Chương 2 TỔNG QUAN CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG KHẢO SÁT,
2.1 Công tác trắc địa trong quá trình khảo sát công trình cầu
2.1.1. Khảo sát lựa chọn địa điểm xây dựng cầu
Dựa trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu khảo sát tổng hợp như khảo sát địa chất, khảo sát thủy văn, khảo sát địa hình tiến hành khảo sát lựa chọn địa điểm xây dựng cầu.
2.1.1.1. Lựa chọn vị trí xây dựng cầu
Vị trí cầu được chọn cần phải phù hợp với hướng chung của tuyến đường.
Nếu cầu được xây dựng với mục đích vượt sông thì cây cầu đó cần thoả mãn các điều kiện sau:
- Trục cầu được chọn phải vuông góc với hướng chung của dòng chảy tự nhiên khúc sông nơi cầu đi qua không thay đổi hướng dòng chảy theo thời gian, là nơi không có bãi bồi đắp. Trong trường hợp vị trí xây cầu không thoả mãn được một trong các điều kiện trên do chịu ảnh hưởng của một số điều kiện địa hình thì chúng ta được phép xây dựng lệch so với hướng dòng chảy một góc là:
0
0 10
90 với những sông không có tàu bè qua lại và 900 50 với cầu có tàu bè qua lại.
- Trục cầu phải đặt ở nơi có lòng sông hẹp nhất.
- Vị trí đặt cầu phải là nơi có điều kiện địa chất ổn định tầng đá gốc không quá sâu.
2.1.1.2Xác định chiều dài chỗ vượt bằng cầu
Khi khảo sát chọn vị trí xây dựng cầu, cần phải biết khoảng cách giữa hai điểm cố định đánh dấu chỗ vượt đặt trên hai bờ sông đối diện, ngoài vùng ngập.
Khoảng cách này gọi là chiều dài của chỗ vượt và được sử dụng để đo nối giải tích bản thiết kế công trình cầu với các điểm cơ sở trắc địa và với các điểm cọc của tuyến đường.
Độ chính xác đo chiều dài này được quy định bởi độ chính xác cần thiết kế xây dựng cầu. Chiều dài cầu được xác định như sau:
Hình 2.1: Xác định chiều dài chỗ vượt cầu
L = + + (q1 + q2) (2.1)
Trong đó:
li - chiều dài tính toán của từng kết cấu nhịp
pi - khoảng cách trên trục cầu giữa hai tâm đế gối kề nhau trên một trụ
n
1 li n1
1 pi
B A
P2
q1 P1 q2
L l
1
l
2
l
3
qi - khoảng cách trên trục cầu từ tâm đế gối đến vách tường đứng phía sau các mố cầu
n - số nhịp cầu
Độ dài chỗ cầu vượt có thể đo trực tiếp với dộ chính xác cần thiết bằng máy đo khoảng cách điện quang chính xác hoặc được xác định gián tiếp nhờ kết quả đo đạc lưới tam giác.
Từ (2.1) có thể có thể xác định được độ chính xác cần thiết xác định chiều dài chỗ vượt như sau:
(cm) (2.2)
2.1.2. Lựa chọn hệ tọa độ và mặt chiếu thi công công trình cầu
Để nghiên cứu lựa chọn một hệ quy chiếu hơp lý cho lưới trắc địa công trình khi đo bằng công nghệ truyền thống nhờ các trị đo mặt đất, cần tìm hiểu các số cải chính khái lược chiều dài cạnh trong mạng lưới toạ độ Nhà nước.
2.1.2.1. Các số cải chính chiều dài trong lưới tọa độ Nhà nước
Như đã biết, trước khi tính toán bình sai, các trị đo trong lưới trắc địa Nhà nước được chiếu xuống mặt Ellipsoid quy chiếu. Vì vậy các trị đo trong lưới hạng I, II, III, IV,... đều được hiệu chỉnh thông qua hai số hiệu chỉnh:
- Số cải chính do chiếu chiều dài cạnh đo xuống mặt Ellipsoid quy chiếu.
- Số cải chính do chiếu chiều dài cạnh từ mặt Ellipsoid lên mặt phẳng.
