Bài giảng Trắc địa

I Điểm trạm máy I Điểm định hướng Hình 7.3: Triển khai chi tiết lên bản vẽ 32 30 31 b30 b31 b32 S30 S32 S31 - Vẽ đường đồng mức (nếu có) hoặc ghi cao độ điểm mia địa hình Dựa vào độ cao của các điểm địa hình đã được triển lên bản vẽ và các bản sơ họa để vẽ các đường đồng mức. Có thể vẽ các đường đồng mức theo phương pháp giải tích, phương pháp ước lượng, phương pháp kẻ tia, phương pháp kẻ đường song song. Trên bản đồ số các đường đồng mức được vẽ tự động nhờ các phần mềm chuyên dùng. Để vẽ các đường đồng mức thường dựa vào cao độ của các cặp điểm chi tiết địa hình kề nhau. Coi mặt đất giữa hai điểm này có độ dốc đều, xác định vị trí các đường đồng mức đi qua, nối tất cả các điểm có cùng độ cao bằng các đường cong ta sẽ được các đường đồng mức cần vẽ Khoảng cao đều giữa hai đường đồng mức tùy thuộc vào tỉ lệ đo vẽ được qui định ở bảng 7.3 Bảng 7.3 TT Tỉ lệ đo vẽ Vùng đất bằng (m) Vùng gò đồi (m) Vùng núi (m) 1 1:500 0,5 0,5 1,0 2 1:1000 0,5 0,5 – 1,0 1,0 3 1:2000 0,5 – 1,0 0,5 – 1, 0 – 2,0 2,0 4 1:5000 0,5 – 1,0 1,0 – 2,0 2,0 – 5,0 - Phương pháp giải tích Cho hai điểm địa hình a, b có độ cao Ha= 21,20m, Hb = 24,60m, khoảng cách trên bản vẽ ab = 18cm, khoảng cao đều giữa các đường đồng mức phải vẽ là h = 1m. Xác định vị trí các đường đồng mức 22, 23, 24m giữa hai điểm a, b. Để tìm vị trí các đường đồng mức ta dựa vào nguyên tắc: Độ chênh cao tỉ lệ với độ dài. Hình 7.4 Trên Hình 7.4 hai điểm a, b trên bản vẽ ứng với A, B ngoài mặt đất. Giả sử các điểm P, O, M là vị trí của các đường đồng mức 22, 23, 24, từ đó ta có các độ chênh cao: Và: BC = Dh = 24,6 – 21,2 = 3,4m Vì hai tam giác APQ và MBN đồng dạng với tam giác ABC nên: Để tìm vị trí các đường đồng mức ta làm như sau: trên đường nối hai điểm địa vật a, b, từ a ta đặt một đoạn x1 = 4,2cm được vị trí đường đồng mức 22,0, từ b đặt ngược lại một đoạn x2 = 3,2 cm ta được vị trí đường đồng mức 24,0. Lấy điểm giữa vị trí hai đường đồng mức 22,0 và 24,0 ta được vị trí đường đồng mức 23,0. - Phương pháp ước lượng Khi đã có kinh nghiệm, người lên bản vẽ thường xác định vị trí các đường đồng mức theo phương pháp ước lượng. Phương pháp này cũng dựa theo nguyên tắc “độ chênh cao tỉ lệ với độ dài”. Trong ví dụ ở phương pháp giải tích ta có: giữa hai điểm a, b là 3,4 m, giữa điểm a và đường đồng mức 22,0 là 0,8, giữa hai đường đồng mức 22,0 và 23,0 và 24,0 là 1,0m, giữa đường đồng mức 24,0 với điểm b là 0,6m. Hình 7.5 Để xác định các đường đồng mức ta chia khoảng cách giữa hai điểm a,b ra thành 34 phần (một phần ứng với độ chênh cao 0,1m), từ đó ta xác định vị trí các đường đồng mức theo các phần giữa các điểm. - Phương pháp đường kẻ tia Ví dụ trên bản vẽ có hai điểm mia ab, có cao độ Ha = 69,2m, Hb = 61,0m, khoảng cao đều giữa các đường đồng mức là 2m. Để xác định vị trí các đường đồng mức bằng phương pháp kẻ tia, ta phải chuẩn bị trước đồ thị hình kẻ tia trên giấy can hay phim trong Hình 11.6 Đặt đồ thị kẻ tia lên đường ab xoay sao cho đường MN song song với ab và điểm a, điểm b nằm trên tia có độ cao 69,2 m và 61,0m. Các giao điểm giữa các tia và đường ab chính là vị trí các đường đồng mức 62, 64, 66, 68 cần tìm. - Phương pháp đường song song Hình 7.6 Có thể xác định vị trí đường đồng mức giữa hai điểm mia a, b có độ cao Ha = 69,2 m, Hb = 61,0m và khoảng cao đầu h = 2m như ở ví dụ trên bằng phương pháp đường song song. Ta cũng chuẩn bị sẵn trên giấy can hoặc phim trong đồ thị các đường song song cách đều nhau như ở. Đặt đồ thị lên đường ab, xoay đồ thị sao cho điểm a và b nằm trên hai đường song song có độ cao bằng 69,2m và 61,0m. Giao điểm giữa các đường song song với đường ab chính là vị trí các đường đồng mức 62, 64, 66, 68 cần tìm. - Ghép biên bản đồ Khi đo vẽ bản đồ trên khu vực tương đối rộng ta phải chia nó thành nhiều khu vực nhỏ. Mỗi khu vực được vẽ lên một bản vẽ riêng có kích thước khoảng 0,5 x 0,5m gọi là mảnh bản đồ. Các mảnh phải khớp với nhau về địa hình lẫn địa vật nên phải tiến hành ghép biên. Để việc ghép biên được chính xác ta cần đo rộng thêm ra ngoài khung bản đồ hoặc ngoài đường biên khu vực đo môt khoảng rộng ít nhất là 2cm trên bản đồ. - Kiểm tra đánh giá chất lượng bản đồ địa hình Để kiểm tra chất lượng bản đồ đã thực hiện cần dựa vào tiêu chuẩn sau đây: * Sai số giới hạn vị trí điểm khống chế đo vẽ với điểm khống chế tọa độ cấp trên gần nhất không vượt quá 0,2mm ở vùng quang đãng và 0,3mm ở vùng rậm rạp tính theo tỉ lệ bản đồ. * Sai số giới hạn của các điểm khống chế độ cao đo vẽ so với mốc độ cao cấp trên gần nhát không lớn hơn 0,5mm trên bản đồ, đối với địa vật thứ yếu không quá 0,7mm. * Trong khu vực xây dựng sai số vị trí tương hỗ giữa các địa vật cố định, quan trọng không vượt quá 0,4mm. Sai số biểu diễn dáng đất không vượt quá ¼ khoảng cao đều ở vùng đồng bằng và 1/3 khoảng cao đều ở vùng núi. Căn cứ vào độ chênh lệch giữa số liệu đo kiểm tra với tiêu chuẩn cho phép để đánh giá chất lượng bản đồ. Số lượng điểm chênh lệch vượt quá giới hạn cho phép không quá 10% tổng số điểm kiểm tra. 7.4. ĐO VẼ MẶT CẮT ĐỊA HÌNH 7.4.1. Nội dung đo vẽ mặt cắt địa hình Để phục vụ cho công tác thiết kế và thi công các công trình có dạng tuyến như đường sắt, đường ôtô, kênh mương, ống dẫn dầu hoặc khí, đường dây điện cao thế..... phải tiến hành đo vẽ mặt cắt địa hình. Mặt cắt địa hình bao gồm mặt cắt dọc và mặt cắt ngang. Tài liệu mặt cắt địa hình phục vụ các công việc sau đây: - Chọn tuyến tối ưu cho công trình. - Thiết kế mặt cắt dọc, ngang của công trình. - Tính khối lượng đào đắp, nạo vét công trình. - Dùng trong công tác hoàn công nghiệm thu công trình Việc đo vẽ mặt cắt địa hình được tiến hành trong các trường hợp sau: - Khi cần có tài liệu để nghiên cứu, thiết kế các công trình có dạng kéo dài. Ví dụ như kênh đập đường - Khi cần có tài liệu về hiện trạng của công trình đã được xây dựng, để tiến hành tu sữa cải tạo nâng cấp. Nội dung cơ bản của công tác đo vẽ mặt cắt địa hình là “đo khoảng cách” và “đo cao độ” các điểm đặt trưng về địa hình. Mặt cắt dọc được bố trí theo tim của công trình và mặt cắt ngang được bố trí vuông góc với mặt cắt dọc. 7.4.2. Xác định tim công trình Xác định tim công trình tức là công tác cắm tuyến ra ngoài thực địa. Cụ thể là chúng ta bố trí các