Giải pháp nâng cao độ chính xác chuyển trục công trình lên các sàn xây dựng trong thi công nhà siêu cao tầng

Bài viết Giải pháp nâng cao độ chính xác chuyển trục công trình lên các sàn xây dựng trong thi công nhà siêu cao tầng nghiên cứu các giải pháp sử dụng kết hợp trị đo bằng công nghệ GPS và máy toàn đạc điện tử, được đưa vào các số hiệu chỉnh cần thiết và xử lý theo thuật toán phù hợp để chính xác hóa hình chiếu lưới khống chế cơ sở lên tầng đầu tiên của mỗi đoạn chiếu trong phương pháp chiếu phân đoạn bằng máy chiếu đứng quang học, nhằm nâng cao độ chính xác chiếu trục trong xây dựng nhà siêu cao tầng.

Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số 44, 10-2013, tr.57-61 GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CHUYỂN TRỤC CƠNG TRÌNH LÊN CÁC SÀN XÂY DỰNG TRONG THI CƠNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG NGUYỄN QUANG THẮNG, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Chuyển trục lên sàn xây dựng cơng việc có ý nghĩa quan trọng tồn cơng tác trắc địa xây dựng nhà cao tầng siêu cao tầng Trong báo nghiên cứu giải pháp sử dụng kết hợp trị đo cơng nghệ GPS máy tồn đạc điện tử, đưa vào số hiệu chỉnh cần thiết xử lý theo thuật toán phù hợp để xác hóa hình chiếu lưới khống chế sở lên tầng đoạn chiếu phương pháp chiếu phân đoạn máy chiếu đứng quang học, nhằm nâng cao độ xác chiếu trục xây dựng nhà siêu cao tầng Giải pháp quy trình cụ thể cơng tác Đặt vấn đề Theo [2], ngơi nhà cao tầng có số tầng trình bày nội dung ≥45 gọi nhà siêu cao tầng Trong xây Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ dựng nhà siêu cao tầng, việc chuyển trục lên xác chuyển trục cơng trình lên sàn xây sàn xây dựng có ý nghĩa quan trọng, ảnh hưởng dựng thi công nhà siêu cao tầng lớn tới chất lượng tồn cơng tác trắc địa 2.1 Phân tích ảnh hưởng độ khơng song song Độ xác yêu cầu chuyển trục công đường dây dọi độ lệch dây dọi đến trình [1] nêu bảng độ xác chuyển trục cơng trình lên sàn Bảng xây dựng Trong xây dựng nhà cao tầng, Chiều cao mặt thi công yêu cầu phải đảm bảo tính xây dựng (m) Sai số thẳng đứng nhà Chúng ta hiểu phương  15 15  60 60  100 100  120 thẳng đứng phương đường dây dọi Sai số trung Tuy nhiên đường dây dọi qua điểm phương lưới khống chế sở mặt móng I, II, chuyển III, IV không song song với chúng điểm, trục 2.5 vuông góc với mặt thủy chuẩn qua theo phương điểm Trong phạm vi nhỏ ngơi nhà có thẳng đứng thể coi mặt thủy chuẩn phần mặt cầu (mm) qua điểm Trên mặt sàn tầng đầu đoạn chiếu, điểm I, , IV dịch chuyển đến Hiện nhà siêu cao tầng, để vị trí IG,…, IVG (hình 1) chuyển trục cơng trình lên sàn xây dựng thường sử dụng phương pháp chiếu đứng quang học theo cách chiếu phân đoạn (mỗi phân đoạn khoảng 10 tầng) Để nâng cao độ xác chiếu trục, lưới trục (hình chiếu theo phương thẳng đứng lưới khống chế sở mặt móng) mặt sàn phân đoạn cần xác hóa, làm sở cho việc chiếu Việc xác hóa lưới trục nên thực cách kết hợp máy Hình Ảnh hưởng độ khơng song