Khảo sát khả năng ứng dụng của phương pháp Pelzer để đánh giá độ ổn định của các điểm khống chế cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình

122T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG KHOA H“C & C«NG NGHª Khảo sát khả năng ứng dụng của phương pháp Pelzer để đánh giá độ ổn định của các điểm khống chế cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình Investigating the application of pelzer method to analyse the stability of control points in deformation monitoring of constructions Lê Thị Nhung, Vũ Ngọc Quang Tóm tắt Trong quan trắc biến dạng, vị trí các điểm lưới quan trắc có thể biến đổi theo thời gian, vì vậy phải tìm cách xác định tình trạng biến đổi của các điểm lưới thông qua các chu kỳ quan trắc. Trong phân tích biến dạng, để đánh giá đúng sự chuyển dịch biến dạng công trình thông qua các điểm quan trắc ta cần dựa vào các điểm ổn định thuộc khống chế cơ sở. Do đó, xác định điểm nào trong lưới là điểm ổn định hoặc điểm tương đối ổn định, điểm nào là điểm không ổn định là việc làm cần thiết. Phương pháp chênh lệch trung bình của Pelzer do nhà trắc địa người Đức đề xuất là một trong những phương pháp đánh giá được sự ổn định của các mốc khống chế cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình thông qua bài toán kiểm định thống kê. Từ khóa: Phương pháp Pelzer, Quan trắc biến dạng, Đánh giá độ ổn định. Abstract In deformation monitoring, the position of the control points may change over time, so it is necessary to determine the movement of those points during monitoring periods. In deformation analysis we have to rely on stable points of control networks for accurately evaluation of construction deformation. Therefore, it is necessary to find out which points are stable points, relatively stable point and unstable points. The mean difference method was proposed by the German geodetic surveyor, namely Pelzer. It is one of the effective methods, which based on statistical test theory to analyze the stability of control points in the deformation monitoring. Keywords: Pelzer, Deformation monitoring, Analyzing the stability of control points. ThS. Lê Thị Nhung Khoa Trắc địa – Bản đồ Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Email: lenhung.hunre@gmail.com ThS. Vũ Ngọc Quang Trường ĐH Công nghệ giao thông Vận tải Email: quangvugeo@gmail.com 1. Cơ sở lý thuyết [1] Trên thế giới, từ những năm 70 của thế kỷ 20, người ta đã liên tục đề xuất nhiều phương pháp phân tích độ ổn định của các điểm cơ sở như: phương pháp phân tích tương quan (Karpenko), phương pháp phân tích dựa trên nguyên tắc độ cao không đổi của mốc ổn định nhất trong lưới (Kostekhel), phương pháp dựa trên nguyên tắc độ cao trung bình không đổi của các mốc trong lưới... trong đó phương pháp chênh lệch trung bình do nhà trắc địa người Đức Pelzer là một phương pháp tương đối điển hình. Phương pháp chênh lệch trung bình được tiến hành qua hai bước chính: kiểm định chỉnh thể và tìm điểm không ổn định (phương pháp thử). Phép kiểm định chỉnh thể là tiến hành kiểm định tính nhất trí đồ hình giữa hai chu kỳ. Nếu kiểm định chỉnh thể được thông qua, thì kết luận tất cả các điểm cơ sở đều ổn định. Ngược lại, nếu việc kiểm định chỉnh thể thấy chưa đạt thì cần phải tìm điểm không ổn định. Phép tìm điểm không ổn định là phép thử để loại trừ điểm không ổn định ra khỏi hệ thống lưới khống chế cơ sở. Quá trình tìm và loại bỏ điểm không ổn định được tính lặp đến khi nào loại bỏ hết các điểm bị cho là không ổn định ra khỏi hệ thống lưới khống chế cơ sở. Quy trình tính toán có thể được thể hiện như trong sơ đồ khối (hình 1): 1.1. Kiểm định chỉnh thể Dùng phép kiểm định F, lập lượng thống kê: 2 2F θ µ = (1) Với: θ là trị ước lượng phương sai của độ lệch, µ là trị ước lượng chung của phương sai trọng số đơn vị. Tại giả thiết gốc Ho lượng thống kê F tuân theo phân phối F với bậc tự do là f,f X∆ do đó có thể dùng biểu thức sau đây: 1( ( , ) )X oP F F f f Hα α− ∆> = (2) để kiểm định vị trí điểm có biến động hay không. Mức α thường lấy 0,05 hoặc 0,01; từ α và ,Xf f∆ có thể tra bảng để được phân vị 1 ( , )− ∆XF f fα . 1.2. Tìm điểm không ổn định Chia các điểm lưới thành hai nhóm: F và M. Nhóm M là nhóm điểm không ổn định, trong nhóm F có thể có điểm không ổn định. Tiến hành kiểm định tính nhất trí đồ hình đối với nhóm F để tìm điểm không ổn định trong nhóm F nếu có. Sắp xếp và chia khối , XX P∆∆ theo nhóm F, M như sau: ( )T T TF MX X X∆ = ∆ ∆ (3) . ...... FF FM X MF MM P P P P P ∆    =          (4) Trong đó: ΔX là véc tơ nghiệm, PΔX là ma trận trọng số. Tạo thành lượng thống kê kiểm định tính ổn định của nhóm điểm F: 2 1 2 FF θ µ = (5) Nếu 1 2 1 2( , )FF F f f f< + thì các điểm của nhóm F đều ổn định. Ngược lại, 123 S¬ 28 - 2017 1 2 1 2( , )FF F f f f> + , thì trong nhóm F có điểm không ổn định. Thực hiện việc tính lặp để nhặt lần lượt tất cả các điểm không ổn định từ nhóm F sang nhóm M đến khi kiểm định tính nhất trí đồ hình đối với nhóm F đạt yêu cầu thì dừng lại. Quá trình tính toán được thể hiện trong sơ đồ khối như hình 2. 2. Tính toán thực nghiệm Số liệu đo như sau: Chu kỳ I TT hi (m) Số trạm máy 1 0.4172 1 2 -0.3511 3 3 -0.0666 2 Chu kỳ II TT hi (m) Số trạm máy 1 0.4162 1 2 -0.3502 3 3 -0.0664 2 Chu kỳ III TT hi (m) Số trạm máy 1 0.4152 1 2 -0.3495 3 3 -0.0665 2 Số liệu quan trắc lún tại công trình Trung tâm thương mại dịch vụ trụ sở Tổng công ty thương mại Hà Nội và văn phòng cho thuê, có địa chỉ tại 11B - Cát Linh - Đống Đa - Hà Nội. Kết cấu nhà bê tông cốt thép, móng cọc khoan nhồi. Lưới gồm 3 điểm khống chế, tạo thành 1 vòng khép kín (hình 3). 2.1. Kết quả đánh giá độ ổn định theo phương pháp Pelzer Chương trình xử lý số liệu đánh giá độ ổn định của các mốc khống chế cơ sở được viết bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic. Người sử dụng có thể nhập số liệu trực tiếp trên chương trình tính sau đó lưu file lại hoặc mở một file có sẵn như sau: File → Open → Tìm đường dẫn → Chọn file → Ấn “OK”. Sau khi nhập các dữ liệu đầu vào ấn nút “Danh gia” hoặc tổ hợp phím (Alt+D) để chạy chương trình. Chương trình tính xong hiện lên thông báo “Đánh giá xong” thì ấn nút “OK”, kết quả xử lý số liệu sẽ thể hiện trên giao diện chương trình tính như hình 4. * Đánh giá độ ổn định chu kỳ II như hình 5. → Kết luận: Chu kỳ II tất cả các điểm đều ổn định. * Đánh giá độ ổn định chu kỳ III như hình 6. → Kết luận: Chu kỳ III, mốc khống chế cơ sở 1 là không ổn định. 2.2. Khảo sát kết quả đánh giá độ ổn định so với phương pháp khác * Theo phương pháp Trernhicov: Sai số giới hạn ∆hgh = ±2.