Đào tầng hầm sát một tòa nhà lân cận, tường cừ chắn đất, hạ mực nước ngầm, một công trình cũ đầy vết nứt: trong mọi trường hợp đó, ai đó phải trả lời cùng một câu hỏi, công trình này có đang dịch chuyển không? Cách trả lời bằng con số là quan trắc: đo cùng các điểm nhiều lần trong suốt quá trình thi công và so sánh mỗi lần đo với lần đầu tiên.
Trong hướng dẫn này, bạn sẽ thấy cách quan trắc bằng máy toàn đạc và tiêu phản xạ dán, khi nào nên dùng máy thủy bình thay cho máy toàn đạc, cách chọn kích thước tiêu và những lưu ý phân biệt một báo cáo đáng tin cậy với một đống số liệu không ai diễn giải được.
Quan trắc lún và chuyển dịch là gì
Lún là chuyển vị theo phương thẳng đứng của công trình, hầu như luôn là sự sụt xuống do móng hoặc nền đất bên dưới gây ra. Chuyển dịch ngang là chuyển động theo phương ngang: tường chắn bị nghiêng, cột bị lệch khỏi phương thẳng đứng, mặt tiền bị lệch khỏi tuyến.
Nguyên tắc luôn giống nhau:
- Chu kỳ đo gốc: trước khi thi công bắt đầu gây ảnh hưởng (trước khi đào, hạ mực nước ngầm hoặc chất tải), bạn đo tọa độ và cao độ của tất cả các điểm. Đây là mốc so sánh cho mọi lần đo sau.
- Các chu kỳ đo định kỳ: bạn đo lặp lại cùng các điểm, bằng cùng phương pháp, với tần suất đã định trong đề cương quan trắc.
- So sánh: hiệu số giữa mỗi chu kỳ và chu kỳ gốc là chuyển dịch của điểm. Nếu vượt ngưỡng cảnh báo do người thiết kế quy định, công trường sẽ được thông báo.
Các tòa nhà sát hố đào, tường chắn, móng trên nền đất yếu và công trình có hư hỏng là những trường hợp phổ biến nhất. Tiêu chuẩn về nền móng và quy chuẩn xây dựng của nhiều nước yêu cầu quan trắc lún trong nhiều trường hợp; đo gì, giới hạn bao nhiêu và tần suất thế nào là do thiết kế quyết định.
Máy toàn đạc hay máy thủy bình: dùng loại nào
Hai thiết bị giải quyết những phần khác nhau của bài toán, và nhiều công trình dùng cả hai.
- Thủy chuẩn hình học chính xác (máy thủy bình điện tử với mia mã vạch hoặc mia invar) là phương pháp chuẩn cho lún theo phương đứng: đạt tới phần nhỏ của milimét. Hạn chế là mia phải được dựng tại từng điểm, thường là một mốc đo lún gắn ở chân cột hoặc chân tường.
- Máy toàn đạc với tiêu phản xạ đo ba tọa độ (Bắc, Đông và cao độ) của những điểm mà mia không với tới: phần trên của mặt tiền, đỉnh tường chắn, một cột ở bên kia đường. Độ chính xác ở mức milimét và phụ thuộc vào thiết bị, khoảng cách và quy trình đo.
Một cách kết hợp phổ biến là đo thủy chuẩn các mốc đo lún ở chân công trình và dùng máy toàn đạc cho chuyển dịch ngang và các điểm trên cao. Để kiểm tra sai số khép thủy chuẩn, công cụ tính thủy chuẩn hình học tính số đọc sau, số đọc trước và sai số khép.
Vì sao nên dùng tiêu phản xạ dán
Bạn có thể đo mà không cần tiêu, ngắm thẳng vào bê tông ở chế độ không gương. Vấn đề là trong quan trắc, bạn phải đo chính xác cùng một điểm ở mọi chu kỳ, có khi kéo dài nhiều tháng và có khi do những người đo khác nhau thực hiện. Tiêu phản xạ giải quyết điều đó:
- Điểm được đánh dấu cụ thể. Dấu chữ thập ở tâm tiêu chính là điểm đo. Không ai phải đoán chu kỳ trước đã ngắm vào đâu.
