BP_Bài Giảng_Giáo Trình Trắc Địa

Biên soạn: Lê Văn Định GIÁO TRÌNH TRẮC ĐỊA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG - 2006 - LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình " Trắc địa" tài liệu phục vụ việc dạy học môn Trắc địa cho khoa xây dựng trường đại học Bách khoa số trường thuộc khối Kỹ thuật Khi biên soạn tác giả dựa vào khung chương trình Bộ Giáo dục Đào tạo Về nội dung, giáo trình gồm bốn phần: - Kiến thức chung Trắc địa - Đo yếu tố - Bản đồ mặt cắt địa hình - Trắc địa xây dựng công trình Nội dung ba phần đầu với phụ phần A E phần thứ tư kiến thức chung cho ba ngành xây dựng Vì ngành xây dựng có đặc thù riêng, nên phần thứ tư có ba phụ phần viết riêng cho ngành, cụ thể: - Phụ phần B: trắc địa công trình cầu đường - Phụ phần C: trắc địa công trình dân dụng công nghiệp - Phụ phần D: trắc địa công trình thủy lợi - thủy điện Tác giả cố gắng biên soạn nội dung vừa mang tính tổng hợp, vừa mang tính ứng dụng nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để giáo trình hoàn thiện Ý kiến bạn gửi theo địa : levandinhg@gmail.com PHỤ LỤC PHẦN KIẾN THỨC CHUNG VỀ TRĂC ĐỊA Mở đầu Trang 1 Khái niệm trắc địa Các chuyên ngành trắc địa Vai trò trắc địa xây dựng Tóm tắt lịch sử phát triển ngành Trắc địa Chương : NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 Khái niệm định vị điểm Mặt thuỷ chuẩn hệ thống độ cao Hệ toạ độ địa lý Phép chiếu đồ hệ toạ độ vuông góc phẳng Hệ định vị toàn cầu GPS Định hướng đường thẳng Trang Trang Trang Trang Trang Trang 10 Chương : LÝ THUYẾT SAI SỐ ĐO 2-1 2-2 2-3 Khái niệm phân loại sai số đo Các tiêu chuẩn độ xác kết đo Bình sai trị đo Trang 11 Trang 12 Trang 14 PHẦN ĐO CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN Chương : ĐO GÓC 3-1 3-2 3-3 3-4 Nguyên lý đo góc góc đứng Máy kinh vĩ Phương pháp đo góc Đo góc đứng Trang Trang Trang Trang Chương : ĐO DÀI 4-1 4-2 4-3 4-4 Nguyên lý đo dài Đo dài trực tiếp thước thép Đo dài máy trắc địa mia Khái niệm đo dài máy đo điện tử Trang 10 Trang 10 Trang 12 Trang 14 Chương : ĐO CAO 5-1 5-2 5-3 5-4 Nguyên lý đo cao Máy mia thuỷ chuẩn Đo cao hạng IV kỹ thuật Phương pháp đo cao lượng giác Trang 15 Trang 16 Trang 20 Trang 22 PHẦN BẢN ĐỒ VÀ MẶT CẮT ĐỊA HÌNH Chương : LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA 6-1 6-2 6-3 Khái quát lưới khống chế trắc địa Các toán trắc địa Khái niệm bình sai Trang Trang Trang 6-4 6-5 6-6 6-7 Đường chuyền kinh vĩ - phương pháp bình sai gần Lưới tam giác nhỏ Phương pháp giao hội Phương pháp bình sai gần lưới độ cao đo vẽ Trang Trang Trang Trang 10 Chương : ĐO VẼ BẢN ĐỒ VÀ MẶT CẮT ĐỊA HÌNH 7-1 7-2 7-3 Khái niệm phân loại đồ địa hình Quy trình thành lập đồ địa hình Đo vẽ chi tiết đồ địa hình phương pháp toàn đạc 7-4 7-5 Biểu diễn địa hình địa vật đồ Chia mảnh đánh số tờ đồ 7-6 7-7 Sử dụng đồ địa hình Đo vẽ mặt cắt địa hình Trang 10 Trang 10 Trang 12 Trang 15 Trang 17 Trang 17 Trang 20 PHẦN TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH Chương : TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH ( 10 tiết ) PHẦN A BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH 8-1 8-2 8-3 Khái quát công tác bố trí công trình Bố trí yếu tố Bố trí chi tiết công trình Trang Trang Trang PHẦN B TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH CẦU ĐƯỜNG 8-4 8-5 8-6 8-7 Khái niệm tuyến đường định tuyến đường Các dạng đường cong bố trí Bố trí mặt cắt ngang thi công Công tác trắc địa xây dựng công trình cầu vượt Trang Trang 10 Trang 12 Trang 14 PHẦN C TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP 8-4 8-5 8-6 8-7 Lưới ô vuông xây dựng Đo Tính khối lượng san Công tác trắc địa xây dựng nhà nhân dụng công nghiệp Công tác trắc địa xây dựng nhà cao tầng Trang 14 Trang 15 Trang 15 Trang 16 PHẦN D TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN 8-4 8-4 8-6 8-7 Khái quát công tác trắc địa xây dựng công TLTĐ Trang 17 Trang 18 Công tác trắc địa vùng hồ chứa nước Trang 19 Công tác trắc địa vùng đập ngăn nước Công tác trắc địa việc khảo sát đo đạc tuyến kênh mương Trang 20 PHẦN E ĐO HOÀN CÔNG VÀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 8-4 8-4 Đo vẽ hoàn công Quan trắc biến dạng công trình Trang 21 Trang 21 TRẮC ĐỊA Phần Kiến thức chung PHẦN KIẾN THỨC CHUNG VỀ TRẮC ĐỊA MỞ ĐẦU Khái niệm trắc địa Theo tiếng Hy Lạp thuật ngữ " Trắc địa" có nghĩa " phân chia đất đai " Với ý nghĩa đó, chứng tỏ trắc địa đời từ sớm Sự phát triển sản xuất xã hội đòi hỏi Trắc địa ngày phải đề cập đến nhiều vấn đề, khái niệm " Trắc địa " có nghĩa rộng Có thể hiểu "trắc địa" môn khoa học phương pháp, phương tiện đo đạc xử lý số liệu nhằm xác định hình dạng kích thước trái đất; thành lập thành lập đồ, bình đồ, mặt cắt địa hình phục vụ xây dựng công trình kỹ thuật, đáp ứng yêu cầu ngành kinh tế quốc dân quốc phòng Để thực nhiệm vụ mình, Trắc địa phải tiến hành đo đạc mặt đất Công tác đo đạc thực chất quy đo số yếu tố như: góc, cạnh, chiều cao Với mục đích đo đạc hiệu xác, trắc địa nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo đạc Quá trình đo tồn sai số ảnh hưởng tới độ xác kết đo Để nhận trị đo xác suất biểu diễn chúng dạng đồ, bình đồ mặt cắt địa hình cần phải xử lý số liệu đo Kiến thức trắc địa với toán học, xác suất thống kê, tin học công cụ quan trọng để thực việc xử lý số liệu Phương tiện đo điều kiện quan trọng để đo đạc xác hiệu Với pháp triển mạnh mẽ ngành khoa học quang học, khí xác, điện tử, tin học chế tạo thiết bị đo đại toàn đạc điện tử, thủy chuẩn điện tử, máy định vị GPS Máy móc, thiết bị đo đạc đại với công nghệ tiên tiến thực cách mạng sâu rộng ngành Trắc địa, mở khả không nghiên cứu đo đạc bề mặt trái đất, lòng đại dương mà không gian trái đất Các chuyên ngành trắc địa Tùy theo đối tượng, quy mô phương pháp nghiên cứu khác mà trắc địa chia thành chuyên ngành khác Trắc địa cao cấp có phạm vi nghiên cứu rộng lớn mang