Khảo sát ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa công trình - Nguyễn Khắc Dũng

Khảo sát ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa công trình - Nguyễn Khắc Dũng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài

Khảo sát ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa công trình

Đề tài: “Khảo sát ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa công trình”

Chuyên đề: “ Chuyển trục công trình lên cao bằng công nghệ GPS”

Chương 1 Khái quát về công nghệ GPS

3.1 Đặt vấn đề

3.2 Thực nghiệm

3.3 Chuyển trục công trình lên cao bằng công nghệ GPS

Kết Luận

Chương 1 Khái quát về công nghệ GPS

1.1 cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) gồm 3 bộphận: Đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn sử dụng

Đoạn không gian

Đoạn điều khiển Đoạn sử dụng

Hình 1.1- Sơ đồ hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS

1.1.1 Đoạn không gian (Space Segment)

Đoạn này gồm 24 vệ tinh phân bố đều trên 6 quỹ đạo gần tròn, trên mỗi quỹ

đạo có 4 vệ tinh, mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo một góc

550 Bán kính quỹ đạo vệ tính xấp xỉ 26560 km, tức vệ tinh có độ cao so vớimặt đất cỡ 20200 km Chu kỳ chuyển động của quỹ đạo là 718 phút (~12 giờ)

Số lượng vệ tinh có thể quan sát được tuỳ thuộc vào thời gian và vị trí quantrắc trên trái đất, nhưng có thể nói rằng ở bất kỳ thời gian và vị trí nào trên mặt

đất cũng có thể quan sát được tối thiểu 4 vệ tinh và tối đa là 11 vệ tinh

Hình 1.3- Vệ tinh GPS

Hình 1.2- Phân bố vệ tinh trên 6 quỹ đạo

Năng lượng cung cấp cho hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh là pinmặt trời Mỗi vệ tinh đều có đồng hồ nguyên tử với độ ổn định tần số 10-12, tạo

ra tín hiệu với tần số cơ sở f0 = 10.23 MHz và từ đó tạo ra hai tần số tải:

Để phục vụ cho các mục đích và đối tượng khác nhau, các

tín hiệu phát đi được điều biến mang theo các code riêng biệt là C/A code, code, và Y-code

P-+ C/A – code (Coarse/Acquition code) được dùng cho mục đích dân sựvới độ chính xác không cao và chỉ điều biến sóng tải L1 Chu kỳ lặp lại củaC/A – code là 1 miligiây và mỗi vệ tinh được gắn một C/A – code riêng biệt.

+ P – code (Presice code) được dùng cho mục đích quân sự (Mỹ) với độchínhxác cao, điều biến cả sóng tải L1 và L2 Mỗi vệ tinh chỉ gán một đoạncode loại này, do đó P – code rất khó bị giải mã để sử dụng nếu không đượcphép

Ngoài ra, cả hai sóng tải L1 và L2 còn được điều biến bởi các thông tin

đạo hàng: Ephemerit vệ tinh, thời gian của hệ thống, số hiệu chỉnh đồng hồ vệtinh, quang cảnh phân bố vệ tinh trên bầu trời và tình trạng của hệ thống

+ Y- code được phủ lên P – code nhằm chống bắt chước, gọi là kỹ thuật

AS (Anti – Spoofing) Trong 3 nhóm vệ tinh (I, II, II-A) đã được đưa lên quỹ

đạo thì chỉ có vệ tinh thuộc nhóm II (sau năm 1989) mới có khả năng này

Ngoài các tần số trên, các vệ tinh GPS còn có thể trao đổi với các trạm

điều khiển mặt đất qua các tần số 1783.74MHz và 2227.5 MHz để truyền cácthông tin đạo hàng và các lệnh điều khiển tới vệ tinh

Tất cả các code được khởi tạo lại sau mỗi tuần lễ GPS vào đúng nửa

đêm thứ bẩy, sáng chủ nhật

Trên cơ sở C/A code, mỗi vệ tinh còn phát đi một “code tựa ngẫunhiên” riêng của vệ tinh đó gọi là PRN – code (Pseudo Random Noise code)code này dài 37 tuần lễ Code ngẫu nhiên là cơ sở để định vị tuyệt đối khoảngcách giả và dựa vào đó nhận biết được số liệu của vệ tinh

Nếu không có can thiệp chủ động nào khác vào các tín hiệu của vệ tinh,tức cỡ 13 m Chính vì thế trước đây Bộ Quốc Phòng – Mỹ đã đưa vào dữ liệuthời gian của vệ tinh GPS một loại nhiễu SA (Selecke Availability) để giảm độchính xác định vị tuyệt đối xuống cỡ 50 100 m Nhưng ngày 2/5/2000, chínhphủ Mỹ đã tuyên bố bỏ SA Điều đó có nghĩa là độ chính xác định vị tuyệt đốithời gian sau khi bỏ SA đã được cải thiện

1.1.2 Đoạn điều khiển (Control Segment)

Hình 1.4- Trạm điều khiển của hệ thống GPS

Đoạn điều khiển gồm 4 trạm quan sát trên mặt đất tại Hawaii (TháiBình Dương), Assension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (ấn ĐộDương), Kwajalein (tây Thái Bình Dương) và một trạm điều khiển trung tâm

đặt tại căn cứ không quân Mỹ gần Colorado Spring

Đoạn điều khiển có nhiệm vụ điều khiển toàn bộ hoạt động của các vệtinh trên cơ sở theo dõi quỹ đạo chuyển động của vệ tinh và hoạt động của

đồng hồ vệ tinh Tất cả các trạm điều khiển có máy thu GPS theo dõi liên tụccác vệ tinh, đồng thời đo các số liệu khí tượng Trạm trung tâm xử lý các sốliệu được truyền về từ các trạm cùng với số liệu đo được của chính nó Kết quả

xử lý cho ra ephemerit chính xác hoá của các vệ tinh và số hiệu chỉnh cho các

đồng hồ vệ tinh Các số liệu này được truyền từ trạm điều khiển trung tâm tớicác trạm quan sát, từ đó truyền tiếp lên các vệ tinh cùng với các lệnh điềukhiển khác Việc chính xác hoá thông tin được tiến hành 3 lần trong một ngày.Ngoài ra, trạm trung tâm còn điều khiển hiệu chỉnh quỹ đạo, khởi động vệtinh dự phòng khi cần thiết thay thế vệ tinh đã ngừng hoạt động

1.1.3 Đoạn sử dụng (User Segment)

Đoạn này gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu

nhận thông tin từ vệ tinh để khai thác sử dụng cho các

mục đích và yêu cầu khác nhau Đó có thể là một máy

thu riêng biệt, hoạt động độc lập (trường hợp định vị

tuyệt đối) hay mộtnhóm từ hai máy thu trở lên hoạt động

đồng thời theo một lịch trình nhất định (trường hợp định vị tương đối) hoặchoạt động theo chế độ một máy thu

đóng vai trò máy chủ phát tín hiệu vô tuyến hiệu chỉnh cho các máy thu khác(định vị vi phân)

1.2 Nguyên lý định vị và các trị đo GPS

1.2.1 Nguyên lý định vị GPS

Nguyên lý định vị GPS là sử dụng các vệ tinh GPS như các điểm chuẩn

di động có toạ độ đã biết để xác định vị trí của các điểm trên mặt đất, mặt biểnhoặc trên không trung bằng phương pháp giao hội cạnh không gian

Giả sử đo được chính xác khoảng cách từ điểm đặt máy thu đến 3 vệtinh thì vị trí điểm cần xác định (điểm đặt máy) là một trong 2 giao điểm củamặt cần có bán kính là khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ 3 và vòng tròngiao tuyến của hai mặt cầu có bán kính là khoảng cách từ máy thu đến vệ tinhthứ nhất và thứ hai Thông thường, một trong hai giao điểm đó sẽ cho một đáp

số vô lý (hoặc quá xa hoặc phải dịch chuyển với tốc độ không tưởng) và phảiloại bỏ

Trong công nghệ GPS đã đặt ra yêu cầu phải thu tín hiệu từ 4 vệ tinh

điều này liên quan đến việc tính số hiệu chỉnh đồng hồ

Để xác định chính xác khoảng thời gian truyền sóng và phải biết được

vị trí chính xác của vệ tinh Hai vấn đề cơ bản này của định vị GPS được giảiquyết bởi “đoạn điều khiển”, cấu tạo của máy thu và cấu tạo của vệ tinh GPS

1.2.2 Các trị đo GPS

Trị đo GPS là những số liệu máy thu GPS nhận được từ tín hiệu của vệ tinhtruyền tới Mỗi vệ tinh GPS phát 4 thông số cơ bản cho việc đo đạc và chỉ chiathành hai nhóm:

- Nhóm trị đo code: C/A – code, P – code

- Nhóm trị đo pha: L1, L2và tổ hợp L1/L2

Các trị đo này có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp để xác địnhkhoảng cách từ vệ tinh đến máy thu

t : là thời gian truyền tín hiệu (sóng)

t : là số hiệu chỉnh do sự không đồng bộ đồng hồ máy thu và vệ tinh

 : là số hiệu chỉnh do môi trường

Hiện nay, độ chính xác định vị với trị đo code có thể đát tới 30m Với

độ chính xác đó trị đo code được sử dụng trong định vị đạo hàng và trong đo

đạc độ chính xác thấp

1.2.2.2 Trị đo pha sóng tải

Sóng tải được phát đi từ vệ tinh có chiều dài bước sóng không đổi Nếugọi  là chiều dài bước sóng thì khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu GPS là:

) (

) (

)

Xs, Ys, Zs : là toạ độ không gian ba chiều của vệ tinh

Xr, Yr, Zr: là toạ độ không gian ba chiều của vị trí anten máy thu

c : là tốc độ truyền sóng (ánh sáng)

t : là độ lệch đồng hồ máy thu

T : là độ lệch đồng hồ vệ tinh

 : là bước sóng của sóng tải

N : là số nguyên lần bước sóng từ vệ tinh đến anten máy thu

atm: là sai số do khí quyển

 : là tổng hợp các sai số khác

Định vị với trị đo pha sóng tải có độ chính xác cao hơn địn vị với trị đocode Vấn đề chính trong trường hợp này là xác định số nguyên lần bước sóng(số nguyên đa trị N) giữa anten máy thu và vệ tinh

vị tuyệt đối động “Tĩnh” hay “động” là nói trạng thái của (anten) máy thutrong quá trình định vị

v1

v4

Độ chính xác của định vị tuyệt đối tĩnh ước tính đạt tới cỡ mét, còn độchính xác định vị tuyệt đối động khoảng 10 – 40 m.

Trong định vị tuyệt đối tĩnh có thể quan trắc liên tục các vệ tinh khácnhau ở các thời điểm khác nhau để đo khoảng cách từ vệ tinh đến điểm trạm

đo và có nhiều trị đo thừa, qua xử lý số liệu sẽ được toạ độ tuyệt đối của điểmtrạm đo

Trong trường hợp định vị tuyệt đối theo phương pháp đo khoảng cáchgiả thì ở một thời điểm ti, từ một trạm đo, quan trắc đồng bộ 4 vệ tinh, j = 1, 2,

3, 4 ta có một hệ phương trình được viết dưới dạng ma trận

Ai.X + Li= 0 (1.5)Khi quan trắc đồng bộ với số lượng vệ tinh nhiều hơn 4 thì cần nghiệmtheo phương pháp số bình phương nhỏ nhất Lúc đó (1.5) được viết dưới dạng

hệ phương trình sai số:

Vi= Ai.X + Li (1.6)Nếu số lượng thời điểm quan trắc là n và bỏ qua sự thay đổi của đồng hồ máythu theo thời gian thì từ (1.6) ta có hệ phương trình sai số tương ứng là:

QX= (ATA)-1

Định vị tuyệt đối theo pha sóng tải có độ chính xác cao hơn so vớiphương pháp đo khoảng cách giả Trong định vị tuyệt đối đo pha sóng tải cầnchú ý hiệu chỉnh sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu, khôi phục pha sóng tải,xác định số nguyên lần bước sóng Kết quả định vị tuyệt đối theo phương pháppha sóng tải có thể được dùng làm trạm tham khảo hoặc trạm gốc ( có toạ độtương đối chính xác) cho định vị tương đối

1.3.2 Định vị tương đối

Định vị tương đối là trường hợp dùng hai máy thu GPS đặt ở 2 điểmkhác nhau(2 điểm mút của một đường đáy) quan trắc đồng bộ cùng các vệtinh để xác định vị trí tướng đối (X, Y, Z hoặc B, L, H) giữa hai

điểm mút của đường đáy hoặc vector đường đáy trong hệ toạ độ WGS – 84.Tương tự, nhiều máy thu được đặt ở các điểm mút của một số đường đáy, quantrắc đồng bộ cùng các vệ tinh GPS thì có thể xác định được một số vector

đườngđáy đó Nếu đã biết toạ độ của một điểm thì có thể dùng vecor đường

đáy để tính toạ độ của điểm kia

Định vị tương đối cũng được phân chia thành định vị tương đối tĩnh và

định vị tương đối động Trong định vị tương đối trị đo thường được sử dụng làpha sóng tải

Hình 1.7- Định vị tương đối

Trong trường hợp số lượng trạm đo nhiều hơn 2, quan trắc đồng bộcùng một số vệ tinh thì ảnh hưởng sai số của quỹ đạo vệ tinh, sai số đồng hồmáy thu, sai số do tầng điện ly, sai số do khúc xạ của tầng đối lưu đối với trị

đo để tiến hành định vị tương đối thì có thể loại trừ hoặc giảm thiểu ảnh hưởngcủa sai số tương quan, nâng cao độ chính xác định vị tương đối

1.3.3 Định vị sai phân

Định vị GPS sai phân còn gọi là định vị GPS vi phân (Differential GPSviết tắt là DGPS) Trong phương pháp này, một số máy thu đặt tại một điểm đãbiết toạ độ, gọi là trạm gốc hoặc trạm tham khảo, đồng thời có máy hu khác

đặt ở điểm cần xác định toạ độ, gọi là trạm đo Dựa vào toạ độ chính xác đãbiết của trạm gốc tính số hiệu chỉnh khoảng cách từ trạm gốc đến vệ tinh và sốhiệu chỉnh này được máy GPS ở trạm gốc phát đi Máy thu ở trạm đo, trongkhi đo đồng thời cũng thu được số hiệu chỉnh từ trạm gốc và tiến hành hiệuchỉnh kết quả định vị, từ đó nâng cao độ chính xác định vị

Định vị GPS sai phân có thể chia thành sai phân trạm gốc đơn, sai phânkhu vực cục bộ (nhiều trạm gốc) và sai phân khu vực rộng lớn

(1) GPS sai phân trạm gốc đơn (SRDGPS)

(2) GPS sai phân khu vực cục bộ (LADGPS)

(3) GPS sai phân khu vực rộng lớn (WADGPS)

1.4 Các nguồn sai số trong đo GPS

Định vị GPS về thực chất được xây dựng trên cơ sở giao hội không giancác khoảng cách đo được từ máy thu đến các vệ tinh có toạ độ đã biết Khoảngcách đo được là hàm của thời gian và tốc độ lan truyền tín hiệu trong khônggian giữa vệ tinh và máy thu Vì vậy kết quả đo chịu ảnh hưởng trực tiếp củacác sai số của vệ tinh, của máy thu, của môi trường lan truyền tín hiệu và cácnguồn sai số khác Các nguồn sai số đó có tính chất hệ thống và tính chấtngẫu nhiên ảnh hưởng đến kết quả đo GPS