- Việc ngắm có thể lặp lại. Ngắm vào tâm một dấu chữ thập lặp lại tốt hơn nhiều so với ngắm vào một vết bẩn trên tường.
- Tín hiệu phản hồi tốt hơn. Tấm phản xạ trả về tín hiệu mạnh hơn nhiều so với bê tông, vữa trát hay sơn, nhất là ở khoảng cách xa và góc ngắm bất lợi.
- Rẻ và lắp nhanh. Bạn có thể bố trí hàng chục điểm khắp công trường mà không phải khoan vào kết cấu hay lắp giá đỡ.
Chọn kích thước tiêu nào
Quy tắc thực hành: tiêu phải hiện đủ lớn trong ống kính để bạn ngắm tâm thoải mái, và đủ lớn để bộ đo xa điện tử đo ổn định. Nếu phân vân giữa hai kích thước, hãy chọn cái lớn hơn.
- 2 và 3 cm: khoảng cách ngắn và nơi chật hẹp, như nhà kho, khu vực trong nhà, kết cấu thép và chi tiết nhỏ.
- 4 và 5 cm: dùng chung trên công trường, cho cột, tường và mặt tiền ở khoảng cách trung bình.
- 6 cm: khoảng cách xa hơn, góc tới bất lợi hơn hoặc khi ánh sáng gây khó cho việc ngắm. Đây là kích thước chuẩn (60 × 60 mm) mà các hãng máy toàn đạc dùng để công bố tầm đo trên tấm phản xạ.
Tầm đo thực tế phụ thuộc vào model máy. Hãy tìm trong sách hướng dẫn tầm đo "trên tấm phản xạ" hoặc "reflective sheet", và cài đặt máy cho loại tiêu này với hằng số do hãng chỉ định.
Các bước quan trắc bằng máy toàn đạc
1. Lập kế hoạch các điểm
Chia thành hai nhóm. Điểm quan trắc đặt trên những kết cấu có thể dịch chuyển: cột, dầm, tường và đỉnh tường chắn. Mốc chuẩn đặt xa vùng ảnh hưởng của công trình, trên những kết cấu ổn định, và chính chúng cho biết bản thân máy có đứng đúng vị trí hay không. Dùng ít nhất ba mốc chuẩn, phân bố đều quanh khu vực.
2. Dán tiêu
Làm sạch bề mặt (không bụi, dầu mỡ hay vữa bong), chờ khô rồi dán tiêu, ấn chặt các mép. Quay tiêu về phía sẽ đặt máy: càng vuông góc với tia ngắm thì phép đo càng tốt. Ở góc cạnh và những bề mặt không hướng về phía máy, một giá đỡ nghiêng sẽ giúp ích. Đánh số từng điểm, chụp ảnh và ghi vị trí trên sơ họa.
3. Cố định vị trí trạm máy
Lý tưởng nhất là một trụ quan trắc có định tâm bắt buộc, nơi máy luôn được đặt vào đúng một chỗ. Nếu không có trụ, hãy dùng một điểm được đánh dấu chắc chắn hoặc thực hiện trạm máy tự do (giao hội nghịch) tới các mốc chuẩn ở mỗi chu kỳ. Điều quan trọng là vị trí trạm máy luôn được xác định theo cùng một cách.
4. Đo chu kỳ gốc
Đo tất cả các điểm nhiều vòng đo, ở cả hai vị trí thuận kính và đảo kính, rồi lấy trung bình. Nhập nhiệt độ và áp suất để hiệu chỉnh khí quyển cho khoảng cách. Chu kỳ này quan trọng hơn bất kỳ chu kỳ nào khác: một sai số ở chu kỳ gốc sẽ xuất hiện như chuyển dịch ở mọi chu kỳ sau.