tính toàn cầu quốc gia Nhiệm vụ trắc địa cao cấp xác định hình dạng, kích thước, trường trọng lực trái đất; xây dựng hệ thống khống chế Nhà nước với độ xác cao làm sở trắc địa Quốc gia; nghiên cứu khoa học, nghiên cứu biến dạng vỏ trái đất Trắc địa cao cấp bao gồm trắc địa vệ tinh nghiên cứu đo đạc không gian mặt đất trắc địa biển Trắc địa địa hình có nhiệm vụ nghiên cứu quy trình công nghệ đo vẽ đồ địa hình mặt đất dùng ngành điều tra, xây dựng quốc phòng Trắc địa ảnh có nhiệm vụ nghiên cứu đo vẽ đồ địa hình, tiến hành cách chụp ảnh mặt đất máy ảnh đặc biệt từ máy bay, vệ tinh mặt đất; sau xử lý ảnh chụp để thành lập đồ Trắc địa công trình trắc địa ứng dụng xây dựng công trình Lĩnh vực này, Trắc địa nghiên cứu phương pháp, phương tiện phục vụ thiết kế, thi công xây dựng theo dõi biến dạng công trình Biên soạn: GV.Lê Văn Định Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật TRẮC ĐỊA Phần Kiến thức chung Trắc địa đồ có nhiệm vụ nghiên cứu phương pháp chiếu đồ; phương pháp vẽ, biểu diễn, biên tập in ấn đồ Vai trò trắc địa quy hoạch xây dựng công trình Trắc địa có vai trò quan trọng giai đoạn quy hoạch, thiết kế, thi công quản lý sử dụng công trình xây dựng như: xây dựng công nghiệp, dân dụng; xây dựng cầu đường; xây dựng thủy lợi, thủy điện Trong giai đoạn quy hoạch, tùy theo quy hoạch tổng thể hay chi tiết mà người ta sử dụng đồ địa hình tỷ lệ thích hợp để vạch phương án quy hoạch, kế hoạch tổng quát khai thác sử dụng công trình Trong giai đoạn khảo sát thiết kế, trắc địa tiến hành thành lập lưới khống chế trắc địa, đo vẽ đồ, bình đồ mặt cắt địa hình phục vụ chọn vị trí, lập phương án xây dựng thiết kế kỹ thuật công trình Trong giai đoạn thi công, trắc địa tiến hành công tác xây dựng lưới trắc địa công trình để bố trí công trình mặt đất theo thiết kế; kiểm tra, theo dõi trình thi công; đo biến dạng đo vẽ hoàn công công trình Trong giai đoạn quản lý khai thác sử dụng công trình, trắc địa thực công tác đo thông số biến dạng công trình độ lún, độ nghiêng, độ chuyển vị công trình Từ thông số biến dạng kiểm chứng công tác khảo sát thiết kế, đánh giá mức độ độ ổn định chất lượng thi công công trình Tóm tắt lịch sử phát triển ngành trắc địa Khoảng 3000 năm trước Công nguyên, dọc hai bờ sông Nin Ai Cập, người biết dùng kiến thức sơ đẳng hình học đo đạc để phân chia lại đất đai sau lũ rút, khởi đầu môn đo đất Khoảng kỷ thứ trước công nguyên, người Hy Lạp cho trái đất khối cầu Kiến thức đo đạc giai đoạn góp phần xây dựng thành công công trình kiến trúc độc đáo Ai Cập, Hy Lạp Thế kỷ thứ 16 nhà toán học Meccatơ tìm phương pháp chiếu đồ Thế kỷ thứ 17 nhà bác học Vecnie phát minh du xích Thế kỷ thứ 18 Delambre đo độ dài kinh tuyến qua Pari đặt đơn vị độ dài 1m=1/40.000.000 độ dài kinh tuyến Thế kỷ thứ 19 nhà toán học Gauss đề phương pháp số bình phương nhỏ phương pháp chiếu đồ Rất nhiều nhà trắc địa giới xác định kích thước trái đất như: Bessel(1841), Everest(1830), Clarke(1866), Helmert(1906), Kraxovski(1940) nhiều nước dùng WGS-84(1984) Ở Việt Nam, từ thời Âu Lạc biết sử dụng kiến thức trắc địa để xây thành Cổ Loa, kinh đo Thăng Long, kênh đào nhà Lê Năm 1469 vua Lê Thánh Tông vẽ đồ đồ đất nước có tên " Đại Việt Hồng Đức" Cục đo đạc Bản đồ thành lập năm 1959, Tổng cục Địa thành lập năm 1994 triển khai ứng dụng khoa học kỹ thuyật Trắc địa xây dựng lưới tọa độ, độ cao Nhà nước; thành lập loại đồ địa hình, địa phục vụ điều tra bản, quản lý, xây dựng quốc phòng Biên soạn: GV.Lê Văn Định Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật TRẮC ĐỊA Phần Kiến thức chung CHƯƠNG NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN 1.1 Khái niệm định vị điểm Mặt đất tự nhiên bề mặt vật lý phức tạp, nhìn toàn cảnh trái đất gần giống cầu nước khổng lồ với 2/3 diện tích bề mặt đại dương phần diện tích lại lục địa, hải đảo Trên mặt đất có chỗ cao 8km (đỉnh Chomoluma dẫy Hymanaya); đại dương có nơi sâu -11km (hố Marian Thái Bình Dương) Độ cao trung bình lục địa so với mực nước đại dương khoảng +875m Để nghiên cứu trái đất biểu diễn mặt phẳng, trắc địa phải tiến hành đo đạc mặt đất Công tác trắc địa thực chất xác định vị trí điểm đặc trưng bề mặt đất hệ quy chiếu tọa độ hiểu định vị điểm Vị trí điểm mặt đất xác định thành phần tọa độ mặt độ cao 1.2 Mặt thuỷ chuẩn hệ độ cao Độ cao thành phần quan trọng để xác định vị trí không gian điểm mặt đất, để có độ cao điểm ta phải xác định mặt chuẩn quy chiếu độ cao 1.2.1 Mặt thủy chuẩn Mặt nước biển trung bình trạng thái yên tĩnh, tưởng tượng kéo dài xuyên qua lục địa, hải đảo tạo thành bề mặt khép kín gọi mặt thủy chuẩn trái đất Mỗi quốc gia sở số liệu quan trắc mực nước biển nhiều năm từ trạm nghiệm triều xây dựng cho mặt chuẩn độ cao riêng gọi mặt thủy chuẩn gốc (hình 1.1) A Mặt thủy quy ước qua A hAB Mặt thủy quy ước qua B HA B HB Mặt thủy chuẩn gốc Mặt đất Biển C Hình 1.1 Tại điểm mặt thủy chuẩn gốc, phương đường dây dọi (phương trọng lực) trùng với phương pháp tuyến Vì vật chất phân bố không đồng lòng trái đất nên phương đường dây dọi điểm mặt thủy chuẩn gốc không hội tụ tâm đất làm cho bề mặt gồ ghề, gợn sóng bề mặt vật lý Trong trắc địa sử dụng mặt thủy chuẩn làm mặt chuẩn độ cao Các mặt thủy chuẩn song song với mặt thủy chuẩn gốc gọi mặt thủy chuẩn quy ước, có vô số mặt thủy chuẩn quy ước Biên soạn: GV.Lê Văn Định Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật TRẮC ĐỊA Phần Kiến thức chung 1.2.2 Hệ thống độ cao Độ cao tuyệt đối điểm mặt đất khoảng cách theo phương đường dây dọi từ điểm đến mặt thủy chuẩn gốc Ở hình 1.1, độ cao tuyệt đối điểm A B tương ứng đoạn HA HB có trị số dương, hiệu độ cao chúng gọi độ chênh cao hAB Ở Việt Nam hệ độ cao tuyệt đối (độ cao thường) lấy mặt thủy chuẩn gốc mặt nước biển trung bình qua nhiều năm quan trắc trạm nghiệm triều Hòn Dấu (Đồ Sơn, Hải Phòng) Độ cao điểm lưới khống chế nhà nước, độ cao loại đồ địa hình, địa công trình trọng điểm nhà nước phải gắn với hệ độ cao tuyệt đối Độ cao tương đối điểm (độ cao quy ước hay độ cao giả định) khoảng cách theo phương đường dây dọi từ điểm tới mặt thủy chuẩn quy ước Ở hình 1.1, chọn mặt thủy chuẩn qua điểm B mặt thủy chuẩn quy ước độ cao quy ước điểm A đoạn hAB Các công trình quy mô nhỏ, xây dựng nơi hẻo lánh xa hệ thống độ cao nhà nước dùng độ cao quy ước Trong xây dựng công trình công nghiệp dân dụng người ta thường chọn mặt thủy chuẩn quy ước mặt phẳng nhà tầng 1.3 Hệ toạ độ địa lý Hệ tọa độ địa lý nhận trái đất hình cầu với gốc tọa độ tâm trái đất, mặt phẳng kinh tuyến gốc qua đài thiên văn Greenwich nước Anh mặt phẳng vĩ tuyến gốc mặt phẳng xích đạo ( hình 1.2) Một điểm mặt đất hệ tọa độ địa lý xác định hai thành phần tọa độ độ vĩ địa lý ϕ độ kinh địa lý λ Hình 1.2 Độ vĩ địa lý điểm M góc hợp phương đường dây dọi qua điểm với mặt phẳng xích đạo Độ vĩ nhận giá trị 0o xích đạo 90o hai cực Các điểm mặt đất có độ vĩ bắc hay nam tùy thuộc chúng nằm bắc hay nam bán cầu Độ kinh địa lý điểm góc nhị diện hợp mặt phẳng kinh tuyến gốc mặt phẳng kinh tuyến qua điểm Độ kinh địa lý nhận giá trị từ 0o đến 180o tùy thuộc vào điểm xét nằm đông hay tây bán cầu mà có độ kinh tương ứng độ kinh đông hay độ kinh tây Hệ tọa độ địa lý dùng để xác định vị trí điểm mặt đất, có ưu điểm thống cho toàn đất nhược điểm tính toán phức tạp Một số ngành sử dụng hệ tọa độ như: thiên văn, hàng không, hàng hải, khí tượng thủy văn… Biên soạn: GV.Lê Văn Định Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật TRẮC ĐỊA Phần Kiến thức chung Trong trắc địa cao cấp, mặt cầu trái đất thay mặt Elipxoid tròn xoay tạo Elip có bán trục lớn a, bán trục nhỏ b độ dẹt α quay quanh trục quay trái đất Vị trí điểm bề mặt trái đất hệ tọa độ xác định độ vĩ trắc địa B, kinh độ trắc địa L độ cao trắc địa H 1.4 Phép chiếu đồ hệ tọa độ vuông góc phẳng 1.4.1 Khái niệm phép chiếu đồ Mặt đất mặt cong, để biểu diễn mặt phẳng cho xác, biến dạng cần phải thực theo quy luật toán học gọi phép chiếu đồ Để thực phép chiếu đồ, trước tiên chiếu mặt đất tự nhiên mặt chuẩn ( mặt cầu mặt Elipxoid), sau chuyển từ mặt chuẩn sang mặt phẳng Tùy theo vị trí địa lý nước mà áp dụng phép chiếu đồ chu phù hợp, giáo trình trình bày khái niệm số phép chiếu hay sử dụng 1.4.2 Phép chiếu mặt phẳng hệ tọa độ vuông góc quy ước Khi vực đo vẽ nhỏ có diện tích nhỏ 100 km2, sai số biến dạng phép chiếu đồ nhỏ nên coi khu vực mặt phẳng tia chiếu từ tâm trái đất song song với Nếu khu vực nằm nơi hẻo lánh, xa lưới khống chế nhà nước giả định hệ tọa độ vuông góc với trục OX hướng bắc từ xác định la bàn, trục OY vuông góc với trục OX hướng phía đông; gốc tọa độ giao hai trục chọn phía tây nam khu đo (hình1.3) x a' a o b' b Po c' c y Hình 1.3 1.4.3 Phép chiếu UTM hệ tọa độ Quốc gia Việt Nam VN-2000 1.4.3.1 Phép chiếu UTM Phép chiếu đồ UTM (Universal Transverse Mercator) phép chiếu hình trụ ngang đồng góc thực sau: - Chia trái đất thành 60 múi đường kinh tuyến cách 6o, đánh số thứ tự múi từ đến 60 kinh tuyến gốc, ngược chiều kim đồng khép kinh tuyến gốc - Dựng hình trụ ngang cắt mặt cầu trái đất theo hai đường cong đối xứng với qua kinh tuyến múi có tỷ lệ chiếu k = (không bị biến dạng chiều dài) Kinh tuyến trục nằm mặt trụ có tỷ lệ chiếu k = 0.9996 Biên soạn: GV.Lê Văn Định Hình 1.4 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật TRẮC ĐỊA Phần Kiến thức chung - Dùng tâm trái đất làm tâm chiếu, chiếu múi lên mặt trụ theo nguyên lý phép chiếu xuyên tâm Sau chiếu, khai triển mặt trụ thành mặt phẳng ( xem hình 1.4) Phép chiếu UTM có ưu điểm độ biến dạng phân bố có trị số nhỏ; mặt khác để thuận tiện cho việc sử dụng hệ tọa độ chung khu vực giới Việt Nam sử dụng lưới chiếu hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 thay cho phép chiếu Gauss-Kruger hệ tọa độ cũ HN-72 1.4.3.2 Hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM Trong phép chiếu UTM, múi chiếu có kinh tuyến trục suy biến thành đường thẳng đứng chọn làm trục OX; xích đạo suy biến X thành đường nằm ngang chọn làm trục OY, đường thẳng OX vuông góc với OY tạo thành hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM múi chiếu (hình 1.5) Để trị số hoành độ Y không âm, người ta quy ước rời trục OX qua phía tây 500km quy định ghi hoành độ Y có kèm số thứ tự múi chiếu phía trước (X = 2524376,437; Y = 18.704865,453) Trên đồ địa hình, để tiện cho sử dụng người ta kẻ đường thẳng song song với trục OX OY tạo thành lưới ô vuông tọa độ Hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM sử dụng hệ tọa độ VN-2000 O Y 500km Hình 1.5 1.4.3.3 Hệ tọa độ Quốc gia Việt Nam VN-2000 Hệ tọa độ VN-2000 Thủ tướng Chính phủ định hệ hệ tọa độ Trắc địaBản đồ Quốc gia Việt Nam có hiệu lực từ ngày 12/8/2000 Hệ tọa độ có đặc điểm: - Sử dụng Elipxoid WGS-84 (World Geodesic System 1984) làm Elip thực dụng, Elip có bán trục lớn a = 6378137, độ det α = 1:298,2 - Sử dụng phép chiếu hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM - Gốc tọa độ khuôn viên Viện Công nghệ Địa chính, Hoàng Quốc Việt, Hà Nội 1.5 Hệ định vị toàn cầu GPS Hệ định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) Bộ Quốc phòng Mỹ triển khai từ năm 70 kỷ 20 Ban đầu, hệ thống dùng cho mục đích quân sự, sau ứng dụng rộng rãi lĩnh vực khác Với ưu điểm bật độ xác, mức độ tự động hóa cao, hiệu kinh tế lớn, khả ứng dụng nơi, lúc, đất liền, biển, không…nên công nghệ GPS đem lại cách mạng kỹ thuật sâu sắc lĩnh vực trắc địa Ở Việt nam, công nghệ GPS nhập vào từ năm 1990 ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Trong trắc địa công nghệ GPS ứng dụng để thành lập lưới tọa độ liên lục địa, lưới tọa độ quốc gia đo vẽ chi tiết đồ Công nghệ GPS ứng dụng trắc địa công trình để thành lập lưới khống đo vẽ đồ, thi công quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình So với phương pháp