CHƯƠNG 4

CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH CẦU

Cầu là công trình có kết cấu phức tạp, được xâydựng trong điều kiện địa hình khó khăn, yêu cầu độchính xác xây dựng cao vì thế công tác trắc địa trongxây dựng cầu đóng vai trò rất quan trong.

Trong giai đoạn khảo sát thiết kế, công tác trắcđịa cung cấp bình đồ khu vực xây dựng cầu tỷ lệ lớn,xác định chính xác chiều dài cầu và đo nối xác định lýtrình vị trí xây dựng cầu, thành lập lưới độ cao tạikhu vực xây dựng cầu và cung cấp số liệu các mặt cắtsông cần thiết.

Trong giai đoạn xây dựng, công tác trắc địa cungcấp hệ thống lưới khống chế thi công và đảm bảo độchính xác về vị trí cũng như kích thước hình học côngtrình cầu.

Để đảm bảo được độ chính xác vị trí từ (1 ÷ 2)cmtrong xây dựng cầu thì công tác trắc địa từ giai đoạnkhảo sát đến giai đoạn thi công phải được tiến hànhmột cách chặt chẽ về mặt trình tự, quy trình thực hiệncũng như phương pháp thực hiện.4.1. CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG GIAI ĐOẠN KHẢO SÁT XÂY DỰNG CẦU

- Công trìnhcầu vượt sông đượctạo thành từ các bộphận cơ bản nhưdầm, mố, trụ haytháp v.v..

- Cơ sở để xácđịnh vị trí cầuvượt cũng như cácthông số cơ bản củacầu là các tài liệukhảo sát tổng hợpvề: địa hình, thủy

tháp

Trụ cầu

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 địavị trí xây dựng cầu vượt sông và đánh dấu vị trí đóngoài thực địa.

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

- Xác định chính xác chiều dài cầu vượt và đo nốicác mốc đánh dấu vị trí cầu với các cọc trên tuyến đểtính ra lý trình vị trí cầu.

- Thành lập lưới khống chế độ cao và chuyền độcao 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 vựcxây dựng cầu vượt sông và thành lập bản đồ địa chấtnơi xây cầu.

- Thăm dò chi tiết về địa chất trên toàn bộ khuvực xây dựng cầu vượt sông và thành lập mặt cắt dọcđịa chất nơi xây cầu.

- Thăm dò nơi khai thác nguyên vật liệu phục vụxây 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 vàtài liệu điều tra về bản đồ, địa chất , thủy văn vàkinh nghiệm trong xây dựng cầu để xác định các phươngán về vị trí xây dựng cầu và dạng của công trình.

+ Khảo sát chi tiết ngoại nghiệp nhằm làm rõ hơn cácphương 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 xâydựng cầu cần phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Hướng của tim cầu trùng với hướng của tuyếnđường đã định.

- Hướng của tim cầu cần phải vuông góc với hướngnước chảy, độ sai lệch từ (5 ÷10)0.

- Đoạn sông ở vị trí xây cầu phải thẳng và ở chỗhẹp nhất, tránh những vùng có nhánh sông, bãi bồi, đảonhỏ.

- Vị trí xây dựng cầu có điều kiện địa chất, thuỷvăn ổn định, ít thay đổi theo thời gian.

Tuy vậy, trong thực tế một số yêu cầu có thể chưađảm bảo được, ví dụ như hướng cầu và hướng tuyến khôngtrùng nhau, phải dùng các đường cong để nối tuyến vớicầu, hoặc là do điều kiện địa hình quá phức tạp để đảmbảo tính mỹ quan, có thể phải chọn vị trí cầu nằm trênđường cong.

Tuyến đường ở khu vực xây dựng cầu phải ở vị trítương đối cao của lưu vực sông để giảm khối lượng đàođắp khi xây dựng vùng tiếp giáp với cầu, đồng thờitránh có những chỗ ngoặt bất thường ở vùng ngập nước.Ngoài ra cần lưu ý sao cho ở vị trí chuyển tiếp từ lưuvực sông lên bờ sông, địa hình phải thoáng, mặt đấtdốc thoải, tạo điều kiện tốt để bố trí những đườngcong chuyển tiếp giữa cầu và tuyến đường với độ dốcquy định.

