GIÁM SÁT ĐO ĐẠC TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG

MỞ ĐẦU NHIỆM VỤ CỦA CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG Ngày nay, ở nước ta đã bước đầu xây dựng nhiều công trình hiện đại, có qui mô lớn, liên quan đến yếu tố nước ngoài , đòi hỏi độ chín

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÀI GIẢNG

LỚP BỒI DƯỠNG NGHIỆP VỤ GIÁM SÁT THI CÔNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG-CÔNG NGHIỆP

CHUYÊN ĐỀ

GIÁM SÁT ĐO ĐẠC TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG

Biên soạn

LƯU HÀNH NỘI BỘ

MỤC LỤC

Mở đầu

Chương I

DỤNG CỤ TRẮC ĐỊA HIỆN ĐẠI TRONG XÂY DỰNG

1.1 Máy toàn đạc điện tử .3

1.2 Máy Nivô điện tử .8

1.3 Hệ thống định vị toàn cầu GPS 11

Chương II ĐO ĐẠC KIỂM TRA VÀ ĐO VẼ HOÀN CÔNG CÔNG TRÌNH 2.1 Đo đạc kiểm tra công trình đang xây dựng 16

2.2 Đo vẽ hoàn công 18

2.3 Kiểm tra vị trí mặt bằng 19

2.4 Kiểm tra khoảng cách 20

2.5 Kiểm tra độ song song của các trục 22

2.6 Kiểm độ thẳng đứng của các cột 22

2.7 Chuyển trục thi công lên các tầøng trên khi xây dựng nhà cao tầng 25

2.8 Kiểm tra độ cao đáy hố móng 28

2.9 Kiểm tra cao độ mặt sàn và trần nhà 29

2.10 Kiểm tra độ phẳng của mặt sàn,trần nhà vàđộ vênh của mặt móng máy 31

2.11 Kiểm tra độ cao công trình bằng đo cao lượng giác 32

Chương III QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 3.1 Khái niệm về biến dạng công trình 33

3.2 Khái niệm về quan trắc lún 34

3.3 Chu kỳ và độ chính xác quan trắc lún 35

3.4 Cấu tạo và bố trí các loại mốc quan trắc lún 35

3.5 Tính toán các trị số biến dạng và các biểu đồ 40

3.6 Khái niệm về quan trắc chuyển dịch 42

3.7 Độ chính xác,chu kỳ quan trắc chuyển dịch 43

3.8 Bố trí và cấu tạomốc cơ sở và mốc thi công 44

3.9 Bố trí và cấu tạo các mốc kiểm tra 46

3.10 Khái niệm về quan trắc độ nghiêng công trình 47

3.11 Phương pháp dây dọi 47

3.12 Phương pháp dùng máy chiếu thiên đỉnh 48

3.13 Phương pháp đo khoảng cách toàn đạc điện tử 50

3.14 Phương pháp tọa độ 51

3.15 Xác định độ nghiêng các công trình cao có dạng hình trụ hoặc hình côn 52

3.16 Phương pháp đo góc ngang ChươngIV CÁC HỆ TỌA ĐỘ VÀ CAO ĐỘ DÙNG TRONG XÂY DỰNG 4.1 Các hệ tọa độ 55

4.2 Phép chiếu Gauss và hệ tọa độ phẳng vuông góc Gauss-Kriuger 56

4.3 Phép chiếu và hệ tọa độ phẳng vuông góc UTM 58

4.4 Hệ độ cao 59

4.5 Những vấn đề trục trặc thường gặp khi sử dụng hệ tọa độ quốc gia trên các công trường xây dựng 60

Tài liệu tham khảo

MỞ ĐẦU

NHIỆM VỤ CỦA CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG

Ngày nay, ở nước ta đã bước đầu xây dựng nhiều công trình hiện đại, có qui mô lớn, liên quan đến yếu tố nước ngoài , đòi hỏi độ chính xác thi công khá cao (như các công trình thủy điện, công trình cầu, công trình đương hầm, công trình nhà cao tầng v.v ) nên cần chú trọng nhiều đến vai trò của công tác trắc địa trong xây dựng

Nhiệm vụ chủ yếu của công tác trắc địa trong xây dựng công trình là đảm bảo cho công trình được xây dựng đúng vị trí thiết kế về phương diện mặt bằng, độ cao, độ thẳng đứng và đúng kích thước hình học.

