CHƯƠNG 7: BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH7.1. Khái niệmKhi đo vẽ bản đồ, ngoài thực địa người ta đo đạc mặt đất, sau đó tiến hànhsử lý số liệu đo đạc để vẽ bản đồ. Công tác bố trí công trình là thực hiện các côngtác trắc địa ngược lại với công tác đo vẽ, nghĩa là từ hồ sơ, bản vẽ thiết kế ta đixác định vị trí mặt bằng và độ cao của từng phần hoặc toàn bộ công trình ở trênthực địa theo đúng bản vẽ thiết kế.Thực chất của công tác bố trí công trình là bố trí các điểm đặc trưng của côngtrình trong không gian, do đó nội dung của công tác bố trí công trình cũng là bốtrí các yếu tố cơ bản: bố trí góc bằng, bố trí đoạn thẳng, bố trí độ cao.
Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân CHƯƠNG 7: BỐ TRÍ CƠNG TRÌNH 7.1 Khái niệm Khi đo vẽ đồ, thực địa người ta đo đạc mặt đất, sau tiến hành sử lý số liệu đo đạc để vẽ đồ Công tác bố trí cơng trình thực cơng tác trắc địa ngược lại với công tác đo vẽ, nghĩa từ hồ sơ, vẽ thiết kế ta xác định vị trí mặt độ cao phần tồn cơng trình thực địa theo vẽ thiết kế Thực chất công tác bố trí cơng trình bố trí điểm đặc trưng cơng trình khơng gian, nội dung cơng tác bố trí cơng trình bố trí yếu tố bản: bố trí góc bằng, bố trí đoạn thẳng, bố trí độ cao 7.2 Bố trí yếu tố cơng trình 7.2.1 Bố trí góc Việc xác định góc có trị số cho trước xuất phát từ hướng biết gọi bố trí góc Giả sử ngồi thực địa có điểm A, B (một đỉnh A hướng AB), yêu cầu bố trí góc BAC có giá trị βTK cho trước Hình 7.1 Bố trí góc Cách bố trí: dùng máy kinh vĩ đặt điểm A, ngắm hướng chuẩn AB, sau quay máy mở góc βTK hai vị trí bàn độ hai hướng AC1 AC2 Hướng AC hướng trung bình hướng AC1 AC2 (vị trí điểm C cách C1 C2), ta thu góc BAC góc cần bố trí 7.2.2 Bố trí khoảng cách Trước bố trí đoạn thẳng cần chuẩn bị dụng cụ cần thiết máy kinh vĩ, thước thép Biết hướng ngắm Ax, cần bố trí đoạn AB hướng ngắm có chiều dài d0 -1- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân Cách bố trí: Đặt máy kinh vĩ điểm A, định tâm cân máy, định hướng theo hướng Ax cho trước, dùng thước thép đo chiều dài d0 theo hướng định, đánh dấu điểm đo B1 Hình 7.2 Bố trí khoảng cách Đo đoạn thẳng AB1 với độ xác cần thiết độ dài d1 Tính đoạn cần dịch chuyển r = d0 – d1 Từ B1 xác định đoạn có độ dài r phía cần thiết ta điểm B cần tìm Cố định điểm B ta đoạn AB cần bố trí 7.2.3 Bố trí độ cao Biết độ cao điểm mốc A HA, điểm B theo thiết kế có độ cao HTK, u cầu bố trí điểm B ngồi thực địa với cao độ biết HTK T S Hn A B M H B HA Hình 7.3 Bố trí cao độ Cách bố trí: Đặt máy thủy bình A B, đọc số mia dựng mia sau (tại A) ta có S Tính độ cao đường ngắm: Hn = HA + S Tính số đọc cần thiết (T) mia dựng điểm B: T = Hn - HTK -2- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân Khi tính