thổ

Mốc đo độ lún là mốc được gắn trực tiếp vào các vị trí đặc trưng của các kết

cấu chịu lực trên nền móng hoặc thân công trình dùng để quan sát độ trồi lún của công trình Mốc gồm các loại như mốc gắn tường cột, nền móng, mốc chôn sâu dùng để đo độ lún các lớp đất

Mốc đo độ lún phải có kết cấu vững chắc, đơn giản và thuận lợi cho việc đo đạc, đặt mia, thước nhưng không làm thay đổi độ cao của công trình Số lượng và phân bố mốc cần được bố trí sao cho phản ánh đầy đủ nhất về độ lún của công trình Khoảng cách giữa các mốc đo độ lún phụ thuộc vào điều kiện địa chất giữa các công trình, cấu tạo của máy đo, giá trị lún ước tính và mục đích của việc đo độ lún,

…

2.2.2 Mốc quan trắc chuyển dịch ngang

Mốc chuẩn là mốc khống chế vị trí điểm, là cơ sở để quan trắc chuyển dịch

ngang công trình Mốc được đặt ở những nơi có địa chất tốt, ổn định và không bị ảnh hưởng bởi sự tác động của công trình Số lượng mốc thường khoảng 2, 3, 4 hoặc nhiều hơn tùy thuộc vào điều kiện và đặc điểm của công trình Mốc có 3 dạng: mốc nổi, mốc chìm và mốc có định tâm bắt buộc

Mốc kiểm tra được đặt ở các vị trí đặc trưng của công trình, để theo dõi sự

chuyển dịch của công trình Mốc có 2 loại thường dùng là mốc đặt trên nền và mốc gắn trên tường Đối với từng đặc điểm công trình, mốc được bố trí khác nhau như:

- Đối với nhà dân dụng, mốc được đặt theo chu vi nhà và khoảng cách giữa các mốc là 20m Những vị trí chịu áp lực ngang lớn khoảng cách giữa các mốc từ 10-15m

- Đối với nhà công nghiệp, việc phân bố mốc phụ thuộc vào từng dạng móng Nếu là móng băng thì khoảng cách giữa các mốc từ 10-15m, móng cọc hoặc móng đơn thì mỗi khối móng bố trí không ít hơn 3 mốc

- Đối với công trình thủy điện, thủy lợi thì việc bố trí mốc dọc theo cơ đập, đỉnh đập Nếu là công trình đập đất đá thì khoảng cách giữa các mốc từ 10-15m, nếu là công trình đập bê tông thì mỗi khối bố trí từ 2 mốc trở lên

2.3 Các phương pháp đánh giá độ ổn định mốc cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình

Độ tin cậy đối với kết quả quan trắc phụ thuộc vào việc đánh giá và phân tích

ổn định mốc cơ sở Có rất nhiều phương pháp đánh giá và phân tích độ ổn định mốc

trong quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình, tuy nhiên tùy vào từng loại lưới (độ cao, tọa độ mặt bằng hoặc tọa độ không gian) mà các phương pháp được áp dụng trong tính toán Tại Việt Nam, hệ thống GNSS đã được đưa vào giảng dạy và

sử dụng trong thực tế, một số quy định hiện hành đã đưa ra cách thành lập lưới và

xử lý số liệu lưới trong quan trắc Nhưng vẫn chưa có quy định cụ thể về phương pháp đánh giá độ ổn định mốc cơ sở trong quan trắc và chuyển dịch công trình khi

sử dụng kỹ thuật GNSS

Một số phương pháp được bàn đến trong [2] đối với lưới độ cao và tọa độ mặt bằng như:

2.3.1 Phương pháp phân tích tương quan

Phương pháp này dựa trên phân tích quan hệ giữa các giá trị chênh cao của cùng một tuyến đo ở các chu kỳ khác nhau để xác định mốc ổn định, để đạt độ tin cậy cần có số liệu quan trắc từ 10 chu kỳ trở lên Tác giả của nhóm phương pháp này là nhà trắc địa người Nga V.A Karpenko