Sau khi chọn được vị trí xây dựng cầu vượt sông,cần phải đánh dấu đường tim cầu bằng cọc bê tông chắcchắn trên 2 bờ sông, sau đó theo hướng vuông góc vớitim cầu thành lập các mặt cắt ngang sông trong khoảng200m 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, cầntiến hành lập bình đồ khu vực để phục vụ cho công tácthiết kế cầu sau này. Bình đồ khu vực xây dựng cầuthường được thành lập theo tỷ lệ lớn

và

phải thỏa mãn các yêu cầu trong [3]. Phạm vi đo vẽđược quy định như sau:

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

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

Phương pháp thành lập và tính toán lưới khống chếđã được trình bày ở chươngVIII giáo trình Trắc địa đạicương, Lưới được đo nối với tọa độ các điểm lưới trêntuyến.

Lưới khống chế độ cao được thành lập bằng phươngpháp thủy chuẩn hình học kép và được đo nối với lướiđộ 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 hìnhđáy sông, cung cấp tài liệu cho việc lựa chọn vị tríxây dựng cầu và bố trí các công trình phụ trợ, thiếtbị xây dựng trên sông.1. Các dụng cụ đo sâu

+ Sào đo sâu: Sào đo làm bằng gỗ chiều dài thường5m, đường kính (5 ÷ 6)cm, đáy sào có đế thép vàthường là diểm “0”, trên sào có chia vạch đến dm vớicác màu sơn xen kẽ đỏ trắng hay đen trắng, độ chínhxác đạt khoảng ±5cm. Khi đo, người ta lao sào về phíatrước chiều dòng nước một ít, khi sào chạm đáy sôngthì 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 bằngthép hay dây thừng bện dài (20 ÷ 30)m, trên dây cóbuộc vải hay đánh dấu sơn đến dm. Khi đo, ném quả dọi

về phía trước chiều dòng nước một ít, khi quả dọi chạmđáy sông thì dây ở vị trí thẳng đứng. Khi đo sâu bằngquả dọi người ta phải hiệu chỉnh độ võng của dây.

+ Cá sắt: Nặng hàng chục kg dùng để đo chỗ rấtsâu khi không có máy hồi âm.

+ Máy hồi âm: Dựa vào thời gian sóng âm truyền đitừ máy phát tới đáy sông rồi trở về máy thu, thông quavận tốc truyền sóng âm dưới nước ta tính được độ sâu.

Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào độ mặn và nhiệtđộ của nước. Hiên tại có nhiều loại máy đo sâu hồi âmrất hiện đại, một tần hay hai tần (để đo thông thườnghoặc đo sâu vào lớp bùn), cảm biến nhiệt độ và tốc độđược gắng trong máy, tự ghi kết quả và kết nối đượcvới máy tính. Độ chính xác khi sử dụng máy đo sâu cóthể đạt tới ±0,1%. Máy đo sâu hiện đại được kết nốivới hệ thống định vị GPS.2. Mặt cắt ngang sông

- Theo hướng mặt cắt ngang cần đo đã xác địnhbằng các cọc đánh dấu 2 bên bờ, tiến hành đo mặt cắtngang cùng thời điểm đo sâu. Thông thường, dùng máytoàn đạc điện tử định hướng, đo cao độ mặt nước tạithời điểm đo sâu, và đo khoảng cách đến gương đặt tạivị trí đo sâu, từ đó tính ra cao độ đáy sông và vẽ mặtcắt ngang lòng sông.

Khoảng cách giữa các mặt cắt ngang và giữa cácđiểm đo phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ được ghi trong bảngsau.

