Đo khoảng cách gián tiếp

Mia ảo Mia thật

M

B S

B'

103

1. Xác định khoảng cách giữa hai điểm không tới được nhau.(hình 7.10).

Hình 7.10

Muốn xác định khoảng cách từ điểm A đến điểm B, nằm ở hai bên bờ sông, khi không thể đo trực tiếp từ A đến B được, dụng cụ đo là máy kinh vĩ và thước thép, thì tổ chức đo gián tiếp như sau: bên một phía bờ sông dùng thước thép đo cạnh b = AC, dùng máy kinh vĩ đo góc A và đo góc C Muốn tính c = AB hãy áp dụng định lý sin trong tam giác ABC, được:

C c

sin =

B b

sin (7.16).

c = b.sinC : sinB c = b.sinC : sin[1800-(A+C)]

c= b.sinC : sin(A+C) (7.17).

2. Xác định khoảng cách giữa hai điểm không nhìn thấy nhau.(hình 7.11).

Muốn xác định khoảng cách từ điểm A đến điểm B, nằm ở hai phía chân đồi chẳng hạn, khi mà không thể đo trực tiếp A đến B được và từ A cũng không nhìn đếnB được, dụng cụ đo là máy kinh vĩ và thước thep,thì tổ chức đo gián tiếp như sau:

dùng máy kinh vĩ đo góc C, dùng thước thép đo cạnh a = BC và đo cạnh b = AC. Muốn tính c = AB hãy áp dụng định lý cos trong tam giác ABC, được:

c2= a2 + b2 – 2ab.cosC (7.18).

2 2

c a b 2abcos C (7.19).

Hình 7.11

104

Chương 8 ĐO CAO.

8.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI . 1/ Đặt vấn đề.

1/Trong xây dưng công trình thường phải đo đạc xác định độ cao của các điểm: đỉnh cọc

nhồi, đáy móng, đỉnh móng, nền nhà, sàn các tầng nhà, miệng cống thoát nước, mặt đường,vỉa hè,….

Độ cao là một trong những yếu tố để xác định vị trí không gian của một điểm trên mặt đất tự nhiên. Do đó đo cao là một dạng công tác đo cơ bản và cần thiết trong Trắc địa xây dựng công trình.

2/ Độ cao H của một điểm là khoảng cách tính theo phương dây dọi kể từ điểm ấy đến mặt thủy chuẩn (hình 8.1).

Hình 8.1

3/ Thực chất của đo cao là xác định độ chênh cao h giữa các điểm rồi căn cứ vào độ cao của một điểm đã biết mà tính ra độ cao của điểm kia (hình 8.1):

HB = HA + hAB (8.1)

2/. Phân loại đo cao theo độ chính xác.

1/. Đo cao chính xác cao: khi sai số trung phương trên mỗi km đường đo mh = (0,5  5,0)mm/km.

2/. Đo cao chính xác vừa: có mh = (10  25)mm/km.

3/. Đo cao chính xác thấp: có mh> 25mm/km.

3/. Phân loại đo cao theo dụng cụ đo.

1/. Đo cao hình học bằng máy nivô.

1a/ Đo cao hình học bằng máy ni-vô dựa trên cơ sở tia ngắm nằm ngang để xác định độ chênh cao h (hình 8.2).

h = s  t (8.2)

1b/ Đo cao hình học đạt được độ chính xác mh = (150)mm/km,

105 1c/ Đo cao hình học thường được áp dụng để lập lưới khống chế độ cao, bố trí công trình, quan trắc lún, v.v…

Hình 8.2 2/. Đo cao lượng giác bằng máy kinh vĩ, toàn đạc.

2a/ Đo cao lượng giác dựa trên cơ sở giải tam giác vuông có cạnh huyền là tia ngắm nghiêng D = MN và góc nghiêng V (hình 8.3):

Hình 8.3

h = D.sin V = S.tgV (8.3)

2b/ Đo cao lượng giác đạt được độ chính xác là mh = (100  300)mm/km,

2c/ Đo cao lượng giác thường được áp dụng khi đo vẽ chi tiết bản đồ địa hình, xác định gián tiếp chiều cao công trình, xác định gián tiếp độ cao của đỉnh công trình không tới được.