Phương pháp phân tích tương quan đánh giá độ ổn định mốc cơ sở bằng cách phân tích phương sai của các đoạn chênh cao trong lưới thông qua nhiều chu kỳ Theo [7], các bước chính tính toán trong phương pháp như sau:

Giả sử ta có lưới cơ sở độ cao như Hình 2.1 có h1, h2, h3 là các chênh cao giữa các mốc trong lưới

Hình 2.1 Lưới độ cao cơ sở

- Chênh cao trung bình của mỗi đo trong n chu kỳ:

n ' ij

j 1 ij

hh

- Tương quan riêng giữa hai chênh cao:

+ Tương quan riêng giữa '

1

h , ' 2

h với giả thiết '

3

h không đổi:

' ' ' ' ' '

1 2 1 3 2 3 ' ' '

h với giả thiết '

2

h không đổi:

' ' ' ' ' '

1 3 1 2 2 3 ' ' '

h với giả thiết '

1

h không đổi:

' ' ' ' ' '

2 3 1 2 1 3 ' ' '

Tóm lại phương pháp này phân tích độ ổn định mốc cơ sở bằng cách phân tích

hệ số tương quan giữa các chênh cao của các tuyến đo trong lưới và dùng phương sai của các đoạn chênh cao qua các chu kỳ để kiểm tra độ ổn định của lưới Đây là phương pháp chỉ áp dụng cho lưới độ cao

2.3.2 Phương pháp Kostekhel

Tác giả người Rumani A Kostekhel là đại diện nhóm phương pháp này Phương pháp này còn được gọi là phương pháp phân tích dựa trên nguyên tắc độ cao không đổi của mốc ổn định nhất trong lưới Cơ sở lý thuyết của phương pháp như sau:

- Đối với lưới độ cao: Sau khi tiến hành bình sai lưới ở chu kỳ thứ i, lần lượt chọn các cao độ trong lưới ở chu kỳ (i-1) làm mốc gốc để tính độ cao các mốc còn lại, sau đó tiến hành phân tích quan hệ giữa các phương án Phương án được chọn

sẽ là số liệu gốc cho chu kỳ tính kế tiếp và phải thỏa mãn hai điều kiện:

+ Tổng bình phương dịch chuyển của nó bé nhất;

+ Giá trị tuyệt đối chuyển dịch trung bình của mốc bé nhất

- Đối với lưới tọa độ mặt bằng: Tương tự như lưới độ cao, sau khi tiến hành bình sai lưới, lần lượt chọn tọa độ (X, Y) ở chu kỳ (i-1) để tính toán cho tọa độ các điểm còn lại Phương án được chọn sẽ có tọa độ làm tọa độ gốc cho chu kỳ tính kế tiếp với điều kiện phương án phải thỏa hai điều kiện:

+ Tổng bình phương véc tơ độ lệch tọa độ (r2) là bé nhất;

+ Giá trị trung bình của véc tơ độ lệch (rtb) là bé nhất

Đây là phương pháp mà đề tài đang đi sâu tìm hiểu, làm rõ và phát triển Nội dung chi tiết của phương pháp được bàn rõ ở Chương 3 của đề tài

2.3.3 Phương pháp thuật toán bình sai lưới tự do

Đối với việc phân tích độ ổn định hệ thống mốc cơ sở trong quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình bằng phương pháp bình sai lưới tự do hiện nay rất phổ biến, nhất là trong nghiên cứu và ứng dụng thực tế Bản chất của phương pháp bình sai này là phương pháp bình sai tham số kèm điều kiện với điều kiện đối với lưới độ cao là cao độ trung bình của các mốc cơ sở ổn định giữa các chu kỳ không đổi

Yếu tố ảnh hưởng đến kết quả bình sai và phân tích ổn định lưới là việc lựa chọn ma trận định vị C:

BC

0



 



- Đối với các điểm khống chế cơ sở ổn định

- Đối với các điểm không ổn định của lưới cơ sở và các điểm khác khi lưới đồng cấp

Với B là ma trận chuyển đổi trong phép chuyển đổi Helmert và là tham số định vị lưới tự do