Tỉ lệ bản đồKhoảng cách giữacác mặt cắt ngang

cho phép (m)

Khoảng cách giữacác điểm

đo cho phép (m)1:500 812 231:1000 1525 4161:2000 3050 5151:5000 80120 1525

- Các yếu tố biểu diễn trên mặt cắt ngang sông

+ Khoảng cách và số hiệu cọc trên mặt cắt ngangtăng 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 điểmkhởi 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 độdốc mặt nước và độ dốc đáy sông. Thường mặt cắt dọcsông được thành lập trong giai đoạn khảo sát để lựachọn vị trí xây dựng cầu và bố trí các bộ phận của cầucũng như thiết bị tổ chức thi công...Phạm vị đo từkhoảng 200m phía thượng lưu đến 100m phía hạ lưu.

Mặt cắt dọc sông có thể là mặt cắt giữa dòng haymặt 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 sôngTỷ lệ ngang Tỷ lệ đứng

Bản vẽ chi tiết mặtcắt dọc

1:25 000 1:50 ÷ 1:100

1:50 000 1:100 ÷ 1:200Bản vẽ sơ lược 1:30 000 1:500 ÷ 1:1000Ví dụ mặt cắt dọc sông:

- Mặt cắt dọcsông theo đườngsâu nhất.- Thành lậptheo tài liệuđo năm 2005- Độ cao tuyệtđối so với mựcnước biển.- Tỷ lệ đứng1:100- Tỷ lệ ngang1:25 000

4.2. CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG CẦU4.2.1 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 trênkhu vực xây dựng cầu trong giai đoạn thi công, là cơsở để chuyển các yếu tố hình học của công trình cầu đãthiết kế ra thực địa. Ngoài ra, lưới thi công còn làcơ sở để kiểm tra, kiểm định, đo hoàn công và đo biếndạng công trình cầu trong quá trình khai thác. Lướithi công cầu có một số đặc điểm sau:

- Các điểm lưới khống chế được sử dụng trong thờigian dài (nhiều năm), tần suất sử dụng cao, vì thế yêucầu hệ thống mốc có độ ổn định tốt, kết cấu mốc phảisử dụng định tâm bắt buộc để cho độ chính xác cao.

- Tất cả các bậc của lưới cần phải tính tọa độtrong một hệ tọa độ thống nhất được lựa chọn tronggiai đoạn khảo sát công trình.

- Sự thông hướng giữa điểm lưới và điểm bố tríthường bị thay đổi trong quá trình thi công, khi thiết

Mực nước cao nhất

Mực nước đo

Mực nước thấp nhất10

15

20

Bờ sông

Đáy sông

kế lưới phải chú ý để chọn mật độ và vị trí điểm lướicho phù hợp.

- Vị trí các hạng mục của công trình cầu được tínhtrong hệ tọa độ thi công (hệ tọa độ cục bộ) lấy trụcchính của công trình làm trục tọa độ (thường là trụctim cầu làm trục X) nên để việc tính toán bố trí đượcthuận lợi và dễ dàng kiểm tra, chọn 2 điểm trên trụccầu làm 2 điểm của lưới khống chế.

- Đồ hình của lưới khống chế thi công cầu đo bằngmáy kinh vĩ hoặc máy toàn đạc điện tử có dạng cơ bảnsau:

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 thicông cầu cần phải đảm bảo sao cho sai số trung phươngbố trí tâm mố trụ cầu và sai số trung phương bố trí độdài các nhịp không vượt quá (1,52) cm [3]. Vì vậy,sai số trung phương các điểm lưới khống chế thi côngmặt bằng cần phải nhỏ hơn độ chính xác bố trí tâm mốtrụ 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 tronglưới bằng phương pháp đo toàn vòng, số vòng đo phụ

5

6

Hình 4.3: Lưới khống chế thi công cầu

a/1

44

1b/2

3

2

3

thuộc vào độ chính xác yêu cầu của lưới và độ chínhxác của máy đo, đo chiều dài của 1 cạnh, hoặc 2 cạnhtrên 2 bờ sông với độ chính xác cao,ví dụ cạnh 1-2hoặc 3-4 (hình 4.3), sau đó sử dụng quan hệ hàm sintrong tam giác để tính chiều dài các cạnh còn lại.