truyền thống ứng dụng GPS để thành lập lưới khống chế có ưu điểm bật như: chọn điểm linh hoạt hơn, không cần thông hướng điểm, cạnh đo nhanh đo ngày lẫn đêm, độ xác cao từ hiệu cao Biên soạn: GV.Lê Văn Định Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA Giai đoạn này, khối lượng công việc tương đối lớn Số liệu yêu cầu độ xác không cao đòi hỏi phải đầy đủ nhanh chóng 8.4.4.2 Khảo Sát chi tiết Giai đoạn công tác khảo sát thực địa theo phương án chọn, nhiệm vụ chủ yếu: - Định vị tuyến tối ưu phê duyệt mặt đất - Trên hướng tuyến định vị tiến hành đo đạc thu thập số liệu phục vụ cho công tác thiết kế kỹ thuật theo tuyến gồm: đo trắc dọc theo tim tuyến trắc ngang tuyến đường ( xem mục 7.7); đo bình đồ tuyến ( xem mục 7.3); điều tra đo nối vùng có liên quan vào tuyến Trong giai đoạn yêu cầu số liệu phải xác đầy đủ 8.5 Các dạng đường cong bố trí 8.5.1 Khái niệm Các tuyến đường địa hình địa vật cản trở nên tuyến phải đổi hướng nhiều đoạn Để đảm bảo an toàn cho phương tiện giao thông di chuyển đoạn đó, vị trí tuyến đổi hướng (các đỉnh) người ta phải bố trí đương cong nối đoạn thẳng khác hướng Trong loại đường cong, đơn giản đường cong tròn có bán kính R không đổi Để tránh điểm gẫy đường cong tròn đường thẳng người ta bố trí đường cong chuyển tiếp có bán kính thay đổi từ vô tới R Ở khu vực có địa hình chênh cao lớn đỉnh hai đoạn thẳng nối với tạo thành góc nhọn người ta dùng đường cong quay đầu ( hình 8.10) Trong mặt phẳng thẳng đứng dùng đường cong đứng Trong phạm vi giáo trình nghiên cứu việc bố trí đường cong tròn O1 R1 Di R1 D1 ρi Ri ρn Ri ρi ρn Ri Dn O2 Hình 8.10 8.5.2 Bố trí đường cong tròn mặt phẳng ngang 8.5.2.1 Bố trí điểm đương cong tròn Các điểm đường cong tròn gồm điểm đầu (Tđ) , điểm phân cự (G) điểm cuối (Tc) Khi bố trí điểm đường cong ta xác định vị trí tổng quát đường cong mặt đất (hình 8.11) Các số liệu bố trí đường cong bao gồm: đoạn tiếp tuyến T, đoạn phân cự p, chiều dài đường cong S độ chênh hai lần tiếp tuyến với chiều dài đường cong ∆d Biên soạn: GV.Lê Văn Định 10 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA O T = R.tg θ R R Tđ T p G Đ θ T θ p = R.(sec S = θ TC πR θ − 1) (8.10) 180 ∆ d = 2.T − S Hình 8.11 Trong đó: θ - góc chuyển hướng; R - bán kính đường cong tròn Để bố trí điểm đường cong mặt đất, đỉnh Đ ta đặt mắt kinh vĩ Định hướng đỉnh phía sau, dùng thước thép bố trí đoạn T ta điểm Tđ; định hướng đỉnh phía trước bố trí đoạn T ta điểm Tc; xác định hướng đường phân giác góc Td Đ Tc , đường từ đỉnh Đ bố trí đoạn p ta có điểm G 8.5.2.2 bố trí điểm chi tiết đường cong tròn Để cụ thể đường cong tròn mặt đất cách đoạn k ( 5m 10m hoặc15m ) người ta phải bố trí cọc đường cong tròn, cọc gọi cọc chi tiết Để bố trí điểm chi tiết dùng phương pháp sau: a Phương pháp toạ độ vuông góc Đ (X) x3 k x2 k φ R x1 φ k φ y3 O Tđ y1 y2 Hệ tọa độ vuông góc lấy Tđ Tc làm góc tọa độ Tiếp tuyến với đường cong tròn nối gốc tọa độ với đỉnh làm trục X bán kính đường cong tròn nối gốc tọa độ làm trục y (hình 8.12) Y Tọa độ xi yi điểm chi tiết tính sau: Hình 8.12 ϕ = k 180 ; Xi = R.sin(i.ϕ) ; Y i= R - R.cos(i.ϕ) πR (8.11) Công tác bố trí điểm chi tiết mặt đất thực tương tự như phần ( 8.3.2 ) b Phương pháp toạ độ cực mở rộng Đ Hệ tọa độ cực lấy tâm cực điểm Tđ Tc , k trục cực đường tiếp tuyến nối tâm cực với đỉnh 3φ/2 k (hình 8.13) R φ φ φ Số liệu bố trí theo phương pháp tọa độ cực mở φ/2 φ rộng đoạn k giao với hướng góc cực Tđ O điểm chi tiết tính sau: Hình 8.13 180 ϕ = k πR Góc cực điểm chi tiết 1, 2, n tương ứng φ/2, 2φ/2, 3φ/2 nφ/2 Biên soạn: GV.Lê Văn Định 11 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA c Phương pháp dây cung kéo dài Khi bố trí phương pháp điểm bố trí theo hai phương pháp trình bày Từ điểm thứ hai trở đi, ta kéo dài dây cung k điểm sau phía trước đoạn k, lấy đầu mút đoạn kéo dài tâm quay cung có bán kính d, lấy điểm phía sau quay cung có bán kính k, hai cung cắt cho vị trí điểm chi tiết đường cong tròn ( hình 8.14) Từ hai tam giác đồng dạng hình 8.14 ta tính đoạn d: Đ k d Po k k k R φ φ φ Tđ O d k k2 = →d = k R R ( 8.12) Hình 8.14 8.5.3 Bố trí đường cong đứng Trên mặt cắt dọc, để tránh diểm gẫy khúc đỉnh dốc hay chân dốc người ta phải bố trí đường cong đứng đường cong đứng thường đường cong tròn tính toán đường cong đứng tương tự đường cong tròn Tuy nhiên góc chuyển hướng đường cong tròn nhỏ nên tính đôn giản công thức gần - Tính số liệu bố trí điểm đường cong đứng i −i T T = R ; P = ; S = 2T 2R (8.13) - Tính số liệu bố trí điểm chi tiết đường cong đứng Để bố trí chi tiết đường cong đứng người ta áp dụng phương pháp tọa độ vuông góc Hệ tọa độ vuông góc lấy điểm gốc điểm đầu Tđ điểm cuối Tc làm gốc Trục x đoạn tiếp tuyến nối gốc với đỉnh đường cong, trục y vuông góc với trục x Thành phần tọa độ xi điểm chi tiết tính tương tự đường cong tròn theo công thức (8.11), yi tính gần công thức 8.13 x2 (8.14) y= 2.R Độ cao thi công điểm chi tiết đường cong đứng: hi = Hido - y ( đường cong lồi) hi = Hitk + y ( đường cong lõm) (8.15) Trong Hid độ cao đỏ thiết kế điểm i đường dốc tương ứng Dụng cụ dùng để bố trí chi tiết đường cong đứng máy thủy chuẩn thước thép 8.6 Bố trí mặt cắt ngang thi công Để tiến hành công tacd đào đắp cần phải bố trí mặt cắt ngang thi công mà nội dung đánh dấu thực địa vị trí mặt độ cao điểm đặc trưng mặt cắt : tim đường, mép đường, rãnh thoát nước, chân nề đắp Trên đọan thẳng khoảng cách mặt cắt ngang từ 20 ~ 40m, đoạn cong từ 10-20m theo hướng bán kính đường cong Biên soạn: GV.Lê Văn Định 12 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA 8.6.1 Bố trí mặt cắt ngang chỗ đắp đất đắp - Khi góc nghiêng địa hình V≤ 4o: B Nếu góc dốc mặt đất V≤ coi mặt đất mặt phẳng, từ tim đường ta đặt hai bên đoạn nửa độ rộng mặt đường (B/2) ta hai mép đường Ao Bo; đặt với hai mép đường đoạn (m.h) hai chân mái dốc Po Qo (hình 8.15) o 1:m h h h Vm