μ 2n = ±1.5 (mm). Tại chu kỳ III có ∆H > ∆hgh. → Kết luận: Chu kỳ II tất cả các điểm đều ổn định. Chu kỳ III, mốc khống chế cơ sở 1 là không ổn định. Hình 1. Sơ đồ khối thể hiện thuật toán phương pháp Pelzer Hình 2. Sơ đồ khối thể hiện thuật toán bước tìm điểm không ổn định Hình 3. Sơ đồ lưới khống chế cơ sở 124T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG KHOA H“C & C«NG NGHª Hình 4. Kết quả đánh giá độ ổn định mốc khống chế cơ sở Hình 5. Tệp kết quả đánh giá độ ổn định chu kỳ II Hình 6. Tệp kết quả đánh giá độ ổn định chu kỳ III Bảng 1. Kết quả đánh giá độ ổn định chu kỳ II và III theo Trernhicov Bảng 2. Kết quả đánh giá độ ổn định chu kỳ II và III theo Kostekhel Bảng 3. Kết quả đánh giá độ ổn định mốc khống chế cơ sở chu kỳ II Bảng 4. Kết quả đánh giá độ ổn định mốc khống chế cơ sở chu kỳ III * Theo phương pháp Kostekhel: Bảng 2: Kết quả đánh giá độ ổn định chu kỳ II và III theo Kostekhel Mốc khống chế cơ sở 1 ở chu kỳ III có │∆H│ > ∆S. → Kết luận: Chu kỳ II tất cả các điểm đều ổn định. Chu kỳ III, mốc khống chế cơ sở 1 là không ổn định. * Phương pháp dựa trên thuật toán bình sai lưới tự do (sử dụng phần mềm DPSurvey): 125 S¬ 28 - 2017 Tài liệu tham khảo 1. Hoàng Thanh Hưởng, Doãn Huy, Tưởng Chinh (2001), Xử lý số liệu quan trắc biến dạng, (Bản dịch từ tiếng Trung Quốc của PGS. TS. Phan Văn Hiến – Trường Đại Học Mỏ địa chất - 2010). 2. PSG. TS. Trương Quang Hiếu và Tống Thị Hạnh, Bài báo Phân tích dựa trên nguyên tắc độ cao trung bình không đổi của các mốc trong lưới (Trernhicov). 3. Đào Xuân Lộc, Bài báo khảo sát về phương pháp (Trernhicov), Tạp chí Khoa học công nghệ tập 6- tháng 12/2003. 4. Đào Xuân Lộc, Chu Mạnh Hùng, (2009), Phân tích dựa trên thuật toán bình sai tự do, Tạp chí phát triển khoa học công nghệ tập 12 – số 18. 5. PGS. TS Trần Khánh, TS Nguyễn Quang Phúc (2010), Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình, NXB Giao thông vận tải. 6. TCVN 9364:2012, Nhà cao tầng – Kỹ thuật đo đạc phục vụ công tác thi công. 7. Charles D. Ghilani, Paul R. Wolf, Adjustment Computations: Spatial Data Analysis (2006), Fourth Edition, John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 978-0-471-69728-2. Bảng 3: Kết quả đánh giá độ ổn định mốc khống chế cơ sở chu kỳ II Bảng 4: Kết quả đánh giá độ ổn định mốc khống chế cơ sở chu kỳ III Qua khảo sát việc đánh giá độ ổn định của các mốc khống chế cơ sở trong quan trắc biến dạng công trình theo 4 phương pháp nêu trên đã đưa ra cùng một kết quả: ở chu kỳ II tất cả các điểm đều ổn định, ở chu kỳ III có điểm 1 không ổn định. 3. Kết luận Phương pháp chênh lệch trung bình (Pelzer) có cơ sở lý luận chặt chẽ, đó là ứng dụng lý thuyết kiểm nghiệm thống kê để phân tích độ ổn định điểm lưới cơ sở trong quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình nên có thể ứng dụng được ngoài thực tế sản xuất. Mặt khác phương pháp này còn khắc phục được một số nhược điểm cơ bản của các phương pháp vừa so sánh ở trên, ví dụ như: Tất cả các mốc khống chế cơ sở đều so sánh với tiêu chuẩn nhất định, sử dụng một mô hình bình sai để đánh giá nên sẽ không tồn tại sai số do mô hình bình sai khác nhau. Qua khảo sát với 3 phương pháp khác là Kostekhel, Trernhicov và ứng dụng thuật toán bình sai tự