Đây là giáo trình giảng dạy lớp Tư vấn giám sát phần Đo đạc trong thi công xây dựng công trình của giảng viên trường đại học xây dựng biên soạn. Giáo trình bao gồm chương 1: Hệ quy chiếu trắc địa; chương 2: Dung sai trong xây dựng; chương 3: Các thiết bị trắc địa hiện đại; chương 4: Trắc địa trong xây dựng công trình
Trờng đại học xây dựng TS Vũ Thặng Bài giảng Giám sát đo đạc thi công xây dựng Thực địa trắc địa xây dựng Thiết kế Bản đồ TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng ĐHXD 5.2009 Bộ môn Trắc địa - 2009 Giám sát đo đạc thi công xây dựng Mở đầu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 hệ qui chiếu trắc địa phơng thẳng đứng & n»m ngang hƯ täa ®é hn-72 hƯ täa ®é vn-2000 hệ độ cao quốc gia dấu độ cao trắc địa hệ toạ độ cục giả định dung sai xây dựng 2.1 độ xác tài liệu khảo sát địa hình 2.2 dung sai trắc địa xây dựng 2.3 Tiêu chuẩn, qui phạm 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 thiết bị trắc địa đại Máy đo khoảng cách càm tay máy toàn đạc điện tử máy thuỷ bình laze mia mã vạch hệ thống định vị toàn cầu gps Bản đồ số trắc địa xây dựng công trình 4.1 lới khống chế trắc địa 4.2 Công tác trắc địa xây dựng công trình Giám sát đo đạc thi công xây dựng TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng §HXD 5.2009 -Mở đầu Nhiệm vụ trắc địa xây dựng Thực địa trắc địa xây dựng Thiết kế Bản đồ TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa - Trờng ĐHXD TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng ĐHXD 5.2009 -Vai trò công tác trắc địa xây dựng Trong tất giai đoạn xây dựng công trình từ khảo sát thiét thi công khai thác sử dụng có vai trò công tác trắc địa - giai đoạn khảo sát, ngời xây dựng cần thiết phải có số liệu địa hình khu vực Nhiệm vụ quan trắc địa thành lập đồ địa hình Thiếu đồ tiến hành đợc công việc có liên quan đến nghiên cứu lãnh thổ Thiếu đồ xây dựng đợc thành phố, đờng sá, kênh mơng, đê đập, hệ thống tới tiêu nớc, qui hoạch đợc phát triển đất nớc Bản đồ đợc thể dới dạng: Đồ hoạ - đồ giấy; mô hình số địa hình - đồ số - Khi thiết kế, ngời xây dựng cần có kiến thức trắc địa để sử dụng đồ, tính toán thiết kế công tác xây dựng, dự tính phơng pháp nhắm đảm bảo xác vị trí kích thớc hình học công trình - giai đoạn thi công công tác trắc địa nhằm đảm bảo cho việc chuyển thiết kế trờng theo vị trí, hình dáng, kích thớc công trình Khi xây dựng xong phần toàn công trình phải tiến hành đo vẽ hoàn công để xác định vị trí thực công trình, cấu kiện nhằm kiểm tra đánh giá chất lợng thi công - Trong giai đoạn khai thác công trình, thi công, công tác trắc địa tiến hành quan trắc, theo dõi biến dạng công trình để đánh giá chất lợng, kiểm định lại số liệu khảo sát, giải pháp tính toán thiết kế nhằm đảm bảo ổn định bền vững công trình trình sử dụng Giám sát công tác đo đạc thi công xây dng cần xác định: - Đo gi? - Đo nh nào? - Đo đạt yêu cầu cha? Toạ độ điểm(XY,H) Khảo sát địa hình cung cấp cho thiết kế: - Bản đồ Địa vật - Bình đồ hình - Mặt cắt Tự nhiên Nhân tạo Địa Kí hiệu đồ pháp phơng địa hình Theo tỉ lệ qui ớc TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng ĐHXD 5.2009 -2 Chuyển thiết kế thực địa: - Định vị công trình - Đo