CHƯƠNG 4

CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH CẦU

Cầu là công trình có kết cấu phức tạp, được xây dựng trong điều kiện địa

hình khó khăn, yêu cầu độ chính xác xây dựng cao vì thế công tác trắc địa trong

xây dựng cầu đóng vai trò rất quan trong.

Trong giai đoạn khảo sát thiết kế, công tác trắc địa cung cấp bình đồ khu

vực xây dựng cầu tỷ lệ lớn, xác định chính xác chiều dài cầu và đo nối xác định

lý trình vị trí xây dựng cầu, thành lập lưới độ cao tại khu vực xây dựng cầu và

cung cấp số liệu các mặt cắt sông cần thiết.

Trong giai đoạn xây dựng, công tác trắc địa cung cấp hệ thống lưới khống

chế thi công và đảm bảo độ chính xác về vị trí cũng như kích thước hình học

công trình cầu.

Để đảm bảo được độ chính xác vị trí từ (1 ÷ 2)cm trong xây dựng cầu thì

công tác trắc địa từ giai đoạn khảo sát đến giai đoạn thi công phải được tiến hành

một cách chặt chẽ về mặt trình tự, quy trình thực hiện cũng như phương pháp

thực hiện.

4.1. CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG GIAI ĐOẠN KHẢO SÁT XÂY DỰNG CẦU

- Công trình cầu vượt

sông được tạo thành từ các

bộ phận cơ bản như dầm,

mố, trụ hay tháp v.v..

- Cơ sở để xác định vị

trí cầu vượt cũng như các

thông số cơ bản của cầu là

các tài liệu khảo sát tổng

hợp về: địa hình, thủy văn,

địa chất....

4.1.1 Nội dung và trình tự khảo sát cầu vượt sông:

+ Khảo sát địa hình:

- Dựa vào bình đồ tuyến để xác định trên thực địa vị trí xây dựng cầu vượt

sông và đánh dấu vị trí đó ngoài thực địa.

- Thành lập bản đồ tỷ lệ lớn phục vụ cho công tác thiết kế chi tiết sau này.

- Xác định chính xác chiều dài cầu vượt và đo nối các mốc đánh dấu vị trí

cầu với các cọc trên tuyến để tính ra lý trình vị trí cầu.

tháp

Trụ cầu

- Thành lập lưới khống chế độ cao và chuyền độ cao qua sông, xác định

cao độ các điểm cần thiết.

- Cung cấp các mặt cắt sông cần thiết.

+ Khảo sát địa chất:

- Thăm dò sơ bộ về địa chất trên toàn bộ khu vực xây dựng cầu vượt sông

và thành lập bản đồ địa chất nơi xây cầu.

- Thăm dò chi tiết về địa chất trên toàn bộ khu vực xây dựng cầu vượt

sông và thành lập mặt cắt dọc địa chất nơi xây cầu.

- Thăm dò nơi khai thác nguyên vật liệu phục vụ xây dựng cầu.

+ Khảo sát thủy văn:

- Xác định độ cao mực nước đặc trưng.

- Đo lưu tốc và xác định hướng dòng chảy.

- Xác định lưu lượng nước, thiết diện ướt và tốc độ dòng sông.

Để thực hiện những công tác nói trên thì việc khảo sát phải tiến hành qua

2 giai đoạn:

+ Công tác nội nghiệp: Dựa vào các tài liệu đã có và tài liệu điều tra về bản đồ,

địa chất , thủy văn và kinh nghiệm trong xây dựng cầu để xác định các phương

án về vị trí xây dựng cầu và dạng của công trình.

+ Khảo sát chi tiết ngoại nghiệp nhằm làm rõ hơn các phương án đã chọn.

4.1.2. Một số yêu cầu chọn vị trí xây dựng cầu:

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế, khi chọn vị trí xây dựng cầu cần phải thoả

mãn các yêu cầu sau:

- Hướng của tim cầu trùng với hướng của tuyến đường đã định.

- Hướng của tim cầu cần phải vuông góc với hướng nước chảy, độ sai lệch

từ (5 ÷10)0.

- Đoạn sông ở vị trí xây cầu phải thẳng và ở chỗ hẹp nhất, tránh những

vùng có nhánh sông, bãi bồi, đảo nhỏ.

- Vị trí xây dựng cầu có điều kiện địa chất, thuỷ văn ổn định, ít thay đổi

theo thời gian.

Tuy vậy, trong thực tế một số yêu cầu có thể chưa đảm bảo được, ví dụ

như hướng cầu và hướng tuyến không trùng nhau, phải dùng các đường cong để

nối tuyến với cầu, hoặc là do điều kiện địa hình quá phức tạp để đảm bảo tính mỹ

quan, có thể phải chọn vị trí cầu nằm trên đường cong.

