Chương 3 — Tổng quan thiết bị đo biến dạng

3.1 Giới thiệu

Biến dạng là thông số bộc lộ trực tiếp nhất liệu nền đất hay công trình có ứng xử đúng như dự đoán hay không. Thiết bị đo biến dạng trải rộng từ các loại đo vết nứt mặt ngoài đơn giản đến thiết bị đo nghiêng trong hố khoan sâu. Chúng được phân nhóm theo phạm vi (mặt ngoài hay dưới bề mặt; rời rạc hay dạng profile) để khớp thiết bị với hình học của chuyển vị dự kiến.

3.2 Phương pháp trắc đạc

Trắc đạc quang học và GPS đo chuyển vị của các điểm trên mặt đất — lún, trương nở và dịch chuyển ngang — so với các mốc chuẩn ổn định. Chúng cho cái nhìn tổng quan chi phí thấp và thường là tuyến quan trắc biến dạng đầu tiên, nhưng không thấy được chuyển vị ở độ sâu.

3.3 Đo vết nứt

Đo vết nứt theo dõi độ mở hoặc khép của một vết nứt hay khe nối:

• Loại cơ học: chốt–thước dây, chốt với thước thép hoặc compa, chốt với dây căng và đối trọng, thước đo vết nứt dạng lưới, thiết bị đo biến dạng cơ học (Demec) và đồng hồ so.
• Loại điện: cảm biến chuyển đổi dịch chuyển vết nứt thành tín hiệu điện để ghi log.

3.4 Đo hội tụ

Đo hội tụ đo sự thay đổi khoảng cách giữa hai điểm trên một kết cấu — ví dụ sự thu hẹp của hầm hoặc sự khép lại của một hố đào.

3.5 Cảm biến nghiêng (tiltmeter)

Cảm biến đo độ nghiêng đo góc xoay của một bề mặt hay kết cấu từ sự thay đổi hướng của cảm biến. Hai loại đầu đo phổ biến:

• Cảm biến đo độ nghiêng dùng gia tốc kế — bền chắc, dùng cho nghiêng kết cấu và nền.
• Cảm biến đo độ nghiêng dùng mức điện phân — độ phân giải rất cao cho các góc xoay nhỏ.

3.6 Thiết bị đo biến dạng sâu dạng đầu dò

Thiết bị đo biến dạng sâu dạng đầu dò đo chuyển vị tại các độ sâu rời rạc dọc hố khoan bằng cách hạ đầu dò tới các mốc từ tính hoặc cảm ứng:

• Đầu đo cuộn cảm ứng — đầu dò phát hiện vị trí các mốc kim loại.
• Đầu đo nam châm / công tắc lưỡi gà — đầu dò phát hiện các vòng nam châm được gắn vữa ở các độ sâu chọn trước.

Hình. Nguyên lý thiết bị đo biến dạng sâu dạng đầu dò và cố định: các mốc/điểm neo ở độ sâu ghi nhận chuyển vị so với mốc chuẩn ổn định (theo FHWA-HI-98-034, Ch. 3).

3.7 Bàn lún và điểm lún dưới bề mặt

• Bàn lún — các bản mặt (thường có ống dẫn) ghi lún của nền đắp trong quá trình thi công.
• Điểm lún dưới bề mặt — các neo đặt ở độ sâu, hoặc neo đóng/gắn vữa hoặc neo Borros, để ghi lún của một tầng bị chôn.

3.8 Thiết bị đo biến dạng sâu hố khoan cố định và thiết bị đo biến dạng sâu chuỗi

• Thiết bị đo biến dạng sâu hố khoan cố định — các neo lắp cố định với thanh hoặc dây dẫn tới đầu chuẩn, cho số đo liên tục khoảng cách giữa các độ sâu cố định.
• Thiết bị đo biến dạng sâu chuỗi — một chồng neo trong một hố khoan, phân giải biến dạng thành gia số giữa các neo kề nhau, hữu ích để định vị vùng chuyển vị.

3.9 Thiết bị đo nghiêng

Thiết bị đo nghiêng là thiết bị chủ lực đo biến dạng ngang theo độ sâu — trong mái dốc, nền đắp, hố đào và quanh móng. Một đầu dò với hai gia tốc kế servo trực giao di chuyển dọc ống đo nghiêng, và độ nghiêng tích lũy cho ra profile độ võng.

Các biến thể:

• Thiết bị đo nghiêng ngang — đo profile lún dọc ống vách nằm ngang.
• Thiết bị đo nghiêng tại chỗ (cố định) — một chuỗi cảm biến để lại trong ống vách để quan trắc liên tục, tự động.
• Chỉ báo mặt trượt — phát hiện độ sâu mà ống vách bị cắt.

Hình. Nguyên lý thiết bị đo nghiêng: đầu dò di chuyển dọc ống đo nghiêng, độ nghiêng tích lũy cho ra profile độ võng theo độ sâu (theo FHWA-HI-98-034, Ch. 3).

3.10 Đo mực nước dạng ống (liquid-level gage)

Đo mực nước dạng ống dùng một ống chứa chất lỏng nối với một hộp đo để đo lún hoặc trương nở qua sự thay đổi áp lực hoặc mực chất lỏng:

• Loại một điểm — hai đầu cùng cao độ, bộ đọc cao hơn hộp đo, hoặc hộp đo và ống đặt trong hố khoan.
• Loại profile đầy đủ — một chuỗi hộp đo cho profile lún hoàn chỉnh.

3.11 Thanh truyền chuyển vị và đo hội tụ hào vữa

• Thanh truyền chuyển vị — thanh hoặc dây đơn giản neo ở độ sâu, đo chuyển vị của một điểm cụ thể so với mặt đất; nhiều thanh truyền chuyển vị phân giải chuyển vị giữa nhiều điểm.
• Đo hội tụ cho hào vữa — thiết bị thủy lực đo độ hội tụ của hào trong thi công.

3.12 Phản xạ miền thời gian kim loại (TDR)

TDR kim loại phát một xung dọc cáp đồng trục và phát hiện phản xạ từ chỗ gấp hay đứt do chuyển vị nền gây ra. Đây là cách chi phí thấp để phát hiện và định vị biến dạng cắt trong đất và đá.

3.13 Quan trắc phát xạ âm

Quan trắc phát xạ âm (AE) phát hiện âm tần số cao sinh ra khi hạt đất hoặc đá trượt và vỡ. Đếm số sự kiện phát xạ hoặc tốc độ đếm giúp cảnh báo sớm mất ổn định đang phát triển.

3.14 Các điểm then chốt cần ghi nhớ

• Thiết bị đo biến dạng trải từ trắc đạc mặt ngoài đến đo profile sâu trong hố khoan.
• Thiết bị đo nghiêng là chuẩn mực cho chuyển vị ngang theo độ sâu; thiết bị đo biến dạng sâu cho chuyển vị thẳng đứng hoặc dọc trục.
• Thiết bị đo biến dạng sâu chuỗi và nhiều thanh truyền chuyển vị phân giải chuyển vị giữa các neo để định vị vùng hoạt động.
• TDR và phát xạ âm là công cụ cảnh báo sớm chi phí thấp.
• Khớp dải đo và độ phân giải của thiết bị với độ lớn chuyển vị dự kiến.