Phương pháp lưới tam giác đo góc được thành lậptrong trường hợp không có máy toàn đạc điện tử. Khi ápdụng phương pháp này để thành lập lưới thi công cầu cónhững ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm: Có nhiều trị đo thừa nên có thể loại trừđược sai số thô và nâng cao độ chính xác các yếu tốđược xác định trong lưới, độ chính xác các yếu tốtương đối đồng đều, độ chính xác phương vị cạnh củalưới tam giác không phụ thuộc vào hình dạng của tamgiác, phù hợp với công nghệ đo đạc trước đây.

Nhược điểm: Lưới thi công cầu được xây dựng trênkhu vực có điều kiện địa hình phức tạp, vì vậy sẽ tạonên những vùng tiểu khí hậu, trường chiết quang cục bộsẽ ảnh hưởng tới tia ngắm. Ngoài ra kết cấu đồ hìnhvẫn phải đảm bảo hình dạng cho phép của các tam giácvì thế việc chọn điểm tương đối khó khăn, tốn nhiềuthời gian.b. Phương pháp đo cạnh

Lưới tam giác đo cạnh là mạng lưới được đo tất cảcác cạnh đối hướng bằng máy toàn đạc điện tử, các gócđược tính ra từ các cạnh. Trước đây, việc đo cạnh khókhăn, nên lưới tam giác đo cạnh chỉ phát triển về mặtlý thuyết, từ khi có máy toàn đạc điện tử, lưới tamgiác đo cạnh đã được ứng dụng nhiều trong thực tế.

Ưu điểm: Phù hợp với các thiết bị đo cạnh có độchính xác cao đã phổ biến; ít chịu ảnh hưởng bởi điềukiện thời tiết hơn đo góc; thời gian thi công ngoạinghiệp nhanh (nhanh hơn nhiều lần so với đo góc); saisố chuyển vị dọc các chuỗi nhỏ hơn so với chuỗi tamgiác đo góc cùng cấp.

Nhược điểm: Trong một tam giác không có trị đothừa nên không kiểm tra được ngay tại thực địa; giátrị các góc tính ra trong cùng một tam giác không cùngđộ chính xác nên ảnh hưởng đến việc chuyền phương vịtrong mạng lưới.c. Phương pháp đo góc - cạnh

Trong lưới đo tất cả các góc bằng phương pháp toànvòng với nhiều vòng đo và tất cả các cạnh bằng máy TĐĐT(hình 4.3), số đại lượng đo thừa nhiều hơn so với lướitam giác đo góc và lưới tam giác đo cạnh vì vậy lưới cóđộ chính xác cao.

Trong quá trình thiết kế lưới đo góc cạnh, cần xácđịnh tương quan hợp lý giữa sai số đo chiều dài và sai số đo góctrong lưới nhằm xây dựng được mạng lưới với sai sốđồng 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 dụngphương pháp đo góc hay đo cạnh sẽ có hiệu quả hơn.

Công nghệ đo chiều dài độ chính xác cao của máytoàn đạc điện tử được ứng dụng trong việc thành lập

lưới nói chung và lưới thi công cầu nói riêng vì vậyphương pháp đo cạnh và phương pháp đo góc - cạnh kếthợp được sử dụng rộng rãi hơn phương pháp đo góctruyền thống. Đối với tất cả các phương pháp kết quảđo đều được bình sai chặt chẽ bằng phần mềm đã đượckiểm 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 côngtác thiết kế, thi công công trình cầu. Lưới độ caođược thành lập trên toàn bộ khu vực xây dựng cầu. côngtác chuyền độ cao qua sông với mục đích thống nhất độcao trên cả 2 bên bờ sông, các mốc độ cao này còn sửdụng để quan trắc lúc cầu trong quá trình sử dụng.

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

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

- Sông rộng từ (0,5 ÷2) km thành lập lưới độ caohạng 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 điểmđộ cao. Trong đó có 2 điểm nằm ngoài khu vực xây dựngcầu còn một điểm nằm trong khu vực xây dựng cầu.