Tuyến đường ở khu vực xây dựng cầu phải ở vị trí tương đối cao của lưu

vực sông để giảm khối lượng đào đắp khi xây dựng vùng tiếp giáp với cầu, đồng

thời tránh có những chỗ ngoặt bất thường ở vùng ngập nước. Ngoài ra cần lưu ý

sao cho ở vị trí chuyển tiếp từ lưu vực sông lên bờ sông, địa hình phải thoáng,

mặt đất dốc thoải, tạo điều kiện tốt để bố trí những đường cong chuyển tiếp giữa

cầu và tuyến đường với độ dốc quy định.

Sau khi chọn được vị trí xây dựng cầu vượt sông, cần phải đánh dấu

đường tim cầu bằng cọc bê tông chắc chắn trên 2 bờ sông, sau đó theo hướng

vuông góc với tim cầu thành lập các mặt cắt ngang sông trong khoảng 200m về

phía thượng lưu và 100m về phía hạ lưu.

4.1.3. Đo vẽ bản đồ địa hình khu vực xây dựng cầu

Sau khi đã xác định được vị trí xây dựng cầu, cần tiến hành lập bình đồ khu vực để phục vụ cho công tác thiết kế cầu sau này. Bình đồ khu vực xây dựng

cầu thường được thành lập theo tỷ lệ lớn và phải thỏa mãn các yêu

cầu trong [3]. Phạm vi đo vẽ được quy định như sau:

- Đo về phía thượng lưu đo đến 1,5 lần chiều rộng của sông, về phía hạ

lưu bằng chiều rộng của sông.

- Đo về phía hai bờ sông đến nơi cách mực nước lũ cao nhất từ (1 ÷ 2)m.

Phương pháp thành lập và tính toán lưới khống chế đã được trình bày ở

chươngVIII giáo trình Trắc địa đại cương, Lưới được đo nối với tọa độ các điểm

lưới trên tuyến.

Lưới khống chế độ cao được thành lập bằng phương pháp thủy chuẩn hình

học kép và được đo nối với lưới độ cao nhà nước.

4.1.4. Công tác đo sâu và các mặt cắt sông

Đo sâu nhằm mục đích thành lập bản đồ địa hình đáy sông, cung cấp tài

liệu cho việc lựa chọn vị trí xây dựng cầu và bố trí các công trình phụ trợ, thiết bị

xây dựng trên sông.

1. Các dụng cụ đo sâu

+ Sào đo sâu: Sào đo làm bằng gỗ chiều dài thường 5m, đường kính

(5 ÷ 6)cm, đáy sào có đế thép và thường là diểm “0”, trên sào có chia vạch đến

dm với các màu sơn xen kẽ đỏ trắng hay đen trắng, độ chính xác đạt khoảng

±5cm. Khi đo, người ta lao sào về phía trước chiều dòng nước một ít, khi sào

chạm đáy sông thì cũng là lúc sào vừa ở vị trí thẳng đứng.

+ Quả dọi: Quả dọi làm bằng chì hoặc sắt, nặng (1 ÷ 1,5)kg có dạng nón

cụt hay chuông, dây buộc bằng thép hay dây thừng bện dài (20 ÷ 30)m, trên dây

có buộc vải hay đánh dấu sơn đến dm. Khi đo, ném quả dọi về phía trước chiều

dòng nước một ít, khi quả dọi chạm đáy sông thì dây ở vị trí thẳng đứng. Khi đo

sâu bằng quả dọi người ta phải hiệu chỉnh độ võng của dây.

+ Cá sắt: Nặng hàng chục kg dùng để đo chỗ rất sâu khi không có máy hồi

âm.

+ Máy hồi âm: Dựa vào thời gian sóng âm truyền đi từ máy phát tới đáy

sông rồi trở về máy thu, thông qua vận tốc truyền sóng âm dưới nước ta tính

được độ sâu.

Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào độ mặn và nhiệt độ của nước. Hiên tại

có nhiều loại máy đo sâu hồi âm rất hiện đại, một tần hay hai tần (để đo thông

thường hoặc đo sâu vào lớp bùn), cảm biến nhiệt độ và tốc độ được gắng trong

máy, tự ghi kết quả và kết nối được với máy tính. Độ chính xác khi sử dụng máy

đo sâu có thể đạt tới ±0,1%. Máy đo sâu hiện đại được kết nối với hệ thống định

vị GPS.

2. Mặt cắt ngang sông

- Theo hướng mặt cắt ngang cần đo đã xác định bằng các cọc đánh dấu 2

bên bờ, tiến hành đo mặt cắt ngang cùng thời điểm đo sâu. Thông thường, dùng

máy toàn đạc điện tử định hướng, đo cao độ mặt nước tại thời điểm đo sâu, và đo

khoảng cách đến gương đặt tại vị trí đo sâu, từ đó tính ra cao độ đáy sông và vẽ

mặt cắt ngang lòng sông.