5. Lặp lại các chu kỳ với cùng một quy trình
Cùng thiết bị, cùng vị trí trạm máy, cùng thứ tự điểm và, nếu có thể, cùng thời điểm trong ngày. Bắt đầu và kết thúc mỗi chu kỳ bằng việc đo các mốc chuẩn: nếu chúng "bị xê dịch", vấn đề nằm ở trạm máy chứ không phải ở công trình.
6. Tính chuyển dịch
Với mỗi điểm, so sánh với chu kỳ gốc: ΔN, ΔE và ΔH (cao độ). Chuyển dịch ngang tổng là căn bậc hai của ΔN² + ΔE², và hướng của nó là một góc phương vị; công cụ tính phương vị và khoảng cách làm phép tính này từ hai tọa độ. Đưa mỗi điểm lên biểu đồ chuyển dịch × ngày: xu hướng hiện ra trên biểu đồ dễ hơn nhiều so với trong bảng.
Những lưu ý tạo nên khác biệt cho kết quả
- Nắng và nhiệt: không khí bị nung nóng gần mặt đất và mặt tiền làm lệch tia ngắm. Tránh những tia ngắm sát mặt nhựa đường nóng và đo vào những khung giờ tương tự nhau.
- Góc tới: tiêu nghiêng quá nhiều so với tia ngắm sẽ làm giảm chất lượng đo khoảng cách và ngắm. Hãy đặt lại tiêu thay vì cố đo.
- Tiêu hỏng là điểm mới: nếu tiêu bị bóc ra hoặc thay thế, điểm đó bắt đầu lại với một chu kỳ gốc mới. Không bao giờ so sánh số đo của tiêu mới với chu kỳ gốc của tiêu cũ.
- Bảo vệ các điểm: thông báo cho đội thi công, đánh dấu các tiêu và kiểm tra ở mỗi chu kỳ xem chúng còn nguyên vẹn và dính chắc không.
- Khép đường chuyền khống chế: nếu các mốc chuẩn được lập bằng đường chuyền, hãy kiểm tra sai số khép bằng công cụ tính sai số khép đường chuyền trước khi sử dụng.
Câu hỏi thường gặp
Bao lâu thì nên đo một lần?
Tùy vào giai đoạn thi công và quy định của người thiết kế. Trong khi đào, hạ mực nước ngầm hoặc chất tải, các chu kỳ thường dày hơn (hằng tuần, thậm chí hằng ngày trong tình huống nguy cấp); khi chuyển dịch ổn định, khoảng cách giữa các chu kỳ tăng lên. Đường cong chuyển dịch × thời gian cho biết có thể giãn chu kỳ hay không.
Điểm quan trắc và mốc chuẩn khác nhau thế nào?
Điểm quan trắc nằm trên công trình bạn muốn theo dõi và có thể dịch chuyển. Mốc chuẩn nằm ngoài vùng ảnh hưởng của công trình và phải đứng yên; chính nó bảo đảm máy được đặt giống nhau ở mọi chu kỳ.
Máy toàn đạc có thay thế được thủy chuẩn khi quan trắc lún không?
Với độ lún nhỏ thì không hoàn toàn. Thủy chuẩn hình học chính xác đo cao độ với độ chính xác cao hơn nhiều. Máy toàn đạc được dùng ở những chỗ mia không với tới và khi chuyển dịch ngang cũng quan trọng.
Có thể dùng tiêu dán cho điểm định hướng sau và điểm đo trước không?
Có. Một tiêu dán trên vị trí cố định (tường, cột điện, cột nhà) dùng làm điểm định hướng sau để máy luôn được định hướng theo cùng một cách, rất hữu ích ở công trường trong đô thị và bên trong nhà kho, nơi không thể để lại cọc mốc.