1.4.1 Sai số đồng hồ đo

Sai số đồng hồ gồm sai số đồng hồ vệ tinh, đồng hồ máy thu và sựkhông đồng bộ giữa chúng Đồng hồ vệ tinh là đồng hồ nguyên tử, độ chínhxác cao nhưng không phải hoàn toàn không có sai số Trong đó, sai số hệ

chính sai số hệ thống, do đó sai số ngẫu nhiên trở thành chỉ tiêu quan trọng để

đánh giá độ chính xác của đồng hồ Khi hai trạm đo tiến hành quan trắc đồng

bộ đối với vệ tinh thì ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh đối với trị đo củahai trạm là như nhau

Đồng hồ máy thu là đồng hồ thạch anh Cùng một máy thu, khi quantrắc đồng thời nhiều vệ tinh thì sai số đồng hồ máy thu có ảnh hưởng nhưnhau đối với các trị đo tương ứng và các sai số đồng hồ của các máy thu có thể

được coi là độc lập với nhau

Như đã biết, vận tốc truyền tín hiệu xấp xỉ 3.108 m/s, do đó nếu đồng hồthạch anh có sai số 10-4 giây thì sai số tương ứng của khoảng cách 30.000 m;nếu đồng hồ nguyên tử có sai số 10-7giây thì sai số tương ứng khoảng cách là

30 m

Trong định vị GPS tương đối, sử dụng các sai phân bậc 1, 2, 3, có thểloại trừ hoặc giảm thiểu ảnh hưởng sai số đồng hồ trong kết quả đo

1.4.2 Sai số quỹ đạo vệ tinh

Do sự thay đổi của trọng trường trái đất, sức hút mặt trăng, mặt trời vàcác thiên thể khác, áp lực bức xạ mặt trời… tác động lên vệ tinh, nên chuyển

động của vệ tinh trên quỹ đạo không hoàn toàn tuân theo định luật Kepler Đó

là nguyên nhân gây nên sai số quỹ đạo vệ tinh hay còn gọi là sai số vị trí của

Ngoài lịch vệ tinh quảng bá còn có lịch vệ tinh chính xác (PreciseEphemerit) Lịch vệ tinh này được thành lập từ kết quả hậu xử lý số liệu quantrắc ở các thời điểm trong khoảng thời gian quan trắc, có độ chính xác toạ độ

vệ tinh cỡ 10 50 m

Sai số vị trí điểm của vệ tinh chịu ảnh hưởng gần như trọn vẹn đến độchính xác toạ độ điểm định vị tuyệt đối (định vị điểm đơn), nhưng lại đượcloại trừ về cơ bản trong kết quả định vị tương đối

1.4.3 Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu

Tầng đối lưu được tính từ mặt đất tới độ cao 50km và tầng điện ly ở độcao từ 50km đến 1000km Tín hiệu từ vệ tinh qua tầng điện ly, tầng đối lưu

đến máy thu bị khúc xạ và thay đổi tốc độ lan truyền

Đối với tầng điện ly, giá trị sai số tăng tỷ lệ thuận với mật độ điện tử tự

do và tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số tín hiệu Đối với tín hiệu GPS,

số hiệu chỉnh khoảng cách theo hướng thiên đỉnh có thể đạt giá trị tối đa là50m, theo hướng có góc cao 200, có thể đạt đến 150m Để giảm thiểu sai số dotầng điện ly thường dùng máy thu 2 tần số, dùng mô hình hiệu chỉnh hoặcdùng hiệu các trị đo đồng bộ

Đối với tầng đối lưu, sự khúc xạ của đường chuyền tín hiệu càng phứctạp hơn, phụ thuộc vào sự biến đổi của khí hậu mặt đất, áp lực không khí,nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng của khúc xạ trong tầng đối lưu phụ thuộc vàogóc cao của đường chuyền tín hiệu Giá trị ảnh hưởng sai số theo hướng thiên

đỉnh có thể đạt đến 2 3 m, theo hướng có góc cao 100 có thể đạt đến 20 m

Để giảm thiểu sai số do tầng đối lưu có thể dùng mô hình tín hiệu chỉnh đưathêm tham số phụ ước tính ảnh hưởng của tầng đối lưu vào quá trình xử lý sốliệu để tính hoặc dùng hiệu các trị đo đồng bộ

1.4.4 Sai số do nhiễu tín hiệu

Tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu GPS có thể bị nhiễu do một số nguyênnhân như: tín hiệu phản xạ từ các vật khác (kim loại, bê tông, mặt nước…) ởgần máy thu GPS; tín hiệu bị nhiễu do ảnh hưởng của các sóng điện từ khác(khi đặt máy thu ở gần các trạm phát sóng, gần đường dây điện cao áp); tínhiệu bị gián đoạn do bị che chắn bởi các vật cản (nhà cửa, cây cối…) Các tínhiệu bị nhiễu nói trên chập với tín hiệu truyền trực tiếp từ vệ tinh đến máy thugây ra sai số đối với trị đo

Để khắc phục sai số do nhiễu tín hiệu, cần phải đặt máy thu cách xa cácvật dễ phản xạ tín hiệu hoặc các đối tượng gây nhiễu tín hiệu; không thu tínhiệu khi trời đầy mây, mưa, không đặt máy ở dưới các rặng cây

1.4.5 Sai số khác

Ngoài các nguồn sai số chủ yếu trên đây còn có các nguồn sai số khácnhư sai số do ảnh hưởng xoay của trái đất, do triều tịch của trái đất, do hiệu

ứng của thuyết tương đối, sai số vị trí của máy thu, sai số vị trí tâm pha củaanten Trong định vị chính xác cao cần phải xem xét và tìm biện pháp giảm

ảnh hưởng của các nguồn sai số

1.5 Các ứng dụng của công nghệ GPS

1.5.1 Các ứng dụng của GPS trong trắc địa

1.5.1.1 Xây dựng lưới khống chế mặt bằng

Có thể nói, những ứng dụng đầu tiên của công nghệ GPS trong trắc địa

là đo đạc các mạng lưới mặt bằng Chúng ta biết rằng đo tương đối tĩnh cho độchính xác cao nhất, vì thế phương pháp này được sử dụng để thành lập cácmạng lưới trắc địa Bằng kỹ thuật đo tương đối tĩnh người ta có thể xây dựng

được các mạng lưới có cạnh dài hàng ngàn km mà không cần đến điều kiệnthông hướng

1.5.1.2 GPS phục vụ cho trắc địa công trình

a) Đo lập các mạng lưới cơ sở trắc địa công trình và lưới thi công công trình.b) Đo các mạng lưới quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình

c) Đo vẽ thành lập các mặt cắt và đo tính khối lượng

d) Đo cắm chi tiết công trình

1.5.2 Các ứng dụng của công nghệ GPS trong cuộc sống

Chương 2 Tổng quan về công tác trắc địa trong xây dựng công trình công nghiệp và nhà cao tầng

2.1 Thành lập lưới khống chế thi công

2.1.1 Mục đích, đặc điểm và độ chính xác của lưới khống chế thi công

2.1.1.1 Mục đích

Lưới khống chế thi công công trình được thành lập với hai mục

đích chủ yếu: chuyển bản thiết kế ra thực địa và đo vẽ hoàn công côngtrình Những mục đích này là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chínhxác, mật độ điểm, số bậc, đồ hình và phương pháp xây dựng lưới Thànhlập lưới khống chế thi công là một trong những nội dung cơ bản, quantrọng của công tác trặc địa trong xây dựng công trình

2.1.1.2 Đặc điểm của lưới khống chế thi công

Lưới khống chế thi công là một hệ thống các điểm khống chế mặtbằng và độ cao được lưu giữ trên khu vực xây dựng bằng những dấu mốctrắc địa trong suốt quá trình thi công công trình Lưới khống chế thi công

- Chiều dài cạnh của lưới thường ngắn

- Các điểm của lưới có yêu cầu độ ổn định vị trí điểm cao trong điềukiện phức tạp khi xây dựng công trình

- Điều kiện đo đạc lưới thường là khó khăn

Cần thấy rằng đặc điểm của lưới khống chế thi công liên quan khá chặt

Việc chọn lựa phương pháp thành lập lưới phụ thuộc vào nhiều yếu tố:dạng công trình, hình dạng và diện tích của khu vực xây dựng, ý nghĩa củamạng lưới, điều kiện địa hình của khu đo, độ chính xác yêu cầu, tình trạngtrang thiết bị hiện có và năng lực của người thực hiện Trên khu vực xây dựngcông trình công nghiệp và nhà cao tầng có thể áp dụng các phương pháp thànhlập lưới sau: lưới tam giác (đo góc, đo cạnh, đo góc – cạnh), lưới đa giác, lướiGPS, lưới ô vuông xây dựng.