Khoảng cách giữa các mặt cắt ngang và giữa các điểm đo phụ thuộc vào tỷ

lệ bản đồ được ghi trong bảng sau.

Tỉ lệ bản đồKhoảng cách giữa các mặt

cắt ngang cho phép (m)Khoảng cách giữa các điểm

đo cho phép (m)

1:500 812 23

1:1000 1525 416

1:2000 3050 515

1:5000 80120 1525

- Các yếu tố biểu diễn trên mặt cắt ngang sông

+ Khoảng cách và số hiệu cọc trên mặt cắt ngang tăng theo chiều đo (từ trái sang phải hoặc ngược lại).

+ Ghi độ cao mực nước và ngày đo.

+ Mực nước cao nhất và mực nước thấp nhất chỉ cần ghi cao độ và mùa và

là kết quả điều tra.

+ Trên mặt cắt ngang phải ghi cao độ bờ sông, độ sâu đáy sông, khoảng

cách các điểm đo sâu so với điểm khởi đầu, thổ nhưỡng...

+ Ngoài ra còn ghi tên sông, số hiệu mặt cắt, người đo, người vẽ, người

kiểm tra..

3. Mặt cắt dọc sông

Nhìn vào mặt cắt dọc sông ta có thể thấy được độ dốc mặt nước và độ dốc

đáy sông. Thường mặt cắt dọc sông được thành lập trong giai đoạn khảo sát để

lựa chọn vị trí xây dựng cầu và bố trí các bộ phận của cầu cũng như thiết bị tổ

chức thi công...Phạm vị đo từ khoảng 200m phía thượng lưu đến 100m phía hạ

lưu.

Mặt cắt dọc sông có thể là mặt cắt giữa dòng hay mặt cắt nơi sâu nhất.

Trên bản vẽ mặt cắt dọc sông, trục đứng biểu thị độ cao, trục ngang biểu thị độ

dài.

Tỷ lệ của mặt cắt được quy định như sau:

Đặc tính của mặt cắt dọc sông Tỷ lệ ngang Tỷ lệ đứng

Bản vẽ chi tiết mặt cắt dọc 1:25 000 1:50 ÷ 1:100

1:50 000 1:100 ÷ 1:200

Bản vẽ sơ lược 1:30 000 1:500 ÷ 1:1000

Ví dụ mặt cắt dọc sông:

- Mặt cắt dọc sông

theo đường sâu nhất.

- Thành lập theo tài

liệu đo năm 2005

- Độ cao tuyệt đối so

với mực nước biển.

- Tỷ lệ đứng 1:100

- Tỷ lệ ngang 1:25 000

Mực nước cao nhất

Mực nước đo

Mực nước thấp nhất

10

15

20

Bờ sông

Đáy sông

4.2. CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG CẦU

4.2.1 Lưới khống chế mặt bằng thi công cầu

1. Đặc điểm chung và yêu cầu độ chính xác

Lưới thi công công trình cầu được thành lập trên khu vực xây dựng cầu

trong giai đoạn thi công, là cơ sở để chuyển các yếu tố hình học của công trình

cầu đã thiết kế ra thực địa. Ngoài ra, lưới thi công còn là cơ sở để kiểm tra, kiểm

định, đo hoàn công và đo biến dạng công trình cầu trong quá trình khai thác.

Lưới thi công cầu có một số đặc điểm sau:

- Các điểm lưới khống chế được sử dụng trong thời gian dài (nhiều năm),

tần suất sử dụng cao, vì thế yêu cầu hệ thống mốc có độ ổn định tốt, kết cấu mốc

phải sử dụng định tâm bắt buộc để cho độ chính xác cao.

- Tất cả các bậc của lưới cần phải tính tọa độ trong một hệ tọa độ thống nhất

được lựa chọn trong giai đoạn khảo sát công trình.

- Sự thông hướng giữa điểm lưới và điểm bố trí thường bị thay đổi trong

quá trình thi công, khi thiết kế lưới phải chú ý để chọn mật độ và vị trí điểm lưới

cho phù hợp.

- Vị trí các hạng mục của công trình cầu được tính trong hệ tọa độ thi công

(hệ tọa độ cục bộ) lấy trục chính của công trình làm trục tọa độ (thường là trục

tim cầu làm trục X) nên để việc tính toán bố trí được thuận lợi và dễ dàng kiểm

tra, chọn 2 điểm trên trục cầu làm 2 điểm của lưới khống chế.

- Đồ hình của lưới khống chế thi công cầu đo bằng máy kinh vĩ hoặc máy

toàn đạc điện tử có dạng cơ bản sau:

Hình (4.3a) được sử dụng khi thi công cầu nhỏ, hình (4.3b) dùng khi thi

công cầu lớn.