Vm Ao Po Bo O mh B/2 Trong hình 8.14: h - chiều cao đât đắp; im = 1: m độ dốc mái dốc; Vm góc nghiêng mái dốc B/2 Qo mh Hình 8.15 - Khi góc nghiêng địa hình V > 4o B sin Vm op = (mh + ) sin(Vm + V ) B sin Vm oQ = (mh + ) sin(Vm − V ) B/2 mh (8.16) B/2 h p mh h h Vm Vm Po V O 1: m Qo h Hình 8.16 Q 8.6.2 Bố trí mặt cắt ngang chỗ đắp đất đào - Khi góc nghiêng địa hình β ≤ 4o Trong hình 8.16: B - độ rộng mặt đường; h - chiều cao đât đào; 1: m độ dốc mái dốc; Vm - góc nghiêng mái dốc; L - chiều rộng rãnh thoát nước Po B/2 L mh Mo Ao O L mh Qo Bo No O vm 1: m B/2 h Opo = OQo = mh + L +B/2 Hình 8.17 - Khi góc nghiêng địa hình β > 4o op = (mh + B sin Vm + L) sin(Vm − V ) B sin Vm oQ = (mh + + L) sin(Vm + V ) mh p (8.17) po vm 1: m L v B/2 L mh B/2 O h Qo vm Q Hình 8.18 Biên soạn: GV.Lê Văn Định 13 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA 8.7 Công tác trắc địa xây dựng công trình cầu vượt Lưới khống chế trắc địa xây dựng công trình cầu vượt phải đảm bảo độ xác mật độ phục vụ cho việc khảo sát thiết kế, thi công quan trắc biến dạng công trình cầu Lưới thường thiết kế dạng tứ giác trắc địa đơn kép gọi lưới tam giác cầu Khi thiết kế cạnh lưới trùng với tim cầu để xác định xác khoảng vượt Công tác đo đạc, tính toán bình sai lưới trình bày phần phần Nội dung công tác trắc địa xây dựng công trình cầu vượt gồm có: - Xác định khoảng vượt, đo vẽ bình đồ địa hình nơi xây dựng cầu, đo vẽ trắc dọc trắc ngang địa hình theo hướng tim cầu ( xem phần phần ) - Bố trí trục dọc cầu ( tim) - Bố trí mố bờ trụ cầu - Bố trí nhịp cầu ( dầm, dàn ) - Kiểm tra vị trí, kích thước, khoảng cách, độ cao phận cầu đo vẽ hoàn công PHẦN C TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP 8.4 Lưới ô vuông xây dựng 8.4.1 Đặc điểm Các công trình công nghiệp dân dụng thường có dạng dày đặc phức tạp, để đơn giản việc bố trí đảm bảo độ xác đồng toàn công trình người ta xây dựng lưới ô vuông Lưới ô vuông xây dựng hệ thống điểm phủ trùm mặt xây dựng, điểm liên kết với hình vuông, canh lưới trùng song song với trục công trình Chiều dài cạnh ô vuông phụ thuộc vào tính chất, độ xác công trình diện tích khu xây dựng Ưu điểm lưới ô vuông xây dựng đo đạc, tính toán bình sai đơn giản Có điều kiện kiểm tra phát sai sót trình đo Ít sử dụng máy móc thi công Có thể bố trí công trình đồng thời từ hướng 8.4.2 Trình tự xây dựng lưới ô vuông - Thiết kế lưới ô vuông bình đồ, tính toạ độ thiết kế đỉnh lưới ô vuông -Dựa vào mốc trắc địa có điểm địa vật rõ nét, chuyển gốc toạ độ X trục toạ độ thực địa Lưới ô vuông sơ -Từ trục tọa độ, dùng dụng cụ máy trắc địa có độ xác thấp, bố trí sơ đỉnh lưới ô vuông Đóng cọc cố định đỉnh lưới ô vuông sơ -Dùng phương pháp trắc địa xác, đo đạc lưới ô vuông sơ Tính toán bình sai xác định toạ độ đỉnh ô vuông; tính số liệu hoàn Y nguyên dựa vào toạ độ đỉnh lưới ô vuông thiết kế Lưới ô vuông thiết kế sơ (hình 8.10) -Hoàn nguyên cố định lưới thức Hình 8.10 Biên soạn: GV.Lê Văn Định 14 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA 8.5 Đo tính khối lượng san Mặt đất tự nhiên gồ ghề có độ dốc khác với độ dốc thiết kế, để xây dựng phải tiến hành công tác san Nội dung công tác san nền: Bố trí mạng lưới ô vuông cạnh (a) phủ trùm lên khu vực xây dựng, đóng cọc sát mặt đất đỉnh ô vuông Dùng máy thủy chuẩn đo độ cao đầu cọc đỉnh ô vuông (hoặc xác định đồ dịa hình), độ cao độ cao mặt đất tự nhiên ký ký hiệu Hđen Cao độ thiết kế đỉnh ô vuông theo quy hoạch gọi độ cao đỏ, ký hiệu Hđỏ Từ số liệu ta có: - Chiều cao công tác đỉnh ô vuông: hi = H iden − H ido Khi hi > công tác đào , hi < công tác đắp (8.10) - Chiều cao công tác trung bình khối ô vuông: h +h +h +h hi − tb = 4 - Thể tích gần khối ô vuông: Vi = a2 hi-tb (8.11) (8.12) - Thể tích công tác đất toàn khu vực: n n V = ∑ Vi = a ∑ hi _ tb = a 2 (∑ h I + ∑ h II + ∑ h III + ∑ h IV ) (8.13) Trong đó: hI, hII, hIII, hIV tương ứng chiều cao công tác đỉnh thuộc ô vuông, hai ô vuông, ba ô vuông bốn ô vuông Từ thể tích V, vào hệ số đầm chặt tính khối lượng đất đào, đắp khu vực xây dựng Độ xác công tác san phụ thuộc phụ thuộc chủ yếu vào cạnh ô vuông (a) độ xác xác định chiều cao công tác h Cụ thể: - Cạnh lưới ô vuông (a) nhỏ mặt cong giới hạn đỉnh ô vuông gần mặt phẳng Thể tích khối ô vuông gần với thể tích khối lăng trụ mà ta tính Thông thường (a) thường lấy 2cm đồ - Độ xác việc xác định chiều cao công tác "h" Trước hết phụ thuộc vào việc xác định độ cao Hđen ; Khi dùng phương pháp đo cao hình học hạng IV để xác định độ xác đo cao ± n (mm) , đo cao thủy chuẩn kỹ thuật độ xác ± 10 n (mm) Độ xác xác định "h" phụ thuộc vào việc đặt mia đo cao, vị trí đặt mia ảnh hưởng tương đối lớn đến độ xác xác định khối lượng công tác san 8.6 Công tác trắc địa xây dựng nhà dân dụng công nghiệp 8.6.1 Định vị công trình Công tác định vị móng nhà thực chất bố trí thực địa hệ trục nhà; trục chính, trục phụ, trục bản, trục ngang trục dọc sở để tiến hành bố trí chi tiết công trình Đầu tiên dựa vào điểm khống chế trắc địa địa vật rõ nét tiến hành bố trí trục chính, trục phụ trục nhà; sau từ trục bố trí trục dọc, trục ngang để định vị điểm chi tiết công trình Phương pháp bố trí chi tiết đơn Biên soạn: GV.Lê Văn Định 15 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA giản đặt khoảng cách thiết kế theo hướng chuẩn trục Các trục phải đánh dấu khu vực đào móng điểm dóng Để đánh dấu trục sử dụng thuận lợi trình thi công, cần chuyển điểm A dóng trục lên khung định vị làm gỗ gắn nằm ngang cọc gỗ bao quanh công B trình Các cọc đóng cách mặt đất khoảng 40 đến 60cm Đánh dấu điểm dóng trục C đinh nhỏ có ghi ký hiệu sơn A khung định vị (hình 8.11) B C 8.6.2 Công tác trắc địa dựng cột Hinh 8.11 Kiểm tra móng cột: dùng máy kinh vĩ kiểm tra dấu trục mép móng, dùng thước đo khoảng cách trục móng dùng dây điểm dóng hai đầu trục tương ứng khung định vị Dùng máy thuỷ chuẩn kiểm tra độ cao