Các công đoạn của công tác trắc địa trong xây dựng công trình :

1 Khảo sát địa hình lập bản đồ địa hình các loại tỉ lệ (1:500 -1:5000) phục vụ các

giai đoạn thiết kế công trình

2 Bố trí công trình bao gồm :

° Lập lưới khống chế cơ sở toạ độ và độ cao phục vụ bố trí công trình

° Bố trí chi tiết công trình

° Kiểm tra bố trí công trình ( vị trí, các kích thước hình học, độ song song , độ thẳng đứng, độ cao, độ dốc, độ phẳng của các bộ phận công trình)

3 Quan trắc biến dạng công trình ( lún, nghiêng, nứt, trượt, chuyển dịch vv…).

Do yêu cầu độ chính xác của công tác trắc địa trong xây dựng ngày càng cao và điều kiện làm việc trên hiện trường ngày càng khó khăn nên cần nghiêng cứu sử dụng các loại dụng cụ trắc địa hiện đại độ chính xác cao

Cần có các cán bộ tư vấn giám sát chuyên sâu về trắc địa ( kỹ sư trắc địa) thay mặt chủ đầu tư giám sát chất lượng thi công các công tác trắc địa của các nhà thầu trên công trường đảm bảo cho việc thi công xây dựng công trình đúng tiến độ và đạt chất lượng

CHƯƠNG I

DỤNG CỤ TRẮC ĐỊA HIỆN ĐẠI

§1–1 MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ

A KHÁI NIỆM CHUNG

°Máy TĐĐT được sử dụng để giải quyết nhiều bài toán trắc địa, địa hình, địa chính và công trình

°Cấu tạo của máy TĐĐT là sự kết hợp giữa 3 khối :

- Khối EDM ( Electronic distance meter ): Xác định khoảng cách nghiêng D từ điểm

đặt máy đến gương phản xạ

- Khối DT (Digital theodolite):xác định trị số hướng ngang(haygóc bằng) và góc

đứng

- Bộ xử lý CPU :

1 Cho phép nhập các số liệu : hằng K số của máy , số liệu khí tượng (nhiệt độ áp suất ) toạ độ và độ cao (X , Y, H ) của trạm đặt máy và điểm định hướng, chiều cao máy (im), chiều cao gương (lg)

2 - Các phần mềm tiện ích được cài đặt trong CPU cho phép giải các bài toán trắc địa khi lập lưới khống chế tọa độ, đo vẽ bản đồ và bố trí công trình

EDM

DT

CPU

G Ư Ơ N G

Hình 1-2

Hình 1-4

3 - Các số liệu đo và tính toán được thể hiện lên màn hình, lưu trữ trong bộ nhớ trong hoặc bộ nhớ ngoài (sổ điện tử ), sau đó được trút qua máy tính để xử lý nhờ các phần mềm chuyên dụng ( phần mềm bình sai tính toán lưới khống chế tọa độ cơ sở, phần mềm vẽ bản đồ địa hình v.v )

Máy TĐĐT có khả năng tự động hoá cao hiện đã có 3 thế hệ :

- Thế hệ 1: Máy do người điều khiển bắt mục tiêu và bấm phím ghi vào bộ nhớ các

số liệu đo

- Thế hệ 2: Máy có tính tự động cao hơn : người đo chỉ cần hướng ống kính tới mục

tiêu, máy sẽ tự động bắt mục tiêu, tiến hành đo và ghi số liệu vào bộ nhớ

- Thế hệ 3: Máy có khả năng tư động hoá rất cao: Khi đo, người đi gương mang

gương tới đặt tại các điểm đo, máy sẽ tự động bắt mục tiêu, tiến hành

đo và ghi số liệu vào bộ nhớ (làm việc theo kiểu người máy)

° Máy toàn đạc điện tử có nhiều loại do nhiều nước sản xuất với độ chính xác

đo góc và đo dài khác nhau

- Độ chính xác đo góc cỡ từ 10" ÷ 0.5"

- Độ chính xác đo dài cỡ từ (5mm+5mm/lkm) ÷ (1mm + 1mm/lkm)

<1:100.000> <1:500.000>

Máy TC400 Máy TC2003

Thụy sỹ: Hãng Leica (Wild) có các loại máy : TC400,

TC600,C307/305/303, TC407/405/403, TC805/803/802, TC1205/1203/1201

Nhật : - Hãng Sokkia có các máy SET500, SET600

- Hãng Nikon có các máy DTM 310, DTM 720

- Hãng Topcon có các máy GTS 229 ,

Trung quốc : Hãng South có máy đo tương tự Topcon v.v

Lưu y ù : Cần phân biệt máy toàn đạc diện tử với máy kinh vĩ điện tử Máy kinh vĩ

điện tử mặc dù bề ngoài trông rất giống máy TĐĐT nhưng nó chỉ có tính năng đo góc đơn thuần , không có bộ phận đo dài điện tử và bộ xử lý CPU Do vậy người