Trong xây dựng cầu, độ chính xác của lưới thi công cầu cần phải đảm bảo

sao cho sai số trung phương bố trí tâm mố trụ cầu và sai số trung phương bố trí

5

6

Hình 4.3: Lưới khống chế thi công cầu

a/1

44

1b/

2

3

2

3

độ dài các nhịp không vượt quá (1,52) cm [3]. Vì vậy, sai số trung phương

các điểm lưới khống chế thi công mặt bằng cần phải nhỏ hơn độ chính xác bố trí

tâm mố trụ một bậc, nghĩa là khoảng 1cm [23].

2. Các phương pháp thành lập lưới thi công cầu

a. Phương pháp đo góc

Trong lưới đo góc, đo tất cả các góc bằng trong lưới bằng phương pháp đo

toàn vòng, số vòng đo phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu của lưới và độ chính

xác của máy đo, đo chiều dài của 1 cạnh, hoặc 2 cạnh trên 2 bờ sông với độ chính

xác cao,ví dụ cạnh 1-2 hoặc 3-4 (hình 4.3), sau đó sử dụng quan hệ hàm sin trong

tam giác để tính chiều dài các cạnh còn lại.

Phương pháp lưới tam giác đo góc được thành lập trong trường hợp không

có máy toàn đạc điện tử. Khi áp dụng phương pháp này để thành lập lưới thi

công cầu có những ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm: Có nhiều trị đo thừa nên có thể loại trừ được sai số thô và nâng

cao độ chính xác các yếu tố được xác định trong lưới, độ chính xác các yếu tố

tương đối đồng đều, độ chính xác phương vị cạnh của lưới tam giác không phụ

thuộc vào hình dạng của tam giác, phù hợp với công nghệ đo đạc trước đây.

Nhược điểm: Lưới thi công cầu được xây dựng trên khu vực có điều kiện

địa hình phức tạp, vì vậy sẽ tạo nên những vùng tiểu khí hậu, trường chiết quang

cục bộ sẽ ảnh hưởng tới tia ngắm. Ngoài ra kết cấu đồ hình vẫn phải đảm bảo

hình dạng cho phép của các tam giác vì thế việc chọn điểm tương đối khó khăn,

tốn nhiều thời gian.

b. Phương pháp đo cạnh

Lưới tam giác đo cạnh là mạng lưới được đo tất cả các cạnh đối hướng bằng

máy toàn đạc điện tử, các góc được tính ra từ các cạnh. Trước đây, việc đo cạnh

khó khăn, nên lưới tam giác đo cạnh chỉ phát triển về mặt lý thuyết, từ khi có

máy toàn đạc điện tử, lưới tam giác đo cạnh đã được ứng dụng nhiều trong thực

tế.

Ưu điểm: Phù hợp với các thiết bị đo cạnh có độ chính xác cao đã phổ biến;

ít chịu ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết hơn đo góc; thời gian thi công ngoại

nghiệp nhanh (nhanh hơn nhiều lần so với đo góc); sai số chuyển vị dọc các

chuỗi nhỏ hơn so với chuỗi tam giác đo góc cùng cấp.

Nhược điểm: Trong một tam giác không có trị đo thừa nên không kiểm tra

được ngay tại thực địa; giá trị các góc tính ra trong cùng một tam giác không

cùng độ chính xác nên ảnh hưởng đến việc chuyền phương vị trong mạng lưới.

c. Phương pháp đo góc - cạnh

Trong lưới đo tất cả các góc bằng phương pháp toàn vòng với nhiều vòng đo

và tất cả các cạnh bằng máy TĐĐT (hình 4.3), số đại lượng đo thừa nhiều hơn so

với lưới tam giác đo góc và lưới tam giác đo cạnh vì vậy lưới có độ chính xác cao.

Trong quá trình thiết kế lưới đo góc cạnh, cần xác định tương quan hợp lý

giữa sai số đo chiều dài và sai số đo góc trong lưới nhằm xây dựng được mạng

lưới với sai số đồng đều và đạt hiệu quả về kinh tế.Theo [23] tương quan hợp lý nhất giữa sai số đo góc và đo chiều dài trong

lưới đo góc - cạnh: (4.1)

Trong đó là sai số đo góc và đo chiều dài trong lưới.

Vì thế khi thiết kế các chỉ tiêu độ chính xác đo trong mạng lưới đo góc cạnh

cần chú ý đảm bảo điều kiện: (4.2)

Nếu không đáp ứng điều kiện (4.3) thì khi đó chỉ nên áp dụng phương pháp

đo góc hay đo cạnh sẽ có hiệu quả hơn.