đáy móng Dựng cột thẳng đứng cao độ thiết kế: muốn đảm bảo cho cột thẳng đứng phải dùng hai máy kinh vĩ đặt hai hướng vuông góc với để kiểm tra hai mặt cột Khi kiểm tra độ thẳng đứng dẫy cột phía đó, người ta đặt máy kinh vĩ cách dẫy cột đoạn d, đọc số mia ngang ngắn vào cột ta phát cột bị nghiêng (hình 8.12) Dùng máy thuỷ bình để kiểm tra độ cao cột theo phương pháp bố trí độ cao d Hình 8.12 8.7 Công tác trắc địa xây dựng nhà cao tầng 8.7.1 Chuyển trục Để tránh sai số tích luỹ, trục đáy hố móng tầng chuyển từ dấu trục tầng Tùy theo điều kiện thiết bị, cấu trúc công trình, số tầng mà chọn phương pháp cho thích hợp Giả sử phải chuyển điểm dấu trục A từ móng lên sàn tầng thứ T Trên hướng trục qua A điểm dóng hướng A1 đặt máy kinh vĩ; sau định tâm cân máy tiến hành ngắm chuẩn điểm A, cố định vành độ ngang, ngóc ống kính ngắm sàn tầng T đánh dấu điểm A’; đảo kính thực tương tự điểm A’’ Điểm A’ A’’ dấu trục A chuyển lên tầng T (hình 8.13) Biên soạn: GV.Lê Văn Định 16 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA AT AT A A A1 (a) Hình 8.13 (b) Dùng máy chiếu thẳng đứng đặt điểm trục A móng nhà tầng Trục ngắm thẳng đứng máy chiếu tâm mốc A lên sàn nhà tầng T Độ xác ∆h = 0.001875 × h + n Trong đó: h - chiều cao tầng, n - số tầng Để thực phương pháp cần để lỗ thông qua sàn, lỗ lên bố trí góc nhà 8.7.2 Chuyển độ cao lên tầng n1 C b Dùng hai máy thuỷ chuẩn, mia thước thép để truyền độ cao lên tầng Sơ đồ bố trí hình ( hình 8.14) (8.14) HC = MA + a + (n2 - n1 ) - b Trong đó: MA - độ cao mốc sở; a- số đọc mia mốc M; n1, n2 - số đọc thước thép ứng với chiều cao tia ngắn máy thuỷ chuẩn đặt móng sàn tầng ; b số đọc mia sàn tầng T độ xác phương pháp mh = 1.5 + 0.25 n (mm ) a M n2 Hình 8.14 PHẦN D TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH THỦY LƠI -THỦY ĐIỆN 8.4 Khái quát công tác trắc địa xây dựng công trình thủy lợi - thủy điện Trong xây dựng công trình thủy lợi thủy điện, công tác trắc địa cần thiết cho ba giai đoan: khảo sát thiết kế, thi công, quản lý khai thác sử dụng công trình - Trong giai đoạn khảo sát thiết kế, trắc địa cung cấp cho phận chuyên môn đồ mặt cắt địa hình tỷ lệ loại theo giai đoạn + Giai đoạn khảo sát chọn phương án, cung cấp loại đồ tỷ lệ nhỏ từ 1/100.000 đến 1/10.000 vùng thung lũng, sông nhỏ yêu cầu đồ tỷ lệ phải lớn + Giai đoạn thiết kế, cung cấp loại đồ tỷ lệ 1/2000, 1/1000 khu vực xây dựng công trình đầu mối đồ tỷ lệ 1/25.000 ∼ 1/5.000 toàn vùng xây dựng để xác định biên giới vùng ngập nước, công trình giao thông thủy, công trình phòng vệ, nuôi nuôi trồng thủy sản Để phục vụ công tác lập vẽ thi công công trình đầu mối như: đập ngăn nước, nhà máy thuỷ điện, cống dẫn nước, âu thuyền trắc địa cung cấp Biên soạn: GV.Lê Văn Định 17 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA loại đồ địa hình 1/1.000, 1/500 mặt cắt địa hình Tiến hành thu thập tài liệu liên quan như: nguồn nguyên vật liệu, nhu cầu trang thiết bị vật tư, nhân lực - Trong giai đoạn thi công, tương ứng với tiến độ xây dựng công trình, công tác trắc địa thực việc tính toán số liệu bố trí công trình mặt đất theo thiết kế phê duyệt (xem phần 8.2, 8.3) Kiểm tra, theo dõi trình thi công công trình vị trí mặt bằng, độ cao, độ dốc Đo vẽ đồ hoàn công 1/1.000 ∼ 1/500 để kiểm tra, đánh giá chất lượng thi công làm tài liệu gốc công trình Trong giai đoạn trắc địa phải tiến hành công tác đo biến dạng công trình để theo dõi độ trồi lún, độ nghiêng độ dịch vị công trình - Trong giai đoạn quản lý khai thác sử dụng, công tác trăc địa tiếp tục quan trắc biến dạng công trình công trình thực ổn định 8.5 Công tác trắc địa vùng hồ chứa nước Khi đắp đập ngăn dòng nước vị trí thích hợp tạo phía thượng lưu vùng ngập nước gọi hồ chứa nước 8.5.1 Đặc điểm lưới khống chế trắc vùng hồ chứa nước Lưới trắc địa xây dựng phạm vi khu vực hồ chứa nước cần đảm bảo mật độ, độ xác cần thiết cho việc đo vẽ đồ hồ phục vụ tính dung tích hồ, xác định biên giới ngập nước, thiết kế công trình đầu mối thuỷ lợi - thủy điện Tuỳ theo diện tích, quy mô tính chất hồ chứa mà lưới khống chế xây dựng theo dạng học chương Cơ sở độ cao lập dạng đường chuyền độ cao hạng III, hạng IV với mật độ từ ∼ 3km, tăng dày đường chuyền độ cao kỹ thuật Khi thiết kế mạng lưới mặt độ cao cần ý chúng không sở để đo vẽ mà sở để chuyển thực địa biên giới gập nước hồ chứa tương lai Bởi cần ý cho điểm lưới sở bố trí vùng ngập nước gần biên giới hồ chứa tốt 8.5.2 Một số công tác trắc địa vùng hồ chứa nước - Đo vẽ đồ, bình đồ mặt cắt địa hình tỷ lệ loại phục vụ thiết kế hồ chứa Công tác đo đạc cạn nghiên cứu phần phần Đo vẽ đồ mặt cắt nước giống đo cạn, nhiên đo phần đất ngập nước tiến dược hành với việc đo cao mặt nước độ sâu từ mặt nước tới đáy; đo cao mặt nước thực trạm đo vào khoảng thời gian định; đo độ sâu từ mặt nước tới đáy thực bằng sào đo sâu, thả dọi đo máy đo sâu hồi âm - Xác định biên giới ngập nước hồ chứa Từ điểm lưới khống chế độ cao khu vực hồ cao độ thiết kế mặt nước hồ, áp dụng phương pháp bố trí độ cao để xác định biên giới ngập nước ( xem phần 8.2.3 chương 8) Mật độ điểm biên giới ngập nước 20m nơi địa hình phức tạp, vùng dân cư 50m nơi quang Chỉ rõ điểm dân cư, đường dây liên lạc, tuyến dẫn điện công trình khác nằm vùng gập Tính toán tổn thấp ngập Đề xuất điểm dân cư, tuyến dẫn điện - Thiết kế tuyến giao thông thủy hồ, nơi nuôi trồng thủy sản; chọn địa điểm xây dựng cảng, bến tầu, nơi trú ẩn cho tầu bè - Xác định dung tích hồ chứa Dung tích chung hồ chứa xác định cách lấy tổng dung tích hồ chứa hai đường đồng mức kế tiếp, kể từ độ cao nhỏ hồ đến độ cao bề mặt ngập lụt theo công thức: Biên soạn: GV.Lê Văn Định 18 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA H max V = ∑ vi với: vi = H si + si +1 ∆H (8.10) Trong đó: si, si+1 - diện tích giới hạn hai đường đồng mức đồ; ∆H - khoảng cao đường đồng mức 8.6 Công tác trắc địa vùng