3/. Đo cao khí áp bằng máy áp kế.

3a/ Càng lên cao thì áp suất của khí quyển càng giảm.Dùng áp kế sẽ xác định được áp suất

khí quyển ở những điểm khác nhau, theo hiệu số áp suất ấy ta sẽ xác định được độ chênh cao giữa

các điểm.

3b/ Sai số xác định độ cao của các điểm bằng áp kế là từ 2 đến 3m. (Hiện nay có loại vi áp kế cho phép xác định độ cao tại các điểm với độ chính xác đến 0,3m).

3c/ Phương pháp này được áp dụng ở giai đoạn khảo sát sơ bộ công trình hồ chứa nước của nhà máy thủy điện.

4/. Đo cao thủy tĩnh bằng bình thông nhau.

4a/ Đo cao thủy tĩnh dựa trên tính chất mặt thoáng của dịch thể ở trong các bình thông nhau ở cùng một mức độ cao như nhau.

4b/ Đo cao thủy tĩnh đạt được độ chính xác0,2mm trên 16 mét dài.

4c/ Phương pháp này thường được áp dụng trong khi lắp đặt các thiết bị.

N

Q

M S

106

5/. Đo cao bằng máy bay.

5a/ Trên máy bay đặt vô tuyến điện đo cao và máy vi áp kế để xác định chiều cao của máy bay so với mặt đất và sự thay đổi chiều cao của máy bay trong dải bay, sử dụng đồng thời các số liệu này sẽ xác định được độ chênh cao giữa các điểm trên mặt đất.

5b/ Phương pháp này cho phép xác định độ cao các điểm đạt được với sai số từ 5 đến 10 mét.

5c/ Phương pháp này thường được áp dụng trong khảo sát sơ bộ đường.

6/. Đo cao bằng ảnh lập thể.

6a/ Phương pháp này dựa trên cơ sở đo mô hình thực địa do một cặp ảnh lập thể tạo ra, khi quan sát chúng trong máy ảnh lập thể,

6b/ Phương pháp này thường được áp dụng trong khi đo vẽ làm bản đồ bằng ảnh.

7/Đo cao bằng công nghệ định vị toàn cầu GPS.

8.2. MÁY NIVÔ VÀ MIA.

1. Phân loại máy nivô.

Dụng cụ tạo ra được tia ngắm nằm ngang, thỏa mãn nguyên lý đo cao hình học là máy nivô, còn dụng cụ để tạo ra “số đọc” “s”, “t” là mia (hình 8.4):

Hình 8.4.

Máy nivô là dụng cụ tạo ra tia ngắm nằm ngang. Trong thực tế máy nivô còn được gọi là:máy thủy bình, máy thủy chuẩn, máy thăng bằng.

* 1/ Theo độ chính xác phân ra làm:

1a/ Máy nivô chính xác cao: có mh = (0,5  1,0)mm/1km.

1b/ Máy nivô chính xác vừa: có mh = (4  8)mm/1km.

1c/ Máy nivô chính xác thấp: có mh = (15  30)mm/1km.

*2/ Theo cách đưa tia ngắm về vị trí ngằm ngang, phân ra:

2a/ Máy nivô có ốc kích nâng (ống thủy dài) 2b/ Máy nivô tự động.

107

*3/ Theo bản chất trục ngắm và cách đọc số, phân ra làm:

3a/ Máy nivô trục ngắm quang học.

3b/ Máy nivô trục ngắm laze.

3c/ Máy nivô điện tử.

*4/ Máy nivô (hình 8.4) gồm có các bộ phận chính là:

- Ống kính - Ống thủy tròn (dài)

- Các ốc khống chế chuyển động: ốc nối, ốc cân máy, ốc khóa ngang, ốc vi động ngang, ốc kích nâng.