Công nghệ đo chiều dài độ chính xác cao của máy toàn đạc điện tử được

ứng dụng trong việc thành lập lưới nói chung và lưới thi công cầu nói riêng vì

vậy phương pháp đo cạnh và phương pháp đo góc - cạnh kết hợp được sử dụng

rộng rãi hơn phương pháp đo góc truyền thống. Đối với tất cả các phương pháp

kết quả đo đều được bình sai chặt chẽ bằng phần mềm đã được kiểm nghiệm,

công nhận.

4.2.2 Lưới khống chế độ cao

1. Đặc điểm chung và yêu cầu độ chính xác

Lưới độ cao được thành lập để phục vụ cho công tác thiết kế, thi công

công trình cầu. Lưới độ cao được thành lập trên toàn bộ khu vực xây dựng cầu.

công tác chuyền độ cao qua sông với mục đích thống nhất độ cao trên cả 2 bên

bờ sông, các mốc độ cao này còn sử dụng để quan trắc lúc cầu trong quá trình sử

dụng.

Lưới khống chế độ cao được thành lập phải thỏa mãn các yêu cầu sau []:

- Sông rộng nhỏ hơn 0,5km thành lập lưới độ cao hạng IV.

- Sông rộng từ (0,5 ÷2) km thành lập lưới độ cao hạng III.

- Sông lớn hơn 2km thành lập lưới độ cao hạng II.

Lưới độ cao được thành lập trong giai đoạn khảo sát xây dựng cầu, trên mỗi

bờ sông có ít nhất 3 điểm độ cao. Trong đó có 2 điểm nằm ngoài khu vực xây

dựng cầu còn một điểm nằm trong khu vực xây dựng cầu.

Tùy theo phạm vi xây dựng, trên mỗi bờ sông người ta còn thành lập một lưới

khống chế độ cao thi công trên cơ sở tăng dày lưới độ cao đã có. Công tác kiểm

tra mốc độ cao và tăng dày lưới độ cao phụ thuộc vào từng giai đoạn thi công.

2. Các phương pháp chuyền độ cao qua sông

Các mốc của lưới đo cao được bố trí ở 2 bờ sông vì vậy việc chuyền độ

cao qua sông được tiến hành bằng đo cao hình học kép, đo cao lượng giác hay đo

cao thủy tĩnh.

a. Phương pháp thủy chuẩn hình học kép

Trước khi đo trên cả hai bờ ta chôn mốc RP1 và RP2 và cách mốc đó 10 -

30m ta chọn các trạm đặt máy thủy chuẩn J1 và J2 (Hình 4.4).

Hình 4.4: Chuyền độ cao qua sông

Độ cao của 2 điểm J1 và J2 xấp xỉ bằng nhau, cao hơn mặt nước (2 ÷ 3)m

và thỏa mãn: (4.4)

đồng thời tiến hành kiểm nghiệm máy móc dụng cụ, đặc biệt là kiểm

nghiệm góc i của máy thủy bình.

Đầu tiên đặt máy tại J1 cân bằng chính xác, quay máy ngắm mia tai RP1

đọc trị số S1, ngắm RP2 đọc trị số T1. Sau đó chuyển máy sang J2 làm tương tự

được S2 và T2, chú ý khi chuyển trạm không thay đổi tiêu cự ống kính.

Hiệu độ cao nửa lần đo thứ nhất h1 = S1 - T1 (4.5)

Hiệu độ cao nửa lần đo thứ hai: h2 = S2 - T2 (4.6)

Hiệu độ cao trung bình giữa các mốc RP1 và RP2 từ lần đo thứ nhất:

(4.7)

Tiến hành đo nhiều lần tùy theo độ rộng của sông và độ chính xác yêu cầu

đối với việc chuyền độ cao.

Ta đã biết, một thay đổi rất nhỏ của góc i giữa hai nửa lần đo cũng sẽ gây

ra sai số đáng kể trong các hiệu độ cao, chẳng hạn như khi góc i thay đổi 2" và

chiều rộng của sông là 1000m thì

= 5mm (4.8)

Trong đó: i là góc nghiêng của tia ngắm máy thủy bình so với phương

ngang; d là khoảng cách từ máy đến mia.

Vì vậy phải có biện pháp ngăn ngừa để cho dưới ảnh hưởng nhiệt độ hoặc

chấn động khi di chuyển máy thì giá trị góc i vẫn không thay đổi.

Theo các số liệu thử nghiệm, nếu như nhiệt độ thay đổi đi 10C thì giá trị

góc i sẽ thay đổi trung bình vào khoảng 0,5". Trong thời gian chuyển độ cao, cần

phải xác định góc i cẩn thận và cố gắng đưa nó về giá trị không đáng kể.