Ma trận C nằm trong phương trình điều kiện CTx+L=0 thuộc phương pháp bình sai tham số kèm điều kiện Do khi bình sai lưới tự do, ma trận R bị suy biến, dẫn đến d>0 (d là số khuyết) nên khi bình sai cần có phương trình điều kiện để định

vị lưới, và khử tính phụ thuộc các hàng của ma trận hệ phương trình chuẩn R Trong [19] nhận định:

+ Véc tơ độ cao và tọa độ bình sai phụ thuộc vào sự lựa chọn độ cao, tọa độ gần đúng và ma trận C

+ Véc tơ độ cao và tọa độ bình sai không phụ thuộc vào sự lựa chọn độ cao, tọa độ gần đúng của các điểm có Ci=0

Mốc cơ sở được xem là ổn định khi chênh lệch tọa độ hoặc độ cao của mốc giữa hai chu kỳ nằm trong sai số giới hạn cho phép

- Đối với lưới cơ sở độ cao: Phương pháp đánh giá độ ổn định lưới dựa vào độ cao trung bình không đổi của các mốc trong lưới Nếu ta có lưới cơ sở độ cao với n mốc ở chu kỳ j thì:

+ Chênh lệch cao độ của mốc i trong lưới so với cao độ trung bình của lưới:

' k,j+1 k, j k

Khi mốc k thay đổi thì độ lệch cao độ được tính bằng công thức:

k, j 1 k

n 1n

Qi – trọng số đảo cao độ của mốc

- Đối với lưới cơ sở tọa độ mặt bằng: Phương pháp đánh giá độ ổn định lưới dựa vào tọa độ trọng tâm của các mốc trong lưới là không đổi Tương tự như đối với lưới cơ sở độ cao, tính toán chênh lệch tọa độ X, Y các điểm trong lưới so với điểm có tọa độ trọng tâm lưới (tức điểm có tọa độ bằng tọa độ trung bình các điểm trong lưới)

Độ lệch tọa độ của một mốc nào đó trong lưới giữa hai chu kỳ j và j+1 là:

Năm 1986, dựa vào nguyên lý của bộ lọc Kalman, GS TSKH Markuze Y.I đã

đề xuất phương pháp bình sai truy hồi Ông đã sử dụng phương pháp này để phát triển trong việc đánh giá ổn định công trình trong quan trắc biến dạng công trình

Trong [2] có bàn đến phương pháp này với nội dung như sau: Nguyên lý tính toán của phương pháp này như sau: thay vì chúng ta phải xử lý toàn bộ các trị đo ở hai chu kỳ, thì ở phương pháp này chúng ta chỉ cần cập nhật trị đo ở chu kỳ i vào kết quả xử lý ở chu kỳ (i-1) Như vậy, phương pháp giúp chúng ta phát hiện được các trị đo thô, đo dư thừa nhằm kịp thời loại bỏ các trị đo không cần thiết

Khi trị đo giữa các chu kỳ độc lập với nhau thì công thức tính toán chung để

xử lý trị đo từng chu kỳ như sau:

- Véc tơ số hạng tự do của trị đo thứ i:

- Dạng toàn phương sau khi xử lý trị đo thứ i:

2

li

l[PVV] [PVV]

2 i

li

F(Q ) (Q )

- Bước 3: Kiểm tra xem mốc có bị dịch chuyển ở chu kỳ i hay không, dùng công thức:

i i

l 0

Với t là hệ số có giá trị 23, 0 là sai số trung phương trọng số đơn vị, i

l

Q là thành phần nằm trên đường chéo chính của ma trận trọng số đảo của số hạng tự do ứng với điểm đang xét

Nếu mốc thỏa mãn công thức (2.26) thì mốc ổn định và ngược lại Trường hợp mốc không ổn định thực hiện lại bước 1 và tính lại giá trị tham số gần đúng cho mốc dịch chuyển

2.4 Trình tự xử lý số liệu đo biến dạng công trình

2.4.1 Xử lý số liệu đo chu kỳ 0

Chu kỳ 0 là chu kỳ đo đầu tiên, sau khi lắp đặt mốc và chờ ổn định, tiến hành

đo lưới theo chương trình đã được phê duyệt

- Khi lưới cơ sở và lưới quan trắc khác cấp, xử lý và tính toán bình sai lưới cơ

sở như lưới tự do bậc 'không' Lưới tự do bậc 'không' được định nghĩa cụ thể như sau:

Trong [19] định nghĩa lưới tự do được xác định theo số khuyết d trong ma trận

R (R được tính theo công thức R=ATPA trong bình sai tham số), còn trong [9] định nghĩa lưới tự do là lưới thiếu các số liệu gốc tối thiểu khi xác định các yếu tố độ cao, tọa độ cần xác định Lưới có số liệu gốc tối thiểu là lưới có số lượng gốc vừa

đủ để thực hiện tính toán Số liệu gốc tối thiểu của từng dạng lưới được định nghĩa như sau:

+ Lưới độ cao có số liệu gốc tối thiểu là độ cao (H) của một điểm trong lưới;

+ Lưới tọa độ mặt bằng đo góc cạnh có số liệu gốc tối thiểu là tọa độ một điểm (X, Y) và một phương vị gốc ();

+ Lưới tam giác đo góc có số liệu gốc tối thiểu là tọa độ một điểm (X, Y), một phương vị gốc () và một cạnh gốc (S)

+ Lưới tam giác tọa độ mặt bằng đo toàn cạnh có số liệu gốc tối thiểu là tọa độ một điểm (X, Y) và một phương vị gốc ();

+ Đường chuyền hoặc lưới đường chuyền có số liệu gốc tối thiểu là một điểm gốc và một phương vị gốc

+ Lưới tọa độ không gian, mà số liệu đo là các số gia tọa độ giữa 2 điểm định vị tương đối GNSS, có số liệu gốc tối thiểu là tọa độ (X, Y, Z) của một điểm

Kết quả sau bình sai lưới cơ sở sẽ làm số liệu gốc để xử lý bình sai lưới quan trắc Báo cáo kết quả bình sai chu kỳ 0 gồm số liệu cao độ ( 0

- Nếu lưới cơ sở và lưới quan trắc đồng cấp thì chọn số liệu gốc tối thiểu ở lưới cơ sở, rồi cùng xử lý bình sai chung hai lưới

Tại sao lưới cơ sở khi quan trắc biến dạng dùng lưới tự do bậc "không"? Vì số liệu bình sai (chênh cao, góc, cạnh, số gia tọa độ, …) trong trường hợp này không bị ảnh hưởng của sai số số liệu gốc Nếu hàm trị bình sai, như cao độ, tọa độ bị ảnh hưởng của sai số số liệu gốc, thì ảnh hưởng này là cố định, hệ thống trong tất cả cao

độ, tọa độ và khi tính lún hoặc véc tơ chuyển dịch, như là hiệu cao độ, tọa độ bình sai hai chu kỳ, chúng sẽ được loại trừ

2.4.2 Xử lý số liệu quan trắc chu kỳ 1 và các chu kỳ sau

Ở chu kỳ này, theo thời gian các mốc trong lưới đã có sự thay đổi do sự nhiều tác động bên ngoài vì vậy bắt đầu từ chu kỳ này sẽ có phân tích và đánh giá độ ổn định lưới

- Nếu lưới cơ sở và lưới quan trắc khác cấp thì tiến hành xử lý số liệu như sau: + Bình sai lưới cơ sở như lưới tự do bậc “không”;

+ Phân tích và đánh giá độ ổn định hệ thống mốc cơ sở;

+ Dùng kết quả phân tích lưới cơ sở làm số liệu gốc để xử lý lưới quan trắc cho chu kỳ này

- Nếu lưới cơ sở và lưới quan trắc đồng cấp: Phân tích độ ổn định lưới cơ sở

và bình sai lưới quan trắc tiến hành đồng thời, kết quả cho cao độ hoặc tọa độ sau bình sai các mốc cơ sở và mốc quan trắc kèm đánh giá độ chính xác của chúng

Kết quả xử lý bình sai lưới chu kỳ 1 trong báo cáo ngoài các cao độ, tọa độ bình sai kèm đánh giá độ chính xác của chúng còn phải tính toán phân tích các đặc trưng biến dạng công trình Cụ thể hiệu cao độ bình sai các điểm quan trắc cho ta độ lún, trồi các điểm đó hoặc hiệu tọa độ bình sai các điểm quan trắc cho ta thành phần véc tơ chuyển dịch các điểm quan trắc và phương vị dịch chuyển của chúng