Tuỳ thuộc vào diện tích khu vực và công nghệ xây dựng mà lưới khốngchế thi công có thể gồm một số cấp lưới Lưới khống chế thi công được thànhlập dựa vào mạng lưới đã có ở giai đoạn khảo sát, thiết kế

2.1.1.3 Độ chính xác của lưới khống chế thi công

Theo mục đích và ý nghĩa của lưới, lưới khống chế thi công cần đảmbảo những yêu cầu sau:

a)Yêu cầu độ chính xác bố trí công trình

Để đáp ứng yêu cầu công tác bố trí cần đảm bảo độ chính xác vị trítương hỗ giữa hai điểm lân cận nhau, hoặc vị trí tương hỗ giữa ba điểm củalưới trên một khoảng cách nào đó

Lưới khống chế thi công trong xây dựng các công trình công nghiệpchủ yếu sử dụng để lắp đặt các kết cấu xây dựng, các thiết bị công nghệ cần sửdụng mạng lưới lắp ráp với yêu cầu rất cao về độ chính xác tương hỗ

Để bố trí trục chính của khu công nghiệp lớn có mối liên hệ chặt chẽ vềdây chuyền công nghệ, thông thường cần đảm bảo yêu cầu sai số vị trí tương

hỗ giữa các điểm lân cận trong mạng lưới không vượt quá 1:10000 chiều dàicạnh Khi cạnh lưới là 200m thì sai số này là 2cm

Nếu mạng lưới khống chế thi công được phát triển theo hai bậc thì ta cócông thức tính sai số tương hỗ tổng hợp từ các bậc lưới:

Với mth= 20mm ta tính được m1= 9mm; m2 = 18mm

Khi có giá trị sai số trung phương tương hỗ của từng bậc lưới có thể tính

được sai số trung phương các đại lượng đo theo công thức đã biết

2 2 2

b) Yêu cầu độ chính xác đo vẽ hoàn công công trình

Tỷ lệ lớn nhất khi đo vẽ hoàn công công trình thường chọn là 1:500.Theo quy phạm, SSTP vị trí điểm khống chế cấp cuối cùng so với điểm khốngchế cơ sở không vượt quá MP = 0.2 mm M = 10cm Nếu thành lập lưới chêmdầy gồm hai bậc ta có:

MP2= M12+ M22 (2.3)Nếu lấy k = 2 ta tính được M1= 4.5cm; M2 = 8.9cm

Nghĩa là SSTP vị trí điểm yếu nhất của các cấp lưới không được vượtquá những giá trị tương ứng nêu trên

Độ chính xác của lưới khống chế thi công cần đảm bảo đồng thời cả haiyêu cầu bố trí và đo vẽ hoàn công công trình

2.1.2 Các phương pháp thành lập lưới khống chế thi công

Chúng ta đã biết rằng lưới khống chế thi công có thể thành lập theo cácphương pháp: tam giác đo góc, tam giác đo cạnh, tam giác đo góc – cạnh, lướiGPS, lưới đường chuyền, lưới ô vuông xây dựng…

2.1.2.1 Phương pháp tam giác đo góc

Khi thành lập lưới khống chế mặt bằng trên khu vực xây dựng côngtrình công nghiệp – thành phố, nhà cao tầng theo phương pháp tam giác đogóc, thường sử dụng một số đồ hình lưới sau:

Đối với lưới tam giác đo góc cần cố gắng thiết kể các tam giác gần vớitam giác đều Trong những trường hợp đặc biệt mới thiết kế các tam giác cógóc nhọn đến 200, còn góc tù đến 1400 Để kiểm tra, mỗi lưới tự do (lưới có đủ

số liệu gốc) cần ít nhất 2 cạnh đáy đo trực tiếp

Khi thiết kế lưới, việc tính toán độ chính xác thường được thực hiện trênmáy tính điện tử theo chương trình lập sẵn

Để tính toán sơ bộ độ chính xác có thể sử dụng các công thức gần đúng.Dịch vị dọc của chuỗi gồm các tam giác gần đều, sau khi bình sai lưới theocác điều kiện hình được tính theo công thức:

L b L

n

n n m

b

m m

9

5 3 4

2 2 2

: là Sai số trung phương tương đối của cạnh đáy

m: là Sai số trung phương góc đo

(dấu “+” trước 3n được lấy khi số lượng tam giác là chẵn: còn dấu “-” đượclấy khi số lượng tam giác là lẻ)

Dịch vị ngang của chuỗi tam giác trong điều kiện như trên được tínhtheo công thức:

- Khi số lượng tam giác là chẵn

n

n n m m

L

15

2 2

i i

b k

S

gB gA

B g A

g m

2 2

cot cot

cot cot

.

2

1

m m

m m

m TB



2.1.2.2 Phương pháp tam giác đo cạnh

Phương pháp tam giác đo cạnh được áp dụng phổ biến trong trắc địacông trình công nghiệp – thành phố để thành lập các mạng lưới hạng IV cũngnhư các lưới chêm dầy cấp 1, 2, các chỉ tiêu cơ bản của những lưới này đượcnêu trong bảng sau:

trong tam giác

Để khắc phục nhược điểm này trong thực tế thường áp dụng lưới gồmcác tứ giác trắc địa Vì trong mỗi tứ giác trắc địa đo 6 cạnh, một trong 6 trị đo

đó là trị đo thừa, có thể tính từ các trị đo khác Đây là điều kiện để kiểm trangoại nghiệp chất lượng đo chiều dài cạnh

2.1.2.3 Phương pháp đo góc – cạnh kết hợp

Hiện nay trong trắc địa công trình sử dụng rộng rãi các máy TĐĐT, dovậy lưới tam giác đo góc – cạnh được áp dụng phổ biến Trong lưới đo góc –cạnh có thể đo tất cả các góc, cạnh hoặc chỉ đo một phần các góc và các cạnhcủa lưới So với các lưới đo góc và đo cạnh đơn thuần thì lưới tam giác đo góc– cạnh ít phụ thuộc hơn vào kết cấu hình học của lưới, giảm đáng kể sự phụthuộc giữa dịch vị dọc và dịch vị ngang, đảm bảo kiểm tra chặt chẽ các trị đogóc và cạnh

Lưới tam giác đo góc – cạnh cho phép tính toạ độ các điểm chính xáchơn (khoảng 1.5 lần) so với lưới tam giác đo góc hoặc tam giác đo cạnh Mộttrong những dạng lưới đo góc – cạnh được áp dụng trong TĐCT là lưới tứ giáckhông đường chéo

Trong lưới này đo hai cạnh kề nhau (a và b) và tất cả các góc Khi đócác cạnh c và d được tính theo công thức:

D

D A a C b

d

D

D C b A a

c

sin

) sin(

sin

.

sin

) sin(

sin

2.1.1 4 Phương pháp sử dụng công nghệ GPS

Hiện nay công nghệ GPS được ứng dụng rộng rãi trong trắc địa, trong

đó có trắc địa công trình, bởi vì công nghệ này có nhiều ưu điểm nổi bật và

đạt hiệu quả công tác cao

Những nội dung cơ bản khi thành lập lưới khống chế thi công bằngcông nghệ GPS:

Đối với khu vực lớn số điểm đo nối không ít hơn 3, đối với khu vực nhỏ thì số

điểm đo nối từ 23

Hình.2.2- Tứ giác không đường chéo

AB

b

a

(2.9)d(2.10)

Sau khi đã lựa chọn được vị trí điểm GPS đáp ứng yêu cầu, tiến hànhchọn mốc, đánh dấu điểm Các mốc GPS có cấu tạo theo quy phạm trắc địahiện hành của nhà nước.