Mỗi lần đo cần tiến hành trong thời gian ngắn nhất, trong những điều kiện

ngoại cảnh như nhau, để cho ảnh hướng do chiết quang tại các bờ khác nhau

tương tự như nhau. Ngoài ra để giảm ảnh hưởng chiết quang thì nên chuyền độ

cao đồng thời bằng hai máy thủy chuẩn từ hai bên bờ khác nhau, và sau đó thay

đổi vị trí máy cho nhau.

b. Phương pháp thủy chuẩn lượng giác

Ngoài phương pháp thủy chuẩn hình học kép, phương pháp đo cao lượng

giác bằng máy toàn đạc điện tử cũng có thể sử dụng để chuyền độ cao qua sông,

trong một số tài liệu nghiên cứu cho rằng, phương pháp đo cao lượng giác từ

giữa bằng máy toàn đạc điện tử tia ngắm ngắn trong một số điều kiện có thể xác

định độ cao với độ chính xác tương đương hạng IV.

c. Phương pháp thủy chuẩn thủy tĩnh

Để chuyền độ cao chính xác qua các sông rộng, có thể dùng phương pháp

thủy chuẩn thủy tĩnh. Trên đáy sông, đặt một ống mềm chắc chắn chứa đầy nước

dưới áp suất cao để trong ống không có bọt khí. Ở các đầu ống dẫn ta cắm những

ống thủy tinh có các vạch khắc và được gắn chặt vào các cột trên 2 bờ (hình 4.5)

Hình 4.5: Đo thuỷ chuẩn thuỷ tĩnh

Các mốc thủy chuẩn RP1 và RP2 cần được chôn ở vị trí ổn định và cách các

cột đó một khoảng bằng khoảng cách của trạm máy khi đo thủy chuẩn. Trong

trường hợp này coi mặt thoáng của chất lỏng trong các ống N1 và N2 nằm trên

cùng một mặt phẳng và dùng hai máy thủy chuẩn để nối mặt phẳng đó với các

mốc thủy chuẩn RP1 và RP2.

Việc đo đạc được tiến hành trong những khoảng thời gian nhất định. Đồng

thời tại mỗi bờ cần đo áp suất nhiệt độ không khí và nước để khi cần thiết có thể

hiệu chỉnh vào kết quả đo. Từ nhiều lần đo, lấy kết quả trung bình. Trong các

điều kiện thuận lợi, phương pháp này bảo đảm chuyền độ cao qua sông rộng với

sai số khoảng ±2 mm.

4.2.3 Bố trí công trình cầu

1. Đặc điểm công tác bố trí công trình cầu

Công tác trắc địa đóng vai trò rất quan trọng trong các giai đoạn thiết kế, thi

công và sử dụng công trình cầu. Đây là công tác rất khó khăn phức tạp, phụ

thuộc vào đặc điểm của vị trí xây dựng cầu cũng như kết cấu, kiến trúc của công

trình cầu, công tác trắc địa trong thi công cầu có một số đặc điểm sau:

- Do đặc điểm chịu lực của cầu, nên độ chính xác của trục chính cũng như

độ chính xác cục bộ yêu cầu cao, sai số bố trí từ 1cm đến 2cm [3], [23].

- Địa hình thi công phức tạp, chiều dài cầu, chiều cao trụ, tháp lớn nên yêu

cầu thiết bị và phương pháp đo phù hợp.

- Kiến trúc cầu phong phú, công nghệ thi công đa dạng, vật liệu xây dựng

khác nhau vì thế nên khi đo đạc, ngoài phương pháp và dụng cụ đo phù hợp cần

phải chú ý đến dung sai cho phép có tính đến sự co ngót vật liệu, trạng thái có tải,

không tải, công nghệ thi công, mùa, thời tiết và thời điểm đo...

- Khối lượng thi công cầu lớn, thời gian thi công thường kéo dài, công tác

thi công được tiến hành theo đoạn, đốt. Để đảm bảo độ chính xác tổng thể, thì độ

chính xác cục bộ cũng như các mốc thi công phải đảm bảo và ổn định.

- Để tránh sai sót, sau khi thi công từng phần và thi công cục bộ phải kiểm

tra độ chính xác bố trí và kiểm tra kích thước hình học để có phương án điều

chỉnh phù hợp.

2.. Bố trí tâm mố trụ cầu bằng máy kinh vĩ

Từ điều kiện địa hình nơi xây dựng công trình, độ chính xác yêu cầu của

điểm bố trí, phương pháp và đặc điểm thi công công trình từ đó xác định độ

chính xác của phương pháp bố trí công trình, lựa chọn thiết bị và phương pháp

đo phù hợp.

a. Bố trí khi có cầu tạm hoặc cầu cũ

Trong nhiều trường hợp, để đảm bảo giao thông trong quá trình xây dựng

người ta làm cầu tạm hoặccầu được xây dựng bên cạnh cầu cũ.

Khi tim cầu tạm (cầu cũ) song song với tim cầu chính (Hình 4.6) ta có thể

thực hiện đo như sau:

Lập trục phụ A’ B’ trên cầu tạm, trên trục này đo khoảng cách để xác định

các vị trí tương ứng của tâm mố trụ Mi’ và Ti’. Từ các điểm này đặt máy kinh vĩ,

mở góc vuông về phí cần bố trí, giao với hướng AB là vị trí tâm mố, trụ cần xác

định.

