Phương pháp quan trắc biến dạng trong các công trình kỹ thuật
Jurakulov Doniyor Ochilovich1, Pirnazarov Islom Mardonovich1,
Babayev Nasrullo Ziyadullaevich2
1Trường Đại học Kiến trúc và Xây dựng Samarkand, Cộng hòa Uzbekistan
2Trường Đại học An ninh và Quốc phòng, Cộng hòa Uzbekistan
Email tác giả liên hệ: Pirnazarovislom640@gmail.com
https://doi.org/10.5281/zenodo.19766838
Tóm tắt:
Bài báo khoa học này nghiên cứu mục tiêu và các nguyên lý cơ bản của công tác trắc địa công trình nhằm phát hiện biến dạng, xác định các loại và nguyên nhân gây lún, chuyển vị, đồng thời phân tích quy trình quan trắc biến dạng trong các công trình xây dựng. Nghiên cứu trình bày phương pháp dự báo chuyển động của công trình thông qua việc xác định chính xác biến dạng, chuyển vị và nguy cơ hư hỏng bằng các kỹ thuật trắc địa độ chính xác cao. Bài báo cũng đánh giá các phương pháp trắc địa hiện nay trong quan trắc biến dạng công trình thủy, đưa ra kết luận về phương pháp hiệu quả và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.
Keywords: Biến dạng, Độ nghiêng, Lún, Xoay, Thủy chuẩn.
Ngày nhận bài: 28/02/2026 | Ngày sửa lại: 10/03/2026 | Ngày chấp nhận đăng: 12/03/2026 | Ngày xuất bản: 30/04/2026 |
Methods of monitoring deformations in engineering structures
Jurakulov Doniyor Ochilovich1, Pirnazarov Islom Mardonovich1,
Babayev Nasrullo Ziyadullaevich2
1Samarkand State University of Architecture and Construction, Republic of Uzbekistan
2Military Security and Defence University of the Republic of Uzbekistan Faculty of the Central Military District
Crrecsponding Author Email: Pirnazarovislom640@gmail.com
Abstract:
This scientific article explores the objectives and fundamental principles of engineering geodetic surveys to detect structural deformations, identify the types and causes of subsidence and displacements, and analyze the monitoring processes for deformations in buildings and structures. It presents a methodology for predicting the movement of structures by accurately determining their deformations, displacements, and potential failures using high-precision geodetic techniques. The study assesses the current geodetic methods for monitoring deformations in hydraulic structures, draws conclusions on the most effective approaches, and provides suggestions for future research.
Keywords: Deformation, Tilt, Draft, Rotation, Leveling.
Submission received: 28/02/2026 | Revised: 10/03/2026 | Accepted: 12/03/2026 | Published: 30/04/2026 |
1. Giới thiệu
Biến dạng của các công trình xây dựng có thể xảy ra dưới tác dụng của tải trọng không đổi và tải trọng biến đổi. Các biến dạng này mang tính cục bộ khi xuất hiện các chuyển động, xoay hoặc dịch chuyển của các bộ phận kết cấu hoặc của toàn bộ công trình. Biến dạng có thể được phân thành biến dạng dư, là loại vẫn còn tồn tại sau khi loại bỏ tải trọng, và biến dạng đàn hồi, là loại sẽ mất đi khi tải trọng được dỡ bỏ.
Các công trình xây dựng và kết cấu chịu nhiều dạng biến dạng khác nhau do đặc điểm thiết kế cũng như tác động liên tục của các yếu tố nhân sinh và tự nhiên. Biến dạng được hiểu là sự thay đổi vị trí không gian của công trình. Chuyển động theo phương xuống của công trình hoặc các bộ phận của nó được gọi là lún, trong khi chuyển động theo phương lên được gọi là trồi. Ngoài ra, còn có thể xảy ra các chuyển vị ngang hoặc trượt cắt.
Quá trình lún của công trình thường có xu hướng ổn định theo thời gian, dần giảm và cuối cùng chấm dứt. Việc bố trí không hợp lý có thể dẫn đến hiện tượng nghiêng, xoắn, biến dạng hình học và nứt vỡ kết cấu. Các chuyển động trong mặt phẳng ngang thường do tác động của các áp lực bên ngoài như nước, gió và đất gây ra.
Các công trình cao tầng đặc biệt dễ bị uốn cong và biến dạng do các yếu tố như lượng mưa, sự gia nhiệt không đều của bức xạ mặt trời và tải trọng gió.
