Chương 5 ĐO VẼ HOÀN CÔNG
5.2. Nội dung đo vẽ hoàn công
1/. Đối với công trình ngầm: phải chú ý đo vẽ ngay trước khi lấp đất. Đo vẽ, định vị trí của các đỉnh góc ngoặt, tâm các giếng, chỗ giao nhau với công trình ngầm khác. Đo đường kính ống dẫn, khoảng cách giữa các giếng; nơi dẫn của từng loại lưới vào công trình; độ cao của đáy, nắp hố móng, máng rãnh, nắp giếng, đỉnh ống dẫn.
2/. Với đường dây dẫn trên không và đường dây điện: phải đo khoảng cách giữa các trụ cột;
độ cao của các dầm, xà ngang; khoảng cách đến các công trình có ở gần đó.
3/. Đo vẽ móng: xác định vị trí của từng phần đã đặt, các kích thước của các khối, các lỗ cửa, các giếng đứng…, độ cao của nền, đế tựa, đỉnh móng.
Riêng với nhà: đo nối các góc nhà đến các điểm khống chế trắc địa, để xác định tọa độ của chúng, kiểm tra kích thước chu vi tầng ngầm, xác định kích thước những chỗ lồi lõm.
4/. Đo vẽ các cấu kiện đúc sẵn lắp ghép: xác định vị trí thực của nó so với vị trí thiết kế.
5/. Khi đo vẽ công trình dạng tròn: phải xác định tọa độ tâm và bán kính của nó.
6/. Khi đo vẽ đường: phải kiểm tra các yếu tố của đường cong; đo nối tất cả các đỉnh góc ngoặt đến lưới khống chế trắc địa, vị trí các điểm giao nhau, tiếp cận, tiếp ghi đường sắt, độ cao mặt đường, đỉnh ray, khoảng cách gần nhất từ đường ray đến chỗ lồi ra của các nhà, công trình gần đấy.
7/. Khi đo vẽ quy hoạch mặt đứng: phải đo độ cao bề mặt và mặt cắt theo các điểm đặc trưng bằng phương pháp đo cao ô vuông mỗi cạnh 10m, phương pháp đo cao mặt cắt dọc, ngang; độ cao vỉa hè, chỗ giao nhau, chỗ thay đổi độ dốc của mặt cắt đường, lòng đường, đáy rãnh kênh thoát nước, nắp giếng, cửa chắn rác thoát nước mưa.
5.3.Thành lập bình đồ hoàn công .
1/Bình đồ hoàn công là bản đồ địa hình tỷ lệ lớn trên đó biểu diễn các công trình đã xây dựng xong. Cơ sở để vẽ bình đồ hoàn công là bản đồ tỷ lệ lớn và các số liệu đo vẽ hoàn công.
64 2/Bình đồ hoàn công có thể vẽ các loại: tổng bình đồ hoàn công và bình đồ hoàn công riêng phần (như bình đồ hoàn công công trình ngầm). Hình5.1 là bản vẽ hoàn công móng.
3/Trình tự lập tổng bình đồ hoàn công là:
3a/ Biểu diễn các điểm khống chế trắc địa, nhà, công trình khác, đường sắt, đường ô tô, công trình ngầm, trên đất, trên không và các địa vật khác.
Hình 5.1
3b/Viết số và chữ chú giải.
3c/ Biểu diễn dáng đất.
3d/ Hoàn chỉnh ngoài khung.
Đầu tiên vẽ bằng bút chì, kiểm tra xong mới vẽ bằng mực. Tô mực cũng theo trình tự trên.
65
Chương 6 QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 6.1 Khái niệm
1, Đặt vấn đề :
1/Trong giai đoạn đang xây dựng và giai đoạn sử dụng công trình, do tác dụng của tải trọng bản thân và các lực bên ngoài khác như gió, động đất, v.v… ,công trình đã được xây dựng sẽ bị biến dạng đi so với trạng thái ban đầu.