Khi trục cầu cũ không song song với trục cầu chính hợp với trục cầu chính

một góc . = -900 = 900- = (4.9)

Khoảng cách giữa hai mố A,B là:AB = A”B”. cos (4.10)Hình 4.6: Sơ đồ định vị tâm mố, trụ cầu trên cầu tạm

15

2

0

m

Cọc Đ. vị

BM3

T2T1M0 TRỤC DỌC

A

TRỤC PHỤ

900

900

900

900

TRỤC PHỤ

Khoảng cách hình chiếu của các tâm mố trụ trên trục phụ A”B” là khoảng cách thiết kế (thực) chia cho cos

Ví dụ:

Đặt máy kinh vĩ tại các điểm đã xác định được trên cầu cũ, mở góc so với trụ A”B” và xác định tâm mố trụ như trên.

b. Bố trí bằng phương pháp giao hội

Đối với những cầu trung và cầu lớn có địa hình phức tạp, nước ngập sâu

và chảy xiết, sông có thông thuyền, ta không thể áp dụng phương pháp đo trực

tiếp được. Khi đó định vị tâm mố, trụ cầu được xác định bằng phương pháp giao

hội.

Trên hai bờ sông, chọn các vị trí thích hợp để lập lưới khống chế có các

dạng như hình (4.7).

- Trong trường hợp này, đo bằng máy kinh vĩ, chiều dài đường ngắm từ

máy kinh vĩ đến tâm trụ cầu được quy định không lớn hơn:

+ 1000m khi dùng máy kinh vĩ có độ chính xác 1”.

+ 300m khi dùng máy kinh vĩ có độ chính xác 10”.

+ 100m khi dùng máy kinh vĩ có độ chính xác 20”.

Bố trí tâm mố, trụ cầu bằng phương pháp giao hội góc thuận được tiến

hành theo trình tự sau: Dựa vào tọa độ các điểm của lưới khống

chế và các điểm tâm mố, trụ cầu, giải bài toán

nghịch tìm được giá trị các góc định hướng.

Ví dụ: Cần bố trí tâm trụ C ta làm như

sau: Từ các điểm của lưới khống chế 1,2..6 đã

biết tọa độ, dựa vào toạ độ thiết kế của các

điểm C ta xác định các số liệu:

1 =64 - 4C

Trong đó: 64 = arctg

6C = arctg

Tương tự tính được 2.

Hình 4.7: Bố trí tâm trụ cầu bằngphương pháp giao hội

12A

C

B

1 26

5

4

3

(4.12)

Để bố trí, Đặt máy kinh vĩ tại 6, bố trí góc 1, đặt máy kinh vĩ tại 4, bố trí

góc 2, giao của 2 hướng này là tâm trụ C.

Độ chính xác của phương pháp tính theo công thức:

Để tăng độ chính xác bố trí tâm mố trụ, có thể giao hội từ 3 hướng.

3. Bố trí tâm mố trụ cầu bằng máy toàn đạc điện tử

a. Phương pháp tọa độ cực

(chương trình setting out)

Căn cứ vào 2 điểm của lưới khống chế

5, 6 để xác định vị trí điểm thiết kế T1 bằng

các yếu tố và S đã được tính sẵn trong máy

thông qua tọa độ được nhập vào của 3 điểm

trên .

Hình 4.8: Sơ đồ phương pháp tọa độ cực

Ưu điểm của phương pháp này so với máy kinh vĩ thông thường là cạnh có

thể bố trí với khoảng cách lớn và độ chính xác bố trí cao, thực hiện được trong

điều kiện địa hình phức tạp, và các yếu tố bố trí được tính tự động sau khi nhập

tọa độ. Vì thế nên khả năng thực hiện ngoài thực tế lớn hơn.

Là phương pháp tìm điểm nên nhược điểm của phương pháp là chỉ xác định

góc ở một vị trí bàn độ, muốn nâng cao độ chính xác phải đo lại tọa độ điểm bố

trí và tính các yếu tố hoàn nguyên, nếu chỉ bố trí ở một vị trí bàn độ thì trong xây

dựng cầu chương trình setting out thích hợp cho việc bố trí các cọc, bệ cọc và xác

định sơ bộ vị trí tâm mố, trụ. Sai số trung phương của phương pháp tính theo công thức:

(4.16)

b. Phương pháp giao hội thuận góc - cạnhBố trí tâm mố trụ cầu bằng cách đặt 2

máy tại 2 điểm của lưới khống chế 1 và 2, bố

trí đồng thời góc 1; 2 và cạnh S1; S2, giao

của 2 hướng bố trí xác định được điểm P.