Mục tiêu của công tác quan trắc trắc địa là thu thập các số liệu định lượng chính xác mô tả giá trị tuyệt đối của vị trí và biến dạng nhằm đề xuất các biện pháp phòng ngừa hư hỏng có thể xảy ra. Có ba loại quan trắc: quan trắc định kỳ, quan trắc khẩn cấp và quan trắc đặc biệt. Quan trắc định kỳ được thực hiện theo kế hoạch đã định trước. Quan trắc khẩn cấp được tiến hành khi xuất hiện sự sai lệch đáng kể so với trạng thái biến dạng bình thường. Quan trắc đặc biệt nhằm xác định nguyên nhân gây ra biến dạng.
Một yếu tố quan trọng là xác định độ chính xác yêu cầu của các phép đo trắc địa. Độ chính xác này được quy định trong các tài liệu tiêu chuẩn dưới dạng sai số trung phương. Ví dụ, sai số cho phép khi xác định độ lún dao động từ 1 mm đến 5 mm, tùy thuộc vào điều kiện nền đất. Đối với chuyển vị ngang của các bộ phận công trình, độ lệch chuẩn cho phép nằm trong khoảng từ 1 mm đến 15 mm, trong khi phép đo độ nghiêng của công trình phải có độ lệch chuẩn không vượt quá 0,0001 lần chiều cao của tường công trình.
Các mốc lún được bố trí trên móng dọc theo chu vi công trình, vị trí của chúng được đánh dấu trên tường và cố định bằng các dấu sơn bền màu. Phương pháp thủy chuẩn được sử dụng để xác định đặc trưng độ dốc tổng thể của các phần khác nhau của công trình.
Độ lún của các công trình có thể được đánh giá bằng nhiều phương pháp trắc địa chính xác, bao gồm thủy chuẩn hình học, thủy chuẩn lượng giác, thủy chuẩn thủy tĩnh, vi thủy chuẩn, cũng như các kỹ thuật đo ảnh như quang trắc và lập thể ảnh.
Trong số đó, thủy chuẩn hình học độ chính xác cao là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong thực tế. Phương pháp này bao gồm việc đo định kỳ độ cao tuyệt đối của các mốc chuẩn (benchmark) đã được thiết lập để theo dõi biến dạng. Các mốc này được đánh số 1, 2, 3, ..., 20 (xem Hình 1) và được đo lặp lại thường xuyên để phát hiện sự lún hoặc chuyển dịch theo thời gian. Các mốc biến dạng (còn gọi là mốc lún) được lắp đặt trên các cột chịu lực của công trình với khoảng cách từ 6–12 m hoặc 12–24 m, cả ở phía ngoài và bên trong công trình.
.png)
Hình 1. (a) Bố trí các mốc chuẩn (mốc lún), tuyến đo thủy chuẩn và (b) cấu tạo mốc
Các mốc này được bố trí dọc theo ít nhất ba trục ngang và dọc, với tối thiểu bốn mốc được lắp đặt quanh chu vi công trình. Phần đỉnh của mốc biến dạng cần được đặt cách bề mặt tường hoặc cột ít nhất từ 3–4 cm.
Khi lắp đặt các mốc này, cần xem xét đến khả năng tiếp cận và điều kiện bố trí máy thủy chuẩn. Một thiết kế đơn giản và tin cậy là sử dụng giá đỡ kim loại, có thể được chôn vào tường theo một góc nhất định hoặc hàn vào cột kim loại hay bản thép neo trong tường. Thiết kế này đảm bảo sự căn chỉnh chính xác giữa máy thủy chuẩn và mốc đo (xem Hình 1b).
Ở những khoảng cách lớn hơn, ví dụ từ mốc chuẩn Rp3 đến mốc lún 14 và từ mốc Rp2 đến mốc lún 19 (Hình 1), cần thiết lập các mốc chuẩn phụ B1, B2, …, Bn. Quá trình lún được theo dõi định kỳ theo quý, nửa năm hoặc hàng năm cho đến khi đạt trạng thái ổn định, được xác định khi tốc độ lún hàng năm đạt khoảng 1–2 mm.