2/Biến dạng công trình có thể phân ra làm các loại: lún, dịch chuyển ngang, nghiêng, cong,
võng, nứt, dao động, v.v…
2. Những yếu tố có liên quan đến biến dạng công trình
Những yếu tố có liên quan đến biến dạng công trình có thể được phân ra làm hai nhóm lớn là chủ quan và khách quan. Những yếu tố chủ quan có liên quan đến những sai sót bỏ qua của các chuyên gia khi khảo sát, thiết kế, thi công, sử dụng công trình. Những yếu tố khách quan có liên quan đến biến dạng công trình là: lực tác dụng, bản thân công trình, nền công trình,điều kiện địa chất ,địa lý ….
1/Lực tác dụng :
Trong thời gian thi công và sử dụng công trình nào cũng đều chịu tác dụng của các nội, ngoại lực. Nội lực gồm những lực phát sinh trong quá trình biến đổi hóa – lý – nhiệt của vật chất. Ngoại lực gồm có trọng lượng bản thân công trình, trọng lượng người và đồ vật đặt lên công trình, áp lực nước, gió bão, động đất, v.v…Những đặc điểm của lực có ảnh hưởng đến biến dạng công trình là :
+1a/ Độ lớn của lực Lực tác dụng càng lớn thì biến dạng càng nhiều.Lực tác dụng là yếu tố
quan trọng nhất có liên quan đến biến dạng công trình
+1b/ Điểm đặt và phương chiều tác dụng của ngoại lực, chúng làm cho các tiết diện khác nhau của công trình chịu nén, kéo, uốn, cắt khác nhau.
+ 1c/ Sự phân bố của lực:Lực tập trung hay lực phân bố đều, hoặc lực phân bố không đều;
+1d/ Thời gian tác dụng của lực:Lực tác dụng thường xuyên hay tạm thời;
+1e/ Tải trọng là tĩnh hay động;
2/Bản thân công trình :
Những đặc điểm của bản thân công trình có liên quan đến biến dạng công trình là:
+2a/ Hình dạng và kích thước của công trình (cao hay thấp, rộng hay hẹp, dạng tuyến, mặt
phẳng hay không gian), +2b/ Vật liệu xây dựng công trình (gạch, đá, bê tông, cốt thép, thép…). Có loại vật liệu chịu nén khỏe, hoặc chịu kéo khỏe, hoặc vừa chịu nén vừa chịu kéo tốt);
66 +2c/ Hệ kết cấu chịu lực (dầm, giàn, cột, tấm hay khung);
+2d/ Cách liên kết giữa các cấu kiện với nhau (ngàm cứng, khớp xoay hay gối tựa) + 2e/ Loại móng (móng nông hay móng sâu, móng cột, móng băng hay móng bè).
3/Nền công trình:
Công trình nào cũng được phân bố ở trên nền cụ thể. Chúng tác dụng tương hỗ lẫn nhau.
Nền công trình có thể là nền tự nhiên hay nền đã được xử lý.
+3a/ Loại đất nền tự nhiên:
- Nền đất có thể là đất cát, á sét, sét.
-Công trình xây dựng trên nền cát sẽ bị lún nhiều nhưng nhanh tắt lún.
-Ngược lại công trình xây trên nền đất sét, sẽ ít lún nhưng rất lâu mới tắt lún.
Các đặc tính cơ – lý của đất đá trong nền như độ rỗng, sức chống cắt, chống trượt rất có ý nghĩa đối với biến dạng.
+3b/ Nền công trình có thể đã được xử lý bằng các giải pháp kỹ thuật khác nhau:
-Nền chất tải trước, -Nền phụt vữa xi măng và các chất phụ gia, -Nền đất gia cố vôi,
-Nền cọc cát, cọc cát xi măng, đệm cát….
Khi nền đã được xử lý rồi thì độ biến dạng công trình còn lại thường ít.
4/Điều kiện địa chất :
Biến dạng công trình phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn trong vùng
+Sự phân bố của các lớp đất đá và thế nằm của chúng, +Mực nước ngầm nông hay sâu ,
+Tầng đá gốc nông hay sâu , +Vùng có động đất
5/Điều kiện địa lý :
+Điều kiện địa lý trong vùng như hồ ao, sông, suối, đường sắt, đường ô tô, các công trình đồ
sộ nằm gần, sự hoạt động của các nhà máy, công trường quanh vùng.