đập ngăn nước 8.6.1 Đặc điểm lưới khống chế trắc vùng đập ngăn nước Lưới khống chế khu vực đập ngăn nước phục vụ đo vẽ đồ, bình đồ tỷ lệ lớn phục vụ thiết kế thi công đập mà đảm bảo để quan trắc biến dạng đập Do vậy, lưới khống chế phải đo đạc, tính toán bình sai chặt chẽ, mốc có cấu tạo đặc biệt bố trí nơi ổn định, bảo quản lâu dài Lưới thành lập dạng lưới tam giác đo góc cạnh đáy lưới đo góc - cạnh kết hợp gọi lưới thủy công Lưới xây dựng mạng lưới độc lập tính toán bình sai hệ thống tọa độ khu vực, thông thường lấy trục đập làm trục hoành Các điểm lưới khống chế độ cao cần phải phân bố khu vực xây dựng, khoảng cách chúng từ 100 - 300m để cho từ 2-3 trạm máy chuyển độ cao thiết kế tới công trình 8.6.2 Một số công tác trắc địa vùng đập ngăn nước Các trục chính, trục phụ đường biên giới hạn đoạn thân đập tạo thành hệ thống phức tạp Việc bố trí trục đập thực địa tiến hành phương pháp nghiên cứu phần mục 8.3, phương pháp giao hội góc thường dùng nhiều Nếu bố trí trục cong phải xác định điểm điểm chi tiết đường cong Các điểm đường cong tròn gồm điểm đầu (Tđ) , điểm phân cự (G) điểm cuối (Tc) Khi bố trí điểm đường cong ta xác định vị trí tổng quát đường cong mặt đất (hình 8.10) Các số liệu bố trí đường cong bao gồm: đoạn tiếp tuyến T, đoạn phân cự p, chiều dài đường cong S độ chênh hai lần tiếp tuyến với chiều dài đường cong ∆d O T = R.tg θ R T p S = θ G Đ θ T p = R.(sec R Tđ θ πR θ − 1) (8.11) 180 ∆ d = 2.T − S TC Hình 8.10 Trong đó: θ - góc chuyển hướng; R - bán kính đường cong tròn Biên soạn: GV.Lê Văn Định 19 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA Để cụ thể đường cong tròn mặt đất cách đoạn k ( 5m 10m hoặc15m ) người ta phải bố trí cọc đường cong tròn, cọc gọi cọc chi tiết Để bố trí điểm chi tiết dùng phương pháp tọa độ cực mở rộng Hệ tọa độ cực lấy tâm cực điểm Tđ Tc , trục cực đường tiếp tuyến nối tâm cực với đỉnh (hình 8.11) Đ Số liệu bố trí theo phương pháp tọa độ cực mở rộng đoạn k giao với hướng góc cực k điểm chi tiết tính sau: 3φ/2 k R φ 180 φ φ (8.12) ϕ = k φ/2 φ πR Tđ O Góc cực điểm chi tiết 1, 2, n tương ứng Hình 8.11 φ/2, 2φ/2, 3φ/2 nφ/2 Bố trí thân đập: từ trục chính, bố trí trục phụ vào đường giới hạn thân đập để bố trí điểm, mặt cắt đặc trưng đập thân đập Bố trí móng đập: Căn vào trục đập vẽ thi công để bố trí mặt móng đập, độ cao xác định từ tầng đá gốc đến độ cao đập theo thiết kế 8.7 Công tác trắc địa khảo sát đo đạc tuyến kênh mương 8.7.1 Đặc điểm lưới khống chế trắc cho tuyến kênh mương Lưới khống chế cho tuyến kênh mương thành lập để thực công tác đo vẽ bố trí kênh mương Vì tuyến kênh mương phát triển theo dải hẹp tương đối dài, lưới khống chế mặt tốt đường chuyền đa giác điện quang Phụ thuộc vào mật độ điểm lưới tam giác nhà nước khu vực xây dựng kênh mương mà đường chuyền đa giác nói đường đa giác hạng IV có chiều dài tới 30km đường đa giác cấp1 có chiều dài đến 15km Từ điểm mạng lưới đa giác ngưới ta chuyển thực địa điểm góc ngoặt thiết kế tuyến kênh mương cách đặt đa giác thiết kế có độ xác cấp đường chuyền kinh vĩ Lưới khống chế độ cao phải có đủ độ xác mật độ điểm để tiến hành công tác đo vẽ, chuyển thiết kế kênh mương bao gồm độ dốc đáy kênh, mặt cắt ngang thi công tuyến kênh mương Việc lựa chọn cấp hạng lưới độ cao phụ thuộc vào khoảng cách điểm thủy chuẩn gốc độ dốc thiết kế đáy kênh; độ dốc đáy kênh lớn độ xác lưới khống chế độ cao thấp ngược lại Đối với kênh lớn đặt dọc theo tuyến kênh tuyến thủy chuẩn sở hạng III tăng dày từ điểm hạng I, II nhà nước Chêm dày lưới thủy chuẩn hạng IV kỹ thuật 8.7.2 Các tài liệu cần thiết phục vụ khảo sát thiết kế tuyến kênh mương Để lập báo cáo kinh tế kỹ thuật cần phải có đồ địa hình tỷ lệ 1/100.000 toàn khu vực khảo sát đồ tỷ lệ 1/25.000 dải rộng từ 2-3km để cụ thể hóa tuyến đánh dấu sơ Để thiết kế kỹ thuật tuyến kênh mương cần phải có: - Các bình đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000 đến 1/5.000 với khoảng cao đường đồng mức 1-2m - Các bình đồ tỷ lệ 1/10.000 với khoảng cao 1m khu vực hồ chứa nước; đường biên hồ chứa độ cao mực nước chuẩn 2-3m Biên soạn: GV.Lê Văn Định 20 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA - Các bình đồ tỷ lệ 1/2.000 với khoảng cao 0,5-1,0m khu vực xây dựng công trình thoát nước - Bình đồ tỷ lệ 1/5.000 hay 1/2.000 với khoảng cao 1m khu vực khai thác vật lệu xây dựng - Các mặt cắt dọc ngang trục kênh công trình thiết kế Trong thời kỳ khảo sát thiết kế thi công, công tác trắc địa bao gồm nội dung sau: - Xây dựng lưới khống chế mặt bằng, độ cao cho tuyến kênh mương - Định tuyến mặt đất tuyến kênh mương chọn Đo vẽ mặt cắt dọc, ngang đánh dấu điểm bản, công trình kênh - Đo vẽ bình đồ địa hình tỷ lệ 1/1.000 - 1/2.000 với khoảng cao 0,5-1,0m vùng tuyến có địa hình phức tạp, vùng xây dựng trạm cấp nước, đập âu thuyền kênh, chỗ giao nhau, khu vực xây dựng điểm dân cư sở sản xuất PHẦN E ĐO HOÀN CÔNG VÀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 8.8 Đo vẽ hoàn công Mục đích đo vẽ hoàn công xác định độ xác chuyển thiết kế công trình thực địa độ lệch cho phép trình xây dựng Muốn vậy, cần xác định tọa độ điểm đặc trưng công trình xây dựng, kích thước hình học chúng số liệu cần thiết khác Đo vẽ hoàn công tiến hành giai đoạn xây dựng kết thúc hoàn tất công trình Đo vẽ hoàn công phần, hạng mục công trình từ hố móng đến sàn nhà, hạng mục công trình để cung cấp số liệu cần thiết, kịp thời điều chỉnh trình xây lắp nhằm đẩm bảo chất lượng thi công công trình Ở đây, cần đặc biệt ý tới chi tiết nằm ngầm móng bị lấp đất, vị trí lối vào công trình ngầm Khi đo vẽ hoàn công xây móng, cần ý đến vị trí mặt bằng, độ cao chi tiết móng Khi lên tầng, cần ý vị trí độ thẳng đứng cột, kích thước bên độ thẳng đứng khoang thang máy Đối với nhà công nghiệp cần ý tới vị trí bu lông chờ, hệ thống cột đường cần trục Trong công trình cầu vượt, đo kích thước nhịp; vị trí