Thủy chuẩn là một nội dung quan trọng trong quan trắc biến dạng. Các máy thủy chuẩn điện tử (kỹ thuật số) được thiết kế cho mục đích này tích hợp các vạch mã đặc biệt, sử dụng mã RAB và BAR để mã hóa. Các thiết bị này có khả năng đọc mia tự động, loại bỏ nhu cầu đo khoảng cách ngang và thực hiện các phép tính lặp lại giữa các điểm đo. Giá trị đo được hiển thị trực tiếp trên màn hình máy. Một số máy thủy chuẩn số còn cho phép xử lý số liệu và chuyển trạm ngay tại hiện trường.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các máy thủy chuẩn điện tử, cũng như các thiết bị có bộ bù, dễ bị ảnh hưởng bởi rung động và trường điện từ mạnh, đặc biệt khi làm việc gần đường dây điện, dây dẫn hở, máy biến áp, thanh cái và các nguồn tương tự, vì có thể gây hư hỏng hệ thống điện tử. Trong số các máy thủy chuẩn điện
tử hiện đại, dòng máy DiNi là nổi bật (xem Hình 2).
.png)
Hình 2. Máy thủy chuẩn điện tử DiNi 03
Đối với các máy SDL 30/50, sử dụng mia bằng sợi thủy tinh, nhôm hoặc invar có trang bị mã RAB chuyên dụng. Ngược lại, đối với các máy DiNi 0.3/0.7, sử dụng mia invar, mia gấp hoặc mia dạng ống lồng với mã vạch chuyên dụng.
.png)
Trong trường hợp các mốc chuẩn được đặt ở vị trí cao (như minh họa trong Hình 3b), sử dụng thước dây để đo trong khi máy thủy chuẩn được giữ cố định tại một vị trí.
Phương pháp thủy chuẩn hình học độ chính xác cao giải quyết hiệu quả bài toán xác định chính xác vị trí của các công trình xây dựng. Tuy nhiên, trong các không gian hạn chế như tầng hầm, nhà xưởng và các khu vực kín khác, việc áp dụng thủy chuẩn hình học bằng các thiết bị DiNi03 sử dụng mã BAR và RAB có thể bị hạn chế đáng kể.
Xử lý kết quả thủy chuẩn
Dựa trên số liệu quan trắc của từng chu kỳ, tiến hành tính toán độ cao tuyệt đối của các mốc biến dạng. Trên cơ sở đó, xác định độ lún tuyệt đối, tốc độ lún, biến dạng công trình, độ uốn cong của kết cấu, đồng thời xây dựng các biểu đồ biến dạng.
Độ lún tuyệt đối của từng mốc SiS_iSi được xác định theo công thức sau:
Si = Hi – H1, (3)
Trong đó: Hi và H1 lần lượt là độ cao của mốc tại chu kỳ thứ i và chu kỳ đầu tiên.
Tốc độ lún được xác định theo công thức sau:
(4)
|
Trong đó: Smid là độ lún trung bình của công trình trong khoảng thời gian quan trắc T.
Nếu v=1–2 mm/năm thì trạng thái của công trình được xem là ổn định.
Hiện tượng uốn cong (nghiêng) của công trình xảy ra do sự phân bố không đều của nền móng, kết quả là công trình bị nghiêng về một phía:
(5)
|
Trong đó: Δ sự khác biệt về độ lún của các điểm cực trị dọc theo trục của kết cấu, l - khoảng cách giữa các điểm cực trị.
Vặn xoắn xảy ra do độ lún móng không đều, khiến các tòa nhà bị uốn cong xuống dưới hoặc lồi lên trên:
(6)
|
Trong đó S1 và S3là các mốc biên của đoạn thẳng đang xét; S2 là giá trị trung bình của vị trí tại khu vực đó; l là khoảng cách giữa các mốc biên. Dựa trên kết quả quan trắc của từng chu kỳ, các biểu đồ lún được xây dựng (Hình 4).
.png)
Hình 4. Biểu đồ lún theo thời gian trong chu kỳ M5.
Từ các biểu đồ này, có thể xác định, ví dụ, thời gian dự kiến để công trình đạt trạng thái ổn định.
2. Phương pháp thủy chuẩn
Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định chính xác vị trí, biến dạng và chuyển vị của các công trình trong khu phức hợp trường Madrasah Tilla-Kori.
Nhiều phương pháp đo đạc trắc địa đã được áp dụng nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn. Cụ thể, một tuyến thủy chuẩn hạng II dài 5 km đã được sử dụng để xác định độ lún của công trình. Công tác đo đạc được thực hiện bằng máy thủy chuẩn điện tử độ chính xác cao Trimble DiNi03.