*5/ Những đặc tính chủ yếu của máy nivô là:

- Độ phóng đại của ống kính (Vx) - Giá trị khoảng chia của ống thủy (") - Cách đưa trục ngắm về vị trí nằm ngang.

- Cách đọc số.

6. Mia đo cao.

1/. Mia là dụng cụ tao ra số đọc “s” và “t”. Mia là cái thước có khoảng chia nhỏ nhất đến cm, mm, v.v… trong thực tế mia còn được gọi là thước tiêu.

2/. Có ba loại mia đo cao: mia thường, mia in-va,mia mã vạch.

2a/ Mia thường (hình 8.5a) là loại mia hai mặt đỏ và đen, dài 3m, có khoảng chia nhỏ nhất đến cm. Mặt đỏ của mia thường được ghi số từ đế mia là những số khác 0, ví như: 4473, 4573.

Mặt đỏ của một cặp mia thường có số ghi ở đế mia chênh nhau 100mm.

2b/ Mia inva (hình 8.5b)là loại mia chính xác.Dải inva ở giữa.Hai thang chính, phụ ở hai bên.

2c/ Mia mã vạch để đo với máy ni vô điện tử.

3/Số đọc theo mia thường (hình 5c): 2715mm.

4/Số đọc theo mia in-va (hình 5d):phần thô 90,8dm phần tinh ….theo núm ốc trắc vi.

5/. Phân loại mia theo vật liệu chế tạo: Mia gỗ. Mia nhôm.

6/. Phân loại mia theo kết cấu: Mia nguyên.Mia gập.Mia rút.

7/ Phân loại mia theo số mặt mia:Mia một mặt. Mia hai mặt (đỏ, đen).

8/. Phân loại mia theo chiều dài, 1,75m; 3m; 4m; 5m.

9. Ống thủy tròn được gắn vào mia để làm căn cứ dựng mia thẳng đứng.

10/. Khi đo cao phải đặt mia lên đỉnh cọc, đỉnh mốc, hoặc lên giá mia (hình 8.6).

108

c) d)

Hình 8.5

Hình 8.6

8.3. KIỂM NGHIỆM VÀ ĐIỀU CHỈNH MÁY NIVÔ

1. Kiểm nghiệm và điều chỉnh máy nivô có ống thủy dài và ống kích nâng.

1/ Kiểm nghiệm và điều chỉnh ống thủy dài.

Trục của ống thủy dài phải vuông góc với trục quay thẳng đứng của máy (làm tương tự như với máy kinh vĩ).

109 Đặt trục của ống thủy dài song song với đường thẳng nối hai ốc cân máy 1 và 2. Vặn hai ốc này ngược chiều nhau để đưa bọt nước của ống thủy dài về giữa. Quay máy đi 90. Chỉ vặn ốc cân thứ ba để đưa bọt nước của ống thủy dài về giữa. Quay máy đi 180. Nếu bọt nước của ống thủy dài lệch khỏi vị trớ giữa thỡ dựng ốc hiệu chỉnh bọt nước để điều chỉnh bọt nước chảy ngược lại ẵ cung lệch, còn nửa cung lệch còn lại thì dùng ốc cân máy để hiệu chỉnh (bọt nước về lại giữa).

Sau đó phải quay máy đi 180, nếu bọt nước vẫn lệch khỏi vị trí giữa thì phải tiếp tục điều chỉnh lần thứ hai tương tự như trên.

Phải điều chỉnh một số lần cho đến khi nào bọt nước của ống thủy dài luôn ở giữa là được.

2/ Kiểm nghiệm và điều chỉnh màng dây chữ thập.