+Nhiệt độ (nóng lạnh), gió bão, động đất…
3. Mục đích ý nghĩa của quan trắc biến dạng công trình
+Mục đích quan trắc biến dạng công trình là xác định độ biến dạng thực tế của công trình, phát
hiện ra sự biến dạng để có biện pháp tổ chức thích hợp về tiến độ thi công, trình tự chất tải, + Kiểm tra lại các số liệu địa chất thủy văn công trình, đặc tính cơ – lý đất nền, kiểm tra các giả thiết và lý thuyết tính toán,
67 +Dự báo những diễn biến xấu có thể xảy ra để có biện pháp ngăn chặn thích hợp, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của các giải pháp kỹ thuật đã lựa chọn.
+Tất cả đều nhằm mục đích dảm bảo cho công trình được xây dựng đúng như thiết kế, sử dụng đạt hiệu quả cao nhất.
4. Kết luận :
Quan trắc biến dạng có cả ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Thực tiễn là tiêu chuẩn của chân lý.Số liệu quan trắc biến dạng là một chỉ tiêu đánh giá chất lượng công trình cụ thể nhất. Mỗi cơ quan chủ quản công trình cần tổ chức đầy đủ việc quan trắc biến dạng công trình.
6.2. Quan trắc lún công trình
1. Nguyên nhân .
Dưới tác dụng của thành phần lực thẳng đứng, công trình sẽ bị lún.
2.Mốc gốc .
1/Mốc gốc là mốc có cao độ không đổi theo thời gian ,là căn cứ để xác định độ lún của công trình
2/Để quan trắc lún cần phải có ít nhất ba mốc gốc.
3/Mốc gốc được đặt ở gần công trình nhưng ở ngoài phạm vi ảnh hưởng chịu lún của công trình.
4/Mốc gốc có thể là mốc nông hay mốc sâu . 5/Mốc sâu được cắm đến tầng đá gốc . 6/Mốc nông được gắn ở trên tường các ngôi nhà kiên cố đã được xây dựng từ lâu, chúng hầu như không còn lún nữa.
7/Độ cao của mốc gốc có thể được dẫn từ lưới trắc địa nhà nước hay khu vực đến, hoặc cũng có thể được giả định.
8/Ghi số hiệu cho mốc gốc là MG1, MG2, MG3,…
3. Mốc lún .
1/Mốc lún là mốc gắn tại các điểm đặc trưng của công trình và lún theo công trình . 2/Mốc lún được đặt ở vòng quanh đỉnh móng công trình dưới chân cột hay tường chịu lực, ở các góc, ở hai bên khe lún, ở nơi có tải trọng động (như chân cầu thang máy).
3/Đảm bảo mỗi mặt cắt có ba mốc lún.
4/Mốc lún thường có dạng đầu cầu .
5/Ghi số hiệu cho mốc lún là tên hàng giao nhau với tên cột (trục ngang, trục dọc) theo bản vẽ kiến trúc KT-01. Ví dụ: A3, B4, C7…
4. Chu kỳ quan trắc lún.
1/Lần đo đầu tiên phải được bắt đầu khi xây dựng xong móng.
68 2/ Trong giai đoạn thi công xây dựng các lần đo được tiến hành vào lúc công trình có bước nhảy về tải trọng, đặc biệt vào những lúc tải trọng bản thân công trình đạt được 25%, 50%, 75%
và 100% so với tải trọng thiết kế.
3/ Trong giai đoạn sử dụng công trình thì chu kỳ đó có thể là hàng tháng, quý, nửa năm, v.v…
4/Khi công trình bị nứt thì chu kỳ quan trắc là từ 2 đến 3 tuần lễ.
5/Việc quan trắc lún phải được tiến hành cho đến khi nào tắt lún mới thôi.
5. Phương pháp quan trắc lún.
1/Nói chung đo lún theo phương pháp đo cao hình học tia ngắm ngắn (25m).
2/Nên sử dụng máy ni-vô tự động chính xác và mia in-va.
3/Tầm ngắm từ máy đến mia xa nhất là 25 met .
6. Độ chính xác .
1/Tính toán đén 0,01 mm
. 2/Độ lún và cao độ mốc lún được làm tròn đến milimet.
7. Kết quả quan trắc lún .
Để thấy được hiện tượng lún phụ thuộc vào không gian và thời gian như thế nào thì các kết quả quan trắc lún phải được hệ thống lại và trình bầy thành các bảng thống kê và hình minh họa .