Máy thủy chuẩn điện tử Trimble DiNi03 đảm bảo độ chính xác rất cao, với sai số trung phương (RMS) chỉ khoảng 0,3 mm trên mỗi 1 km đo thủy chuẩn. Để phục vụ công tác đo, một mia mã số điện tử dài 3 m đã được sử dụng.
Việc kiểm định và căn chỉnh máy thủy chuẩn cũng như các mốc ngắm được thực hiện nghiêm ngặt theo quy định trong “Hướng dẫn thủy chuẩn hạng I, II, III và IV”, đảm bảo tính thống nhất về phương pháp và độ chính xác trong suốt quá trình nghiên cứu.
Công tác thủy chuẩn hạng II được thực hiện theo đúng quy trình kỹ thuật và tuân thủ các sai số cho phép được quy định trong “Hướng dẫn thủy chuẩn hạng I, II, III và IV”.
Quy trình đo thủy chuẩn được thực hiện theo cả hai chiều đi và về, sử dụng phương pháp “ghép tuyến” (merge). Độ chính xác của kết quả đo được đánh giá thông qua việc so sánh chênh cao tương đối thu được từ hai lần đo đi và về.
Sai số cho phép giữa kết quả đo đi và đo về là: n rux = +/- 5 mm.
Công tác thủy chuẩn hạng II được thực hiện theo dạng tuyến khép kín. Bảng 2 trình bày các giới hạn sai số chênh cao tương đối của tuyến khép kín qua các chu kỳ quan trắc khác nhau.
Bảng 2. Phân tích chuyển vị thẳng đứng của nền móng dựa trên kết quả đo thủy chuẩn
Tên các đỉnh của đa giác khép kín | Chiều dài, km | Chênh cao đo được, mm | |
| Chu kỳ 1 | Chu kỳ 2 | ||
Mark 4481 Mark 5144 | 5 | 1.0 | 2.4 |
3. Kết quả quan trắc độ lún
Hai chu kỳ đo thủy chuẩn hạng I và hạng II đã được thực hiện và hoàn thành thành công. Thông qua việc phân tích cẩn thận các kết quả đo độ cao lặp lại, có thể xác định một cách tin cậy chuyển vị thẳng đứng của các công trình trong khoảng thời gian khảo sát.
Các chuyển dịch thẳng đứng đáng kể của nền móng công trình được thể hiện rõ tại các mốc gắn trên tường, cụ thể là các mốc 8024, 7725 và 7614 được lắp đặt tại công trình (Hình 5).
Mặc dù tháp phía tây nam của Tilla-Kori vẫn đang có xu hướng nghiêng, nhưng sự thay đổi về độ cao của các mốc trên tường là không đáng kể.
.png)
Hình 5. Bố trí các mốc thủy chuẩn trong các công trình của Madrasah Tilla-Kori
Bảng 3. So sánh cao độ các mốc thủy chuẩn
TT | Wall sign numbers | With 2 cycles N | 1 cycle N | Difference n |
1. | 1219 | 715.282 | 715.278 | 0,004 |
2. | 7984 | 714.238 | 714.235 | 0,003 |
3. | 7611 | 714.212 | 714.210 | 0,002 |
4. | 7725 | 714.176 | 714.174 | 0,002 |
5. | 7619 | 714.142 | 714.140 | 0,002 |
6. | 1vr | 714 047 | 714 045 | 0,002 |
7. | 7863 | 714 068 | 714 077 | -0,009 |
8. | 1326 | 713.593 | 713.602 | -0,009 |
9. | 7581 | 714 034 | 714 042 | -0,008 |
10. | 7598 | 714.065 | 714 074 | -0,009 |
11. | 7616 | 714 012 | 714 020 | -0,008 |
12. | 7820 | 714 085 | 714 094 | -0,009 |
13. | 7760 | 714.111 | 714.120 | -0,009 |
14. | 7822 | 714.103 | 714.112 | -0,009 |
15. | 8016 | 714.116 | 714.124 | -0,008 |
16. | 7714 | 714.147 | 714.155 | -0,008 |
17. | 7907 | 714 086 | 714 093 | -0,007 |
18. | 7891 | 714.240 | 714.249 | -0,009 |
19. | 7744 | 714.318 | 714.321 | -0,003 |
20. | 8028 | 714.334 | 714.337 | -0,003 |
21. | 7827 | 714.384 | 714.386 | -0,002 |
22. | 7745 | 714.429 | 714.431 | -0,002 |
23. | 7429 | 714.452 | 714.454 | -0,002 |
24. | 7831 | 714.504 | 714.506 | -0,002 |