Khi vị trí màng dây chữ thập đã đặt đúng thì vạch đứng của nó phải thật trùng khít với phương dây dọi. Cách kiểm nghiệm: ở nơi khuất gió treo một sợi chỉ cạnh tường, đầu dưới chỉ buộc quả dọi. Để nhìn rõ sợi chỉ nên dán giấy trắng trên tường phía sau sợi chỉ. Cách tường từ 20 đến 25m đặt máy nivô và cân máy thật cẩn thận chính xác. Để một đầu vạch đứng của màng dây chữ thập trùng với dây dọi. Và nhìn xem đầu kia có trùng không. Nếu lệch quá 0,5mm thì phải điều chỉnh màng dây chữ thập.

Cách điều chỉnh: vặn lỏng các ốc điều chỉnh của riêng màng dây chữ thập, xoay nhẹ bộ phận này cho vạch đứng đến trùng khít với dây dọi, rồi vặn chặt các ốc cố định màng dây chữ thập lại.

Sau khi điều chỉnh màng dây chữ thập phải xác định lại góc i.

3/ Kiểm nghiệm và điều chỉnh góc i.

Đây là điều kiện cơ bản của máy: trục ngắm phải song song với trục ống thủy dài.

a) Đặt mia trên hai cọc sắt ở hai điểm A và B cách nhau khoảng (40-50m) (hình 8.7). Ở giữa đoạn AB đặt trạm máy I1, và trên đường AB kéo dài đặt trạm máy I2. Dùng thước đo khoảng cách

2

I A 1 AB

10 . Khoảng cách I1A và I1B chênh nhau không quá 0,2m.

Hình 8.7

b) Lần lượt đặt máy trên I1 và I2, đọc số a1, b1và a2, b2 ở trên mia A và B.

c) Góc i tính theo công thức:

i h

D



  (8.4)

110 Trong đó: h = (b1 a1) + (a2 b2);

D- khoảng cách giữa A và B.

Nếu góc i  20" thì được. Nếu góc i > 20" thì điều chỉnh như sau: để nguyên máy ở vị trí I2, xoay ốc kích nâng để cho số đọc trên mia đặt ở B trùng với số đọc:

b'2 = b2 + 1,1h (8-5)

Sau đó vặn lỏng một ốc, còn ốc kia (của riêng ống thủy dài) vặn chặt lại để điều chỉnh cho bọt nước của ống thủy dài vào giữa. Sau khi điều chỉnh bọt nước phải kiểm tra lại góc i, nếu vẫn thấy lớn hơn quy định trên thì tiếp tục điều chỉnh cho đến khi đạt yêu cầu.

2. Kiểm nghiệm và điều chỉnh máy nivô tự động.

1/ Kiểm nghiệm và điều chỉnh ống thủy tròn.

Phải kiểm nghiệm hàng ngày. Cách kiểm nghiệm như đối với ống thủy dài. Độ lệch của bọt nước của ống thủy tròn khỏi điểm không mỗi khi quay đi 180 không được lớn hơn (0,2 – 0,3)mm.

2/ Xác định và khử góc i.

Đặt máy ở giữa đường thẳng nối hai mia cách nhau từ 50-80m (trạm I1), hình 8.8.

Hình 8.8

Sau khi đã đưa bọt nước của ống thủy tròn về giữa, đọc số a1 trên mia sau và b1 trên mia trước.

Sau đó chuyển máy ra phía ngoài mia trước và cách mia này từ 3 đến 5m (trạm I2). Đọc số a2 trên mia sau và b2 trên mia trước. Tính trước số đọc là a'2 = (a1 b1) + b2 rồi so sánh với số đọc thực tế

a2. Sự khác nhau giữa a’2 và a2 không được lớn hơn 4mm. Trong trường hợp vượt hạn sai trên phải dùng ốc điều chỉnh của màng dây chữ thập để đưa vạch ngang của nó lên xuống sao cho a2 = a'2. Kiểm tra lại.

Hàng ngày trước khi đo đều phải kiểm tra góc i.

3/ Xác định sai số tự điều chỉnh.

Chẳng hạn với máy Koni-007.