đoạn thẳng và đoạn cong liên tục trên mặt đất. Việc tính toán bố trí các đoạn công sẽ được trinh bài trong chương sau. Việc cấm tuyến công trình ra thực địa được tiến hành bằng cách đo và cấm các cọc “km”, cọc “100m”, cọc phụ trên suốt chiều dài tuyến. Đầu tiên ta đóng cọc C0-0 đầu tuyến công trình, sau đó dọc theo tuyến dùng thước thép hoặc các dụng cụ đo dài khác đo các khoảng cách 100m và đóng các cọc chính (hay còn gọi cọc 100m) ký hiệu C0-1, C0-2,.C0-9, C1-0, C1-1,Ví dụ cọc C0-2 nghĩa là 0km+200m. Giữa các cọc 100m nếu địa hình thay đổi đột ngột hoặc cắt qua các công trình như đường giao thông, sông thì phải đóng các cọc phụ rồi đo khoảng cách từ cọc chính đến cọc phụ này, ký hiệu của cọc phụ được lấy theo ký hiệu của cọc 100m cộng với khoảng cách giữa cọc chính và cọc phụ. Ví dụ cọc phụ C0-2+21.2m và C0-2+65.8m (Hình 7.7). C0-2 C0-3 C0-2+21.2 Hình 7.7 C0-2+65.8 7.4.3. Đo và vẽ mặt cắt dọc 7.4.3.1. Lập lưới khống chế độ cao dọc tuyến I II III IV V Hình 7.8 Để xác định độ cao các cọc chính và phụ trên tuyến công trình trước khi đo mặt cắt dọc cân phải bố trí lưới khống chế độ cao dọc tuyến. Lưới khống chế độ cao này xuất phát từ các điểm độ cao nhà nước hay khu vực ta xây dựng lưới thủy chuẩn hạng IV. Sau khi tuyến hành bình sai, độ cao các mốc thủy chuẩn hạng IV sẽ được dùng làm cơ sở tính toán độ cao các cọc chính và cọc phụ tuyến công trình. 7.4.3.2. Đo và tính độ cao cọc Độ cao cọc chính và cọc phụ được xác định bằng thủy chuẩn kỹ thuật được xuất phát từ các mốc thủy chuẩn hạng IV. Tại một trạm đo có thể chuyển độ cao lên nhiều cọc trên tuyến. Ở Hình 7.9 và 7.10 là một ví dụ: tại trạm đo 1 có thể đọc được 3 mia trên I, C0-0, C0-1, tại trạm đo 2 đọc 3 mia dựng trên C0-1, C0-2, C0-2+40. Kết quả tính toán trình bày trong bảng 7.4. Cách tính độ cao cọc: Độ cao tia ngắm = Độ cao mốc + Số đọc mia dừng trên mốc. C0-4+25 I C0-0 C0-1 C0-2 C0-2+40 C0-3 C0-4 1 2 3 Hình 7.9 Độ cao cọc = Độ cao tia ngắm – Số đọc mia tại cọc 2,806 C0-0 C0-1 C0-2 C0-2+40 C0-3 C0-4 C0-4+25 1846 1912 0977 1625 1453 1611 2044 2020 2108 1980 HCo-o ±0,000 I Hình 7.10 Bảng 7.4 Trạm máy Tên cọc Số đọc mia(m) Độ cao tia ngắm(m) Độ cao cọc (m) Sau Trước 1 I C0-0 C0-1 1,846 1912 0,977 4,652 2,806 2,740 3,675 3 C0-1 C0-2 C0-2+40 1,625 1,453 1,611 5,300 3,675 3,847 3,689 3 C0-2+40 C0-3 C0-4 C0-4+25 2,040 2,020 2,108 1,980 5,733 3,689 3,713 3,625 3,753 Khi chuyền cao độ đi qua gần một mốc khống chế độ cao đã bố trí hình 7.8, phải đo nối vào để kiểm tra sai số khép fh của đoạn vừa đo, so sánh với sai số khép giới hạn fhgh = ±50(mm). Nếu đoạn đo có sai số khép lớn hơn sai số khép giới hạn thì phải tiến hành đo lại, nếu đạt yêu cầu thì tính ngay độ cao các cọc chính và cọc phụ mà không cần bình sai mà chỉ cần phân điều sai số khép cho các trạm máy. 7.4.3.3. Vẽ mặt cắt dọc Mặt cắt dọc có thể vẽ bằng bút chì trên giấy kẻ ô ly hoặc trên máy tính theo chương trình vẽ mặt cắt chuyên dụng. Sau đây trình bày cách vẽ mặt cắt dọc trên giấy. Trên bản vẽ: Trục hoành hiển thị khoảng cách giữa các cọc, thường có tỷ lệ từ 1/500 đến 1/5.000. Trục tung biểu thị độ cao, thường chọn tỷ lệ lớn hơn từ 10 đến 50 lần tỷ lệ trục hoành để biểu thi rõ ràng hơn độ gồ ghề của mặt đất. Độ cao mặt đất Khoảng cách ngang K/c ngang cộng dồn Tên cọc C0-0 C0-2 C0-4 C0-1 C0-3 C0-2+40 C0-4+25 100 100 40 60 100 25 0 100 200 240 300 400 425 2740 3675 3847 3689 3713 3625 3753 +1.000 +2.000 +3.000 +4.000 MSS ±0.000 MẶT CẮT DỌC TUYẾN C0-0 – C0-4+25 Chiều dài tuyến 0km+425 Tỷ lê (H, d): 1/50; 1/2000 Hình 7.11 Giải thích cách vẽ mặt cắt dọc: Hàng trên cùng: MSS là viết tắt từ “mặt so sánh” biểu thị giá trị độ cao của điểm gốc trục độ cao. Phải chọn MSS sau cho mặt cắt dọc nằm gọn trong tờ giấy vẽ. Hàng thứ nhất: ghi độ cao của cọc chính và cọc phụ. Hàng thứ hai: ghi khoảng cách ngang giữa các cọc. Hàng thứ ba: mỗi giá trị ghi tại cọc là khoảng cách cộng dồn tính từ cọc C0-0. Hàng cuối: ghi tên cọc chính và phụ trên tuyến. Các công trình dạng tuyến thường có chiều dài khá lớn, tức bản vẽ mặt cắt dọc phải nối giấy mới vẽ hết. Người ta thường gấp bản vẽ theo kích thước 30x20cm để tiện sử dụng. 7.4.4. Đo và vẽ mặt cắt ngang 7.4.4.1. Hướng của mặt cắt ngang Mặt cắt ngang nằm trên hướng vuông góc với tim của công trình. Nếu tim công trình có dạng đường cong thì hướng cắt ngang vuông góc với phương tiếp tuyến tại điểm đó. Hướng mặt cắt ngang Hình 7.12 7.4.4.2. Đo mặt cắt ngang Quy ước về tên gọi trái phải của mặt cắt ngang: Theo quy phạm đo vẽ mặt cắt địa hình thì bên trái và bên phải cảu mặt cắt ngang được tính tương ứng là bên tay trái và bên tay phải của người quan sát đi dọc đường tim theo hướng của công trình. Nội dung đo vẽ mặt cắt ngang là xác định cao độ và khoảng cách giữa các điểm chi tiết mặt cắt, tức các điểm đặt trưng về địa hình, địa vật trên mặt đất. Điểm đặt trưng về địa hình là những điểm mà tại đó độ dốc theo hướng mặt cắt thay đổi, còn điểm đặt trưng địa vật là các điểm của địa vật mà mặt cắt đi qua, ví dụ: mép đường nhựa, tim đường, mép nhà Sau đây trình bày hai phương pháp vẽ mặt cắt ngang: phương pháp dùng máy thủy bình, phương pháp dùng máy kinh vĩ. a) Phương pháp dùng máy thủy bình Phương pháp này dùng máy thủy bình kết hợp với thước thép để đo mặt cắt ngang. 3 C0-0 C0-1 C0-2 3 2 1 1 2 (2210) (1623) (1851) (1700) (1948) (1713) (2031) Hình 7.13 Trái Phải Chọn vị trí đặt máy thủy bình sau cho có thể ngắm hết các mia dựng tại các điểm chi tiết trên mặt cắt. Vị trí đặt máy có thể chọn ngay trên mặt cắt hoặc ngoài mặt cắt sau cho có thể đo được nhiều mặt cắt. Sau khi cân bằng máy, lần lượt đọc mia dựng trên các cọc chính (là số đọc sau vì cọc chính đã biết độ cao), và các mia dựng trên điểm chi tiết (số đọc trước). Khoảng cách giữa các điểm chi tiết được đo bằng thước thép hoặc bằng mia do người đi mia thực hiện. Từ độ cao cọc chính đã biết và các số đọc trên mia ta tính ra độ cao các điểm chi tiết trên mặt cắt (Bảng 7.5). Dùng khoảng cách và độ cao tính được vẽ mặt cắt ngang lên giấy. Do tia ngắm của máy thủy bình nằm ngang nên tầm ngắm bị hạn chế khi địa hình có độ dốc lớn, có nhiều địa vật che chắn. Vì vậy phương pháp này chỉ dùng khi đo vùng đất tương đối bằng phẳng, có độ dốc nhỏ. Bảng 7.5 Điểm Khoảng cách (m) Số