1/Lập bảng kê mốc gốc . 2/Lập bảng kê mốc lún . 3/Lập bảng kê độ lún chu kỳ và độ lún tích lũy . 4/Xác định độ lún trung bình , max , min . 5/Xác định độ chênh lún max ,min.
6/Xác định tốc độ lún tháng trung bình . 7/Vẽ đồ thị lún theo thời gian của từng mốc đặc trưng .(hình 6.1.a) 8/Vẽ mặt cắt độ lún theo trục đặc trưng (hình 6.1.b).
9/ Vẽ bình đồ đẳng lún ( hình 6.1.c).
69
Hình 6.1
6.3. Quan trắc chuyển vị ngang công trình 1.Nguyên nhân.
Dưới tác dụng của thành phần lực có phương nằm ngang (như áp lực nước tác dụng lên đập, áp lực đất lên tường chắn đất, v.v..) công trình có thể bị dịch chuyển đi theo phương nằm ngang.
2.Nguyên tắc.
Muốn quan trắc độ dịch chuyển của công trình ta đi xác định tọa độ mặt bằng của một số điểm đặc trưng trên công trình vào những thời điểm khác nhau .
3. Các phương pháp.
1/Dóng hướng, 2/Đo góc, 3/Các cách giao hội xác định điểm 4/Lập lưới tam giác,
70 5/Lập lưới đường chuyền…
Dưới đây chỉ xét một phương pháp đo góc.
4.Phương pháp đo góc.
1/Ở ngoài phạm vi ảnh hưởng của công trình đặt các mốc gốc I, II, III, IV, ổn định, tạo thành một số hướng gốc.
2/Ở trên công trình đặt các mốc dịch chuyển 1, 2, 3,… (hình 6.2).
Hình 6.2
3/Đo các góc bằng hợp với các hướng gốc và hướng ngắm đến các mốc đo dịch chuyển vào những thời điểm khác nhau.
4/Tính đoạn dịch chuyển q theo công thức:
q .S
(6.1)
Trong đó:
"- hiệu số góc đo giữa lần nào đó so với lần đầu tiên;
S- khoảng cách từ máy đến điểm đo dịch chuyển (chính xác tới 1/1000);
" = 206.265".
5/Để kiểm tra, có thể đo cả góc 2 ở phía bên bờ bên kia.
6/Phương pháp này có ưu điểm là áp dụng được với công trình có dạng bất kỳ, việc tính toán đơn giản.
6.4 Quan trắc độ nghiêng công trình 1. Nguyên nhân.
71 Những công trình cao như ống khói, tháp nước, tháp vô tuyến truyền hình,… khi lún không đều thì sẽ bị nghiêng đi.
2.Định nghĩa.
Độ nghiêng của công trình có thể được đặc trưng bởi góc nghiêng hay đoạn nghiêng l; chúng có liên hệ với nhau theo công thức (hình 6.3).
sin H
l (6.2)
Trong đó:
- góc nghiêng.
l- đoạn nghiêng;
H- chiều cao công trình;
3.Nguyên tắc.
Muốn xác định độ nghiêng của công trình ta đi xác định tọa độ của một số điểm đặc trưng tương ứng giữa đáy và đỉnh công trình vào những thời điểm khác nhau.
4.Các phương pháp để xác định độ nghiêng công trình.
1/Phương pháp thả dọi, 2/Phương pháp đo bằng máy kinh vĩ , 3/Phương pháp đo bằng máy chiếu đứng thiên đỉnh, 4/ Phương pháp đo bằng máy định vị toàn cầu GPS.
5. Phương pháp dùng máy kinh vĩ đo góc ( hình 6.4).
Hình 6.4
1/ Chọn hai hướng vuông góc với nhau 1A và 1B. Cố định các gốc kiên cố A, B, M, N.
2/Đặt máy kinh vĩ tại A, định kỳ đo góc tạo bởi hướng cố định AM và hướng ngắm đến điểm đỉnh công trình là A1, từ đó ta tính được gần đúng đoạn nghiêng thành phần thứ nhất vào chu kỳ nào đó là:
72
a a
a
l S .