Hai mia đặt cách nhau từ 40 đến 100m, máy đặt chính xác ở giữa hai mia. Tiến hành đo chênh cao lần lượt theo 5 vị trí bọt nước của ống thủy tròn (hình 8.9) (bọt nước ở giữa I và lệch trước II, sau III, trái IV, phải V đi 2mm). Ở mỗi vị trí đo chênh cao 5 lần. Lấy kết quả trung bình của từng

A B

111 vị trí II, III, IV, V. Lần lượt so với kết quả trung bình vị trí I. Đại lượng chênh lệch không được lớn hơn 1mm. Nếu vượt quá hạn sai cho phép ở trên thì phải đưa máy về xưởng sửa chữa.

Hình 8.9

8.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CAO HÌNH HỌC.

1. Công tác chuẩn bị tại mỗi trạm máy đo cao hình học.

1/ Cân bằng máy nivô theo ống thủy tròn (hình 8.10).

Hình 8.10

1a) Vặn hai ốc cân máy 1 và 2 ngược chiều nhau sao cho bọt thủy tròn chạy vào đường trung trực của đoạn 12, (hình 8.10a).

1b) Vặn ốc cân máy thứ 3 còn lại sao cho bọt thủy tròn chạy vào điểm không (hình 8.10b)

2/ Cân bằng máy nivô theo ống thủy dài (hình 8.11).

2a) Để cho ống thủy dài nằm song song với đường nối hai ốc cân máy 1, 2 vặn hai ốc cân máy 1, 2 ngược chiều nhau sao cho bọt thủy dài chạy vào điểm không (hình 8.11a).

Hình 8.11

2b) Quay ống thủy dài đi một góc 90 (hình 8.11b). Chỉ vặn ốc cân máy 3 còn lại sao cho bọt thủy dài chạy vào điểm không.

3/ Tìm màng dây chữ thập rõ nét nhất.

112 Quay ống kính ra vùng trong sáng. Vặn vòng xoay kính mắt cho đến khi nào nhìn thấy màng dây chữ thập hiện lên rõ nét nhất. Điều này phụ thuộc vào từng người đo.

4/ Ngắm điểm mục tiêu.

4a) Bắt mục tiêu sơ bộ theo đầu ruồi và khe ngắm (hoặc theo ống ngắm sơ bộ).

4b) Bắt mục tiêu chính xác: Vặn ốc điều ảnh để nhìn thấy mục tiêu rõ ràng. Vặn ốc vi động ngang để đưa trung tâm màng dây chữ thập vào đúng mục tiêu.

Điều này phụ thuộc vào cự ly từ máy đến từng mục tiêu cụ thể.

2. Các phương pháp đo cao hình học.

Tùy theo độ chính xác giảm dần, đo cao hình học có các phương pháp sau:

1/. Phương pháp đo cao hình học hạng I.

2/. Phương pháp đo cao hình học hạng II.

3/. Phương pháp đo cao hình học hạng III.

4/. Phương pháp đo cao hình học hạng IV.

5/. Phương pháp đo cao kỹ thuật (hạng V).

3. Phương pháp đo cao hình học hạng IV.

1/. Dụng cụ đo cao hình học hạng 1V.

- Máy nivô có độ phóng đại ống kính >25 lần, độ nhạy của ống thủy dài 25"/2mm. - Mia hai mặt đen đỏ, hoặc mia một mặt có gắn ống thủy tròn. Giá mia.

2/. Sơ đồ đo cao hình học hạng 1V (hình 8.12).

HB = HA + hAB (8.6)

Muốn đo độ chênh cao hAB

- Tại A và B dựng mia thẳng đứng

- Đặt máy nivô ở giữa và cách đều hai mia dựng tại A và B.(Kéo thước đo dài) Ký hiệu trên hình vẽ:

1/Cơ số: t: trên ; g : giữa ; d’: dưới.

2/ Chỉ số dưới: S: sau ; T: trước.

3/Chỉ số trên: (‘): lượt đo đi (một phẩy) ; (“): lượt đo về (hai phẩy).

113

Hình 8.12 3/. Quy trình đo cao hình học hạng 1V.