đo phải ghi vào sổ đo các số liệu góc bằng , góc đứng đo được , hiện trên màn hình

B CẤU TẠO BỘ PHẬN ĐỌC SỐ GÓC ĐO ĐIỆN TỬ

°Bộ phận đọc số góc đo trong máy kinh vĩ điện tử hoặc máy toàn đạc điện tử sử

dụng đĩa độ mã hoá và diode quang

LM –Diode quang chuyển động theo ống kính – Đóng vai trò vạch chuẩn

LF –Diode quang cố định – Đóng vai trò vạch " 0" của vành độ

-Đĩa độ mã hoá làm bằng chất trong suốt, chia thành nhiều “ cặp vạch sáng – tối”.

Mỗi cặp đóng vai trò đơn vị pha ( Số cặp vạch càng nhiều  đo góc càng chính xác ) -Một nguồn sáng chiếu từ dưới đĩa -Khi đo, đĩa độ sẽ quay nhờ kết nối với một môteur bên trong máy Khi đĩa độ quay đến tốc độ nhất định bộ điếm điện tử sẽ điếm được:

° n đơn vị pha φ0 đi qua 2 điốt LM và LF

° Độ lệch pha ∆φ giữa các tín hiệu của chúng

Góc cần đo φ giữa 2 diode

φ = nφo + ∆φ (1-1)

Trong đó : nφo : Giá trị đo thô

∆φ : Giá trị đo tinh

- Bộ đếm điện tử chuyển trị số góc đo là số nhị phân (0101) thành số thập phân rồi hiện lên màn hình

Hình 1-5

C BỘ PHẬN ĐO DÀI ĐIỆN TỬ (E.D.M.)

Đo dài điện tử EDM - Đo dài gián tiếp sử dụng sóng điện từ hoặc sóng ánh sáng °Đo dài sóng điện từ có khả năng đo dài từ 10 – 100km , đạt độ chính xác thấp nên thường được sử dụng trong hàng hải

°Đo dài sóng ánh sáng trong phạm vi từ 50m – 10km , đạt độ chính xác khá cao nên được sử dụng trong trắc địa đo vẽ bản đồ và bố trí côngtrình

NGUYÊN LÝ ĐO DÀI BẰNG SÓNG ÁNH SÁNG

°Đặt máy tại A, gương tại B

°Khi đo, sóng ánh sáng phát ra từ bộ điều biến trong máy đi đến gương phản xa,ï dội trở về máy, được thu lại ở bộ thu tín hiệu (đi 2 lần khoảng cách đo)

°Từ đó chiều dài cạnh: S =V2.t (1-2)

V = C n (1-3) Trong đó:

V - Tốc độ truyền sóng trong khí quyển

t - Thời gian sóng truyền từ máy đến gương và từ gương đến máy

C - Tốc độ truyền sóng trong chân không (299.792,2km/s)

n - Hệ số khúc xạ của khí quyển

Thời gian t sóng đi về được xác định bằng :

Hình 1-6

1 Phương pháp đo xung :

Đo trực tiếp khoảng thời gian truyền xung ánh sáng (t) có độ chính xác thấp nên ít được sử dụng

2 Phương pháp đo pha

Đo gián tiếp khoảng thời gian truyền sóng ánh sáng (đo góc lệch pha giữa sóng thu với sóng phát ∆φ ).Khi đó chiều dài cạnh được tính theo công thức

S = (N + ∆φ )

2

N - số nguyên bước sóng

∆φ - Góc lệch pha ( phần lẻ của bước sóng )

l - Bước sóng của sóng ánh sáng

° Phương pháp đo pha được sử dụng ở hầu hết các máy đo dài điện quang hiện nay Việc hạn chế khoảng cách < 10km là do sóng ánh sáng bị yếu đi khi đi qua khói, bụi, sương mù

Hiện nay có một số loại máy TĐĐT có thể đo khoảng cách đến các đối tượng (tường nhà, vách núi, thân cây vv…)mà không cần gương phản chiếu

Máy TCR 307 , TCR407 của hãng LEICA (Thụy sỹ) đo được khoảng cách từ 60-80m khi đối tượng đo có màu trắng, từ 30-50m - đối tượng đo có màu xám Nếu sử dụng miếng nhựa phản xạ thay gương có thể đo khoảng cách từ 150 -300m

Máy toàn đạc điện tử GPT-3000LN/N của hảng TOPCON (Nhật) có khả năng đo không gương đến khoảng cách 350m với bất kỳ mặt phản xạ nào Với bế mặt phản xạ màu trắng máy có khả năng đo không gương đến 1,2 km