Sai số trung phương của phương pháp giao

hội góc – cạnh

S2S1

21

P

:

(4.17)

Trong đó Mghc là sai số trung phương của phương pháp giao hội cạnh tính

theo công thức:

c. Phương pháp giao hội nghịch góc - cạnh (chương trình free station)

Phương pháp giao hội nghịch góc - cạnh là một trong những phương pháp

xác định điểm giao hội cho độ chính xác tương đối cao. Tuy nhiên trước đây ít

được sử dụng vì việc tính toán khá phức tạp. Khi sử dụng máy toàn đạc điện tử

để đo thì vấn đề tính toán của phương pháp được đơn giản đi rất nhiều, nên phạm

vi ứng dụng của phương pháp được mở rộng.

- Đặt máy TĐĐT tại điểm P (điểm bố trí gần đúng) ngắm đến điểm của lưới

khống chế 1, 2 (tối thiểu 2 điểm, tối đa 5 điểm), đo góc và cạnh S1, S2. Sau khi

nhập vào đủ các dữ liệu yêu cầu (chiều cao máy, chiều cao gương, tọa độ điểm 1,

2) máy sẽ tính ra tọa độ điểm P (xp và yp).

Hình 4.10: Sơ đồ phương pháp giao hội nghịch góc - cạnh

+ Độ chênh lệch giữa tọa độ thực tế và tọa độ thiết kế của điểm P.

Rx = xP - xPtk (4.19)

Ry = yP - yPtk

1

Hình4.9: Sơ đồ phương pháp giao hội thuận góc - cạnh

(4.18)

- Bố trí các yếu tố hoàn nguyên RX, Ry theo hướng trục tọa độ sẽ xác định

được điểm cần bố trí Po.

- Độ chính xác của phương pháp:

(4.20)

Trong đó: = 2 – 1

1 = α1P

mn1 = ms;

2 = αP2 + 1 - 90º;

(4.21)

Phương pháp giao hội nghịch góc – cạnh thích hợp khi các điểm bố trí đặt

được máy và đã được xác định sơ bộ bằng các phương pháp khác. Phương pháp

rất thuận tiện để nghiệm thu từng phần tâm mố, trụ cầu trong quá trình thi công.

4. Kiểm tra công tác bố trí bằng máy toàn đạc điện tử

Kiểm tra vị trí trụ, tháp trong quá trình thi công là công tác rất quan trọng,

các yếu tố về độ lệch đo được sẽ tính toán và điều chỉnh trong quá trình xây dựng

tiếp theo. Đối với trụ hoặc tháp cầu thì sai số này được chấp nhận với khoảng

10mm trên 5m chiều cao [65]. Đối với dầm cầu, sai số này phải thỏa mãn dung

sai cho phép khi lắp ván khuôn. Sử dụng máy toàn đạc điện tử kiểm tra bằng

phương pháp giao hội nghịch kết hợp phương pháp đo tọa độ.

Thực chất của phương pháp là chọn một điểm A bất kỳ ngắm được điểm

cần kiểm tra trên dầm, trụ hoặc tháp và nhìn thấy tối thiểu 2 điểm của lưới khống

chế 1, 2. Đặt máy toàn đạc điện tử tại A, sử dụng chương trình giao hội nghịch

đến 2 điểm khống chế để tính tọa độ điểm A. Sau đó chọn chương trình tính tọa

độ, ngắm đến 1 điểm lưới khống chế và điểm cần kiểm tra tọa độ điểm i; tính tọa

độ điểm i rồi so với tọa độ thiết kế và đánh giá công tác bố trí. Độ chính xác của

phương pháp:

Trong đó: Mngc

là sai số của phương pháp giao hội nghịch góc – cạnh được

tính theo công thức (4.16).

(4.22)

Mtdc

: là sai số của phương pháp tọa độ tính theo công thức (4.16).

Từ khảo sát độ chính xác cho thấy, đối với khoảng cách từ điểm đặt máy

đến điểm kiểm tra nhỏ hơn 100m, lựa chọn máy toàn đạc điện tử có độ chính xác

tối thiểu là m

= 3’’; mS

= (2 + 2ppm). Trường hợp khoảng cách lớn hơn 100m

phải chọn máy có độ chính xác cao hơn sẽ đảm bảo độ chính xác yêu cầu.

Phương pháp kết hợp giao hội nghịch - tọa độ với ứng dụng máy toàn đạc

điện tử cho độ chính xác cao và cho phép kiểm tra được bất cứ vị trí nào của mố,

trụ. Điểm đặt máy là điểm được chọn sao cho thuận tiện nhất trong công tác bố

trí và khoảng cách hợp lý để đạt được độ chính xác cao.

Hình 4.11. Sơ đồ kiểm tra vị trí trụ, tháp cầu bằng máy tđđt

1

2