giá trị T người đứng máy hiệu người mia B nâng lên hay hạ mia xuống số đọc mia giá trị T, cuối ta đánh dấu điểm chân mia, vị trí điểm B cần bố trí Ví dụ 7.1: Dùng máy thủy bình để bố trí điểm B với cao độ thiết kế HTK=6,497m; biết cao độ mốc A HA=5,299m Mia dựng A có số đọc S=3547; Tìm vị trí điểm B với cao độ tương ứng Giải: Cao độ đường ngắm: Hn = HA + S = 5,299+3,547 = 8,846 m Số đọc cần thiết mia B là: T = Hn - HTK = 8,846 - 6,497 = 2,349m Vậy cần chỉnh mia B để người đứng máy đọc tương ứng với trị số 2349 Cố định mia đánh dấu điểm ngang với chân mia xác định vị trí điểm B * Chuyển cao độ lên tầng: Dùng máy thuỷ bình, mia thước thép để chuyển cao độ lên tầng Đã biết cao độ điểm M mặt đất (HM), yêu cầu chuyển cao độ lên điểm C tầng cao Hạ thước thép từ tầng xuống, chọn đầu "0" phía tầng, đầu hộp đựng thước hạ xuống phía dưới, cố định thước q trình đo Dựng máy thủy bình điểm M1 (dưới đất) đọc mia A trị số s, đọc số đọc thước trị số b Dời máy thủy bình vị trí M2 (trên tầng) đọc số đọc thước a số đọc mia B t Lưu ý điểm M1 M2 nên chọn cho cách mia thước để đảm bảo độ xác Cao độ điểm B là: HB = HA + s + (b - a) - t B Hình 3.2 Bố trí cao độ lên tầng -3- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân Ví dụ 7.2: Để chuyển cao độ lên tầng, ta sử dụng máy thủy bình, dùng mia kết hợp với thước thép Cao độ điểm A chân cơng trình HA=1,075m; Số đọc mia 1778; số đọc mia tầng 1533; Số đọc thước 12586; 522 Tính cao độ điểm B tầng Giải: Dùng cơng thức tính chuyển cao độ lên tầng để tìm cao độ điểm B là: HB = HA + s + (b - a) - t HB= 1,075 + 1,778+ (12,586-0,522)-1,533 = 13,384m * Chuyển độ xuống hố móng: Chuyền độ cao xuống hố móng, tương tự dẫn cao độ lên tầng Tiến hành đo thủy chuẩn ta có: - Máy thủy bình dựng vị trí I, ngắm đọc số mia (dựng M) s, đọc số thước thép n1 - Máy thủy bình dựng vị trí II, ngắm đọc số mia (dựng điểm B) đáy hố móng b, đọc số đọc thước thép n2 HĐM = HM + s - d - b HĐM = HM + s - (n2 - n1) - b Hình 3.3 Bố trí cao độ xuống hố móng Ví dụ 7.3: Để chuyển cao độ xuống đáy hố móng, ta sử dụng máy thủy bình, dùng mia kết hợp với thước thép Cao độ điểm M mặt đất HM=4,885m; Số đọc mia dựng M 1689; số đọc thước 0832; Số đọc mia dựng đáy móng 1866; số đọc thước 10667 Tính cao độ đáy hố móng HĐM Giải: Dùng cơng thức tính chuyển cao độ xuống đáy hố móng: HĐM = HM + s - (n2 - n1) - b HB= 4,885+ 1,689- (10,667-0,832)-1,866 = -5,127m -4- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân 7.3 Bố trí điểm mặt a) Phương pháp giao hội cạnh Phương pháp áp dụng điểm cần bố trí nằm gần điểm khống chế, địa hình phẳng, quang đãng, bán kính giao hội ngắn chiều dài thước Biết toạ độ điểm khống chế trắc địa A(XA, YA) B (XB, YB), u cầu bố trí điểm C toạ độ có tọa độ thiết