đọc mia (mm) Cao độ tia ngắm hay CĐĐN Độ cao mặt đât (mm) Trái Phải Mia sau Mia trước Trái Phải Trái Phải C0-1 1 2 3 2 2,5 2 2 2 1,5 1700 1851 1623 2210 1948 1713 2031 5375 3675 3524 3752 3165 3675 3427 3662 3344 b) Phương pháp dùng máy kinh vĩ Khi chiều rộng mặt cắt khá lớn địa hình hai bên mặt cắt thay đổi phức tạp, người ta dùng máy kinh vĩ để đo mặt cắt ngang. Công việc được tiến hành như sau: Giả sử cần đo mặt cắt ngang tại cọc C0-1 (Hình 7.14), ta đặt máy tại vị trí cọc rồi tiến hành dọi điểm, cân máy, đo chiều cao máy i, đưa bàn độ ngang về 0000’00” và ngắm về cọc chính trước đó cọc C0-0. Quay máy đi 900 theo chiều kim đồng hồ, lúc đó hướng ngằm sẽ là hướng trái của mặt cắt, lần lược ngắm các điểm chi tiết 1, 2, 3 tại mỗi cần đọc số đọc trên - giữa - dưới và số đọc trên bàn độ đứng. Sau đó quay máy cho tới khi số đọc trên bàn độ ngang bằng 2700, lúc đó hướng ngắm bên phải của mặt cắt, tiến hành đo tương tự các điểm 1, 2, 3. Độ các điểm được tính theo phương pháp đo cao lượng giác, còn khoảng cách từ máy đến mia được xác định bằng phương pháp dây thị cự từ số đọc mia dây trên và dây dưới. Đo mặt ngang bằng máy kinh vĩ có nhiều thuận lợi như việc định hướng mặt cắt ngang ngay khi đo, không bị hạn chế về địa hình, về độ rộng mặt cắt, tốc độ đo nhanh, tính toán đơn giản. 3 C0-0 C0-1 C0-2 3 2 1 1 2 Hình 7.14 Trái Phải 900 2700 7.4.4.3. Vẽ mặt cắt ngang Độ cao mặt đất Khoảng cách ngang 3165 3524 3675 3662 3344 +1.000 +2.000 +3.000 +4.000 MSS ±0.000 C0-1 0km+100m Tỷ lê (H, d): 1/100; 1/100 3752 2 2,5 3427 2 2 2 1,5 C0-1 Hình 7.15 Dựa vào kết quả đo độ cao và khoảng cách giữa các điểm chi tiết, tiến hành vẽ mặt cắt ngang lên giấy. Tỷ lệ trục độ cao và khoảng cách được chọn bằng nhau. Mặt so sánh được chọn bằng với MSS của mặt cắt dọc. CHƯƠNG 8 BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH 8.1. KHÁI NIỆM CHUNG 8.1.1. Định nghĩa Bố trí công trình là công tác trắc địa nhằm xác định vị trí mặt bằng, độ cao của các điểm đặc trưng của công trình, độ thẳng đứng của các kết cấu, mặt phẳng xây dựng công trình ra ngoài thực địa. Công tác bố trí công trình nhằm mục đích đảm bảo cho các hạng mục công trình hoặc các kết cấu riêng biệt được xây dựng đúng theo vị trí thiết kế. Tuỳ theo điều kiện cụ thể về lưới khống chế phục vụ bố trí và trang thiết bị có thể sử dụng phương pháp toạ độ vuông góc, phương pháp toạ độ cực, phương pháp đường chuyền toàn đạc, phương pháp giao hội hoặc phương pháp tam giác khép kín để thực hiện việc bố trí công trình. Bố trí các công trình được xem là quá trình thực hiện ngược lại với công tác đo vẽ bản đồ. Nếu công tác đo vẽ dựa vào kết quả đo ngoài thực địa để lập bản đồ thì công tác bố trí dựa vào số liệu trắc địa tính toán từ bản vẽ thiết kế định vị công trình ra ngoài thực địa. 8.1.2. Cơ sở hình học và các tài liệu cơ bản dùng để bố trí công trình 13.1.2.1. Cơ sở hình học Hình 8.1 Cơ sở hình học để chuyển bản thiết kế ra thực địa là các trục thi công bao gồm trục chính, trục cơ bản, các trục dọc và trục ngang của công trình. + Trục chính của các công trình cầu, đường, đường hầm, kênh mương, ống dẫn, cống thoát nước v.v là trục dọc của chúng. Trục chính của nhà ở hoặc nhà xưởng là trục đối xứng (trục 4-4). Các trục chính được đo nối với các điểm trắc địa. + Trục cơ bản là trục xác định hình dạng và kích thước của công trình (trục 1-1, 7-7, A-A, D-D). + Trục chi tiết gồm trục dọc và trục ngang. Trục dọc nằm theo chiều dọc của công trình (A-A, B-B, C-C).Trục ngang của công trình là các trục nằm theo chiều ngang của công trình (1-1, 2-2, 3-3). Các trục này được sử dụng để bố trí tất cả các bộ phận, các chi tiết công trình và các cấu kiện (hố móng, móng, các bộ phận lắp đặt và các cấu kiện .v.v..). + Điểm dóng là những điểm nằm trên phạm vi các trục nhưng thường là các điểm nằm ngoài phạm vi công trình, chúng dùng để cố định các trục trên mặt đất. Cốt 0 là độ cao gốc của công trình (đây là độ cao giả định), thường được chọn là mặt nền tầng trệt hoàn thiện. 8.1.2.2. Các tài liệu cơ bản Các tài liệu cơ bản dùng cho công tác bố trí công trình bao gồm: - Bản vẽ tổng mặt bằng công trình - Bản vẽ bố trí các trục chính hoặc trục cơ bản, trên đó có ghi kích thước của công trình, toạ độ giao điểm các trục, độ cao mặt nền, tên các mốc trắc địa, toạ độ và cao độ các mốc này. - Bản vẽ móng công trình bao gồm các trục móng, kích thước và chiều sâu móng. - Bản vẽ mặt cắt công trình có ghi kích thước và độ cao các bộ phận. - Sơ đồ lưới khống chế toạ độ và độ cao thi công trên khu vực xây dựng, sơ đồ mốc, bảng kê toạ độ và độ cao các điểm. Độ cao trong bản vẽ thiết kế công trình là độ cao quy ước (giả định), được tính từ một mặt quy ước nào đó và kí hiệu: lên trên với dấu cộng (+), xuống dưới là dấu trừ (-). 8.1.3. Các giai đoạn bố trí công trình Giống như lập lưới khống chế toạ độ và cao độ, công tác bố trí công trình cũng chia thành nhiều giai đoạn theo nguyên tắc “từ tổng thể đến cục bộ” nhưng độ chính xác của giai đoạn sau cao hơn giai đoạn trước. Giai đoạn 1: bố trí cơ bản Từ các điểm trắc địa có ở hiện trường, theo các số liệu bố trí được tính từ toạ độ các điểm trắc địa toạ độ các điểm thiết kế, bố trí và trôn mốc các trục chính hoặc các trục cơ bản. Bố trí cơ bản nhằm xác định vị trí công trình tương ứng với các địa vật xung quanh. Giai đoạn này được tiến hành chính xác từ 3 đến 5cm. Giai đoạn 2: bố trí chi tiết công trình Từ các điểm của trục chính hoặc trục cơ bản bố trí các trục chi tiết (trục dọc, trục ngang) của các khối, các phần riêng biệt của công trình. Giai đoạn nay xác định vị trí tương hỗ giữa các yếu tố của công trình vơí độ chính xác 2-3mm (cao hơn giai đoạn 1). Ngoài ra còn bố trí các điểm và mặt bằng theo độ cao thiết kế. Giai đoạn 3: bố trí các trục công nghệ của các cấu kiện và thiết bị Khi xây dựng các móng, người ta bố trí và chôn mốc các trục công nghệ để lắp đặt vào vị trí thiết kế các cấu kiện và thiết bị công nghệ. Độ chính xác trong giai đoạn này đòi hỏi cao hơn giai đoạn 2: 0,1-1,0mm. 8.2. ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÔNG TÁC BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH Hình 8.2 + Độ chính xác của công tác bố trí công trình phụ thuộc vào kích và chiều cao của công trình, vật liệu xây dựng, kết cấu công trình, tính chất, công dụng của công trình, trình tự và phưong pháp thi công, được qui định trong TCXDVN 309-2004 (Tiêu chuẩn Việt Nam: Công tác trắc địa trong xây dựng công trình – yêu cầu chung). Trong đó sai số cho phép nhìn chung là: bố trí góc từ 10-30”, bố trí đoạn thẳng từ 1:5000-1:2000 và bố trí độ cao từ 1-5mm còn tuỳ thuộc vào cấp độ công trình. + Trường hợp thi công theo thiết kế đặc biệt, các sai số chưa có trong tiêu chuẩn thi công hiện hành thì độ chính xác của công tác bố trí có thể căn cứ hạn sai xây dựng (dung sai) để ước tính. Hạn sai xây dựng D là sai lệch giới hạn kích thước công trình sau khi xây dựng so với kích thước thiết kế. Hạn sai xây dựng là hạn sai đối xứng được xác định bằng hiệu số giữa trị lớn nhất và trị nhỏ nhất của mỗi thông số. Để ước tính độ chính xác thường sử dụng hiệu số d giữa trị max hoặc trị min so với trị thiết kế được gọi là độ lệch giới hạn và có giá trị d=D/2 (Hình 8.2). + Sai số vị trí điểm m của công trình đã bố trí ngoài thực địa so với thiết kế phụ thuộc vào hai nguồn sai số chính: - Sai số trung phương tổng hợp các công tác trắc địa phục vụ bố trí công trình (mtđ) - Sai số trung phương tổng hợp các công tác thi công xây dựng (mxd) m2 = m2tđ + m2xd (8.1) + Khi thi công bằng phương pháp thi công đúc bê tông tại chổ, độ chính xác công tác trắc địa bố trí công trình đòi hỏi không cao (bằng khoảng 0,5 so với phương pháp lắp ghép các cấu kiện bê tông đúc sẵn). Để ước tính độ chính xác của công tác bố trí ta sử dụng nguyên tắc đồng ảnh hưởng tức là “sai số trắc địa” bằng “sai số xây dựng”: mtđ = mxd (8.2) Thay (8.2) vào (8.1) ta được: mtđ = (8.3) Nếu coi độ lệch giới hạn d là sai số giới hạn và bằng ba lần sai số trung phương m, suy ra: m = (8.4) từ đó: mtđ = (8.5) + Để tính sai số trung phương bố trí góc mgóc, bố trí đoạn thẳng mđt và bố trí độ cao mcao ta cũng sử dụng nguyên tắc đồng ảnh hưởng. Vì sai số trắc địa là sai số hổn hợp của 3 nguồn sai số nói trên nên ta có: m2tđ = m2góc + m2đt + m2cao (8.6) và sai số trung phương của thành phần: mgóc = mđt = mcao = (8.7) 8.3. BỐ TRÍ CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN Góc, độ dài, độ cao và độ dốc thiết kế là các yếu tố cơ bản trong bố trí công trình. 8.3.1. Bố trí góc thiết kế Trên thực địa có hai mốc A và B, từ B dựa vào hướng BA cần bố trí góc b thiết kế, tức là phải dựng hướng AC sao cho góc ABC = b. Hình 8.3 Công tác bố trí được tiến hành như sau: Đặt máy kinh vĩ tại B, ngắm chuẩn về A, để số đọc trên bàn độ ngang bằng “0”, quay ống kính đến khi có số đọ bằng góc b thiết kế, đánh dấu bằng cách đóng cọc, được diểm C1. Để tránh ảnh hưởng đến sai số trục ngắm, đảo kính và thao tác tương tự ta được điểm C2. Xác định điểm C’ nằm giữa C1 và C2. Góc ABC’ chính là góc cần bố trí. Các dụng cụ trắc địa trong đó có máy kinh vĩ được sản xuất ra hàng loạt với độ chính xác tính toán từ trước dùng để đo chứ không để bố trí. Độ chính xác bố trí góc bằng máy kinh vĩ do vậy sẽ thấp hơn độ chính xác đo góc, vì vậy để bố trí góc chính xác hơn ta có cách làm như sau: Đo góc ABC’ = b’ đã bố trí với số lần đo tính gần đúng theo công thức: (3.8) Trong đó: m’b - sai số trung phương đo góc 1 lần theo lý lịch máy mb - sai số trung phương yêu cầu bố trí góc Ví dụ: để bố trí góc với sai số trung phương 2” bằng máy kinh vĩ 3T5K có mb=5” phải đo góc với số lần đo: n = 52/22 = 6 Góc b’ đo được khác với góc thiết kế ABC = b một đại lượng: Db = b’ - b (8.9) Để được điểm C tạo với A, B thành góc ABC có giá trị bằng góc b thiết kế, tại C’ theo hướng vuông góc với C’B đặt 1 đoạn: CC’ = (8.10) Trong đó: l- là độ dài đoạn BC’, Db và r tính theo đơn vị giây Nếu Db mang dấu (-) có ý nghĩa là b’< b ta phải đặt một đoạn Dl nằm bên phải hướng AC’ và ngược lại. Nếu cần thiết ta đo góc ABC để kiểm tra. Độ chính xác đặt đoạn Dl được tính theo công thức: (8.11) Ví dụ: với l = 200m, Db = 60”, mDb = 2” thì: mm mm Với độ chính xác yêu cầu mDl =1,94mm ta sử dụng thước thép hoặc thép kẻ ly để đặt đoạn Dl. Độ chính xác bố trí góc bằng phụ thuộc vào sai số do người đo, do máy và sai số điều kiện ngoại cảnh. Sai số cố định tâm máy và định tâm tiêu ngắm, sai số số liệu góc (sai số vị trí điểm A, B) không ảnh hưởng đến độ chính xác bố trí góc nhưng là chuyển dịch hướng BC và vị trí điểm C. 8.3.2. Bố trí đoạn thẳng thiết kế Để bố trí đoạn thẳng AB=Stk thiết kế, ta phải có ngoài thực địa điểm A và hướng Ax. Tùy theo đoạn thẳng thiết kế dài hay ngắn, điều kiện định hình phẳng hay nghiêng và độ chính xác bố trí đòi hỏi độ chính xác cao hay thấp mà có phương pháp bố trí thích hợp. + Nếu trị số có trị số nhỏ hơn chiều dài của thước và độ chính xác yêu cầu bố trí không quá 1:2000 thì chỉ cần bố trí một lần nửa để kiểm tra. + Nếu độ dài đoạn thẳng cần bố trí lớn hơn độ dài của thước thì trước tiên phải định hướng thẳng theo hướng Ax, sau đó bố trí các điêm trung gian 1,2,3 cách nhau một đoạn bằng chiều dài thước và đoạn lẻ còn lại, được điểm B’. Do sai số khi bố trí nên đoạn thẳng AB’ đã bố trí có chiều dài bằng S’ khác với chiều dài thiết kế S một đoạn: DS = S’ – Stk (8.12) + Để có đoạn thẳng AB ngoài thực địa bằng đoạn Stk thiết kế phải chọn dụng cụ và phương pháp đo đoạn AB’=S’ đúng theo yêu cầu độ chính xác bố trí. Tính trị số DS theo (8.12). Từ điểm B’ đo về phía trước một đoạn bằng DS, nếu nó mang dấu (-) và đo về phía trước ngược lại mang dấu (+). Hình 8.4 A B’ B DS S Stk A B’ B DS S Stk 1 2 3 4 a) b) c) Ví dụ: Nếu yêu cầu bố trí đoạn AB với độ chính xác 1:2000, ta phải đo đoạn AB’ bằng “thước thép chính xác”. Cụ thể là phải dùng thước thép đã kiểm nghiệm để xác định chiều dài thước, căn thước bằng lực kế với độ căn 5-10kg, đo nhiệt độ thước (thông qua nhiệt độ khong khí), đo độ chênh cao giữa hai đầu thước bằng máy Thuỷ bình và tính các số hiệu chỉnh do chiều dài thước khác với chiều dài danh nghĩa, số hiệu chỉnh do sự khác biệt về nhiệt độ khi bố trí với khi kiểm nghiệm và số hiệu chỉnh do mặt bố trí bị nghiêng. + Lưu ý: tất cả các mặt phẳng lấy trong thiết kế đều tính ở mặt phẳng nằm ngang. Nếu ngoài thực địa mặt bố trí là mặt phẳng nghiêng thì phải đổi chiều dài ngang ra chiều dài nghiêng (Hình 8.4c) theo công thức: D = (8.13) Trong đó: S - chiều dài ngang lấy ở thiết kế h - độ chênh cao giữa hai đoạn thẳng cần bố trí xác định trực tiếp ngoài thực địa v – góc nghiêng mặt bố trí đo trực tiếp bằng máy kinh vĩ hoặc tính theo công thức tgv = h/S + Khi đoạn thẳng cần bố trí khá dài và đi qua vùng có địa hình phức tạp ta sử dụng máy đo dài điện quang. Đặt máy tại A, ngắm chuẩn về điểm x, trên hướng Ax dựng gương cách điểm A một đoạn gần bằng S thiết kế, nhấn nút đo dài trên máy, đọc khoảng cách S’ đo được trên màn hình. Tính DS theo (8.12). Nếu DS >5m thì dịch gương về phía điểm x, đo lại chiều dài.Nếu DS<5m ta dùng thước thép cuộn loại 5m xác định điểm B cần bố trí. Để kiểm tra, dời gương về điểm B, đo chiều dài đoạn AB bằng máy điện quang. Khi sử dụng máy đo dài điện tử hay máy toàn đạc thì việc bô trí độ dài rất đơn giản vì máy tự động cho khoảng cách nằm ngang. 