§1–2 MÁY NIVÔ ĐIỆN TỬ

A MÁY NIVÔ LASER :

° Nivô laser phát ra chùm ánh sáng nằm ngang nhìn thấy được làm chuẩn để đo độ chênh cao theo nguyên tắc đo cao hình học

°Có 2 loại : 1 Loại phát trực tiếp (Hình1-7)

2 Loại phát chùm tia laser theo trục quang học của ống kính

°Đối với máy loại 2 có hai cách đo Sau khi cân bằng máy và cho máy hoạt động, máy sẽ quét tia laser xung quanh máy tạo thành một mặt phẳng Tại điểm gốc đã biết độ cao và điểm cần xác định độ cao:

- Người dựng mia đọc số trên mia theo tâm vết chùm tia laser (kém chính xác)

- Người dựng mia đọc số trên mia theo vạch đọc số của bộ cảm biến (đạt độ chính xác cao hơn)

°Khi đo bằng cách 2, di chuyển bộ cảm biến (Hình 1-8) lên hoặc xuống đến khi

màn hiển thị chứa vết chùm tia laser Sau khi điều chỉnh tiếp cho đến khi giữa màn hiển thị xuất hiện một vạch đen, bộ cảm biến phát ra tiếng Bíp – Bíp, đèn

báo màu đỏ chuyển sang màu xanh Tiến hành đọc số theo vạch đọc số.

° Khi bố trí độ cao  cố định bộ cảm biến tại số đọc b tính theo công thức:

b = (H RP +a)- H TK (1-5)

Trong đó:

H RP - Cao độ mốc gốc,

a –số đọc trên mia dựng tại mốc gốc

H TK –cao độ thiết kế của diểm cần bố trí

Di chuyển mia lên hoặc xuống đến khi bộ cảm ứng phát ra tiếng kêu Bíp – Bíp, cố định mia Vị trí đáy mia có cao độ đúng cao độ thiết kế

°Tùy theo độ chính xác của bộ cảm ứng và khoảng cách từ máy tới mia mà sai số xác định số đọc trên mia sẽ khác nhau ( sai số xác định độ chênh cao cũng khác nhau )

Vạch đọc số

Bộ cảm biến Màn hiển thị

Máy Nivô laser loại phát trực tiếp có chế độ tự động quay tia laser cóù thể xác định mặt phẳng ngang (hình1- 9) , mặt phẳng nghiêng, mặt phẳng thẳng đứng

° Sử dụng tốt trong các trường hợp:

- Điều khiển san lấp mặt bằng

- Trang trí nội thất (chỉ dùng bộ cảm biến áp lên tường)

- Kiểm tra độ thẳng đứng của các cấu kiện, các hạng mục công trình

• Có thể sử dụng để tạo đường chuẩn thay cho dây căng (hình1-10) phục vụ bố trí công trình, lắp đặt dây chuyền công nghệ trong nhà xưởng

• Có thể sử dụng làm máy chiếu thiên đỉnh để chuyển các trục thi công lên các tầng trên khi xây dựng các nhà cao tầng (hình 1-11)

B MÁY NIVÔ LASER KỸ THUẬT SỐ

1 Nút On/Off 13 Bàn phím

2 Đế máy 14 Kính vật

3 Ốc cân máy 15 Pin sạc GEB111 (tùy chọn)

4 Bàn độ ngang 16 Thẻ nhớ số liệu

5 Thanh chốt gài pin 17 Pin sạc GEB121 (tùy chọn)

6 Hộp đựng pin 18 Hộp đựng pin GAD39 , 6 cục pin tiểu (tùy chọn)

7 Nút mở nắp khay đựng thẻ nhớ 19 Cửa sổ lấy ánh sáng cho bọt thủy tròn

8 Nắp khay đựng thẻ nhớ 20 Nút đậy ốc chỉnh lưới chỉ chữ thập

9 Màn hình 21 Cổng nối cáp RS232

10 Bọt thủy tròn 22 Nút đo

11 Tay cầm & ngắm sơ bộ 23 Ốc điều quang

12 Kính mắt 24 Ốc vi động ngang (vô tận – 2 chiều)

- Máy Laser kỹ thuật số thuộc loại phát chùm tia laser theo trục quang học và cân bằng tự động nhờ hệ thống lăng thấu kính

- Sau khi cân bằng máy, ngắm ống kính về phía mia dựng trên điểm đo, nhấn phím

điều khiển, máy sẽ tự phát tia laser về phía mia, nhận dạng ma õvạch và xử lý ảnh