do bằng phần mềm DPSurvey đều cho kết quả tương đương nhau, vì vậy có thể khẳng định độ tin cậy cao của phương pháp này./. Mô hình móng bè cọc kích thước lớn... (tiếp theo trang 100) 4. Kết luận Bài báo đã trình bày việc áp dụng phần mềm Plaxis 3D trong phân tích kết cấu móng bè cọc kích thước lớn chịu tải trọng rộng cho kho chứa than thuộc Nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 2. Việc áp dụng phương pháp PTHH cần kết hợp với việc điều chỉnh thông số tính toán từ các thí nghiệm hiện trường để mô phỏng sự làm việc tương tác giữa nền đất và cọc. Kết quả phân tích cũng cho thấy, với móng bè cọc kích thước lớn, việc thay đổi chiều dài cọc khác nhau theo sự phân bố của tải trọng sẽ phát huy tối đa khả năng chịu lực của hệ kết cấu móng cọc. Giá trị hệ số phân bố tải trọng cho kho chứa than là αr = 0.66 điều này có nghĩa là nền đất đã tiếp nhận 34% tổng tải trọng từ công trình. Thực tế, độ lún và hệ số phân bố tải trọng trong hệ móng bè cọc được kiểm soát bằng cách thay đổi số lượng, chiều dài và mặt bằng bố trí của cọc. Phần mềm Plaxis 3D với các điều kiện biên và các thông số nâng cao nên được áp dụng trong việc phân tích kết cấu móng bè kích thước lớn và chịu tác dụng của tải trọng phân bố rộng./. Tài liệu tham khảo 1. Y.C. Tan and C.M. Chow, Design of Pile Raft Foundation On Soft Ground, GSMIEM Forum: The Roles of Engineering Geology & Geotechnical Engineering In Construction Works, Kuala Lumpur, 2004. 2. L. De Sanctis, A. Mandolini, G. Russo and C. Viggiani, Some Remarks on The Optimum Design of Piled Rafts, ASCE Geotechnical Spec. Publication 116, Orlando, 2002. 3. H.G. Poulos and E.H. Davis, Pile Foundation Analysis and Design, Wiley Series in Geotechnical Engineering, New York, 1980. 4. M.F. Randolph, Design Methods for Pile Groups and Piled Raft, Proc. of the 13th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, New Delhi, 61-82, 1994. 5. Phung. Duc Long and Zulhkiple A. Bakar, Settlement Analysis for Piled Raft Foundations - A Case Study, Geotechnics for Sustainable Development - Geotec Hanoi 2013, Ha Noi, Viet Nam, 2013. 6. William Cheang, Noppadol Phien-weij and Kamol Almornfa, Optimisation of a Piled-Raft Foundation System via 3D FEM, Geotechnics for Sustainable Development - Geotec Hanoi 2013, Ha Noi, Viet Nam, 2013. 7. Watcharasawe, P. Jongpradist and P.Kittiyodom, Numerical Analysed of Piled Raft Foundation in Soft Soil using 3D-FEM, 20th International Conference on Advances in Civil Engineering for Sustainable Development, Suranaree University of Technology, Nakhon Ratchasima, Thailand, 2014. 8. FECON Corp., Final Report On Assessing Soil Improvement Results Of Coal Storage Yard Area, Ha Noi, Viet Nam, 2012. 9. O. Reul and M.F. Randolph, Design Strategies for Piled Rafts Subjected to Nonuniform Vertical Loading, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 120, Issue 1, 1-13, 2004. 10. R. Katzenbach, U. Arslan and C. Moormann, Piled Raft Foundation in Germany, Design applications of raft foundations, London, 2000. 11. R. Katzenbach, G. Bachmann, G. Boled-mekasha,H. Ramm, Combined Pile Raft Foundations (Cprf): An Appropriate Solution for The Foundations of High-Rise Buildings, Slovak Journal of Civil Engineering, Slovakia, 19-29, 2005.