Tùy theo phạm vi xây dựng, trên mỗi bờ sông người tacòn thành lập một lưới khống chế độ cao thi công trêncơ sở tăng dày lưới độ cao đã có. Công tác kiểm tramốc độ cao và tăng dày lưới độ cao phụ thuộc vào từnggiai đoạn thi công.2. Các phương pháp chuyền độ cao qua sông

Các mốc của lưới đo cao được bố trí ở 2 bờ sôngvì vậy việc chuyền độ cao qua sông được tiến hành bằng

đo cao hình học kép, đo cao lượng giác hay đo cao thủytĩnh.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 thủychuẩn 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, quaymáy ngắm mia tai RP1 đọc trị số S1, ngắm RP2 đọc trị sốT1. Sau đó chuyển máy sang J2 làm tương tự được S2 vàT2, chú ý khi chuyển trạm không thay đổi tiêu cự ốngkính.

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 sôngvà độ chính xác yêu cầu đối với việc chuyền độ cao.

Ta đã biết, một thay đổi rất nhỏ của góc i giữahai nửa lần đo cũng sẽ gây ra sai số đáng kể trong cáchiệu độ cao, chẳng hạn như khi góc i thay đổi 2" vàchiều rộng của sông là 1000m thì

= 5mm

(4.8)

Trong đó: i là góc nghiêng của tia ngắm máy thủybình so với phương ngang; d là khoảng cách từ máy đếnmia.

Vì vậy phải có biện pháp ngăn ngừa để cho dướiảnh hưởng nhiệt độ hoặc chấn động khi di chuyển máythì giá trị góc i vẫn không thay đổi.

Theo các số liệu thử nghiệm, nếu như nhiệt độthay đổi đi 10C thì giá trị góc i sẽ thay đổi trungbình vào khoảng 0,5". Trong thời gian chuyển độ cao,cần phải xác định góc i cẩn thận và cố gắng đưa nó vềgiá trị không đáng kể.

Mỗi lần đo cần tiến hành trong thời gian ngắnnhất, trong những điều kiện ngoại cảnh như nhau, đểcho ảnh hướng do chiết quang tại các bờ khác nhautương tự như nhau. Ngoài ra để giảm ảnh hưởng chiếtquang thì nên chuyền độ cao đồng thời bằng hai máythủy chuẩn từ hai bên bờ khác nhau, và sau đó thay đổivị trí máy cho nhau.b. Phương pháp thủy chuẩn lượng giác

Ngoài phương pháp thủy chuẩn hình học kép, phươngpháp đo cao lượng giác bằng máy toàn đạc điện tử cũngcó thể sử dụng để chuyền độ cao qua sông, trong một sốtài liệu nghiên cứu cho rằng, phương pháp đo cao lượng

giác từ giữa bằng máy toàn đạc điện tử tia ngắm ngắntrong một số điều kiện có thể xác định độ cao với độchính 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.

Hình 4.6: Sơ đồ định vị tâm mố, trụ cầu trên cầu tạm

15 20

m

Cọc Đ. vị

BM3T2T1M0TRỤC DỌC

A

TRỤC PHỤ

900

900

900

900

TRỤC PHỤ

Khi trục cầu cũ không song song với trục cầuchính 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)

Khoảng cách hình chiếu của các tâm mố trụ trêntrục phụ A”B” là khoảng cách thiết kế (thực) chia chocos

Ví dụ:

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

b. Bố trí bằng phương pháp giao hội

Đối với những cầu trung và cầu lớn có địa hìnhphức tạp, nước ngập sâu và chảy xiết, sông có thôngthuyền, ta không thể áp dụng phương pháp đo trực tiếpđược. Khi đó định vị tâm mố, trụ cầu được xác địnhbằng phương pháp giao hội.

Trên hai bờ sông, chọn các vị trí thích hợp đểlập 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 cầuđược quy định không lớn hơn:

+ 1000m khi dùng máy kinh vĩ có độ chính xác1”.+ 300m khi dùng máy kinh vĩ có độ chính xác10”.

(4.1

+ 100m khi dùng máy kinh vĩ có độ chính xác20”.