Điều đó cũng có nghĩa là các trị đo tiếp theo về sau đều được chiếu xuống bề mặt quy ước duy nhất đó. Tọa độ điểm được tính trong hệ tọa độ phẳng vuông góc của phép chiếu Gauss - Kruger hoặc phép chiếu UTM.
1. Số cải chính do chiếu cạnh đo xuống mặt Ellipsoid quy chiếu
Số hiệu chỉnh do chiếu cạnh AB xuống mặt Ellipsoid quy chiếu (hình 2.2) được tính theo công thức
0,5
T n l m
2 i L
R S H S H
m o m H
)
(
(2.3)
Trong đó: S - Khoảng cách đưa về nằm ngang (S = A’B’) H0 - Độ cao của mặt quy chiếu
Hm - Độ cao trung bình của mặt đo
Rm - Bán kính trung bình trái đất (Rm = 6378km)
Hình 2.2: Chọn mặt chiếu trong trắc địa công trình Từ công thức (2.3), ta có:
Số hiệu chỉnh này ảnh hưởng không đáng kể đến tỷ lệ lưới nếu:
khi đó:
Tức là khi hiệu độ cao mặt đất và mặt chiếu nhỏ hơn 32m thì có thể bỏ qua số hiệu chỉnh ∆SH.
2. Số cải chính do chiếu cạnh từ mặt Ellipsoid lên mặt phẳng
' 2 2
0 .
1 2 S
R m y
S
m m
F
(2.4)
A
B
a b
Mặt chiếu quy uớc
Mặt quy chiếu
HA HB
H0
m H m
R H H S
S 0
000 . 200
1
S SH
S m S H R
Hm m H 31,85
000 . 200 6370000
0
Trong đó:
m0 là hệ số biến dạng chiều dài trên kinh tuyến trung ương của múi chiếu.
Với phép chiếu Gauss-Kruger thì m0 =1, đối với phép chiếu UTM thì múi 60 có m0 = 0.9996, múi 30 có m0 = 0.9999.
ym - hoành độ trung bình của điểm đầu và điểm cuối trong của cạnh đo.
Rm - bán kính trung bình trái đất (Rm = 6378km).
S' = ab là chiều dài cạnh trên Ellipsoid.
2.1.2.2. Nguyên tắc lựa chọn hệ tọa độ và mặt chiếu cho lưới trắc địa công trình
Vì các công trình được xây dựng trên bề mặt đất tự nhiên nên cần phải thu được các kết quả đo không qua hiệu chỉnh do các phép chiếu. Nói cách khác, cần phải chọn hệ toạ độ và mặt chiếu sao cho có thể bỏ qua các số hiệu chỉnh tính theo các công thức (2.3) và (2.4).
Theo công thức (2.3) để có thể bỏ qua số hiệu chỉnh cạnh đo lên bề mặt quy chiếu cần phải có:
Hm – H0 ≈ 0 ⇔ Hm ≈ H0 (2.5) Vậy nên mặt quy chiếu được chọn trong trắc địa công trình là độ cao trung bình của khu vực xây dựng công trình.
Theo công thức (2.4) để có thể bỏ qua số cải chính do chiếu cạnh từ mặt phẳng Elipsoid lên mặt công trình cần phải có:
2 0 1
0 2
2
0
m m
F R
m y
S (2.6)
Suy ra: (2.7)
- Đối với phép chiếu phẳng Gauss - Kruger, hệ số biến dạng trên kinh tuyến trục m0 = 1. Khi đó ym ≈ 0 km.
- Đối với phép chiếu phẳng UTM lần lượt múi chiếu 30 và múi chiếu 60 thì ta tính được lần lượt ym ≈ ± 90 km và ym ≈ ± 180 km.
) 1 (
2 m0
R
ym m
Như vậy, khi lập lưới trắc địa công trình, việc lựa chọn hệ tọa độ và mặt chiếu cần phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:
1. Hệ tọa độ phẳng được chọn sao cho kinh tuyến trung ương của múi chiếu đi qua giữa của khu vực xây dựng công trình đối với phép chiếu Gauss - Kruger. Còn đối với phép chiếu UTM, hệ tọa độ được chọn sao kinh tuyến trung ương của múi chiếu cách xa trung tâm khu vực xây dựng công trình 90km±20km và 180km±20km (ứng với múi 30 và 60) tính theo đường xích đạo sang trái hoặc sang phải.