8.3.3. Bố trí độ cao theo thiết kế Bố trí điểm đã biết độ cao thiết kế là một dạng công tác trắc địa cơ bản chuyển bản thiết kế qui hoạch độ cao ra thực địa; bố trí và kiểm tra cao độ khi đào kênh, đặt cống thoát nước; thi công các lớp nền đường và mặt đường, đào hố móng, đặt móng công trình; bố trí các cột và lắp đặt các cấu kiện, thiết bị; chuyển ra thực địa ranh giới hồ chứa nước Ví dụ ngoài thực địa đã có mốc thủy chuẩn R với độ cao Hmốc cho trước cần bố trí điểm P có cao độ thiết kế Htk đã biết vị trí mặt bằng. Để dạt độ chính xác cao thường sử dụng phương pháp đo cao hình học từ giữa. Đặt máy Thuỷ bình giữa R và P, sau khi cân bằng máy, đọc số trên mia dựng ở R được a. Tính “số đọc thiết kế” b trên mia đặt tại P theo công thức: (8.14) Hmốc ±0,000 Htk b a P R Hình 8.5 Người đứng máy điều khiển người dựng mia tại P nâng lên hoặc hạ xuống để được số đọc trên mia bằng b tính theo (8.14) thì dừng lại. Mặt dưới của mia có độ cao đúng bằng độ cao thiết kế được đánh dấu lên cọc hoặc lên tường bằng sơn hay đinh nhọn. 8.3.4. Bố trí đường thẳng và mặt phẳng theo độ dốc thiết kế 8.3.4.1 Bố trí độ dốc thiết kế theo tuyến Khi xây dựng đường ô tô, kênh mương, cống thoát nước phải bố trí độ dốc theo tuyến. Sau đây sử dụng hai phương pháp hay được sử dụng: a) Phương pháp đo cao hình học phía trước Hình 8.6 Giả sử điểm A có độ cao HA đã được bố trí ở thực địa, cần bố trí dọc theo hướng AB đường có độ dốc i0 cho trước. Đặt máy Thuỷ bình tại A, sau cho khi cân bằng máy, xác định chiều cao máy i tính từ đầu cọc. Trên tuyến AB đánh dấu các điểm 1, 2, 3, B có các độ dài ngang d1, d2, d3, d4 (Hình 8.6). Tính các “số đọc thiết kế”: b1 = i + i0d1; b2 = i + i0d2 (8.15) b3 = i + i0d3; b4 = i + i0d4 Lần lược đặt mia tại các điểm 1, 2, 3, 4, B. Tại mỗi điểm, theo sự điều khiển của người đứng máy, người dựng mia nâng mia lên hoặc hạ xuống từ từ đến khi được số đọc trên mia đúng bằng số đọc thiết kế b1, b2, b3, b4 thì dừng lại và đánh dấu cao độ thiết kế trên mỗi cọc dựa vào mặt dưới của mia. Đường nối các điểm A, 1, 2, 3, B có độ dốc i0 theo thiết kế. b) Phương pháp tia ngắm nghiêng Phương pháp tia ngắm nghiêng thực chất là phương pháp đo cao hình học phía trước tia ngắm nghiêng. + Đặt máy Thuỷ bình tại A sau cho đường nối hai ốc cân 1, 2 (Hình 8.7) song song với hướng AB. Sau khi cân bằng máy, đo chiều cao máy i, bố trí điểm B theo phương pháp ở trên. nói trên với số đọc thiết kế tính theo công thức: bB = i + i0SAB (8.16) + Để bố trí các điểm còn lại, ta xoay ốc cân 1 và 2 ngược chiều nhau cho đến khi số đọc trên mia dựng tại điểm B đã bố trí đúng bằng chiều cao máy i, lúc đó tia ngắm có độ dốc đúng bằng độ dốc i0 thiết kế. Tại mỗi điểm, theo sự điều khiển của người đứng máy, người dựng mia nâng mia lên hoặc hạ xuống từ từ cho đến khi có số đọc trên mia đúng bằng chiều cao máy i thì dừng lại và đánh dấu trên các cọc tương ứng. Hình 8.7 8.3.4.2. Bố trí mặt phẳng nghiêng Để phục vụ cho công tác san nền khu qui hoạch dân cư, khu công nghiệp và để xây dựng sân bay, khu thể thao, công viên cần phải bố trí mặt phẳng nghiêng để thoát nước. Để bố trí mặt phẳng nghiêng trên một khu đất, trước tiên dùng máy kinh vĩ và thước thép bố trí và đóng cọc theo ô vuông cạnh 10-20m. Tại các điểm này bố trí cao độ đã được tính trước cho từng điểm. Tập hợp tất cả các điểm bố trí theo độ cao cho ta hình ảnh của mặt phẳng nghiêng thiết kế. Thực chất của việc bố trí mặt phẳng nghiêng là bố trí độ dốc thiết kế theo nhiều tuyến theo một số hướng khác nhau nên hoàn toàn có thể sử dụng hai cách bố trí ở phần 8.3.4.1. a) Phương pháp đo cao hình học phía trước Biết độ cao HA của điểm A, khoảng cách giữa các điểm 10-20m, độ dốc ngang i1 và độ dốc dọc i2 của khu đất Trước tiên bằng phương pháp đo cao hình học phía trước bố trí độ dốc i1 các điểm 1, 2, 3, 4 trên các hướng AB và 1’, 2’, 3’, 4’ trên hướng CD, sau đó bằng cách tương tự bố trí các điểm trên hướng AC, 11’, 22’, 33’, BD theo độ dốc dọc i2 (Hình 8.8). Hình 8.8 Hình 8.9 b) Phương pháp tia ngắm nghiêng Trước tiên bằng phương pháp đo cao từ giữa, từ một hoặc hai mốc thủy chuẩn RP đã có ngoài thực địa, bố trí các điểm A, B, C, D theo độ cao thiết kế (nằm trên mặt nghiêng) tại các vị trí như đã thể hiện ở Hình 8.9. Sau đó đặt máy Thuỷ bình tại D sau cho đường nối hai ốc cân (1), (2) song song với hướng AB và đường vuơng góc đi qua ốc cân thứ (3) hướng DC. Sau khi cân bằng máy, đo chiều cao máy i, ngắm về mia đặt tịa A, vặn ngược chiều hai ốc cân (1), (2) cho đến khi được số đọc trên mia bằng trị số chiều cao máy i. Quay máy ngắm mia đặt tại B ta sẽ có số đọc dúng bằng i nếu các động tác thực hiện đều chính xác. Quay ống kính ngắm về mia đặt tại C, vặn ốc cân thứ (3) cho đến khi số đọc trên mia cũng bằng chiều cao máy i. Như vậy ta đã làm cho mặt phẳng quét của tia ngắm song song với mặt phẳng nghiêng thiết kế. Để bố trí tiếp, ta dụng mia tịa các điểm đã đóng cọc theo ô vuông 10x10m hoặc 20x20m. Tại mỗi điểm, người đứng máy điều khiển người dựng mia thay đổi chiều cao mia để có số đọc bằng chiều cao máy i rồi đánh dấu trên cọc. Bố trí mặt phẳng nghiêng bằng phương pháp tia ngắm nghiêng rất thuận lợi khi sử dụng máy Thuỷ bình phát trực tiếp trùm tia laser loại Wild LNA2L bằng mia thường hoặc mia có “bảng trượt” dò tia laser. 