Trong phương pháp đo cao hình học hạng IV với mia một mặt, trình tự đo như sau:

1/. Ngắm mia sau (đặt tại A):

- Đọc số trên mia sau theo vạch giữa: gs = 2000mm.

- Đọc số trên mia sau theo một vạch đo xa (hoặc trên ts, hoặc dưới ds).

Ví dụ: ds = 1500mm.

2/. Ngắm mia trước (đặt tại B):

- Đọc số trên mia trước theo vạch giữa: gt = 1700mm.

- Đọc số trên mia trước theo một vạch đo xa (hoặc trên tt, hoặc dưới dt).

Ví dụ: tt = 2190mm.

3/. Thay đổi chiều cao máy nivô ít nhất 10cm.

4/. Ngắm mia trước (đặt tại B):

- Đọc số trên mia trước theo vạch giữa: gt = 1500mm.

5/. Ngắm mia sau (đặt tại A):

- Đọc số trên mia sau theo vạch giữa: gs = 1804mm.

4/. Tính toántrong đo cao hình học hạng 1V.

Trong phương pháp đo cao hình học dạng IV với mia một mặt, trình tự tính toán như sau:

1/. Tính độ chênh cao giữa hai điểm A và B ở lượt đo đi là hAB:

AB s t

h   g g 2000mm 1700mm 300mm  (8.7) 2/. Tính độ chênh cao giữa hai điểm A và B ở lượt đo về là hAB:

114

AB s t

h   g g 1804mm 1500mm 304mm  (8.8) 3/. Tính độ chênh cao giữa hai điểm A và B một lần đo đủ là hAB:

AB AB

AB

h h 300mm 304mm

h 302mm

2 2

   

   (8.9)

4/. Tính khoảng cách từ máy nivô đến mia sau (đặt tại A) là ls:

ls = K.ns = K.(tsds) = 2K.(tsg's) = 2K.(g'sds) (8.10)

ls = 2K.(g'sds) = 2.100.(2000mm1500mm) = 100000mm = 100,0m (8.11) 5/. Tính khoảng cách từ máy nivô đến mia trước (đặt tại B) là lt:

lt = K.nt = K.(ttdt) = 2K.(ttg't) = 2K.(g'tdt) (8.12)

lt = 2K.(g'tdt) = 2.100.(2190mm  1700mm) = 98000mm = 98,0m (8.13) 6/. Tính độ chênh tầm ngắm sau-trước tại mỗi trạm đo là l:

l = ls  lt = 100000mm – 98000mm = +2000mm = +2,0m (8.14) 7/. Tính độ chênh tầm ngắm sau-trước tích lũy trên một đoạn đường đo là [l]:

[l] = [ls  lt] (8.15)

5/. Quy địnhtrong đo cao hình học hạng 1V.

Trong phương pháp đo cao hình học hạng IV với mia một mặt cần phải tuân theo các quy định sau:

1/. Sự khác nhau của độ chênh cao giữa lượt đo đi với lượt đo về tại mỗi trạm máy không được vượt quá 5mm.

AB AB

!h h ! 5mm (8.16)

2/. Tầm ngắm xa nhất từ máy nivô đến mia (lmax) không được vượt quá 100m

lmax 100m (8.17)

3/. Độ chênh tầm ngắm sau - trước tại mỗi trạm đo (l) không được vượt quá 5m

|l| 5m (8.18)

4/. Độ chênh tầm ngắm sau - trước tích lũy trong một đoạn đường đo [l] không được vượt quá 10m.

[l]  10m (8.19)

5/. Chiều cao tia ngắm tối thiểu so với mặt đất là 200mm

s t s t

g , g , g , g    200mm (8.20)

4. Phương pháp đo cao kỹ thuật (hạng V).

1/. Dụng cụ đo cao kỹ thuật.

- Máy nivô có độ phóng đại ống kính Vx 20x. Độ nhạy ống thủy dài chính xác hơn 45"/2mm.