điện tử kỹ thuật số (giống nhưng ở bàn tính tiền trong siêu thị ) xác định khoảng cách

từ máy đến mia và số đọc trên mia, rồi hiển thị lên màn hình và lưu lại kết quả trong bộ nhớ trong của máy hoặc lưu vào thẻ nhớ số liệu

°Máy hoạt động theo các chương trình được cài sẵn trong máy

- Chương trình đo cao theo tuyến

- Chương trình đo cao trên mặt phẳng

- Chương trình bố trí điểm đã biết độ cao vv…

°Xử lý số liệu đo bằng phần mềm DELTA- LEVNET:

- Phân tích số liệu kiểm tra, kiểm nghiệm máy

- Bình sai lưới đo cao

- Vẽ mặt cắt đia hình vv…

°Độ chính xác đo cao trên 1Km có thể đạt ( với loại máy thủy chuẩn điện tử Leica

DNA 03) ± 1,0mm Khi sử dụng mia mã vạch bằng gỗ

± 0,3mm Khi sử dụng mia mã vạch bằng kim loại inva.

Mia mã vạch

Hình 1-12

Hình 1-13

Hình 1-14

§ 1–3 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS

A.Tổng quan về GPS

Hiện nay trên thế giới đang hiện diện hai Hệ thống định vị toàn cầu : GPS của Mỹ và Glonass của Nga Từ 28/01/2006 các nước Châu âu bắt đầu hình thành hệ thống thứ ba lấy tên là Galileo và dự kiến chính thức đưa vào sử dụng vào năm

2010 Các hệ thồng này đều sử dụng công nghệ vệ tinh để xác định tọa độ các

điểm trên mặt đất Sau đây chúng ta chỉ đề cập đến Hệ thống địnhvị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS viết tắt của chữ Global Positioning System do bộ

quốc phòng Mỹ phát triển và điều hành Lúc đầu dùng cho mục đích quân sự, đến

năm 1983 mới cho phép sử dụng trong dân sự Hệ GPS bao gồm 3 phần : Phần kiểm

soát và điều khiển, phần không gian và phần sử dụng

I Phần kiểm soát và điều khiển :

Phần kiểm soát và điều khiển gồm một trạm điều khiển chính đặt tại Colorado Springs(Mỹ), 5 trạm kiểm soát và thu dữ liệu truyền từ vệ tinh đặt tại Hawaii, Colorado springs, Ascension (Nam Thái bình dương) và ba tram truyền số liệu đặt tại Ascension , Diago garcia và Kvajalein

Năm trạm thu số liệu có nhiệm vụ theo dõi các tính hiệu vệ tinh để kiểm soát sự

hoạt động và tính toán dự đoán quỉ đạo của chúng Mỗi trạm được trang bị các máy thu tính hiệu mã P để liên tục theo dõi khoảng cách đến tất cả các vệ tinh quan sát được Khoảng cách thu được cứ 1,5 giây một lần, được hiệu chỉnh ảnh hưởng của tầng điện ly và khí quyển qua từng 15 phút Sau đó kết quả hiệu chỉnh của 5 trạm này được gửi về trạm điều khiển chính.Vị trí của 5 trạm này được xác định với độ chính xác rất cao

Trạm điều khiển chính có nhiệm vụ nhận dữ liệu của 5 trạm kiểm soát để xử lý

tính ra lịch tọa độ vệ tinh chính xác và tính các số hiệu chỉnh đồng hồ của từng vệ tinh.Ngoài ra trạm này còn điều khiển các số hiệu chỉnh quỹ đạo của từng vệ tinh và điều khiển việc thay thế các vệ tinh đã ngừng hoạt động bằng các vệ tinh dự phòng

Ba trạm truyền số liệu nhận dữ liệu từ trạm điều khiển chính và gửi lên các vệ

tinh các thông tin về lịch vệ tinh mớùi, số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh, đồng thời ra các lệnh điều khiển vệ tinh đi đúng quỹ đạo định trước

II.Phần không gian

Phần không gian gồm 24 vệ tinh thường trực và 3 vệ tinh dự phòng bay vòng

quanh trái đất trên 6 quỹ đạo Độ cao các vệ tinh so với mặt đất khoảng 20200 km Năng lượng cung cấp cho mọi hoạt động của vệ tinh là pin mặt trời Mỗi vệ tinh được

trang bị 4 đồng hồ nguyên tử cực kỳ chính xác và rất đắt tiền Mỗi vệ tinh phát ra 2

tầng số sóng vô tuyến phục vụ mục đích định vị : Sóng L1 có tầng số 1575,42 MHz và sóng L2 có tầng số 1227,6 MHz