kế C (XC, YC) C S1 S2 A B Hình 7.6 Giao hội cạnh Trước tiên cần tính chiều dài giao hội (bán kính giao hội) 𝑆1 = √(𝑋𝐶 − 𝑋𝐴 )2 + (𝑌𝐶 − 𝑌𝐴 )2 𝑆2 = √(𝑋𝐶 − 𝑋𝐵 )2 + (𝑌𝐶 − 𝑌𝐵 )2 Dụng cụ cần có: cuộn thước thép Cách bố trí: Lấy A B làm tâm, quay cuộn thước thép với đầu "0" đặt A B, với bán kính quay tương ứng S1 S2, hai thước giao điểm, điểm C cần bố trí Ví dụ 7.4: Bố trí thực địa điểm C có tọa độ (103,471; 218,395) theo phương pháp giao hội cạnh Biết vị trí điểm A(122,519; 200,698) điểm B(110,495; 207,943) Giải: Tính chiều dài giao hội cạnh AC AB: 𝑆𝐴𝐶 = √(𝑋𝐶 − 𝑋𝐴 )2 + (𝑌𝐶 − 𝑌𝐴 )2 𝑆𝐴𝐶 = √(103,471 − 122,519)2 + (218,395 − 200,698)2 =26 m 𝑆𝐵𝐶 = √(𝑋𝐶 − 𝑋𝐵 )2 + (𝑌𝐶 − 𝑌𝐵 )2 𝑆𝐵𝐶 = √(103,471 − 110,495)2 + (218,395 − 207,943)2 =12,594 m Bố trí: Lấy A B làm tâm, quay cuộn thước thép với bán kính quay R1 = 26m R2 = 12,594m hai thước giao điểm, điểm C cần bố trí -5- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân b) Phương pháp giao hội góc (hướng) Phương pháp áp dụng mà điểm cần bố trí xa điểm khống chế trắc địa việc đo dài khó thực được, thường sử dụng để bố trí tim trụ cầu, tim cọc khoan nhồi, cơng trình thuỷ,… Tính tốn số liệu: ta cần tính góc giao hội βA βB C AC A AB B A B BC BA Hình 7.7 Bố trí giao hội hướng Tính góc phương: rAB, rAC, rBC theo công thức: Xác định giá trị góc định hướng αAB, αAC, αBC theo góc phương r dấu Δx, Δy Xác định góc giao hội hướng: βA = αAB -αAC βB = αBC -αBA Bố trí điểm C: Dùng máy kinh vĩ, máy đặt A, máy đặt B, lấy hướng AB hướng chuẩn, quay máy xác định góc βA βB, giao điểm hướng ngắm vị trí điểm C cần bố trí Trường hợp biết trước tọa độ điểm A, B góc βA βB ta xác định tọa độ điểm C thông qua công thức sau: Ví dụ 7.5: Tìm tọa độ điểm C cho hình vẽ Biết: A(246,142; 131,841); B(370,412; 148,394); góc β1 =87039’40” β2 = 70014’4” Giải: -6- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân A 1 C 2 B Áp dụng cơng thức: Ta có: 𝑋𝐶 = 246,142 𝑐𝑜𝑡𝑎𝑛(700 14’4”) + 370,412 𝑐𝑜𝑡𝑎𝑛(870 39’40”) + (148,394 − 131,841) 𝑐𝑜𝑡𝑎𝑛(870 39’40”) + 𝑐𝑜𝑡𝑎𝑛(700 14’4”) = 300,188 m Tương tự, thay số vào ta tính YC = -176,999 m c)Giao hội máy toàn đạc điện tử Trong trình đo đạc thực tế gặp trường hợp đặt máy điểm khống chế tọa độ biết, cần lựa chọn phương án thay đặt máy vị trí cho nhìn thấy hai điểm khống chế để tiến hành giao hội từ xác định tọa độ điểm đặt máy dựa vào hai điểm gốc theo tốn giao hội nghịch cách nhanh chóng, xác Các dịng máy tồn đạc điện tử có chức giao hội (Resection) cho phép xác định tọa độ điểm trạm máy biết tọa độ điểm khống chế (thông thường nên chọn điểm đặt máy cho tam giác tạo điểm đặt máy điểm gốc tam giác gần cân để đảm bảo độ xác cao giao hội) -7- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân Hình 7.8 Bố trí giao hội máy tồn đạc Nội dung