8.4. BỐ TRÍ MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH RA NGOÀI MẶT ĐẤT Trục của công trình hoặc chi tiết của công trình thường có dạng đường thẳng hoặc đường cong. Đường thẳng hoặc đường cong đều là tập hợp của nhiều điểm riêng lẻ. Do vậy, bố trí công trình về phương diện mặt bằng thực chất là bố trí điểm đã biết toạ độ. Tuỳ theo dạng công trình, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu mà sử dụng phương pháp này hay phương pháp khác. Để bố trí trục chính của công trình dân dụng công nghiệp sử dụng phương pháp toạ độ cực, toạ độ vuông góc. Để bố trí trục chính của công trình cầu, công trình thuỷ lợi sử dụng phương pháp giao hội góc thuận hoặc phương pháp tam giác. Để bố trí chi tiết công trình sử dụng phương pháp giao tuyến hoặc giao hội cạnh 8.4.1. Phương pháp toạ độ cực Hình 8.10 A(XA,YA) Công Trình SAP b P(XP,YP) B(XB,YB) Phương pháp toạ độ cực thường sử dụng để bố trí các điểm của trục chính hoặc trục cơ bản của công trình từ các điểm của đường chuyền đa giác hoặc đường chuyền kinh vĩ. Phương pháp này sử dụng ở mọi nơi có địa hình bằng phẳng, quang đãng và bán kính véc tơ ngắn hơn nhiều chiều dài thước thép. + Để bố trí điểm P có toạ độ thiết kế XP, YP ta phải có hai điểm đường chuyền A, B đã biết toạ độ XA, YA và XB, YB có trên bản thiết kế và có ngoài thực địa. + Trước tiên ta phải chuẩn bị số liệu bố trí tức là tính góc vị trí b và bán kính véc tơ SAP dựa vào toạ độ của các điểm A, B và P theo các công thức giải bài toán ngược sau đây: (8.17) (8.18) Khi hướng bắc kinh tuyến trục nằm ngoài góc b ( Hình 8.10): b =aAP - aAB (8.19) Khi hướng bắc kinh tuyến trục nằm trong góc b: b =aAP - aAB + 3600 (8.20) Bán kính véctơ SAP được tính theo công thức: SAP = (8.21) + Cách bố trí: đặt máy kinh vĩ tại A ngắm về B, bố trí góc b được hướng Ax. Trên hướng này bố trí đoạn thẳng có chiều dài bằng SAP được điểm P cần bố trí. + Độ chính xác bố trí điểm P chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác bố trí góc b và đoạn thẳng SAP, được tính theo công thức: mP = (8.22) trong đó: mS – sai số trung phương bố trí bán kính véc tơ S mb - sai số trung phương bố trí góc b; r”=206265” Nếu lấy S bằng chiều dài thước thép 50m và giả sử độ chính xác yêu cầu bố trí điểm P là mP = ±20 mm ta có thể tính sai số bố trí góc b và cạnh SAP như sau: mS = S Từ đó: mS = mm với: S = 50m, ta có: và: Chuyển đổi và thay thế trị số S=50m và r”=206265” vào ta được: Như vậy, để bố trí điểm P với độ chính xác mP=20mm ta phải sử dụng máy kinh vĩ kỹ thuật để bố trí góc b bằng một lần đo và bố trí đoạn SAP bằng thước thép chính xác. + Để bố trí điểm bằng phương pháp toạ độ cực ta có thể sử dụng máy toàn đạc điện tử. Sử dụng máy toàn đạc điện tử để bố trí điểm bằng phương pháp toạ độ cực có ưu điểm là không bố trí trước số liệu vị trí và khá thuận lợi khi cạnh bố trí có độ dài lớn đi qua địa hình phức tạp. Đặt máy toàn đạc điện tử tại A, ngắm chuẩn về gương có gắn bản ngắm hoặc bản ngắm gắn trên chân ba đặt tại B. Đặt số đọc bằng 0 trên bàn độ ngang, nhập toạ độ các điểm đứng máy A, điểm ngắm chuẩn B và điểm bố trí P trực tiếp bằng tay hoặc gọi ra từ bộ nhớ trong máy. Theo chương trình máy sẽ tính các số liệu bố trí b và SAP và hiện lên màn hình. Để bố trí góc b ta quay ống kính theo chiều kim đồng hồ từ hướng AB đến dần hướng AP, khi đó chênh lệch Db và “góc động” đang hiển thị trên màn hình sẽ giảm dần đến 0 cho đến khi ống kính ngắm đúng hướng AP. Tương tự, để bố trí đoạn SAP ta di chuyển vao “sào gương” trên hướng Ax vừa bố trí, trên màn hình chênh lệch DS giữa khoảng cách bố trí SAP với “khoảng cách động” sẽ giảm dần đến 0 khi “sào gương” dựng đúng điểm P cần bố trí. 8.4.2. Phương pháp toạ độ vuông góc Phương pháp toạ độ vuông gốc được sử dụng để bố trí các điểm của trục chính hay trục cơ bản trong trường hợp trên khu bố trí có lưới ô vuông xây dựng. Lưới ô vuông xây dựng (Hình 8.11a) là lưới khống chế tọa độ thi công mà các điểm được bố trí theo kiểu ô cờ có cạnh dài 200m, có các trục x, y song song tương ứng với trục dọc và trục ngang của hệ thống công trình. Hình 8.11 a) b) + Ví dụ: để bố trí điểm P có toạ độ thiết kế XP, YP ta tính được các yếu tố bố trí: (8.23) Trong đó: XA, YA – là toạ độ của điểm A (N8) của lưới ô vuông xây dựng có trên bản vẽ và có ngoài thực địa. + Cách bố trí: đặt máy kinh vĩ tại A ngắm chuẩn về B, điều khiển bố trí đoạn AP’ có độ dài bằng DYAP trên hướng AB, chuyển máy đến P’, ngắm chuẩn về A, bố trí góc vuông. Trên hướng mới bố trí đoạn thẳng có độ dài bằng DXAP, được điểm P cần bố trí. + Độ chính xác bố trí điểm bằng phương pháp toạ độ vuông góc chủ yêu phụ thuộc vào sai số bố trí đoạn thẳng mDX, mDY và sai số bố trí góc vuông mb được tính theo công thức: (8.24) + Nếu bố trí đoạn AP”=DXAP trước và đoạn P”P=DYAP sau thì sai số bố trí điểm P tính theo công thức: (8.25) Nhận xét: trong trường hợp cụ thể ở Hình 8.11b ta nên bố trí đoạn: AP’=DYAP trước, đoạn P’P=DXAP sau vì DX ngắn hơn DY nên ảnh hưởng của sai số bố trí góc vuông đến vị trí điểm P sẽ nhỏ hơn. Ví dụ: với yêu cầu mP=20mm và độ dài đoạn DX=50m, nếu bố trí đoạn thẳng DX với độ chính xác 1:5000 như ở phương pháp toạ độ cực thì: Khi đó độ chính xác bố trí góc vuông: Tương đương với độ chính xác bố trí góc trong phương pháp toạ độ cực. 8.4.3. Phương pháp giao hội góc thuận Phương pháp giao hội góc thuận thường được sử dụng để bố trí tâm trụ cầu, các điểm trục chính của công trình thủy lợi và các công trình nằm ở xa các điểm trắc địa cơ sở, không thuận lợi cho công tác đo dài trực tiếp bằng thước thép. + Tính yếu tố bố trí: để bố trí điểm P từ hai điểm trắc địa A, B ta phải giải bài toán ngược tính góc giao hội bA và bB từ toạ độ XA, YA; XB, YB và XP, YP theo các công thức: (8.26) Trong đó: ; lưu ý dấu của gia số toạ độ. ; Hình 8.12 + Cách bố trí: đặt máy kinh vĩ đồng thời tại hai điểm A và B. Máy đặt tại A ngắm chuẩn về B, bố trí góc bA. Máy đặt tại B ngắm chuẩn về A, bố trí góc 3600-bB. Hai hướng mới của hai góc bA và bB giao nhau tại P cần bố trí. Cách xác định điểm nay như sau: người cầm sào tiêu đi dọc theo hướng ngắm của máy A cho tới khi sào tiêu xuất hiện trên tuyến ngắm của máy tại B, đó là vị trí điểm P cần bố trí. + Độ chính xác bố trí điểm P bằng phương pháp giao hội góc thuận chủ yếu phụ thuộc vào sai số mb bố trí góc bA, bB và đồ hình giao hội (chiều dài cạnh giao hội