đạc thi công xây dựng công trình - Đo vẽ hoàn công, nghiệm thu I hệ qui chiếu trắc địa I.1 phơng thẳng đứng, nằm ngang Phơng thẳng đứng song song với phơng lực hút trái đất, song song với đờng dây dọi I.2 hệ tọa độ hn-72 - Ellipxoid Kraxopski 1940 - a = 378 245m f = 1/298,3 Kinh tuyến trục Xích đạo S O Hệ toạ độ ph¼ng hai chiỊu XOY X x o 500k m Universal Transverse 0o 3o 6oMercator 9o12015o18o Kinh tun trơc m=1 y¢ YA H×nh 1.1 PhÐp A xA chiÕu XA =Gauss O PhÐp chiÕu utm – H×nh 1.2 H×nh chiÕu Gauss víi mói chiÕu 6o Y y m=1 m=0.99 96 H×nh 1.3 Hệ tọa độ vuông góc dùng Trắc địa 180 180 km km Xích đạo Hình 1.4 Phép chiếu UTM TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng ĐHXD 5.2009 -m = 1,10014 I.3 hệ tọa độ vn-2000 số 83/2000/qđ-ttg ký ngày 12-7-2000 Tên hệ qui chiếu hệ toạ độ quốc gia: VN – 2000 Tham sè hÖ VN-2000: - Ellipsoid WGS-84 toàn cầu với kích thớc: a Bán trục lớn a = 378 137,8m b §é dĐt f = : 298, 257 223 563 c Tèc ®é gãc quay quanh trôc = 292 115,0x1011 rad/s d H»ng số trọng trờng Trái đất GM = 986 005 108 m3s-2 - Điểm gốc tọa độ quốc gia: No0 nằm khuôn viên Viện nghiên cứu địa chính, đờng Hoàng Quốc Việt, Hà Nội - Lới chiếu toạ độ phẳng: Lới chiéu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng §HXD 5.2009 -Mói 6o K0 = 0,9996 dùng cho đồ tỉ lệ: 1: 500 000 ®Õn 1: 25 000 Mói 3o K0 = 0,9999 dùng cho đồ tỉ lệ: :10 000 ®Õn : 2000 Kinh tuyÕngia A hßn dÊu I.4 hƯ ®é cao qc Kinh tun gèc A A A A TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trêng §HXD 5.2009 M§T A hA B HA HB M§T MN Bi Mặt Dị thờng Mặt Hình 1.5 Hệ độ cao dùng Trắc địa Độ cao so với mặt nớc biển điểm khoảng cách từ điểm đến mặt nớc gốc, qua mức nớc biển trung bình Hòn Dấu Đồ Sơn Độ cao so với mặt nớc biển gọi độ cao thờng hay độ cao thuỷ chuẩn Độ cao so với mặt nớc biển độ cao sử dụng xây dựng công trình, sở để xác định chiều nớc chẩy Độ cao thờng đo theo phơng pháp đo cao hình học (đo thuỷ chuẩn) đo cao lợng giác Các phơng pháp đo dựa hớng chuẩn phơng trọng lực I.5 độ cao trắc địa TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng ĐHXD 5.2009 -Độ cao trắc địa điểm khoảng cách từ điểm đến mặt Trái đất qui ớc đợc chọn mặt Ellipxoid Độ cao trắc địa ngày thờng đo công nghệ GPS I.6 hệ toạ độ cục giả định Xác định hệ qui chiếu phục vụ xây dựng công trình Để phục vụ công tác khảo sát, thiết kế, thi công nh trình khai thác sử dụng, cần có hệ qui chiếu thống nhất, áp dụng quán từ đầu giai đoạn sau Hệ qui chiếu phục vụ xây dựng đợc chia làm hai phần độc lập nhau, hệ tọa độ vuông góc hai chiều XOY, xác định vị trí mặt hệ độ cao, xác định độ cao H công trình Thông thờng hệ qui chiếu phục vụ xây dựng công trình đợc gắn với hệ tọa độ quốc gia Với hệ tọa độ mặt công trình cần điểm khởi tính, góc định hớng cạnh đầu điểm kiểm tra đợc đo nối với hệ tọa độ quốc gia - cần mốc Với hệ độ cao cần điểm khởi tính điểm kiểm tra đợc gắn với hệ độ cao quốc gia cần mốc Đối với công trình xây dựng độc lập công trình đợc xây dựng bờ rào khuôn viên đợc xác định dùng hệ tọa độ cục giả định Trong trờng hợp này, hệ tọa độ cục giả đinh phải đợc thống sử dụng từ giai đoạn khảo sát ban đầu giai đoạn cuối qua trình xây dựng công trình