Bố trí và kiểm tra vị trí tháp cầu dây văng ThS. hồ thị lan hơng Bộ môn Trắc địa Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Trong cầu dây văng (CDV) tháp cầu l bộ phận quan trọng có tính quyết định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật v độ an ton của công trình. Kiến trúc tháp CDV tơng đối phức tạp, điều kiện thi công lại khó khăn, vì vậy việc xác định đúng vị trí v kích thớc hình học của tháp cầu l việc hết sức quan trọng. Trong bi báo ny tác giả khảo sát việc ứng dụng máy ton đạc điện tử để bố trí tháp trong xây dựng CDV. Summary: In a cable-stayed brigde, the pylon is the most impotant component which decides the constructions eco-technical standards and safety. The pylon structure is fairly complicated, the constructing condition is difficult, therefore, it is important to locate the corrrect position of and the geometrical dimensions for the pylon. In this report, the writer studies the application of the electronic total station to locate the pylon in construction of cable-stayed brigdes. . Đặt vấn đề Cầu dây văng là hệ không biến dạng hình học, có độ cứng lớn vì thế có thể vợt đợc các nhịp rất lớn (hàng trăm đến hàng nghìn mét), hình dáng của cầu lại rất đẹp, kiến trúc phong phú và có thể thiết kế phù hợp với tập quán, truyền thống cũng nh vật liệu nơi xây dựng. CT 2 ở Việt Nam, cầu dây văng đầu tiên đợc xây dựng năm 1976 là cầu Đakrông (đã sập năm 1999 do đứt neo), tiếp sau đó là cầu Mỹ Thuận, Cầu Bính, cầu Kiền, cầu Bãi Cháy và đang xây dựng là cầu Rạch Miễu, cầu Cửu Long (cầu Cần Thơ) Trong CDV tháp cầu chịu toàn bộ tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp thông qua trụ truyền tải trọng xuống đất nền. Ngoài ra, kiến trúc tháp CDV cũng tơng đối phức tạp, tiết diện thay đổi theo chiều cao, có độ nghiêng, nhiều khi còn có độ cong, điều kiện thi công khó khăn, chật hẹp, yêu cầu độ chính xác lại cao, nên khi bố trí cũng nh kiểm tra vị trí tháp cầu cần áp dụng công nghệ và thiết bị đo đạc hiện đại nhất. II. Nội dung Toạ độ của tim tháp hay các điểm đặc trng của mặt cắt tháp đợc tính toán chính xác khi thiết kế và trong bản vẽ tổ chức thi công, sau đó căn cứ vào lới khống chế thi công cầu để xác định vị trí của chúng ngoài thực địa. Trong thi công CDV, sau khi xác định đợc vị trí tâm tháp trên bệ tháp, vị trí và hình dạng tiếp theo của tháp đợc xác định thông qua khung định vị. Khung định vị đợc làm bằng thép (hình 1), thờng có tiết diện hình chữ nhật, đợc chế tạo trên mặt đất với độ chính xác rất cao về kích thớc hình học, thông qua toạ độ các góc khung tơng ứng với từng độ cao của tháp cầu. Độ cao của khung phụ thuộc vào chiều cao của từng lift (với cầu Bãi Cháy chiều cao của lift từ 2.5 đến 4.2m, cầu Cửu Long khoảng 5m), cốt thép cũng đợc bố trí trên mặt đất, sau đó cả lồng thép này đợc cẩu lên vị trí của nó trên tháp và nối với khung định vị của lift trớc nó bằng các bu lông, lúc này vị trí của tháp cầu đã đợc căn chỉnh chính xác, ngời ta kiểm tra vị trí này khi lắp ván khuôn trớc khi đổ bê tông thông qua 4 mặt bích của khung định vị. Hình1. Khung định vị Hình 2. Vị trí nối bu lông của khung định vị 1. Phơng pháp bố trí điểm bằng máy Toàn đạc điện tử CT 2 + Phơng pháp toạ độ cực (chơng trình setting out) Tâm bệ tháp đợc xác định sơ bộ khi lắp ván khuôn bằng phơng pháp toạ độ cực (hình 3) của máy TĐĐT, sau đó đợc kiểm tra và điều chỉnh theo toạ độ thiết kế bằng các phơng pháp khác, tâm tháp cũng có thể gắn vào với các điểm của lới khống chế tạo thành một hệ thống lới cục bộ (nh tim tháp cầu Rạch Miễu). B A c s C Hình 3. Phơng pháp toạ độ cực Vị trí của khung định vị đầu tiên này cũng đợc xác định thông qua các điểm của lới khống chế hay điểm tim tháp cầu. ở phơng pháp này, căn cứ vào 2 điểm của lới khống chế A, B để xác định vị trí điểm thiết kế C thông qua các yếu tố: = AB - AC ; AC 2 AC 2 YXS += (1) Sai số vị trí điểm bố trí của phơng pháp toạ độ cực đợc tính theo công thức: = m 2 S 2 2 mS m + (2) + Phơng pháp giao hội góc cạnh s 1 A 1 c B s 2 2 Hình 4. Phơng pháp giao hội góc cạnh Có thể sử dụng phơng pháp giao hội góc cạnh bằng máy TĐĐT để xác định vị trí điểm của khung định vị, hay tim tháp cầu. Từ 2 điểm A,B của lới khống chế ( hình 4), bố trí điểm thiết kế C bằng phơng pháp giao hộ góc cạnh, các yếu tố bố trí đợc tính theo công thức sau: ACAB1 = ; BABC2 = CT 2 AC 2 AC 2 1 YXS += (3) BC 2 BC 2 2 YXS += Sai số trung phơng vị trí điểm bố trí (C) đợc tính theo trình tự sau: Tính sai số vị trí điểm của phơng pháp giao hội góc: 2 2 1 2 C SS sin m 'm + = (4) Tính sai số vị trí điểm của phơng pháp giao hội cạnh: 2 2S 2 1SC mm sin 1 ''m + = (5) Sai số vị trí điểm của phơng pháp giao hội góc cạnh: 2 c c 2 cc c ''m'm ''m'm m + ì = (6) 2. Đo kiểm tra vị trí tháp: Vị trí tim tháp, vị trí các điểm của khung định vị hay các điểm đặc trng của tiết diện sau khi bố trí, lắp đặt và đổ bê tông xong, đợc kiểm tra cận thận bằng một trong các phơng pháp sau: + Chơng trình đo toạ độ của 1 điểm bằng máy TĐĐT A,B là 2 điểm đã biết toạ độ, đặt máy TĐĐT tại B, đo góc và cạnh S, tính đợc toạ độ C theo công thức: Xc = X B + S Cos CT 2 B BC Yc = Y B + S SinB BC (7) trong đó: BC = BA - a b c s Hình 5. Tính toạ độ điểm bằng TĐĐT Từ toạ độ điểm lới khống chế và toạ độ thiết kế các điểm của tiết diện tháp, ta tính ra khoảng cách ở độ cao tơng ứng rồi so sánh với số liệu đo đợc ngoài thực tế và tính sai số. + Phơng pháp giao hội nghịch của máy toàn đạc điển tử (chơng trình free station). Chơng trình đo toạ độ của điểm đặt máy bằng cách đo khoảng cách, góc bằng tới các điểm (tối thiểu là 2 điểm). Ví dụ: A,B,C là 3 điểm đã biết toạ độ, tính toạ độ điểm P bằng phơng pháp giao hội nghịch. Đặt máy tại P đo các góc , và đo các cạnh S 1 , S 2 , S 3 . - Kích thớc hình học của mặt cắt tháp sau khi đổ bê tông có thể kiểm tra bằng chơng trình đo khoảng cách giữa 2 gơng (tie distance) . - Ngoài ra, cũng có thể kiểm tra toạ độ các điểm của khung định vị hay các điểm đặc trng của mặt cắt sau khi đổ bê tông với phơng pháp đo tĩnh bằng công nghệ đo GPS. a c b p c c 1 2 a b 1 S 2 s 3 s Hình 6. Phơng pháp giao hội nghịch 3. Kết quả thực tế kiểm tra bố trí tháp cầu Hệ thống lới thi công cầu Cửu Long đợc xây dựng bằng công nghệ GPS dọc theo tim tuyến (hình 7) và đã sử dụng các mốc WB118, WB105, WB107, WB108, WB130, WB110, WB109 để bố trí và kiểm tra 2 tháp cầu. x y wb101 wb102 wb104 wb118 wb106 wb103 wb105 wb110 wb109 wb112 wb111 wb114 wb113 wb140 wb116 wb115 wb107 wb113a wb130 wb108 yard - no.03 north - pylon south - pylon hau - river hau - river a1 - st.4+910.00 