Lựa chọn máy thu GPS theo các quy định hiện hành, trong đó các máythu có thể là máy 1 hoặc máy 2 tần số, nhưng nên chọn máy thu 1 tần số dolưới khống chế thi công có chiều dài cạnh ngắn Trước khi đem máy đi đo cầnkiểm nghiệm theo quy định trong đó cần đặc biệt lưu ý kiểm nghiệm lệch tâmpha ănten và lệch tâm bộ phận định tâm quang học để đảm bảo độ chính xác

đo lưới khống chế thi công công trình với các cạnh ngắn

2.1.3 Lưới ô vuông xây dựng

2.1.3.1 Đặc điểm thành lập lưới ô vuông xây dựng

Để chuyển bản thiết kế công trình công nghiệp (XN công nghịêp, khuliên hợp công nghiệp, một thành phố hay một ngôi nhà cao tầng) ra thực địa,chúng ta cần xây dựng cơ sở khống chế toạ độ và độ cao ở dạng đặc biệt baogồm một hệ thống các điểm trắc địa phân bố một cạnh tương đối đồng đềutrên toàn khu vực Các điểm này tạo thành một mạng lưới các hình vuông hayhình chữ nhật có chiều dài cạnh từ 50, 100400

Sở dĩ lưới xây dựng có dạng đặc biệt như vậy là vì các khu công nghiệpcác thành phố đều có các hạng mục công trình được bố trí thành các lô, cácmảng có trục song song hoặc vuông góc với nhau Mạng lưới ô vuông xâydựng có các cạnh song song với trục chính của chuỗi xây dựng này

Chính vì vậy sau khi thiết kế các hạng mục công trình trên bình đồ,người ta thiết kế một mạng lưới ô vuông với sự phân bố các điểm một cáchhợp lý và từ đó chuyển chúng ra thực địa

Lưới ô vuông xây dựng có những đặc điểm sau:

- Hướng các trục toạ độ vuông góc giả định (hệ toạ độ sử dụng để thànhlập lưới ô vuông xây dựng) phải song song với trục chính của các công trình

và trục các đường giao thông chính trong khu vực

Trên toàn bộ diện tích rộng lớn của khu xây dựng hướng các trục toạ độcủa các mạng lưới ô vuông xây dựng ở các khu vực khác nhau có thể khácnhau Để liên kết các mạng lưới nói trên với hệ thống toạ độ của nhà nước thì

cần tính chuyển toạ độ các điểm của những mạng lưới này về hệ thống toạ độnhà nước.

- Gốc toạ độ giả định:

Thường được chọn sao cho toàn bộ khu vực xây dựng sẽ nằm lọt vàogóc vào góc phần tư thứ nhất của hệ toạ độ giả định Khi đó tất cả các điểmcủa công trình cần bố trí đều có toạ độ dương nhằm tránh nhầm lẫn trong tínhtoán, do vậy đối với mặt bằng xây dựng nhỏ thì gốc toạ độ nên chọn ở góc tâynam của khu vực Còn đối với khu vực lớn, để tránh lan truyền sai số số liệugốc thì gốc toạ độ được chọn ở giữa khu vực

2.1.3.2 Các phương pháp thành lập lưới ô vuông xây dựng

Có hai phương pháp chủ yếu để thành lập lưới ô vuông xây dựng:phương pháp trục và phương pháp hoàn nguyên

Trong phương pháp này chúng ta chuyển ngay ra thực địa với độ chínhxác xác định trứơc toàn bộ các điểm của mạng lưới bằng cách đặt chính xáccác yếu tố thiết kế (góc, cạnh) Đầu tiên bố trí trên thực địa hai hướng khởi

đầu vuông góc với nhau nằm giữa khu vực xây dựng Do có sai số bố trí nênhai hướng này không thật vuông góc với nhau Dùng máy kinh vĩ chính xác đolại góc  từ 23 vòng đo Tính trị số chênh lệch giữa  = 900 -  và điềuchỉnh vị trí các điểm B, C bằng các số hiệu chỉnh SB, SC để cho AB và ACthật vuông góc với nhau

Hình.2.3- Sơ đồ bố trí lưới ô vuông xây dựng bằng phương pháp trục

R

EA

Các số hiệu chỉnh này được tính theo công thức:

2

AB s

Toàn bộ các điểm sau khi bố trí sơ bộ sẽ được thay ngay bằng các mốc

bê tông chắc chắn nên trong quá trình đo đạc, tính toán, bình sai, chúng đượcbảo vệ một cách tin cậy

- Nhược điểm

Do sự tích luỹ sai số nên toạ độ thực tế của các điểm ở xa điểm gốc sẽkhác nhiều so với toạ độ thiết kế Do vậy phương pháp này chỉ nên áp dụng ởnhững khu vực nhỏ, đòi hỏi độ chính xác không cao, tức là khi sự sai khác vềtoạ độ nằm trong phạm vi từ 3 5 cm có thể bỏ qua được Trường hợp yêu cầu

độ chính xác cao hơn thì phải sử dụng toạ độ thực tế các điểm của lưới

Dựa vào hướng khởi đầu đã chuyển ra thực địa, chúng ta bố trí mộtmạng lưới có chiều dài cạnh các ô lưới đúng như thiết kế Việc đo đạc đượctiến hành bằng máy kinh vĩ và thước thép với độ chính xác lập lưới vàokhoảng 1:1000 1:2000 Tất cả các điểm đỉnh ô vuông được đóng cọc tạmthời và lưới này được gọi là “lưới gần đúng”

Sau đó chúng ta lập các bậc lưới khống chế trắc địa trên toàn bộ mạnglưới vừa thành lập để xác định toạ độ thực tế của các điểm tạm thời nói trên

So sánh các toạ độ này với toạ độ thiết kế tương ứng sẽ tìm ra các đại lượnghoàn về góc và chiều dài Từ đó xê dịch các điểm để có vị trí đúng của chúng(công việc này gọi là hoàn nguyên điểm) Sau đó thay thế các điểm tạm thờivừa được hoàn nguyên bằng các mốc bê tông chắc chắn

Trước khi đưa mạng lưới vào phục vụ công tác bố trí chúng ta tiến hành

đo kiểm tra để xác minh độ chính xác của việc hoàn nguyên sau đó công nhậntoạ độ các điểm đúng bằng toạ độ thiết kế

Vì các đại lượng hoàn nguyên thường không lớn hơn 23 m và có thể

đo ở thực địa với độ chính xác đến 3 mm, tức là phụ thuộc vào độ chính xáclập các lưới tam giác và đa giác

- Ưu điểm : Phương pháp này cho phép rút ngắn được thời gian và giá thànhthi công mạng lưới Việc hoàn nguyên có thể không phải làm ngay hết toàn bộmạng lưới, do vậy đối với khu vực nào cần ưu tiên xây dựng trước thì tiếnhành hoàn nguyên trước, còn các phần khác của mạng lưới sẽ tiếp tục hoànthiện sau

- Nhược điểm : trong suốt quá trình đo đạc, tính toán, bình sai thì các điểmcủa lưới được giữ lại trên thực địa bằng các cọc gỗ tạm thời nên có khả năng

dễ bị hư hại, mất mát

2.2 Công tác bố trí trong xây dựng công trình

công nghiệp và nhà cao tầng

2.2.1 Khái niệm chung về bố trí công trình

Bố trí công trình là công tác trắc địa nhằm chuyển bản thiết kế côngtrình ra thực địa Nội dung của công tác bố trí là xác định vị trí mặt bằng, độcao của các điểm, độ thẳng đứng của các kết cấu, các mặt phẳng đặc trưng củacông trình đang được xây dựng theo đúng thiết kế

Để bố trí công trình phải thành lập lưới khống chế mặt bằng và độ caotrên thực địa Các số liệu chuẩn bị cho công tác bố trí đều phải được tính trong

hệ toạ độ này

Các trục của công trình có thể được chia làm ba loại

- Trục chính: Nếu công trình có dạng tuyến thì trục chính lá trục dọc củacông trình

Trục chính của toà nhà là trục đối xứng hoặc trục tường bao

Trục chính của công trình được đo nối với lưới trắc địa cơ sở

- Trục cơ bản là trục của các bộ phận quan trọng của công trình và thường cóquan hệ chặt chẽ với nhau Các trục cơ bản được xác định với độ chính xáccao hơn.