Ngày thờng sử dụng toàn đạc điện tử (TĐĐT), dụng cụ trắc địa có độ xác cao vào công việc khảo sát bố trí công trình Sai số đo góc TĐĐT TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng ĐHXD 5.2009 -sai số đo cạnh m = – 5”, 6 mS a b.10 S Trong ®ã a = – 5mm b = (1 – 5)ppm = (1 5).10-6S Đối với công trình phân bố diện tích lớn, nh đờng bộ, đờng sắt, cầu lớn, công trình thuỷ lợi, công trình thủy điện cần phải chọn múi chiếu với góc o hay 1,5o phÐp chiÕu Gauss, hay phÐp chiÕu UTM vµ chọn đờng kinh tuyến cho phù hợp để đảm bảo độ biến dạng cho phép Trên thực tế có công trình chọn đờng kinh tuyến trục góc múi chiếu không phù hợp, dẫn đến độ biến dạng nhiều khu vực công trình lớn, không đảm bảo cho công tác bố trí công trình thực địa Các công trình đặc biệt dọc tuyến nh cầu, hầm xây dựng điểm lới khống chế quốc gia điểm khởi tính Trên sở điểm khởi tính để xây dựng hệ toạ độ chuyên dụng cho công trình II dung sai xây dựng II.1 Hiện trạng đồ địa hình việt nam a Elípxôit thực dụng: Hệ quy chiếu đồ đợc đặc trng hình elipxôid hệ thống tọa độ trắc địa quốc gia sử dụng để thành lập đồ Bề mặt trái đất phức tạp mặt hình học, biểu thị quy luật toán học Trong trắc địa ngời ta thay mặt geôid Mặt geôid mặt nớc biển yên tĩnh trải rộng khắp nơi, bề mặt vuông góc với lới trọng lực Sự phân bố không đồng vật chất cấu tạo trái đất, bề mặt geôid không đơn giản mặt hình học Trong thực tế ngời ta lấy mặt elipxôid tròn xoay làm mô hình toán học thay cho mặt geôid Các yếu tố địa lí bề mặt trái đất đợc chiếu lên mặt elipxôid Elipxôid trái đất khối lợng geôid, tâm trùng với trọng tâm trái đất, tổng bình phơng chênh lệch điểm elipxôid so với geôid theo chiều thẳng đứng phải nhỏ Kích thớc dạng elipxôid đợc xác định giá trị phần tử là: bán trục lớn a, bán trục nhỏ b Ngoài ngời ta cần xác định đại lợng sau: - Độ dẹt: a b a 10 TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng ĐHXD 5.2009 -i = HiGPS - i - hi (10) Trong truờng hợp cho số lượng điểm song trùng khơng 3, thực nội suy giá trị i theo thuật tốn song tuyến Sử dụng mơ hình Geoid Các nhà khoa học dựa vào tư liệu đo đạc, tài liệu nghiên cứu Trái Đất để xây dựng sẵn mơ hình Geoid nhằm nghiên cứu mặt đẳng trọng trường đồng thời giúp cho công tác đo cao GPS thuận tiện Tuy nhiên ứng dụng công tác trắc địa cơng trình chưa nhiều nghiên cứu IV ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ TRONG KHẢO SÁT THIẾT KẾ ĐƯỜNG Quá trình khảo sát địa hình, phục vụ thiết kế đường ôtô thực qua bốn bước Bình đồ lập từ tỷ lệ 1:5000 đến 1:500 đặc biệt đến 1:200 Trong bước NCKT phải lập lưới khống chế mặt độ cao để phục vụ cho bước khảo sát thi công công trình Trong bước mặt cắt đo với mật độ tăng dần từ mặt cắt điển hình tới mặt cắt chi tiết khoảng cách 10-20m Theo quy trình khảo sát truyền thống việc đo vẽ địa hình thành lập với máy kinh vĩ Theo 020 máy thuỷ bình Ni 025 máy tương đương, số liệu đo đạc giai đoạn sử dụng để thể tài liệu giai đoạn Giai đoạn cuối TKBVTC cần khối lượng đo chi tiết bình đồ, mặt cắt lớn để đảm bảo đủ mật độ điểm theo yêu cầu thiết kế, đặc biệt để đảm bảo xác khối lượng đào đắp Các số liệu địa hình đo khu vực giai đoạn trước không sử dụng Ngày