a2 - st.7+660.00 sub - stream pier - 24 yard - no.04 CT 2 Hình 7. Lới khống chế thi công cầu Cửu Long y x up stream c enterline of b ridge abutment 2 43 21 Hình 8. Vị trí khung định vị Vị trí các điểm đợc bố trí bằng chơng trình setting out của máy toàn đạc điện tử, các lift của tháp sau khi lắp xong khung định vị và sau khi đổ bê tông đều đợc kiểm tra bằng toàn đạc điện tử và GPS, kích thớc của khung định vị đợc kiểm tra bằng thớc thép và bằng toàn đạc điện tử. Kích thớc của các chi tiết có sai số cho phép sau khi đổ bê tông là (-10mm ữ 20mm), một số kết quả kiểm tra đợc ghi ở bảng sau: Bảng 1. Kết quả kiểm tra vị trí 4 điểm khung định vị trớc khi đổ bê tông Toạ độ thiết kế (m) Toạ độ thực tế (m) Sai số (mm) Điểm đo Xi Yi Hi Xi Yi Hi X Y H 1 5.221 -2.950 108.400 5.220 -2.944 108.383 -1 6 -17 2 1.183 -2.950 108.400 1.182 -2.953 108.386 -1 -3 -14 3 5.221 2.950 108.400 5.210 2.957 108.386 -11 7 -14 4 1.183 2.950 108.400 1.173 2.948 108.388 -10 -2 -12 Sai số trung phơng vị trí điểm mp = 9mm Bảng 2. Kết quả kiểm tra kích thớc khung định vị. K/cách Bằng TĐĐT Bằng thớc thép Sai số Kết luận 1-2 4.038 4.038 0 OK 3-4 4.037 4.038 -1 OK 1-3 5.901 5.900 -1 OK 2-4 5.900 5.900 0 OK CT 2 Bảng 3. Kết quả kiểm tra độ cao sau khi đổ bê tông Điểm H TK (m) H TT (m) Sai số (mm) 1 106.900 106.930 30 2 106.900 106.930 30 3 106.900 106.930 30 4 106.900 106.930 30 5 106.900 106.930 30 6 106.900 106.930 30 up stream x y 3 4 6 2 Hình 9. Mặt cắt lift sau khi đổ bê tông Độ cao đợc này đợc xác định để điều chỉnh về độ cao và kích thớc cho lift tiếp theo sau khi đổ bê tông Bảng 4. Kiểm tra vị trí sau khi đổ bê tông Thiết kế (m) Thực tế (m) Sai số (mm) Điểm X Y X Y X Y 1 1.431 3.500 1.422 3.503 -9 3 2 5.493 3.500 5.492 3.507 -1 7 3 1.431 -3.500 1.426 -3.507 -5 7 4 5.493 -3.500 5.491 -3.497 -2 -3 CT 2 Sai số trung phơng vị trí điểm mp = 6.5mm III. Kết luận - Trong quá trình xây dựng công trình, đặc biệt là công trình lớn, công tác xây dựng phức tạp thì nhất thiết phải ứng dụng các thiết bị hiện đại để giảm đợc khối lợng và thời gian đo đạc mà vẫn đảm bảo độ chính xác yêu cầu. - Nên sử dụng phơng pháp giao hội góc cạnh để bố trí tháp, mố trụ cầu, vì phơng pháp này đơn giản, độ chính xác cao. - Thực tế ở cầu Cửu Long cho thấy, ứng dụng máy Toàn đạc điện tử trong thi công cầu hoàn toàn đáp ứng đợc các yêu cầu về độ chính xác cũng nh điều kiện thi công phức tạp. Tài liệu tham khảo [1]. GS,TS Lê Đình Tâm (chủ biên), KS Phạm Duy Ho. Cầu Dây Văng. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật - 2001. [2]. Phan Văn Hiến v những ngời khác. Trắc địa công trình Nhà xuất bản Giao thông Vận tải 2001. [3]. Technical work plan for pylon construction lift 24 to 27 ( can thơ bridge project)Ă . Bố trí và kiểm tra vị trí tháp cầu dây văng ThS. hồ thị lan hơng Bộ môn Trắc địa Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Trong cầu dây văng (CDV) tháp cầu l bộ phận quan. này đợc cẩu lên vị trí của nó trên tháp và nối với khung định vị của lift trớc nó bằng các bu lông, lúc này vị trí của tháp cầu đã đợc căn chỉnh chính xác, ngời ta kiểm tra vị trí này khi lắp. + = (5) Sai số vị trí điểm của phơng pháp giao hội góc cạnh: 2 c c 2 cc c ''m'm ''m'm m + ì = (6) 2. Đo kiểm tra vị trí tháp: Vị trí tim tháp, vị trí các điểm của