- Trục phụ là trục để bố trí các phần chi tiết của công trình

Công tác bố trí công trình được tiến hành theo 3 giai đoạn:

2.2.1.1 Bố trí cơ bản

Từ điểm khống chế trắc địa bố trí trục chính của công trình Từ trụcchính bố trí trục cơ bản Đối với công trình lớn, để thực hiện bố trí cơ bản phảixây dựng lưới cục bộ Trong giai đoạn này yêu cầu độ chính xác cỡ 35 cm

2.2.1.2 Bố trí chi tiết

Từ trục chính và trục cơ bản bố trí các trục dọc, ngang của các bộ phậncủa công trình, đồng thời bố trí các điểm và mặt phẳng theo độ cao thiết kế.Giai đoạn này nhằm xác định vị trí tương hỗ của các yếu tố của công trình nênyêu cầu độ chính xác cao hơn so với giai đoạn bố trí cơ bản, phải đạt độ chínhxác 2 3 mm

2.2.1.3 Bố trí công nghệ

Công tác bố trí trong giai đoạn này nhằm đảm bảo lắp đặt và điều chỉnhcác kết cấu xây dựng và thiết bị kỹ thuật Giai đoạn này đòi hỏi độ chính xáccao nhất: 0,11,0 mm

2.2.2.Các phương pháp bố trí trục cơ bản

2.2.2.1.Phương pháp toạ độ cực

a)Phương pháp bố trí

Toạ độ điêm 1,2 và phương vị đã được xác định từ lưới cơ sở

Toạ độ điêm C đã cho trong thiết kế Điểm C được bố trí bằng cách đặtkhoảng

2.2.2.2.Phương pháp toạ độ vuông góc

2.2.3.Các phương pháp bố trí trục chi tiết

2.2.3.1.Phương pháp giao hội hướng chuẩn

2.2.3.2.Phương pháp đạt khoảng cách theo hướng chuẩn

2.2.4 Độ chính xác bố trí công trình

Độ chính xác bố trí công trình phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Kích thước và chiều cao của công trình

- Sai số tính toán, thiết kế : mtk

- Sai số thi công, xây lắp : mxl

Như vậy sai số trung phương tổng hợp sẽ được tính theo công thức:

Trường hợp có thể biểu diễn bằng quan hệ:

Trong thực tế có thể lấy k2 Sai số thiết kế có thể xem là nhỏ, có thể phải

đạt độ chính xác cao để có thể bỏ qua Người ta thương yêu cầu công tác trắc

địa bố trí công trìnhphải đạt độ chính xác cao để có thể bỏ qua

Độ chính xác của công tác bố trí công trình thường được quy định như sau:

đứng

Mộttrạm độcao(mm)

1 Kết cấu kim loại ghép nối bêtông

3 Kết cấu kim loại, bê tông cốt thép,

thi công theo cốp pha trượt, nhà 5

2.2.5 Công tác bố trí trong xây dựng công trình công nghiệp

2.2.5.1 Lập bản vẽ bố trí công trình

Trước khi chuyển ra thực địa bản thiết kế công trình xây dựng cần phảithực hiện việc tính toán, giải thích các yếu tố bố trí, từ đó lập bản vẽ bố trícông trình

Để chuyển các công trình ra thực địa, cần thành lập trên khu vực xâydựng lưới khống chế trắc địa dùng cho bố trí công trình Sau đó phải xác định

được toạ độ các điểm cơ bản (các điểm xác định kích thước hình học) củacông trình trong hệ toạ độ dùng để thi công công trình bằng phương pháp đồgiải hoặc giải tích

Để thành lập bản vẽ bố trí, cần tính toán các yếu tố bố trí công trình.Trước hết cần xác định các yếu tố bố trí về góc và chiều dài đối với các điểmcơ bản của công trình Trong quá trình tính toán các yếu tố bố trí, cần phảikiểm tra tính chính xác của các kích thước thiết kế đã được đưa lên bản vẽ bốtrí công trình

Trên bản vẽ bố trí công trình cần thể hiện các yếu tố sau:

- Vị trí và toạ độ các điểm của mạng lưới khống chế thi công được sử dụngcho công tác bố trí

- Các điểm đặc trưng của công trình sẽ được bố trí

- Các yếu tố bố trí, những điểm đặc trưng của công trình được xác định tuỳthuộc vào phương pháp bố trí

- Các kích thước của công trình cũng cần được ghi chú trên bản vẽ bố trí đểkiểm tra những số liệu đo nối và công tác bố trí

Khi tính toán các yếu tố , cần phải lưu ý rằng toạ độ thiết kế của các điểm cơbản trên công trình và các điểm lưới khống chế thi công cần được xác địnhtrong cùng một hệ toạ độ Nếu như có sự khác biệt về hệ toạ độ thì cần phảitiến hành tính chuyển giữa hai hệ toạ độ phẳng bằng phép tính chuyển toạ độHelmert Khi có sự khác biệt về mặt chiếu, ví dụ sự khác biệt về mặt chiếugiữa hệ toạ độ quốc gia và hệ toạ độ thi công công trình thì phải tiến hành tínhchuyển bằng các công thức thể hiện được sự khác biệt về tỷ lệ chiếu giữa các

hệ toạ độ này

Nguyễn Khắc Dũng Lớp CĐ Trắc địa A – K49

2.2.5.2Bố trí cơ bản trong xây dựng công trình công nghiệp

Để bố trí theo phương pháp toạ độ vuông góc đầu tiên căn cứ vào toạ độthiết kế của các điểm trục chính và toạ độ các điểm lưới ô vuông xây dựng gầnnhất, tính các gia số toạ độ

- Điểm I (A/1) so với điểm 0

12

N :

m Y

Y

Y

m X

I

00 72 00 400 00 472

00 54 00 200 00 254

0

12

0 12

N

12 0

N

21 0

N

14 0

N

13 0

N

344,00 472,00 254,00

730,00 258,00

K

A K

1

1

44

730,00 254,00 472,00 344,00

CB

S C

S B

C1

B1AER

PONM

Hình.2 3- Sơ

đồ bố trí lưới

ô vuông xây

Mang máy đến điểm M định hướng trở lại 0

12

N bàn độ rồi đặt ở hai vị trímột góc vuông ra xác định hướng được hướng MM Điểm I (A/1) sẽ được xác

định trên thực địa bằng cách đặt từ M dọc theo hướng MM một đoạn bằng

Để kiểm tra xác định lại điểm II từ điểm 0

20

N bằng cách đặt các đoạn

YII = 72.00 m; XII = 56.00 m Nếu sai số vị trí điểm II không vượt quá

35 cm thì có thể xem việc bố trí là đạt yêu cầu Kết quả đo kiểm tra cầnghi lại trên sơ đồ bố trí công trình, đồng thời giữ nguyên vị trí của điểm II

Tương tự chúng ta có thể bố trí các điểm III và IV từ điểm 0

22

N của lướixây dựng và dùng điểm 0

14

N để kiểm tra

Để đảm bảo việc bố trí công trình chúng ta tiến hành đo kiểm tra cạnhI-IV và II-III hoặc các đường chéo của công trình, so sánh với kết quả đo với

số liệu thiết kế để kiểm tra

Ngoài ra chúng ta có thể bố trí các điểm trục chính của công trình bằngphương pháp toạ độ cực Khi đó căn cứ vào các gia số toạ độ X, Y để tínhcác yếu tố bố trí là các góc cực  và cạnh cực S

Bởi vì khi bố trí các trục chính, ta mới chỉ xác định được vị trí của cảcông trình trên khu vực và đính hướng nó so với các công trình lân cận Chonên sai số cho phép từ

5000

1 4000

1  Nghĩa là khi bố trí các trục chính, việc đochiều dài có thể được tiến hành bằng thứơc thép đã được kiểm nghiệm Khi độnghiêng của công trình > 10 thì cần phải tính đến số hiệu chỉnh do độ nghiêng,

Việc dựng góc vuông được tiến hành bằng máy kinh vĩ có độ chính xác30” hoặc bằng máy kinh vĩ có độ chính xác trung bình theo hai vị trí bàn độ.