2. Mặt quy chiếu toạ độ phẳng được chọn là mặt có độ cao xấp xỉ độ cao trung bình của khu vực xây dựng công trình.
2.1.3. Đo vẽ bản đồ địa hình khu vực xây dựng cầu
Để thiết kế các công trình cầu lớn (có chiều dài trên 100m), người ta đo vẽ trực tiếp bản đồ địa vật và bản đồ chi tiết tỷ lệ lớn ở khu vực xây dựng cầu.
2.1.3.1. Đo vẽ bản đồ địa vật
Bản đồ địa vật là cơ sở để thành lập tổng bình đồ công trình cầu và các đoạn cầu dẫn để chọn vị trí xây dựng cầu, các công trình điều chỉnh và đo đạc các tuyến thuỷ văn, đồng thời làm cơ sở cho việc đo vẽ địa chất công trình.
Ngoài ra bản đồ địa vật còn được sử dụng để thành lập bản đồ chi tiết tỷ lệ lớn, bản đồ thiết kế tổ chức thi công va thiết kế các công tác trắc địa.
- Bản đồ địa vật thường được thành lập với tỷ lệ 1:5000 với các sông có chiều rộng khoảng 500m và 1:10000 với sông có chiều rộng lớn hơn 500m.
- Phạm vi đo vẽ bản đồ này là: về thượng lưu bằng ẵ bề rộng của sụng về hạ lưu băng bề rộng của sông.Còn về 2 phía của cầu thì đo vẽ cao hơn mực nước lũ cao nhất là 1 đến 2m. Hiện nay với công cụ đo và phương pháp đo được cải tiến rất nhiều thì người ta có thể tiến hành đo bằng phương pháp chụp ảnh hàng không với phương pháp đo này chúng ta sẽ có được hình ảnh đầy đủ nhất
và rõ nét nhất của khu vực xây dựng. Phương pháp này cũng có thể áp dụng khi xây dựng ở các khu vực vùng núi.
2.1.3.2. Đo vẽ bản đồ chi tiết tỷ lệ lớn
Dùng để thành lập bản vẽ thi công cầu và thiêt kế các đoạn cầu dẫn. Loại bản đồ này thường được thành lập với tỷ lệ 1:1000 khi khoảng cao đều là 0.5m chiều dài cầu từ 300=>500m và 1:2000 với khoảng cao đều là 1m và chiều dài cầu lớn hơn 500m. Bản đồ chi tiết là cơ sở địa hình để thiết kế thi công công trình cầu do đó độ chính xác đo vẽ và lưới khống chế trắc địa cần phải phù hợp với yêu cầu của tỷ lệ bản đồ.
Việc đo vẽ bản đồ cân được thực hiện trong một hệ thống toạ độ và độ cao đã sử dụng trong quá trình đo vẽ bản đồ địa vật.
Bản đồ chi tiết cũng có thể được đo vẽ bằng phương pháp chụp ảnh hàng không. Trong trường hợp nếu khu vực đo vẽ quang đãng thì có thể sử dụng máy toàn đạc để đo vẽ.
Khi đo vẽ các tuyến thuỷ chuẩn kinh vĩ thì các đầu mút của các tuyến này cần được đo nối với các mốc độ cao đặt trên hai bờ sông đối diện.
Công tác đo sâu lòng sông cũng là 1 công việc được thực hiện đồng thời trong thời gian đo vẽ chi tiết. Công tác này có thể thực hiện theo phương pháp thủ công hoặc hiện đại, nếu đo vẽ thủ công thì người ta dung sào để tiến hành đo còn nếu áp dụng công nghệ hiện đại chúng ta sử dụng máy đo sâu hồi âm.
Về đo cao mực nước sông ta cần phải thành lập các mốc độ cao đến sát hai bên bờ sông, ngoài vùng ngập và có thể bảo quản lâu dài, thuận tiện cho công tác đo cao tới mặt nước. Để đo cao mặt nước người ta thường dùng các cọc đo sâu được cắm xuống lòng sông và trên cọc có các vạch khắc để có thể xác định được độ cao mực nước sông.Các điểm đo sâu cũng được đo nối với các điểm mốc độ cao đặt trên hai bờ sông căn cứ vào kết quả đo sâu chúng ta xác định được độ cao các điểm đáy sông rồi từ đó triển lên bản đồ.