S1, S2 và góc giao hội g). (8.27) Nếu: S1=S2=S và: g=900 thì: (8.28) Từ đó sai số bố trí góc bA, bB sẽ là: (8.29) Với:r”=206265 và yêu cầu độ chính xác bố trí điểm P: mP=20mm, sai số bố trí góc bA, bB phụ thuộc vào chiều dài cạnh giao hội S1, S2 tính theo (8.29). Bảng 8.1 S(m) 100 200 300 400 500-600 mb 28” 14” 9” 7” 5” 8.4.4. Phương pháp tam giác Để tăng cường độ chính xác bố trí điểm P, sau khi bố trí điểm P bằng phương pháp giao hội ta đo ba góc bA, bB, g với độ chính xác gấp đôi độ chính xác bố trí góc, tính sai số khép tam giác, phân phối đều cho ba góc. Giải tam giác ABP theo trị số ba góc đã hiệu chỉnh và cạnh đáy AB, tính được tạo độ điểm P. Đem so sánh với toạ độ thiết kế tìm các số hiệu chỉnh để đưa điểm P về vị trí chính xác. 8.4.5. Bố trí điểm bằng phương pháp giao hội cạnh Phương pháp giao hội được sử dụng để bố trí cơ bản hoặc bố trí chi tiết công trình với điều kiện địa hình bố trí phải bằng phẳng và chiều dài cạnh giao hội phải nhỏ hơn chiều dài của thước thép sử dụng khi bố trí. Ví dụ: để bố trí điểm P(XP, YY) từ hai điểm A(XA, YA), B(XB, YB) của cạnh đường chuyền ta phải tính chiều dài hai cạnh giao hội (Hình 8.13a) theo công thức: (8.29) Cách bố trí: Sử dụng đồng thời hai thước thép từ hai điểm A, B quay hai đoạn thẳng có chiều dài bằng SAB, SBP giao nhau tại điểm P cần bố trí. Cần lưu ý theo nguyên lý này sẽ có 2 điểm đối xứng nhau qua đường thẳng AB, vì vậy phải dựa vào tọa độ điểm M hoặc vị trí của nó trên bản vẽ để xác định vị trí đúng của điểm cần bố trí. Trên Hình 8.13b, từ hai điểm A, B của một trục cơ bản đã được bố trí, bằng phương pháp giao hội cạnh S1 và S2 ta bố trí tiếp hai điểm C và D. Tương tự trên Hình 8.13c, từ điểm 1, 2, 3, 4 của hai trục chính của công trình đã được bố trí, bằng phương pháp giao hội cạnh S1 và S2 ta bố trí tiếp các điểm A, B, C, D của các trục cơ bản. c) b) a) Hình 8.13 Hình 8.14 Trong một số trường hợp, để bố trí góc vuông ta có thể sử dụng phương pháp giao hội cạnh theo định lý Pythagore (Hình 8.14). Ví dụ tại điểm A đầu cạnh AB cần bố trí góc vuông. Trước tiên từ A theo hướng AB ta bố trí một đoạn dài 8m được điểm M, từ A và M ta tiến hành giao hội cạnh dài 6m và 10m được điểm N. Kéo dài hướng AN ta được góc CAB=900. Có thể bố trí góc vuông bằng tổ hợp chiều dài 3m, 4m, 5m hoặc 12m, 16m, 20m. 8.4.6. bố trí điểm bằng phương pháp giao tuyến Hình 8.15 a) b) Ở phương pháp này, điểm cần bố trí A1 (Hình 8.15a) và các điểm A1, A6, A12, C1, C6, C12, E1, E6, E12 (Hình 8.15b) được xác định bởi hai tuyến vuông góc giao nhau. Các tuyến này được thiết lập bởi đường nối giữa hai điểm định hướng đã được bố trí đối diện nhau bên ngoài khu vực thi công. Tuyến có thể là hướng ngắm của máy kinh vĩ (Hình 8.15a) khi yêu cầu độ chính xác cao, có thể là dây thép nối hai cây đinh đóng trên đầu cọc ngựa (gabarit) (Hình 8.15b). Giao tuyến bằng máy kinh vĩ (Hình 8.15a) được đánh dấu bằng 4 điểm 1, 2, 3, 4. Giao điểm của hai đoạn 1-2, 3-4 chính là điểm A1 cần bố trí. Giao tuyến xác định điểm E1 bằng hai dây thép chăng từ 4 cọc 1, 1, E, E được xác định bằng cách thả dọi xuông mặt đất (Hình 8.15b). Ưu điểm của phương pháp giao tuyến là có thể khôi phục lại các điểm đã bố trí bị che lấp hoặc bị phá hỏng trong quá trình thi công. 8.4.7. Phương pháp cạnh trên tuyến Ví dụ ở ngoài đất đã bố trí các mốc A1, A2, A3, A4, A5, D1, D2, D3, D4, D5, B1, C1, B5, C5 đánh dấu các trục dọc và trục ngang (Hình 8.16). Hình 8.16 Để bố trí tim các cột C2, C3, C4 ở bên trong thay vì sử dụng phương pháp giao các tuyến 2-2 với C-C, 3-3 với C-C, 4-4 với C-C như đã trình bày ở phần trên, ta có thể từ điểm C1 bố trí các cạnh S1-2, S1-3, S1-4 trên tuyến C-C, cách bố trí như vậy gọi là phương pháp cạnh trên tuyến. Bằng máy kinh vĩ ta kiểm tra xem các điểm C2, C3, C4 có nằm trên hướng 2-2, 3-3, 4-4 hay không. 8.5. BỐ TRÍ ĐIỂM Đà BIẾT ĐỘ CAO THIẾT KẾ 1 - Cột hoặc tường, 2 – Giá đở thước thép, 3 - Thước thép theo, 4 - Quả nặng trong xô dầu, 5 - Mốc độ cao gốc, 6 - Cọc gổ, 7 - Vị trí điểm P cần bố trí Hình8.17 a) b) Chuyền độ cao từ điểm có độ cao RP trên mặt đất lên tầng trên (Hình 8.17a) hoặc xuống đáy hố móng (Hình 8.17b) có thể thực hiện theo một trong hai bài toán: - Bố trí điểm đã biết độ cao - Xác định độ cao của điểm trên mặt bằng đã bố trí. Ví dụ khi chuyền độ cao từ điểm RP lên lầu 3 (Hình 8.17a) ta sử dụng đồng thời hai máy Thuỷ bình. Máy thứ nhất đặt giữa mia đựng trên mốc RP(5) và thước thép (3) treo trên giá đở (2). Đọc được số đọc a trên mia và n trên thước thép. Máy thứ hai đặt trên sàn lầu 3giữa thước thép treo và mia áp sát lên tường hoặc cột. Đọc số đọc m trên thước thép, tính “số đọc thiết kế” b theo công thức: b = ( HRP + a ) + l – HTK (8.30) Trong đó: l = n – m (8.31) Người đứng máy Thuỷ bình trên sàn điều khiển để người dựng mia áp sát tường (hoặc cột) đưa lên hoặc hạ xuống từ từ đến khi đựơc số đọc trên mia bằng b. Đánh dấu lên tường hoặc cột vị trí ngang bằng mặt dưới đáy mia. Khi xác định độ cao thực tế của mặt sàn ta đặt mia thứ hai lên mắt sàn rồi đọc số được b’. Cao độ thực tế của mặt sàn được tính theo công thức: HTT = ( HRP +a ) +l – b’ (8.32) Khi chuyền độ cao xuống đáy hố móng (Hình 8.17b) ta cũng tiến hành tương tự nhưng theo công thức: b = ( HRP + a ) – l - HTK (8.33) HTK = ( HRP + a ) – l – b’ (8.34) 8.6. BỐ TRÍ CÁC ĐIỂM CHÍNH CỦA ĐƯỜNG CONG TRÒN 8.6.1. Khái niệm chung Hình 8.18 O Khi xây dựng công trình có dạng tuyến như đường ô tô, đường xe lửa, kênh mương thường có yêu cầu bố trí đường cong tròn. Khi bố trí đường cong tròn phải bố trí nhiều điểm. Đầu tiên bố trí các điểm chính, sau đó bố trí các điểm chi tiết. Các điểm chính của đường cong tròn là điểm tiếp đầu Tđ, điểm giữa G và điểm tiếp cuối Tc (Hình 8.18). 