Sau khi xác định vị trí các điểm và chôn mốc, tiến hành đo kiểm tra độvuông góc với nhau của các trục bằng máy kinh vĩ, sai lệch cho phép so vớigóc vuông không quá 60” Khi sai lệch lớn hơn thì cần hiệu chỉnh bằng cách

xê dịch một cách hợp lý vị trí các điểm gần nhất Các điểm trục chính sau khi

được kiểm tra bảo đảm độ chính xác sẽ được cố định bằng các mốc chôn chắcchắn hơn

2.2.5.3 Khung định vị và các phương pháp đánh dấu trục bên ngoài công trình.

- Khung định vị là khung bằng sắt hay gỗ bao quanh và cách biên côngtrình một khoảng an toàn nào đó Trục công trình sẽ được đánh dấu lên khung

định vị vì những lý do sau:

- Khi bắt đầu thi công móng công trình thì các điểm trục chính đã được

bố trí trên mặt đất sẽ bị phá huỷ, nên cần phải gửi vị trí các trục chính ra ngoàivùng thi công trên khung định vị

- Khung định tạo ra một mặt phẳng nằm ngang dùng để bố trí các trụcchi tiết của công trình với độ chính xác đặt khoảng cách thiết kế từ 12mm

Khung định vị được bố trí sao cho cạnh của khung song song với trụcchính của công trình

Khoảng cách từ khung định vị đến mép ngoài của móng công trình phải

đảm bảo cho các cọc của khung không bị ảnh hưởng khi thi công móng.Thông thường khoảng cách từ khung định vị đến mép hố móng bằng 35mhoặc lớn hơn tuỳ thuộc vào độ sâu và phương pháp thi công hố móng

Khung định vị có hai dạng: Khung định vị liên tục và khung định vịkhông liên tục Khung định vị không liên tục gồm những cặp cột đứng riêng lẻbao quanh móng, trong đó mỗi cặp cột đánh dấu một trục dọc hoặc một trụcngang nào đó của công trình Khoảng cách giữa các cột bằng khoảng cáchgiữa trục các dãy cột của nhà xưởng mà ta định bố trí (thường từ 68 m ),

chiều cao cột thường vào khoảng 0.51.2 m để có thể đặt được máy kinh vĩ ởphía trên nó.

Khung định vị liên tục có khoảng cách giữa các cột ngắn hơn (3m) vàphần đầu cột được nối liền với nhau bằng ván gỗ có độ dày từ 4050 mm,cạnh gỗ phĩa trên được bào phẳng và nằm ngang

Cả hai loại khung định vị đều phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Các cạnh của khung định vị cần phải đặt tương ứng song song với trụcdọc và ngang của công trình Điều kiện này nhằm bảo đảm khoảng cách giữacác trục liền kề nhau được đặt trên khung định vị sẽ bằng khoảng cách thiếtkế

Sai số trung phương tương đối đo các đoạn thẳng trên khung định vị cầnphải đạt khoảng 1:10.0001:25.000 Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu này,góc lệch của khung định vị so với trục công trình phải đảm bảo điều kiện :

Nếu ký hiệu  là độ lệch của các đầu thước so với tuyến thẳng và yêucầu độ chính xác trên khung định vị từ 1:10000 1:25000 thì độ lệch  chophép tương ứng với các chiều dài thước đo khác nhau sẽ là:

Hình.2.5- Khung định vị

b)a)

l = 20 m ;  =  0.3 cm

Đầu trên cùng của các cột khung định vị cần phảo nằm trên một mặtphẳng nằm ngang để kết quả đo không cần hiệu chỉnh do độ dốc của thước

Gọi h là độ cao giữa hai điểm mà ta có thể bỏ qua được số hiệu chỉnh

do độ dốc của thước, l là khoảng cách giữa các cột kế tiếp của khung định vịkhi l = 6 m, để đảm bảo độ chính xác đo khoảng cách trên khung định vị1:10000 1:25000 thì h = 3.8 cm

Do đó muốn đưa các đầu cột vào cùng một mặt phẳng nằm ngang thì phảidùng phương pháp thuỷ chuẩn hình học

- Chuyển các trục chính:

Hình 2.6- Chuyển các trục chính lên khung định vị

Đặt máy kinh vĩ tại một trong những điểm trục chính của công trình

Ví dụ tại điểm I:

Định tâm máy và định hướng về điểm II, dọc theo hướng ngắm đánhdấu trên khung định vị ở phía xa điểm 1” và đóng tại đó một đinh nhỏ Quayống kinh vĩ 1800, đánh dấu điểm 1 'trên khung định vị ở gần máy và đóng một

đinh nhỏ để đánh dấu Như vậy trục chính 1-1 đã được chuyển lên khung định

vị Tiến hành tương tự để chuyển lên khung định vị trục A-A

Chuyển máy kinh vĩ đến điểm III, định hướng về IV, tiến hành tương tựnhư trên, ta chuyển lên khung định vị các trục 44-44 và K-K Việc chuyểntrục lên khung định vị chịu ảnh hưởng của các nguồn sai số chủ yếu sau:

+ Sai số định tâm máy đối với điểm trên khung định vị gần máy

+ Sai số bắt mục tiêu đối với điểm trên khung định vị sang máy

- Chuyển các trục chi tiết:

Sau khi đánh dấu các trục chính lên khung định vị, người ta tiếp tục bốtrí các trục chi tiết của công trình:

Đầu tiên lấy một trục chính dọc và một trục chính ngang làm các trụckhởi đầu Từ các trục này xác định trục chi tiết bằng cách đặt lần lượt đặtkhoảng cách thiết kế

Với những công trình có khung định vị nhỏ thì việc đo chiều dài trênkhung định vị được tiến hành bằng thước thép đã cuộn, đã kiểm nghiệm với độchính xác 1:10000 1:25000 (tuỳ theo loại công trình và yêu cầu độ chínhxác của việc lắp ráp thiết bị) Trong quá trình đo cần lưu ý các số hiệu chỉnh

do kiểm nghiệm thước và nhiệt độ Nếu tổng giá trị của các số hiệu chỉnh nàylớn hơn 0.5 mm đối với mỗi đoạn thước (mỗi lần đặt thước) thì nên đưa ngay

số hiệu chỉnh này vào từng đoạn đo Còn trong trường hợp này nhỏ hơn trị sốnói trên thì sai vài lần đặt thước người ta mới hiệu chỉnh một lần

Sau khi đặt liên tục các đoạn trên khung định vị và đánh dấu vị trí cáctrục sẽ đi đến trục cuối cùng mà bản thân trục này đã được chuyển lên khung

định vị trong giai đoạn bố trí các trục chính Do có sự tích luỹ các sai số đonên trục bố trí cuối cùng thường không trùng với trục cùng tên đã đánh dấu.Nếu sự sai lệch này không vượt quá 1:4000  1:5000 khoảng cách giữa cáctrục chính thì có thể xem việc bố trí đảm bảo được độ chính xác và lấy trụccuối cùng nhận được trong kết quả đo trên khung định vị làm trục chính thức,bởi vì nó có độ chính xác cao hơn về vị trí tương hỗ giữa các trục công trình