(6.3)
Trong đó:
Sa- khoảng cách nằm ngang của đoạn thẳng từ điểm đặt máy (A) đến điểm đo nghiêng ở đỉnh công trình;
a
- hiệu số giữa các góc đo được ở chu kỳ bất kỳ với góc đo lần đầu tiên;
" = 206.265".
3/Tương tự như vậy khi đặt máy ở B ta sẽ xác định được gần đúng đoạn nghiêng thành phần thứ hai là:
b b
S . b
l
(6.4)
4/Đoạn nghiêng toàn phần l xác định ở một chu kỳ nào đó là:
2 2
a b
l l l (6.5)
5/ Phương pháp đo góc thường được ứng dụng để xác định độ nghiêng của những công
trình cao dạng tháp .
73
Chương 7 TÍNH TOÁN CHUYỂN ĐỔI TỌA ĐỘ TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG VÀ KIẾN TRÚC.
Có 10 hệ tọa độ trắc địa đang được ứng dụng nhiều trong xây dựng và kiến trúc .Khi đồng thời sử dụng các nguồn tài liệu khác nhau vào một công việc cụ thể nào đó thì nhất thiết phải tiến hành tính toán chuyển đổi chúng về một hệ thống nhất .
Kí hiệu 10 loại tọa độ trắc địa đang ứng dụng trong xây dựng và kiến trúc : 1/Tọa độ trắc địa không gian quốc tế WGS-84: (B,L,Htđ).
2/ Tọa độ địa tâm không gian quốc tế WGS-84: (X,Y,Z).
3/ Tọa độ vuông góc phẳng quốc tế WGS-84: (x,y).
4/ Độ cao thủy chuẩn quốc gia VN-2000 : (H) . 5/ Tọa độ địa tâm không gian quốc gia VN-2000: (X’,Y’,Z’) 6/ Tọa độ trắc địa không gian quốc gia VN-2000: (B’,L’,H’) 7/ Tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000: (x’,y’) 8/ Tọa độ vuông góc phẳng địa chính từng tỉnh: ( xđc,yđc)..
9/ Tọa độ vuông góc phẳng từng công trường: (x*,y*).
10/ Tọa độ độc cực phẳng trắc địa từng trạm máy: (β,S).
7.1. TỪ TỌA ĐỘ TRẮC ĐỊA KHÔNG GIAN QUỐC TẾ WGS-84( B,L,H*) TÍNH TOÁN CHUYỂN ĐỔI THÀNH TỌA ĐỘ ĐỊA TÂM KHÔNG GIAN QUỐC TẾ WGS-84 ( X,Y,Z).
Tính toán chuyển đổi từ tọa độ trắc địa quốc tế WGS-84( B,L,Htđ) thành tọa độ địa tâm quốc tế WGS-84 ( X,Y,Z) theo công thức sau
X = (N + Htđ).cosB.cosL (7.1).
Y =(N + Htđ).cosB.sinL (7.2).
Z =[N (1 - e2 ) + Htđ].sinB (7.3).
Trong đó:
N là bán kính vòng thẳng đứng thứ nhất N = a: (1 – e2.sin2B)1/2 (7.4).
e là tâm sai bậc hai của elipxoit WGS-84 e2= (a2 - b2) : a2 (7.5).
74 a là bán trục lớn elipxoit WGS-84 ( a = 6 378 137,000 m.) b là bán kính nhỏ của elipxoit WGS-84 (b = 6 356 752, 314 m.)
7.2. TỪ TOẠ ĐỘ ĐỊA TÂM KHÔNG GIAN QUỐC TẾ WGS-84(X,Y,Z) TÍNH TOÁN CHUYỂN ĐỔI THÀNH TỌA ĐỘ ĐỊA TÂM KHÔNG GIAN QUỐC GIA VN-2000(X’,Y’,Z’).
Tính toán chuyển đổi từ tọa độ địa tâm quốc tế WGS-84 (X,Y,Z) thành tọa độ địa tâm quốc gia VN-2000 (X’,Y’,Z’) theo công thức sau:
X’ = -∆X0 + k.( X – a0Y + b0 Z ). (7.6) Y’ = -∆Y0 + k.(a0 X + Y - c0 Z ). (7.7) Z’ = -∆Z0 + k.( -b0X + c0Y + Z ). (7.8)
Trong đó:
k là tỷ lệ biến dạng chiều dài của hệ quốc tế WGS. 84 s0 với hệ quốc gia VN-2000.