8.6.2. Các yếu tố của đường cong tròn Để bố trí các điểm chính của đường cong tròn, cần biết các yếu tố của đường cong tròn và các công thức tính: 1. Đoạn tiếp cự T là khoảng cách từ điểm ngoặc Đ đến điểm đầu Tđ và điểm cuối Tc: (8.35) 2. Đoạn phân cự B là khoảng cách từ đỉnh ngoặc Đ đến điểm G, nằm trên đường phân giác của góc TcĐTđ = b: (8.36) 3. Chiều dài đường cong tròn K từ Tđ qua G đến Tc: (8.37) Trong các công thức trên: q - góc ngoặc được tính từ góc b đo ngoài thực địa theo công thức q = 1800 - b Trong đó: R – bán kính đường cong tròn được chọn tuỳ theo cấp đường thiết kế và điều kiện địa hình. Các yếu tố T, B, K có thể tìm trong các bảng tra theo hai biến cố q và R. 8.6.3. Cách bố trí Đặt máy tại đỉnh ngoặc Đ, ngắm chuẩn về cọc lý trình Ci nằm gần đỉnh Đ nhất, trên hướng này bố trí đoạn tiếp cự T được điểm Tđ. Lấy hướng ĐTđ làm hướng chuẩn bố trí một góc bằng b/2=(1800-q)/2, trên hướng ĐO mới nhận bố trí đoạn phân cự B được điểm giữa G. Bố trí tiếp góc bằng b/2 được hướng ĐX, trên hướng này bố trí đoạn thẳng bằng đoạn tiếp cự T được điểm cuối đường cong tròn Tc. 8.7. BỐ TRÍ CÁC ĐIỂM CHI TIẾT ĐƯỜNG CONG TRÒN 8.7.1. Khái niệm chung Dựa vào ba điểm chính chưa thể hình dung được đường cong tròn ở thực địa, do vậy phải bố trí thêm các điểm chi tiết. Khoảng cách K giữa các điểm chi tiết phụ thuộc vào bán kính đường cong tròn R: K=5m khi R<100m K=10m khi 100m<R<500m K=20m khi R>500m Tùy theo điều kiện địa hình, để bố trí các điểm chi tiết có thể sử dụng 1 trong 4 phương pháp sẽ được giới thiệu trong tiết này. Các điểm chi tiết đường cong tròn được bố trí theo trình tự từ điểm đầu Tđ hoặc điểm cuối Tc đến điểm giữa. Để đơn giản, trong nội dung các phương pháp chỉ trình bày cách bố trí từ điểm đầu đế điểm giữa. 8.7.2. Phương pháp toạ độ vuông góc Hình 8.19 8.7.2.1. Tính toán số liệu bố trí Phương pháp này lấy đoạn tiếp cự làm trục x, điểm đầu Tđ làm góc toạ độ, bán kính R đi qua điểm Tđ làm trục y (Hình 8.19). Toạ độ các điểm P1, P2, P3, Pi được tính theo công thức: (8.38) Trong đó: j - là góc ở tâm tương ứng với cung chắn có độ dài bằng khoảng cách giữa hai điểm chi tiết được tính theo công thức: (8.39) 8.7.2.2. Cách bố trí Đặt máy kinh vĩ tại Tđ ngắm chuẩn về đỉnh ngoặt Đ, trên hướng này bố trí các đoạn thẳng có độ dài bằng x1, x2, xi. Lần lược chuyển máy đến các điểm xi, mơ góc vuông với hướng TđĐ, tương ứng bố trí các đoạn y1, y2, yi, đóng cọc đánh dấu các điểm p1, p2, pi. + Các điểm chi tiết được bố trí độc lập nên không chịu ảnh hưởng của sai số tích luỹ tư điểm này đến điểm khác. + Phương pháp này thường sử dụng ở nơi bằng phẳng quang đãng thuận lợi cho việc bố trí các đoạn thẳng. Hình 8.20 8.7.3. Phương pháp toạ độ cực mở rộng Gọi là phương pháp toạ độ cực mở rộng vì chỉ sử dụng phương pháp toạ độ cực bố trí điểm P1 còn các điểm P2, P3, , Pi được bố trí bằng cách giao hướng với cạnh. Vì khoảng cách giữa các điểm chi tiết P1, P2, P3, , Pi bằng nhau và bằng k nên các góc ở tâm tương ứng đều bằng j tính theo (8.39). 8.7.3.1. Tính toán số liệu bố trí Để bố trí các điểm P1, P2, , Pi cần tính các góc cực j1, j2, , ji và “bán kính cực di động” là dây cung S = TđP1 = P1P2 = P2P3 = ... Trên đường tròn, góc tạo bởi tiếp tuyến và dây cung tại điểm đầu dây cung bằng nửa góc ở tâm chắn dây cung. Theo Hình 8.20 ta có các góc cực: (8.40) Bán kính cực: S = 2Rsin (8.41) 8.7.3.2. Cách bố trí Đặt máy kinh vĩ tại Tđ, lấy hướng TđĐ làm gốc, mở góc j/2. Trên hướng mới nhận, bố trí đoạn S được điểm P1. Mở tiếp một góc bằng j/2, đồng thời từ P1 bố trí một đoạn bằng S sau cho đầu kia của đoạn thước nằm trên hướng mới nhận, được P2. Tương tự, bố trí các góc ji, giao với đoạn S ta được các điểm Pi. + Trong phương pháp này điểm sau được bố trí từ điểm trước nên bị sai số tích luỹ. + Phương pháp này được sử dụng để bố trí chi tiết đường cong tròn ở vùng hẹp có tầm ngắm hạn chế. 8.7.4. Phương pháp dây cung kéo dài Hình 8.21 Điểm P1 trong phương pháp dây cung kéo dài được bố trí bằng phương pháp toạ độ vuông góc, các điểm còn lại được bố trí bằng phương pháp giao hội cạnh đáy nằm trên dây cung kéo dài (Hình 8.21). 8.7.4.1. Tính toán số liệu bố trí Đoạn S tính theo (8.41) Đoạn d được tính theo hai tam giác đồng dạng CP1P2 và P1OP2. (8.42) 8.7.4.2. Cách bố trí Đặt máy kinh vĩ tại Tđ, ngắm chuẩn về P1 đã bố trí bằng phương pháp toạ độ vuông góc. Trên hướng TđP1 kéo dài, từ P1 bố trí đoạn S được điểm C2. Từ P1 và C2 bằng phương pháp giao hội cạnh S và d ta bố trí được điểm P2. Bằng cách tương tự ta bố trí các điểm P3, P4, , Pi. + Phương pháp này có khả năng bố trí các điểm lượn theo đường cong nên áp dụng tốt ở vùng hẹp hoặc ở dưới đường hầm. + Vì điểm sau được bố trí dựa vào điểm trước nên sai số tích lũy. 8.7.5. Phương pháp giao hội góc thuận Khi địa hình không thuận lợi cho việc đo dài thì sử dụng phương pháp giao hội cạnh góc thuận. 8.7.5.1. Tính toán số liệu bố trí Để bố trí điểm P1 ta phải biết hai góc giao hội j1 và d1 (Hình 8.22). (8.43) (8.44) Để bố trí điểm bất kỳ Pi ta phải biết góc giao hội ji và di (8.45) Hình 8.22 O (8.46) 8.7.5.2. Cách bố trí Đặt đồng thời hai máy kinh vĩ tại Tđ và Tc. Máy thứ nhất ngắm chuẩn về Đ, bố trí góc ji , máy thứ hai ngắm chuẩn về Đ, bố trí góc di. Hai hướng giao nhau tại Pi cần bố trí. TÀI LIỆU THAM KHẢO ------------------ Trắc Địa Cơ Sở Tập 1 & 2. Nguyển Trọng San - Đào Quang Hiếu - Đinh Công Hòa. NXB Xây Dựng - Hà Nội năm 2002. Trắc địa đại cương. Hoàng Xuân Thành (chủ biên). NXB Xây dựng. Hà Nội 2005. Trắc địa đại cương. Phạm Văn Chuyên. NXB Xây dựng. Hà Nội 2003. Trắc địa đại cương. Nguyễn Tấn Lộc. NXB Đại Học Quốc Gia TP. HCM. TP. HCM 2002. Trắc địa. Phạm Văn Chuyên. NXB Xây dựng. Hà Nội 2006. Trắc địa đại cương. Vũ Thặng. NXB Khoa học Kỹ thuật. Hà Nội 2001. Trắc Địa Công Trình. Phan Văn Hiến (chủ biên). NXB Giao Thông Vận Tải - Hà Nội năm 2001. Trắc Địa Quy Họach Đường & Đô Thị. Vũ Thặng. NXB Xây Dựng - Hà Nội năm 2000. Hướng dẫn giải bài tập Trắc địa đại cương. Vũ Thặng. NXB Khoa học Kỹ thuật. Hà Nội 2000. Trắc địa xây dựng thực hành. Vũ Thặng. NXB Xây dựng. Hà Nội 2002 Sổ Tay Trắc Địa Công Trình. Phạm Văn Chuyên - Lê Văn Hưng - Phan Khang. NXB Khoa Học kỹ Thuật - Hà Nội năm 1996. TCXDVN 309:2004 “Công tác trắc địa trong xây dựng-yêu cầu chung” QCVN 04: 2009/BTNMT quy chuẫn kỹ thuật quốc gia về xây dựng lươi tọa độ. QCVN 11: 2008/BTNMT quy chuẫn kỹ thuật quốc gia về xây dựng lươi độ cao. MỤC LỤC ---------------------- LỜI GIỚI THIỆU.................................................................................................1 CHƯƠNG 0: TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................128 MỤC LỤC.........................................................................................................129