Đối với cạnh của khung định vị lớn hơn 400 m thì trong việc bố trí, cácsai số đo đạc có thể tích luỹ nhiều, cho nên tốt nhất là dùng máy kinh vĩ để

chuyển lên khung định vị Vết giao nhau giữa cạnh lưới xây dựng và khung

định vị và sử dụng nó để đo tiếp trên khung định vị

Sau khi hoàn thành việc bố trí các trục, tiến hành đo kiểm tra lần lượtkhoảng cách giữa hai trục lân cận nhau bằng cách đọc số ba lần trị số trênthang vạch của thước đo Kết quả đo có tính đến các hiệu chỉnh và được sosánh với số liệu thiết kế Sai lệch cho phép nhỏ hơn hoặc bằng 13mm Nếuvượt quá hạn sai này cần xê dịch các trục đã đánh dấu một cách hợp lý đểphân phối sai số cho các đoạn bên cạnh Sau đó đo lại khoảng cách giữa cáctrục đã xê dịch và ghi số liệu vào sổ đo

Để lưu giữ chắc chắn vị trí của các trục quan trọng, người ta có thể chọnphía dưới khung định vị những mốc phụ bằng gỗ hoặc bằng bê tông cốt sắt.Các mốc này được chôn cùng dãy với các cột của khung định vị và ở độ sâu1.21.5m phía trên có nắp đậy để bảo vệ lâu dài Việc chuyển các trục từkhung định vị xuống dưới mốc được tiến hành bằng máy kinh vĩ và đánh dấutrên tâm mốc kim loại bằng một điểm trung tâm, đối với mốc gỗ thì đánh dấubằng một đinh nhỏ Các điểm trục chính là các điểm được sử dụng lâu dài,như vậy cần phải đặc biệt lưu giữ chúng Muốn vậy dọc theo hướng trục chính

và ở ngoài phạm vi đào móng cần đặt hai mốc chôn sâu Tuỳ theo chiều caocủa công trình mà đặt các mốc này ở gần hay ở xa, trong đó mốc thứ nhất đặt

ở gần bệ móng, còn mốc thứ hai đặt cách công trình một khoảng cách dh,với h là chiều cao của công trình

Hình 2.7- Đánh dấu các trục bên ngoài công trình

Hiện nay khung định vị chủ yếu được sử dụng khi xây dựng các côngtrình yêu cầu độ chính xác cao Đối với các công trình xây dựng dân dụng vàcông nghiệp có độ chính xác yêu cầu vừa phải, thường không xây dựng khung

định vị mà tiến hành bố trí trực tiếp các trục công trình trên mặt đất dựa vàolưới khống chế thi công ( hình 3.11) theo phương pháp toạ độ cực hay phươngpháp đặt khoảng cách theo hướng chuẩn Trong trường hợp này khi đo khoảngcách để bố trí các trục của công trình cần phải lưu ý cả số hiệu chỉnh vàochiều dài cạnh đo do ảnh hưởng chênh cao địa hình (nếu đo khoảng cách bằngthước thép) Vị trí các trục còn có thể đánh dấu bằng các cọc gỗ chôn sát mặt

đất, có đóng đinh nhỏ trên đầu cọ để thể hiện vị trí trục

2.2.5.4 Công tác trắc địa trong thi công cọc móng

Hiện nay, nhờ áp dụng công nghệ xây dựng tiên tiến đã cho phép thicông móng các công trình công nghiệp dân dụng với tốc độ nhanh, đồng thời

đảm bảo độ bền vững của công trình Dạng móng đang được ứng dụng phổbiến là móng cọc bao gồm cọc ép và cọc khoan nhồi bê tông

Nội dung công tác trắc địa khi thi công móng cọc bao gồm:

IV

cách thiết kế từ vị trí của hàng cọc đến các trục ta sẽ xác định được vị trí cọctrên mặt bằng xây dựng.

Dựa vào hệ thống khung định vị hay các trục công trình đã chuyển rathực địa, sử dụng phương pháp giao hội hướng chuẩn từ hai máy kinh vĩ đặttrên hai hướng trục vuông góc với nhau hoặc phương pháp đặt khoảng cáchtheo hướng chuẩn, phương pháp toạ độ cực để xác định vị trí các cọc đơn hay

vị trí trung tâm của một cụm cọc Sau đó sử dụng thước thép để bố trí tâm củacác cọc còn lại trong một cụm cọc Vị trí các cọc được đánh dấu bằng cácmốc tạm thời

Sai số cho phép xác định vị trí các tim cọc so với vị trí thiết kể trongmột hàng cọc thường được quy định:



Giá trị m bao gồm ảnh hưởng của các nguồn sai số do công tác trắc địa,

do thiết kế, do thi công gây ra

Theo trình tự thi công móng cọc, sau khi các cọc đạt đến độ sâu thiết

kế, tiến hành đào hố móng để xây dựng công trình nằm dưới mặt đất Khi đócần phải xác định vị trí độ cao thiết kế của các đầu cọc để tiến hành phá dỡ

đầu cọc trước khi đổ khối bê tông trên từng cụm cọc (gọi là các đài móng) Độcao thiết kế của các đầu cọc được xác định bằng thuỷ chuẩn hình học từ các

điểm độ cao thi công với độ chính xác là10mm

Công tác đo vẽ hoàn công vị trí cọc được tiến hành sau khi thi công cọc

đến độ sâu thiết kế Khi đo vẽ hoàn công, sử dụng máy kinh vĩ để chuyển cáctrục công trình xuống đầu cọc, sau đó dùng thước thép để xác định vị trí thực

tế của tâm cọc so với các trục ( hình 3.15) Cũng có thể sử dụng phương phápthuỷ chuẩn cạnh sườn để xác định vị trí thực tế của tâm cọc trên mặt bằng xâydựng

Công tác đo vẽ hoàn công móng cọc sẽ được thực hiện một cách rấtthuận tiện khi sử dụng máy toàn đạc điện tử và phương pháp toạ độ cực để xác

định vị trí tâm cọc

So sánh kết quả đo vẽ hoàn công và bản vẽ thiết kế, ta sẽ xác định được

độ lệch của các đầu cọc so với thiết kế Từ số liệu đo hoàn công thành lập bản

vẽ hoàn công vị trí các cọc móng Trên bản vẽ hoàn công cần ghi rõ giá trị độlệch và hướng lệch của tâm cọc đã ép trên thực địa so với thiết kế

2.2.5.5 Bố trí chi tiết trong đào hố móng và xây móng công trình

Định vị hố móng: Giai đoạn đầu của công tác bố trí chi tiết là định vị hố móng

và đào móng của các toà nhà và móng để lắp đặt các thiết bị

- Trường hợp công trình có khung định vị : xác định các vị trí thiết kế mép và

đường viền của móng trên khung định vị với độ chính xác đến mm, đánh dấucác vị trí này bằng đinh nhỏ có ghi chú số hiệu ở bên cạnh Dùng thước thépnối liền các điểm cùng tên trên khung định vị sẽ được đường viền từng bộphận của móng

Để đánh dấu danh giới của hố móng trên thực địa, dùng dây dọi chiếugiao điểm của các sợi dây thép xuống mặt đất và cố định bằng cọc gỗ nhỏ

Hình 2.11- Bố trí chi tiêt hố móng

- Trường hợp công trình không có khung định vị: vị trí hố móng đượcxác định trực tiếp trên mặt đất theo phương pháp giao hội hướng chuẩn bằnghai máy kinh vĩ đặt trên hai hướng trục dọc và trục ngang đã được chuyển rathực địa Trong trường hợp sử dụng các bản vẽ thiết kế trên máy tính, có thểxác định được toạ độ thực tế các điểm cần bố trí của hố móng, từ đó bố trí các

điểm này bằng máy toàn đạc điện tử theo phương pháp toạ độ cực từ các điểm