nay, việc khảo sát địa hình tuyến thường sử dụng loại máy toàn đạc điện tử Toàn đạc điện tử dùng để xây dựng lưới, đồng thời đo chi tiết, đủ độ xác để đo vẽ mặt cắt theo phương toạ độ cự Tất bước, việc đo điểm khống chế xây dựng bước NCKT, việc đo thực đo khép tính tốn toạ độ chi tiết bình sai ứng dụng thiết bị máy tính PC, mà trở nên thơng dụng Sau bình sai, tập hợp điểm địa hình tuyến đo tồn đạc điện tử đủ độ xác để lập bình đồ địa hình tỷ lệ lớn đến 1:500 Nếu sử dụng phần mềm thích hợp, tệp điểm sử dụng để lập mô hình số độ cao DEM Sau bước đo, mơ hình số độ cao DEM tăng dầy thêm điểm chi tiết đặc trưng địa hình Các số liệu cố định tuyến đỉnh, TSS, TC, G, NĐ, NC, điểm cọc Km, cọc Hm cọc chi tiết nhập vào mơ hình số độ cao Kết thu mơ hình với độ xác cao hơn, đặc biệt điểm đặc trưng tuyến Với mơ hình số độ cao lập bình đồ, mặt cắt dọc, mặt cắt ngang tuyến linh hoạt Mọi thay đổi hướng tuyến, vị trí đỉnh, bán kính cong thiết kế cập nhật thể mô hình số độ cao DEM Kết cuối xuất bình đồ tuyến, mặt cắt theo tuyến cuối chọn mô hình số độ cao lập tích hợp cỏc bc kho sỏt 41 TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng ĐHXD 5.2009 -Trong trường hợp sử dụng kết đo khảo sát thực địa bước, với mật độ điểm chi tiết tăng dần Kết cuối có bình đồ, mặt cắt theo tuyến chọn cuối với độ xác cao nhất, sử dụng tất số liệu đo thực địa thực bước Nếu cơng tác khảo sát địa hình thực nhóm khảo sát qua tất bước bước cuối khối lượng khảo sát giảm đáng kể, đặc trưng địa hình khu vực đo giai đoạn trước không cần thực lại Trong bước khảo sát thiết kế thực mơ hình số độ cao, việc cắm tuyến, cố định đỉnh, đóng cọc chi tiết thực đặc biệt thuận lợi sử dụng toàn đạc điện tử Các yếu tố bố trí chuẩn bị mơ hình số độ cao kết xuất thành bình đồ thiết kế tuyến Việc bố trí thực ngồi thực địa trở nên thuận lợi hiệu Dưới quy trình khảo sát đường sử dụng tồn đạc điện tử mơ hình số độ cao DEM 42 TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng §HXD 5.2009 -Hình 12: Quy trình khảo sát đường sử dụng tồn đạc điện t v mụ hỡnh s cao Công tác trăc địa xây dựng công trình 4.1 lới khống chế trắc địa 4.1.1 lới khống chế quốc gia Phiếu cấp tọa độ 43 TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng ĐHXD 5.2009 4.1.2 líi khèng chÕ khu vùc B¶ng:Lùa chän cấp hạng lới tuỳ thuộc vào diện tích đo vẽ DiƯn tÝch ®o vÏ, km2 200 50 200 10 50 10 Khống chế sở Mặt Lới NN Lới tăng dày II, III, 1,2 IV 1,2 III, IV 1,2 IV 1,2 Khèng chÕ ®o vÏ §é cao MỈt b»ng II, III, IV II, III, IV III, IV IV Tam giác nhỏ, đờng Độ cao Đo cao 44 TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng §HXD 5.2009 -2,5 2,5 1 4.1.3 IV - 1,2 - IV IV chun kinh vÜ kü tht mèc tr¾c địa Là vật đánh dấu thực địa, không thay đổi vị trí theo thời gian Mốc GPS hạng IV kích thớc 50cmx50cm Mốc thi công Cầu Thang trì Mốc đờng chuyền đá KT 20x20cm Tìm mốc 45 TS Vũ Thặng Bộ môn Trắc địa Trờng ĐHXD 5.2009 4.2 lới khống chế trắc địa xây dựng công trình Diện tích khu vực đo vẽ cấp hạng líi khèng chÕ DiƯn tÝch ®o vÏ km2 < 200 50 – 200 10 – 50 – 10 2,5 – – 2,5 100ha Công trình đọc lập diÖn tÝch > 100ha DiÖn tÝch khu vùc < 100ha Công trình độc lập diện tích - 10ha Công trình diện tích