Bố trí tâm mố, trụ cầu bằng phương pháp giao hộigóc 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.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 hướngnày 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 thểgiao hội từ 3 hướng.

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

12A

C

B

1 26

5

4

3

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 lướikhống chế 5, 6 để xác định vịtrí điểm thiết kế T1 bằng cácyếu tố và S đã được tính sẵntrong máy thông qua tọa độđược nhập vào của 3 điểmtrên .

Hình 4.8: Sơ đồ phương pháp tọa độ

cực

Ưu điểm của phương pháp này so với máy kinh vĩthông thường là cạnh có thể bố trí với khoảng cách lớnvà độ chính xác bố trí cao, thực hiện được trong điềukiện địa hình phức tạp, và các yếu tố bố trí được tínhtự động sau khi nhập tọa độ. Vì thế nên khả năng thựchiện ngoài thực tế lớn hơn.

Là phương pháp tìm điểm nên nhược điểm của phươngpháp là chỉ xác định góc ở một vị trí bàn độ, muốnnâng cao độ chính xác phải đo lại tọa độ điểm bố trívà tính các yếu tố hoàn nguyên, nếu chỉ bố trí ở mộtvị trí bàn độ thì trong xây dựng cầu chương trìnhsetting out thích hợp cho việc bố trí các cọc, bệ cọcvà 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 củalưới khống chế 1 và 2, bố tríđồng thời góc 1; 2 và cạnhS1; S2, giao của 2 hướng bố tríxác định được điểm P.Sai số trung phương của

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 mộttrong những phương pháp xác định điểm giao hội cho độchính xác tương đối cao. Tuy nhiên trước đây ít đượcsử dụng vì việc tính toán khá phức tạp. Khi sử dụngmáy toàn đạc điện tử để đo thì vấn đề tính toán củaphương pháp được đơn giản đi rất nhiều, nên phạm viứng 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 2điểm, tối đa 5 điểm), đo góc và cạnh S1, S2. Sau khinhập vào đủ các dữ liệu yêu cầu (chiều cao máy, chiềucao gương, tọa độ điểm 1, 2) máy sẽ tính ra tọa độđiểm P (xp và yp).

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

(4.18)

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

- 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 hợpkhi các điểm bố trí đặt được máy và đã được xác địnhsơ bộ bằng các phương pháp khác. Phương pháp rất thuậntiện để nghiệm thu từng phần tâm mố, trụ cầu trong quátrình thi công.

1

4. Kiểm tra công tác bố trí bằng máy toàn đạc điện tửKiểm tra vị trí trụ, tháp trong quá trình thi công

là công tác rất quan trọng, các yếu tố về độ lệch đođược sẽ tính toán và điều chỉnh trong quá trình xâydựng tiếp theo. Đối với trụ hoặc tháp cầu thì sai sốnày được chấp nhận với khoảng 10mm trên 5m chiều cao[65]. Đối với dầm cầu, sai số này phải thỏa mãn dungsai cho phép khi lắp ván khuôn. Sử dụng máy toàn đạcđiện tử kiểm tra bằng phương pháp giao hội nghịch kếthợp phương pháp đo tọa độ.

Thực chất của phương pháp là chọn một điểm A bấtkỳ ngắm được điểm cần kiểm tra trên dầm, trụ hoặc thápvà nhìn thấy tối thiểu 2 điểm của lưới khống chế 1, 2.Đặt máy toàn đạc điện tử tại A, sử dụng chương trìnhgiao hội nghịch đến 2 điểm khống chế để tính tọa độđiểm A. Sau đó chọn chương trình tính tọa độ, ngắm đến1 điểm lưới khống chế và điểm cần kiểm tra tọa độ điểmi; tính tọa độ điểm i rồi so với tọa độ thiết kế vàđánh giá công tác bố trí. Độ chính xác của phươngpháp:

Trong đó: Mngc

là sai số của phương pháp giao hội

nghịch góc – cạnh được tính theo công thức (4.16).

Mtdc

: là sai số của phương pháp tọa độ tính theo

công thức (4.16).

(4.22)

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

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

1

2

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.