song chiếu đứng quang học, công nghệ GPS máy đường dây dọi độ lệch dây dọi đến kết tồn đạc điện tử độ xác cao chiếu trục cơng trình nhà siêu cao tầng 57 ● - Điểm khống chế sở mặt móng; - Hình chiếu điểm khống chế sở theo phương dây dọi mặt sàn thi cơng; □ - Hình chiếu điểm khống chế sở theo phương pháp tuyến mặt sàn thi công Chênh lệch khoảng cách điểm khống chế sở mặt móng mặt sàn xây dựng có chiều cao ΔH tính theo công thức [2]: S.H Sh   , (1) Rm đó: S - Khoảng cách điểm xét; ΔH = Hm – H0 - Chiều cao mặt sàn xây dựng so với mặt móng; Rm - Bán kính trung bình Elipxơid (Rm = 6370km) Chênh lệch chiều dài ΔSh (mm) khoảng cách S (m) chiều cao chiếu ΔH (m) khác tính theo cơng thức (1) nêu bảng Mặt khác thành lập lưới khống chế sở mặt móng, sử dụng hệ tọa độ địa diện có trục song song với trục tương ứng cơng trình, trục oz trùng với pháp tuyến Elipxơid phần bề mặt Elipxơid cơng trình nghiêng với mặt mặt thủy chuẩn qua điểm khống chế sở mặt móng góc giá trị độ lệch dây dọi Trên phạm vi nhỏ cơng trình coi vector ảnh hưởng độ lệch dây dọi điểm I, II, III, IV độ lớn hướng (các đoạn IG-IE…, IVG-IVE - hình 1) Chênh lệch khoảng cách đường dây dọi pháp tuyến với Elipxơid chiều cao khác tính theo cơng thức:  (2) S  H  Chênh lệch ΔSν (mm) chiều cao chiếu ΔH (m) độ lệch dây dọi ν (“) khác thể bảng Bảng ΔH S 25 50 75 100 50 75 100 150 200 300 400 0.20 0.39 0.59 0.78 0.29 0.59 0.88 1.18 0.39 0.78 1.18 1.57 0.59 1.18 1.77 2.35 0.78 1.57 2.35 3.14 1.18 2.35 3.53 4.71 1.57 3.14 4.71 6.28 Bảng ΔH ν 10 12 15 50 75 100 150 200 300 400 0.48 0.97 1.70 2.42 2.91 3.64 0.73 1.45 2.55 3.64 4.36 5.45 0.97 1.94 3.39 4.85 5.82 7.27 1.45 2.91 5.09 7.27 8.73 10.91 1.94 3.88 6.79 9.70 11.64 14.54 2.91 5.82 10.18 14.54 17.45 21.82 3.88 7.76 13.57 19.39 23.27 29.09 Từ kết tính bảng bảng rút số nhận xét sau: - Chênh lệch chiều dài độ không song song đường dây dọi tính theo cơng thức (1) tăng lên chiều cao chiếu tăng có giá trị không lớn Khi S = 75m; ΔH = 200m, sai lệch đạt giá trị 2.35mm, xấp xỉ sai 58 số đo khoảng cách máy toàn đạc điện tử độ xác cao - Chênh lệch khoảng cách đường dây dọi pháp tuyến với Elipxôid (bảng 2) tăng theo chiều cao cơng trình Với giả thiết coi vector ảnh hưởng độ lệch dây dọi điểm I, II, III, IV độ lớn hướng, hình chiếu lưới sở sàn tầng theo phương pháp tuyến đồng dạng với hình chiếu lưới sàn tầng theo phương dây dọi (hình 1) Như ảnh hưởng tổng hợp đường dây dọi không song song với độ lệch dây dọi đến đến khoảng cách điểm chiếu chủ yếu độ không song song đường dây dọi gây Đây nhận xét cần lưu ý để xác định quy trình chiếu điểm sử dụng kết hợp trị đo công nghệ GPS máy toàn đạc điện tử Chúng ta thấy rằng, với ν = 10”; ΔH = 200m chênh lệch khoảng cách đường dây dọi pháp tuyến với Elipxôid 9.7mm Đây giá trị lớn cần quan tâm chuyển trục cơng trình lên sàn xây dựng thi công nhà siêu cao tầng Để xác định độ lệch dây dọi trung bình phạm vi cơng trình nhà siêu cao tầng, áp dụng thuật toán nêu [4] sở tài liệu [5] Sau xác định độ lệch dây dọi thành phần hướng kinh tuyến (η) vòng thẳng đứng thứ (ξ), tính độ lệch dây dọi tồn phần góc phương vị độ lêch dây dọi theo công thức:   2  2 (3)  (4)  Độ xác cần thiết xác định độ lệch dây dọi ước tính sau: Nếu chênh cao điểm khống chế GPS bên ngồi cơng trình xác định thủy chuẩn hình học cấp II, base line đo GPS với sai số khoảng 5mm độ xác xác định độ lệch dây dọi phụ thuộc chủ yếu vào độ xác định độ chênh cao trắc địa điểm Khi sử dụng cơng thức: m m   h , (5) S đó: mν sai số trung phương độ lệch dây dọi; mΔh sai số trung phương chênh lệch độ chênh cao trắc địa độ chênh cao thủy chuẩn; S khoảng cách trung bình điểm khống chế GPS   arctg Khi nhận giá trị: mΔh = 10mm, S = 500m, tính mν = 4” Từ bảng ta thấy với mν = 4”; ΔH = 200m ΔSν = 3.88mm Giá trị tăng với chiều cao cơng trình Để nâng cao độ xác xác định độ lệch dây dọi cần chọn loại máy thu GPS có độ xác cao để xác định độ chênh cao trắc địa 2.2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao độ xác chuyển trục cơng trình lên sàn xây dựng thi cơng nhà siêu cao tầng Để nâng cao độ xác hình chiếu lưới khống chế sở sàn đoạn chiếu theo phương pháp phân đoạn (lưới trục) nhà siêu cao tầng, sở [3], đề nghị áp dụng giải pháp sau đây: - Sau thành lập lưới khống chế sở mặt móng, xây dựng từ ÷ điểm khống chế GPS bên ngồi cơng trình vị trí ổn định, thuận lợi cho việc thu tín hiệu vệ tinh, cách điểm khống chế sở từ 300 ÷ 500m phân bố xung quanh cơng trình (cố gắng giảm khoảng cách để đảm bảo điều kiện độ lệch dây dọi điểm GPS xấp xỉ giá trị điểm khống chế sở) Tiến hành đo nối xác điểm khống chế sở với điểm khống chế GPS bên ngồi cơng trình trị đo GPS (hình 2) B III II x I IV y A C Hình Hệ thống lưới khống chế thi công nhà siêu cao tầng Sử dụng hệ tọa độ địa diện có trục tọa độ ox, oy song song với trục, độ cao mặt tọa độ độ cao mặt móng cơng trình để thành lập lưới khống chế hỗn hợp Bình sai trị đo GPS trị đo lưới khống chế sở máy toàn đạc điện tử độ xác cao theo thuật tốn bình sai lưới tự (đã trình bày cụ thẻ [3]), điểm gốc 59 lưới điểm trọng tâm lưới khống chế sở mặt móng - Trên sàn phân đoạn, đặt máy thu GPS điểm khống chế GPS bên ngồi cơng trình điểm chiếu máy chiếu đứng quang học để tiến hành việc đo nối, đồng thời tiến hành đo góc khoảng cách lưới chiếu máy toàn đạc điện tử độ xác cao Trên mặt gốc, sau hiệu chỉnh giá trị độ chênh độ lệch dây dọi để đưa điểm từ pháp tuyến đường dây dọi, tiếp tục hiệu chỉnh khoảng cách độ không song song độ lệch dây dọi gây nên, sau tiến hành xử lý trị đo lưới trục theo thuật tốn bình sai lưới tự trị đo GPS toàn đạc điện tử [3] Với việc đảm bảo trọng tâm lưới (điểm trọng tâm tứ giác trắc địa I II II IV - hình 1) giữ nguyên trình chiếu xử lý kết đo, tính thẳng đứng cơng trình đảm bảo tốt Xây dựng quy trình xác hóa lưới trục cơng trình sàn tầng đoạn chiếu thi công nhà siêu cao tầng Từ khảo sát nêu trên, xác lập quy trình xác hóa lưới trục sàn