hướng dẫn chi tiết phần thực hành d) Phương pháp tọa độ vng góc Phương pháp áp dụng nhiều bố trí cơng trình cơng nghiệp dân dụng Từ điểm khống chế lưới ô vuông xây dựng (mạng lưới thi công), ta xác định số gia toạ độ ΔX, ΔY điểm cần bố trí (đã biết tọa độ) với đỉnh lưới ô vuông Với số gia tọa độ tính sau: ΔX = XN - XA ΔY = YN - YA Hình 7.9 Phương pháp tọa độ vng góc Cách bố trí: đặt máy kinh vĩ A, định hướng B, hướng dùng thước thép đo đoạn AM ΔY Tiếp theo ta dời máy kinh vĩ đến M, định hướng A mở góc 900, hướng này, dùng thước thép đo đoạn MN có độ dài ΔX ta có điểm N cần bố trí -8- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân Lưu ý nên chọn đoạn thẳng có gia số toạ độ lớn bố trí dọc theo cạnh trục toạ độ lưới vng, cịn số gia toạ độ nhỏ chiếu theo hướng vng góc với để đảm bảo độ xác e) Phương pháp tọa độ cực Phương pháp ứng dụng phổ biến, thích hợp khu vực xây dựng quang đãng, phẳng khoảng cách bố trí nhỏ chiều dài thước C AC A AB S B Hình 7.10 Phương pháp tọa độ cực Biết tọa độ khống chế trắc địa A(XA,YA) B(XB,YB) điểm thiết kế cần bố trí C(XC,YC) Khi biết góc cực β bán kính cực S ta hồn tồn bố trí điểm C với tọa độ cho trước Trước hết ta cần tính góc định hướng αAB, αAC (tương tự cách làm mục b) Tính góc CAB theo cơng thức: β= αAB -αAC Bán kính cực là: 𝑆 = √(𝑋𝐶 − 𝑋𝐴 )2 + (𝑌𝐶 − 𝑌𝐴 )2 Cách bố trí: Đặt máy kinh vĩ A, ngắm hướng AB làm hướng chuẩn, quay máy mở góc β theo hướng cần bố trí, hướng dùng thước thép đo đoạn thẳng có độ dài S, ta xác định điểm C cần bố trí 7.4 Bố trí đường cong trịn Khi xây dựng cơng trình dạng tuyến như: đường tơ, đường sắt, kênh mương thủy lợi hướng tuyến thay đổi thường thiết kế theo dạng đường cong, loại đường cong tròn 7.3.1 Các yếu tố đường cong tròn Đường cong tròn đặc trưng tham số: - Bán kính cong R - Góc ngoặt (độ, phút giây) xác định cách đo thực địa -9- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân - Độ dài đoạn tiếp tuyến T (m) - Độ dài đoạn phân giác (phân cự) P - Độ dài đoạn đường cong trịn K Hình 7.11 Các yếu tố cong tròn - Đoạn tiếp tuyến: 𝑇 = 𝑇Đ = 𝑇𝐶 = 𝑅 𝑡𝑎𝑛 𝜃 - Đoạn phân giác: 𝑃 = 𝑁𝐺 = 𝑅 ( 𝜃 cos ( ) − 1) - Độ dài đường cong tròn: 𝐾= 𝑅 𝜃 180 Ví dụ 7.6 Tính tốn yếu tố đường cong trịn, biết: Bán kính cong R = 107m; góc ngoặt = 3904’6’’ Giải: - Đoạn tiếp tuyến: 390 4’6’’ 𝑇 = 𝑇Đ = 𝑇𝐶 = 107 𝑡𝑎𝑛 = 37,963𝑚 - Đoạn phân giác: 𝑃 = 107 ( − 1) = 6,535𝑚 390 4’6’’ cos ( ) -10- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân - Độ dài đường cong tròn: 𝐾= 107 39,068 = 72,96 180 7.3.2 Bố trí yếu tố đường cong trịn - Máy kinh vĩ đặt đỉnh N, định hướng cạnh NA (cạnh trước), bố trí đoạn thẳng có độ dài T, đóng cọc định vị điểm đầu đường cong Đ - Quay máy góc (90-/2) để xác định hướng NO, bố trí độ dài P, đóng cọc định