25. | 7602 | 714.552 | 714 550 | 0,002 |
26. | 8048 | 714.604 | 714.602 | 0,002 |
27. | 7803 | 714.651 | 714.649 | 0,002 |
28. | 8061 | 714.728 | 714.726 | 0,002 |
29. | 7614 | 714.79 | 714.788 | 0,002 |
30. | 7836 | 714.818 | 714.816 | 0,002 |
31. | 7414 | 714.867 | 714.866 | 0,001 |
32. | 7868 | 714.943 | 714.942 | 0,001 |
33. | 8047 | 714 986 | 714.985 | 0,001 |
34. | 8031 | 715.095 | 715 094 | 0,001 |
35. | 8064 | 715.137 | 715.135 | 0,002 |
36. | 3vr | 715.178 | 715.178 | 0 |
37. | 7588 | 715.452 | 715.452 | 0 |
Hình 6. Mặt cắt đứng của các bức tường phía Bắc và phía Tây của Madrasah Tilla-Kori
4. Kết luận
Việc theo dõi biến dạng (lún, nghiêng, vặn xoắn) là công tác quan trọng để đảm bảo cho công trình an toàn trong quá trình xây dựng, hoàn thiện và đưa vào sử dụng. Kết quả nghiên cứu cho thấy quy trình kỹ thuật quan trắc biến dạng công trình trường Madrasah Tilla-Kori đã được thực hiện đảm bảo theo tiêu chuẩn kỹ thuật của Nhà nước. Phương pháp đo thủy chuẩn hạng II bằng máy thủy chuẩn điện tử DiNi03 và mia mã vạch cho phép xác định một cách tin cậy chuyển vị thẳng đứng của các công trình.
References
[1] Bolshakov V.D., Levchuk G.P., Novak V.Ye. va boshqalar. Muhandislik va geodeziya ishlari uchun ma’lumotnoma. - M.: Nedra, -1980. – 781 b.
[2] Marfenko S.V. Konstruksiyalarning deformasiyalarini kuzatish bo‘yicha geodeziya ishlari: Darslik. –M.: MGUGiK nashriyoti . –2004, –35 b.
[3] Piskunov M.Ye. Inshootlarning deformasiyalarini geodezik kuzatish metodikasi. – M.: Nedra, –1980, –248 b.
[4] Pirnazarov I.M. Seysmik faol xududlarda tektonik xarakatlarni o‘rganishda geodeziyani o‘rni. Open Academia: Journal of Scholarly Research. Volume 01, Issue 01, April 2023, IFSIJ 7.865 http:// acaddemiaone.org/ index.php/4;
[5] Pirnazarov I.M. Gidrotexnik inshootlarining monitoringini geodezik usullarining taxlili. Open Herald: Periodical of Methodical Research. Volume1, Issue 1, ISSN (E): XXXX-XXXX Website: https:// academiaone.org/index. php/6 April, 2023.
[6] Marfenko S.V. Konstruksiyalarning deformasiyalarini kuzatish bo‘yicha geodeziya ishlari: Darslik. –M.: MGUGiK nashriyoti. –2004, –35 b.
[7] Panjin A.A. Rezultatы nablyudeniy za deformatsiyami porodnыx massivov metodami sputnikovoy geodezii //Sbornik trudov mejdunarodnoy konferensii
[8] Safarov T.U., Samankulov Sh. Geodeziseskie metodы izuchenie i opredelenie opolznevыx yavleniy/ “ARXITEKTURA-QURILISH SOHALARIDA KADRLAR TAYYORLASH TIZIMINI TAKOMILLASHTIRISHNING DOLZARB MUAMMOLARI” 2023g
[9] Safarov T.U.,Samanqulov SH.,Berdiqulov U. It is Currently Modern in the Field of Geodesy Application of Levels. Evropen Journal of Innovation in Nonformal Education (EJINE) 2022
[10] “International Journal of Advanced Research in Science, Engineerng and Technology”. Of IJARSET, Volume 6, Issue 8, August-2019, ISSN (Online):2350-0328. Definition of the deformation and roll of a tower of a solar steam generator. INDIA.
[11] Usmanovich, S. T., Rashitovich, S. S., &Adkhamovich, B. U. (2022). It is Currently Modern in the, Field of Geodesy Application of Levels. EUROPEAN JOURNAL OF INNOVATION IN NONFORMAL EDUCATION, 2(4), 193-197.