tầng đoạn chiếu chiếu theo phương pháp phân đoạn thi công nhà siêu cao tầng sau: 1) Sau thành lập lưới khống chế sở mặt móng, chọn khoảng ÷ điểm khống chế GPS bên ngồi cơng trình vị trí ổn định, thuận lợi cho việc thu tín hiệu vệ tinh, cách điểm khống chế sở không 300 ÷ 500m phân bố xung quanh cơng trình Tiến hành đo nối xác điểm khống chế sở với điểm khống chế GPS bên ngồi cơng trình trị đo GPS Sử dụng hệ tọa độ địa diện cục có trục tọa độ ox, oy song song với trục cơng trình, độ cao mặt phẳng xoy độ cao mặt móng cơng trình để thành lập lưới khống chế hỗn hợp Bình sai trị đo GPS trị đo lưới khống chế sở theo thuật tốn bình sai lưới tự [3], 60 gốc lưới điểm trọng tâm lưới khống chế sở 2) Tiến hành đo thủy chuẩn hình học xác (thủy chuẩn cấp II) để xác định chênh cao điểm khống chế GPS bên ngồi cơng trình Từ trị đo thủy chuẩn trị đo GPS, sử dụng thuật toán xét để tính tốn độ lệch dây dọi phạm vi cơng trình 3) Đặt máy thu GPS điểm khống chế GPS bên ngồi cơng trình điểm sàn phân đoạn chiếu máy chiếu đứng quang học để tiến hành việc đo nối, đồng thời tiến hành đo góc khoảng cách lưới trục máy tồn đạc điện tử độ xác cao So sánh trị đo máy toàn đạc điện tử lưới với giá trị tương ứng mặt phẳng gốc Nếu có nghi ngờ cần tiến hành đo lại để kiểm tra 4) Trên mặt phẳng tọa độ gốc tiến hành hiệu chỉnh giá trị độ chênh độ lệch dây dọi vào trị đo tọa độ công nghệ GPS để đưa điểm từ pháp tuyến đường dây dọi theo hướng độ lớn xác định; hiệu chỉnh điểm độ không song song độ lệch dây dọi (có hướng điểm trọng tâm O lưới) Tiến hành xử lý mặt phẳng tọa độ gốc trị đo lưới theo thuật tốn bình sai lưới tự với điểm định vị điểm hiệu chỉnh Tính tọa độ điểm trọng tâm so sánh với tọa độ tương ứng chu kỳ để đánh giá mức độ thẳng đứng cơng trình Thực nghiệm Do nội dung lý thuyết gồm nhiều vấn đề, phần thực nghiệm báo trình bày nội dung đo nối điểm GPS xung quanh cơng trình với điểm chiếu sàn xây dựng, đo lưới chiếu máy toàn đạc điện tử xử lý trị đo theo thuật tốn bình sai lưới tự [3] Địa điểm để tiến hành thực nghiệm Cơng trình hỗn hợp dịch vụ văn phòng nhà 34 Cầu Diển - Từ Liêm - Hà Nội Tòa nhà cơng trình có tầng hầm 27 tầng Lưới thực nghiệm bố trí giống sơ đồ lưới nêu hình 2, sàn tầng có chiều cao khoảng 75m Với chiều dài cạnh lưới thực nghiệm sàn tầng lớn 33.98m, chiều cao chiếu nêu, theo công thức (1) ta tính ΔSh max = 0.4mm; nhận giá trị độ lệch dây dọi ν = 12” ta tính ΔSν = 4.4mm Điều chứng tỏ vị trí điểm bị dịch đáng kể độ lệch dây dọi, khoảng cách chúng thay đổi nhỏ so với trị mặt gốc Trong thực nghiệm sử dụng máy thu GPS Trimble R3 có độ xác đo cạnh mS = (5 + 1ppm) mm, thời gian ca đo 60ph; máy tồn đạc điện tử SET-2B với độ xác đo góc mβ = 2”, độ xác đo cạnh mS = (3 + 2ppm) mm để đo góc chiều dài cạnh lưới chiếu Các trị đo xử lý theo thuật tốn bình sai lưới tự với điểm định vị điểm chiếu Kết đánh giá độ xác tương hỗ điểm lưới nêu bảng Bảng Độ xác tương hỗ vị trị điểm Cạnh I - II II - III III - IV IV - I mS/S 1/70.500 1/45.900 1/73.000 1/45.500 mα (“) 0.33 0.39 0.33 0.39 mth (m) 0.0010 0.0007 0.0010 0.0008 Từ bảng thấy kết thực nghiệm phù hợp với phân tích lý thuyết Kết luận Từ nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm nêu trên, rút số kết luận sau: 1) Khi chiếu trục cơng trình lên sàn xây dựng máy chiếu đứng theo cách chiếu phân đoạn xây dựng nhà siêu cao tầng, để xác hóa lưới trục đầu đoạn chiếu cần hiệu chỉnh ảnh hưởng độ không song song đường dây dọi ảnh hưởng độ lệch dây dọi điểm chiếu 2) Các giải pháp quy trình để xác hóa lưới trục đầu đoạn chiếu với việc kết hợp trị đo cơng nghệ GPS máy tồn đạc điện tử, xử lý thuật tốn bình sai lưới tự mặt phẳng gốc hệ tọa độ địa diện cục trình bày báo có tính khả thi cao nhằm giải nhiệm vụ quan trọng công tác trắc địa xây dựng nhà siêu cao tầng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCXDVN 309:2004 Công tác trắc địa xây dựng công trình - Yêu cầu chung, Hà Nội, 2004 [2] Phan Văn Hiến nnk, 2004 Giáo trình Trắc địa cơng trình, NXB Giao thơng vận tải, Hà Nội [3] Nguyễn Quang Thắng, 2005 Nghiên cứu hồn thiện quy trình cơng tác trắc địa xây dựng cơng trình có chiều cao lớn Đề tài cấp Bộ, mã số B2003-36-53 [4] Trần Viết Tuấn, 2012 Nghiên cứu giải pháp tính chuyển tọa độ lưới GPS hệ tọa độ thi cơng cơng trình Tạp chi Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, số 40 - 10/2012 [5] SHI Yi-min and ZHOU Yong-jun and ZHANG Wen-qing, 2002 The Determination of the Regional Ellipsoidal Surface by the Method of Readjusting Its Orientation and Positioning Departmen oF Surveying and Geoinformatics, Tangji University, Shanghai, China SUMMARY Solution of raising the accuracy of moving axis to engineering floors in working with supper high buildings Nguyen Quang Thang, Hanoi University of Mining and Geoology Moving axis to engineering floors has an importal role in all surveying tasks when building high and supperhigh house In this arcticle are studied and improved the solutions using combined GPS and Total Station measurements, which are processed by free network adjustment algorithm for getting higher accuracy the projection of control network to first floor in segment projection method by optical vertical projection instrument, for raising the accuracy of projecting axis in building supperhigh house 61 ... chiều cao cơng trình Để nâng cao độ xác xác định độ lệch dây dọi cần chọn loại máy thu GPS có độ xác cao để xác định độ chênh cao trắc địa 2.2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao độ xác chuyển trục. .. chuyển trục cơng trình lên sàn xây dựng thi công nhà siêu cao tầng Để nâng cao độ xác hình chiếu lưới khống chế sở sàn đoạn chiếu theo phương pháp phân đoạn (lưới trục) nhà siêu cao tầng, sở [3],... chênh lệch khoảng cách đường dây dọi pháp tuyến với Elipxôid 9.7mm Đây giá trị lớn cần quan tâm chuyển trục cơng trình lên sàn xây dựng thi công nhà siêu cao tầng Để xác định độ lệch dây dọi trung