vị, xác định điểm G (điểm đường cong) - Tiếp tục quay máy góc (90-/2) định hướng cạnh sau (cạnh NB) để xác độ dài T, đóng cọc định vị, xác định điểm C (là điểm cuối đường cong) 7.3.3 Bố trí chi tiết đường cong trịn (bố trí điểm phụ) Khi bố trí đường cong trịn, ngồi điểm nêu trên, cần bố trí điểm phụ cách 5m, 10m, 15m,… tùy u cầu cơng trình, áp dụng sau: R ≤ 100m, lấy a = 5m 100m < R ≤ 500m, lấy a = 10m R >500m, lấy a = 20m Có phương pháp bố trí sau: phương pháp tọa độ vng góc, tọa độ cực,… a) Phương pháp tọa độ vng góc Ta bố trí điểm phụ cung trịn cách đoạn a (m), số điểm cần bố trí đường cong trịn n = K/a, góc tâm đường trịn chắn cung a là: 180 𝑎 = 𝑅 Chọn hệ trục tọa độ vng góc có gốc trùng với điểm đầu đường cong, trục X trùng với hướng ĐN, trục Y hướng ĐO, tọa độ điểm chi tiết là: -11- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân Hình 7.12 Phương pháp tọa độ vng góc Điểm có tọa độ X1 Y1: X1 = R.sin Y1= R - R.cos Tương tự cho điểm thứ i có: Xi = R.sin(i.) Yi= R - R.cos(i.) Cách bố trí: Đặt máy kinh vĩ Đ, định hướng đỉnh N, bố trí đoạn X1, X2,… đánh dấu vị trí Xi, chuyển máy tới điểm vừa bố trí, định hướng N, quay máy 90 độ để bố trí đoạn Yi tương ứng, đóng cọc định vị xác định điểm chi tiết 1, 2,… tương ứng Ví dụ 7.7 Tính tốn tọa độ điểm chi tiết đường cong trịn Biết: Bán kính cong R = 107m; góc ngoặt = 3904’6’’ Giải Ta thấy đường trịn có 100m < R ≤ 500m, lấy khoảng cách bố trí điểm chi tiết đường cong a = 10m Số điểm cần bố trí n = K/a = 72,96 /10 = điểm Góc tâm đường trịn chắn cung có độ dài a là: 180 𝑎 180.10 = = = 5,355𝑜 𝑅 107 Điểm thứ có tọa độ X1 Y1: X1 = 107.sin5,3550 = 9,986m -12- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân Y1= 107 - 107.cos5,3550 =0,467m Điểm thứ 2, đến điểm thứ 7: Tính tương tự theo cơng thức Xi = R.sin(i.) Yi= R - R.cos(i.) Ta có bảng kết sau: Các điểm chi tiết cần bố trí i= (i.) = 5,355 10,709 16,064 21,419 26,774 32,128 37,483 X 9,986 19,884 29,608 39,075 48,200 56,905 65,113 Y 0,467 1,864 4,178 7,390 11,471 16,386 22,092 Góc chắn cung b) Phương pháp tọa độ cực mở rộng Ta bố trí điểm phụ cung tròn cách đoạn a (m), số điểm cần bố trí đường cong trịn n = K/a, góc tâm đường trịn chắn cung a là: 180 𝑎 = 𝑅 Hệ tọa độ cực lấy tâm cực điểm Đ (hoặc C), trục cực cạnh ĐN Các điểm chi tiết thứ i xác định biết góc i khoảng cách D Hình 7.13 Phương pháp tọa độ cực mở rộng Các góc 1 = /2; 2 = ; 3 = 3.(/2),… -13- Giáo trình Trắc địa Xây dựng GV: Nguyễn Hữu Tuân Tổng quát có: i = i.(/2) Độ dài đoạn D là: D = 2.R sin(/2) Bố trí: Đặt máy kinh vĩ Đ, định hướng N, bố trí góc 1; 2 ,…theo hướng góc 1 bố trí chiều dài D, đóng cọc định vị điểm Từ điểm dùng thước thép quy cung bán kính D cắt cạnh góc 2 xác định điểm 2, điểm khác làm tương tự -14-