mặt bằng, độ cao đế gối, bệ tựa; chiều dài nhịp chiều dài toàn cầu; đo trắc dọc ngang đặc trưng cầu, độ võng dầm, giàn Đo vẽ hoàn công kết thúc hoàn tất xây dựng thực hện toàn phạm vi công trình; kết đo vẽ sử dụng thời gian vận hành sửa chữa mở rộng công trình Đo vẽ kết thúc sử dụng kết đo vẽ phần trước Cơ sở để đo vẽ hoàn công điểm khống chế mặt độ cao sẵn có khu vực, vị trí điểm trục, độ cao móng Khi không đủ mật độ điểm khống chế cần phát triển bổ sung Các phương pháp đo vẽ hoàn công giống phương pháp đo vẽ thông thường Kết đo vẽ thể vẽ hoàn công, rõ kích thước thực tế chi tiết, kết cấu xây dựng giá trị độ lệch có 8.9 Quan trắc biến dạng công trình 8.9.1 Khái niệm Trong trình thi công sử dụng công trình, tác động của tải trọng công trình ngoại lực khác công trình bị biến dạng so với trạng thái ban đầu Biến dạng công trình gồm: trồi lún, nghiêng, dịch vị, võng, nứt rạn Đo biến dạng công trình nhằm đánh giá chất lượng xây dựng công trình, theo dõi mức độ an toàn công trình, phát cố từ có biện pháp xử lý kịp thời Biên soạn: GV.Lê Văn Định 21 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA Đặc điểm đo biến dạng: thông số biến dạng thường có trị số nhỏ nên để xác định trị số biến dạng máy móc, dụng cụ đo đòi hỏi phải có độ xác cao; mốc sở quan trắc phải có cấu tạo đặc biệt, móng lớn, ổn định Phương pháp đo xử lý số liệu phải chặt chẽ, xác đồng trình đo 8.9.2 Đo độ trồi lún công trình Dưới tác động tải trọng, sức nặng công trình; hoạt động kiến tạo địa chất công trình, địa chất thủy văn đáy móng nhiều nguyên nhân khác hóa học, thủy văn, tác động làm cho công trình xây dựng bị lún Mục đích đo lún để xác định độ lún lớp đất đáy móng tình hình cấu kết vật liệu công trình, từ kiểm nghiệm đánh giá độ bền vững công trình Thực chất đo lún công trình xác định độ cao điểm kiểm tra qua chu kỳ so với chu kỳ đầu Nếu ký hiệu độ lún mốc kiểm tra k chu kỳ thứ i ™ik : ε iK = H iK − H 0K (8.18) ε tốc độ lún trung bình mốc k: Mốc ε ik (8.19) Ti − T0 Trong đó: H0k, Hik độ cao mốc kiểm tra Vi K = Mốc k Mốc n εi Ti chu kỳ chu kỳ i T Hình 8.19 Từ độ lún thời gian quan trắc người ta vẽ biểu đồ lún (hình 8.19) bình đồ đường đẳng lún Để quan trắc lún, trước tiên người ta phải xây dựng nhóm mốc sở ổn định, nằm vùng biến dạng Sau chu kỳ, tiến hành dẫn độ cao tới mốc kiểm tra gắn vào thân công trình để xác định độ cao chúng Chu kỳ tiến hành sau thi công xong móng; chu kỳ tùy thuộc vào đặc điểm công trình, nói chung thời kỳ đầu chu kỳ gần nhau, sau chu kỳ thưa Ngoài chu kỳ quan trắc định kỳ theo phương án, có vấn đề nghi vấn cần tiến hành quan trắc đột xuất (hình 8.20) III I mốc sở mốc kiểm tra II k n Hình 8.20 Phương pháp quan trắc lún phổ biến phương pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn Máy thuỷ chuẩn phục vụ công tác đo lún có phận trắc vi với hình nêm kẹp vạch mia Mia Inva đo lún có hệ số nở nhiệt 1.5x10-6, phía sau mia có gắn ống thuỷ tròn để dựng mia thẳng đứng Độ xác đo lún phụ thuộc vào quy mô, tính chất công trình, tải trọng công trình, mức độ ổn định móng công trình Biên soạn: GV.Lê Văn Định 22 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA 8.9.3 Đo độ nghiêng công trình Giả sử công trình bị nghiêng góc v, độ nghiêng xác định công thức : i = tgv = q h (8.20) Trong đó: h - chiều cao công trình; q - Khoảng cách ngang đáy đỉnh Nếu công trình không cao, dùng thước thép đo trực tiếp Muốn tăng độ xác áp dụng phương pháp chuyền độ cao lên tầng Trường hợp tổng quát thường áp q dụng nguyên lý đo cao lượng giác để xác định ( hình 8.21) Trong đó: h = h1 + h2 (8.21) h1 h1 = D1tgv1 h V1 D1 V2 h2 = D2tg⎥ v2⎥ h2 D2 V1, V2 - góc đứng trục ngắm tới đỉnh đáy công trình đo máy kinh vĩ ∆β II D D1, D2 - khoảng cách ngang từ máy β1 β2 I tới đường dóng thẳng đứng đỉnh Hình 8.21 chân công trình, đo trực tiếp thước thép Để xác định đại lượng q dùng phương pháp đo góc hình 8.21 Khi thực phương pháp này, ta phải cố định hướng chuẩn I-II Tại I đo góc β1, β2 khoảng cách ngang D tính q theo công thức : ∆ q= β D (8.22) ρ Trong : ∆ β = β1 - β2 ; D - khoảng từ I tới chân công trình 8.9.4 Đo độ dịch vị công trình Ta dùng phương pháp hướng chuẩn Khi thực phương pháp cần cố định hướng chuẩn trùng với trục dọc công trình Ở chu kỳ quan trắc xác định độ dịch vị ngang điểm kiểm tra ngắn công trình so với hướng chuẩn Phương pháp hướng chuẩn áp dụng phổ biến quan trắc độ chuyển vị cho công trình dạng duỗi thẳng (đập, cầu đường) Trị số chuyển vị ngang q xác định theo hướng vuông góc với trục dọc công trình (hình 8.22a) Đại lượng q đo bẳng ngắm di động đo góc nhỏ ε I I Hình 8.22a Biên soạn: GV.Lê Văn Định 1' II q ε q b II Hình 8.22b 23 Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật Phần Trắc địa xây dựng công trình TRẮC ĐỊA Đối với đập có trục đường cong dùng phương pháp giao hội để xác định độ dịch vị Để thực phương pháp phải cố định đường đáy giao hội b phía hạ lưu nơi ổn định, chắn vùng biến dạng Từ cạnh đáy giao hội b, áp dụng phương pháp giao hội góc để xác định toạ độ điểm kiểm tra gắn công trình chu kỳ (0) chu kỳ (hình 8.22b) Từ toạ độ ta tính độ chuyển vị tổng hợp qx = X i1 − X 01 ; qY = Yi1 − Y01 ; q = Biên soạn: GV.Lê Văn Định 24 f x2 + f y2 (8.23) Dùng cho sinh viên khối kỹ thuật ... cao làm sở trắc địa Quốc gia; nghiên cứu khoa học, nghiên cứu biến dạng vỏ trái đất Trắc địa cao cấp bao gồm trắc địa vệ tinh nghiên cứu đo đạc không gian mặt đất trắc địa biển Trắc địa địa hình... QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 8-4 8-4 Đo vẽ hoàn công Quan trắc biến dạng công trình Trang 21 Trang 21 TRẮC ĐỊA Phần Kiến thức chung PHẦN KIẾN THỨC CHUNG VỀ TRẮC ĐỊA MỞ ĐẦU Khái niệm trắc địa. .. riêng cho ngành, cụ thể: - Phụ phần B: trắc địa công trình cầu đường - Phụ phần C: trắc địa công trình dân dụng công nghiệp - Phụ phần D: trắc địa công trình thủy lợi - thủy điện Tác giả cố gắng