Xử lý kết quả đo lưới ở chu kỳ 2 và các chu kỳ sau giống như chu kỳ 1

Như vậy, có thể thấy rằng từ chu kỳ 1 cần thiết phải có bước phân tích độ ổn định mốc cơ sở để xem cao độ, tọa độ của chúng thay đổi như thế nào trong thời gian từ chu kỳ 0 đến chu kỳ 1 hoặc nói tổng quát từ chu kỳ liền kề trước đó đến chu

kỳ đang xem xét số liệu gốc thay đổi như thế nào? Vì chúng sẽ làm gốc để xử lý bình sai lưới quan trắc, khi đo khác cấp hay đo đồng cấp

Nội dung đề tài tập trung vào trường hợp lưới cơ sở và lưới quan trắc khác cấp với nhau Đồng thời đi sâu vào phương pháp đánh giá độ ổn định lưới cơ sở theo phương pháp số liệu gốc tối thiểu theo từng dạng lưới, chi tiết được bàn trong Chương 3

2.5 Các tham số đặc trưng trong quan trắc biến dạng công trình

2.5.1 Xử lý số liệu và các tham số đặc trưng trong đo lún công trình

Việc xử lý số liệu đo lún công trình bắt đầu từ việc kiểm tra sổ đo ngoại nghiệp Các hạn sai giữa số đọc theo thang chính và thang phụ hoặc giữa hai lần đọc

số Kiểm tra sai số khép trên tuyến đo, sai số khép được quy định theo cấp độ đo như:

- f  0.3 nmm; Sai số đơn vị trọng số là 0.15mm/trạm đối với đo độ lún cấp I

- f  0.5 n mm; Sai số đơn vị trọng số là 0.25mm/trạm đối với đo độ lún cấp II

- f   2 nmm; Sai số đơn vị trọng số là 1mm/trạm đối với đo độ lún cấp III Với n là số trạm máy trong vòng đo khép Nếu sai số khép đạt giá trị nhỏ hơn hoặc bằng giá trị cho phép thì tiến hành bình sai, nếu không phải tiến hành đo lại

Bình sai lưới theo phương pháp bình sai điều kiện, bình sai tham số Sau khi bình sai được bảng kê các mốc lún, độ cao và sai số xác định độ cao của từng mốc

Các tham số đặc trưng xác định trong quan trắc đo lún:

- Sai số trung phương đơn vị trọng số:

 là sai số trung phương đơn vị trọng số;

n là chênh cao đo trong lưới;

Sau khi có ít nhất hai chu kỳ tiến hành xác định độ lún được tính theo mục 9.1.7 trong [1]; ngoài ra ta có xác định một số thông số đặc trưng như:

- Hiệu độ lún lớn nhất giữa hai điểm;

- Độ nghiêng của nền công trình;

- Độ cong, võng tuyệt đối và tương đối dọc theo trục công trình;

- Biểu đồ lún tuyệt đối chu kỳ đó (bắt đầu từ chu kỳ thứ 1)

2.5.2 Xử lý số liệu và các tham số đặc trưng trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình

Theo quy định trong [20], đối với các công trình có kết cấu đơn giản, số điểm kiểm tra ít và phân bố đều trên công trình thì tính các thông số sau:

- Chuyển dịch ngang trung bình của công trình:

i n i

i 1 tb

qq

qi là chuyển dịch của điểm i;

n là số điểm kiểm tra trên công trình

- Chênh lệch chuyển dịch theo một trục:

q (q3 q1)

Với q3 và q1 là trị chuyển dịch của 2 điểm ở đầu 2 trục

- Độ cong tuyệt đối và độ cong tương đối của công trình theo một trục:

1

2 q2 q1 q3f

2

1 2 13

ffl

Trong đó: f1 và f2 là độ cong tuyệt đối và tương đối;

q2 là giá trị chuyển dịch của điểm kiểm tra ở giữa trục;