(a0, b0, c0 ) là góc quay Ơ-le của trục tọa độ hệ quốc tế WGS-84 so với hệ quốc gia VN- 2000.
(∆X0,∆Y0,∆Z0 ) là tọa độ gốc của hệ quốc tế WGS-84 trong hệ quốc gia VN-2000.
7.3. TỪ TỌA ĐỘ ĐỊA TÂM KHÔNG GIAN QUỐC GIA VN-2000(X’,Y’,Z’) TÍNH TOÁN CHUYỂN ĐỔI THÀNH TỌA ĐỘ TRẮC ĐỊA KHÔNG GIAN QUỐC GIA VN-2000( B’,L’,H’).
Tính toán chuyển đổi từ tọa độ địa tâm quốc gia VN-2000 (X’,Y’,Z’) thành tọa độ trắc địa quốc gia VN-2000 (B’, L’,H’) theo công thức sau:
Z’ + e2 .N’.sinB’
tgB’ = --- (7.9).
(X’2 + Y’2)1/2 Y’
tgL’ = --- (7.10).
X’
H’ = (X’2 + Y’2)1/2 .sinB’ -N’ (7.11).
Trong đó:
e là tâm sai bậc hai của elipxoit WGS84.
e2= (a2 - b2) : a2 (7.12) a là bán trục lớn của elipxoit WGS-84=6 378 137,000 m.
75 b là bán trục bé của elipxoit WGS-84=6 356 752, 314 m.
N’ là bán kính cung thẳng đứng thứ nhất của elipxoit WGS 84 tại điểm có vĩ độ B’
a N’ = --- (7.13)
( 1 - e2 . sin2B’)1/2 Tính B’ theo công thức (18.1) là quá trình tính lặp gần đúng dần .
7.4. TỪ TỌA ĐỘ TRẮC ĐỊA KHÔNG GIAN QUỐC GIA (B’,L’,H’) TÌNH TOÁN CHUYỂN ĐỔI THÀNH TỌA ĐỘ VUÔNG GÓC PHẲNG QUỐC GIA VN-2000 (x’, y’).
1/Tính toán chuyển đổi từ tọa độ trắc địa quốc gia VN-2000 (B’, L’,H’) (trong không gian)thành tọa độ vuông góc phẳng Gáu-Criughe- thuộc hệ qui chiếu VN-2000 (xGAUS,yGAUS) theo công thức:
xGAUS= X* + [ N:(2.g2)] . l2.sinB’.cosB’ + ……….. (7.14).
yGAUS= ( l: g).N.cosB’ + ……… (7.15).
Trong đó:
xGAUS, yGAUS là độ vuông góc phẳng Gaus-Criughethuộc hệ qui chiếu VN-2000.
X*là cung kinh tuyến tính từ xích đạo tới điểm có vĩ độ trắc địa bằng B.
l là hiệu số giữa kinh tuyến đang xet L với kinh tuyến trục L0. ( l = L - L0 ).
N là bán kính cung thẳng đứng thứ nhất của elipxoit WGS-84.
g = 206 265 “ (giây) .
Tùy thuộc vào độ chính xác của tọa độ cần phải tính và chiều dài cạnh trong lưới mà trong công thức (7.14) và (7.15) lấy số hạng nhiều hay ít….
2/ Từ tọa độ vuông góc phẳng Gaus-Criughe thuộc hệ qui chiếu VN-2000 (xGAUS,yGAUS) tính ra tọa độ vuông góc phẳng UTM thuộc hệ qui chiếu VN-2000 (xUTM,yUTM) theo công thức:
xUTM=k0.xGAUS (7.16).
yUTM=k0.(yGAUS - 500 000) + 500 000 (7.17).
Trong đó:
k0= 0,9996 cho múi 6 độ, k0= 0,9999 cho múi 3 độ.
xUTM , yUTM là tọa độ vuông góc phẳng UTM thuộc hệ qui chiếu VN-2000.
xGAUS, yGAUS là tọa độ vuông góc phẳng Gaus-Criughethuộc hệ qui chiếu VN-2000.