Giáo trình Trắc địa công trình giao thông - thủy lợi - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 1 của giáo trình Trắc địa công trình giao thông - thủy lợi cung cấp cho học viên những nội dung về: công tác trắc địa trong khảo sát và xây dựng tuyến đường; công tác trắc địa trong khảo sát xây dựng cầu; công tác trắc địa trong khảo sát thiết kế công trình thủy lợi - thủy điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

- - Chủ biên: TS Bùi Ngọc Hùng Tham gia: ThS Nguyễn Thị Mai Anh

GIÁO TRÌNH TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

– THUỶ LỢI

(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

Chương 1

CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG KHẢO SÁT VÀ XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG

1.1 Khái niệm chung về tuyến đường và định tuyến đường

1.1.1 Các yếu tố của tuyến đường

Tuyến đường là trục thiết kế của công trình đường được đánh dấu ngoài thực địa, trên bản đồ, bình đồ, cho trước bởi toạ độ các điểm cơ bản trên mô hình số của

bề mặt thực địa

Các yếu tố cơ bản của tuyến đường bao gồm:

- Bình đồ: là hình chiếu của nó lên trên mặt phẳng

- Mặt cắt dọc: là lát cắt đứng của nó dọc theo tuyến thiết kế

Ngoài ra để đặc trưng cho bề mặt địa hình của các công trình dạng tuyến người ta còn thành lập mặt cắt ngang của tuyến

Tuyến đường nhìn chung là một đường cong không gian phức tạp Trong mặt phẳng, tuyến gồm các đoạn thẳng có hướng khác nhau và chêm giữa chúng là các đường cong có bán kính cố định hoặc thay đổi Trong mặt cắt dọc tuyến bao gồm các đoạn thẳng có độ dốc khác nhau và nối giữa chúng là những đường cong đứng có bán kính không đổi

1.1.2 Các thông số định tuyến

Tập hợp tất cả các công tác khảo sát, xây dựng theo tuyến được chọn, đáp ứng những yêu cầu của các điều kiện kỹ thuật về độ dốc, bán kính cong và đòi hỏi chi phí cho việc xây dựng tuyến thấp nhất gọi là công tác định tuyến đường Trong việc định tuyến bao gồm các thông số sau đây:

- Thông số mặt phẳng: Góc ngoặt, bán kính cong phẳng, chiều dài các đường

cong, các đoạn thẳng chêm

- Thông số độ cao: các độ dốc dọc, chiều dài các đoạn trong mặt cắt và bán kính

cong đứng

1.1.3 Định tuyến ở đồng bằng

Ở đồng bằng vì độ dốc trung bình của mặt đất vùng đồng bằng thường nhỏ hơn độ dốc thiết kế cho phép cho nên công tác định tuyến chủ yếu dựa vào địa vật

Nhưng khi định tuyến ở đồng bằng cần tuân thủ những nguyên tắc sau:

- Giữa các địa vật có đường bao nên đặt tuyến thẳng Độ lệch tuyến so với đường thẳng (tức là độ dài thêm tương đối) và độ lớn của góc chyển hướng cần phải được khống chế trước

- Đỉnh các góc ngoặt chọn đối diện với khoảng giữa các địa vật để cho tuyến đường vòng qua địa vật đó

- Các góc chuyển hướng của tuyến cố gắng không lớn hơn 200-300

1.1.4 Định tuyến ở vùng núi

Ở miền núi do độ dốc lớn hơn đáng kể so với độ dốc thiết kế của tuyến đường, cho nên việc định tuyến được chọn chủ yếu dựa vào địa hình trên cơ sở độ dốc giới hạn của từng đoạn tuyến Để đảm bảo độ dốc đó người ta buộc phải kéo dài tuyến bằng cách làm lệch tuyến đường đi những góc khá lớn so với đường thẳng

30 35

B 55

A 25

50

40

Nhưng khi định tuyến ở miền núi cần tuân thủ những nguyên tắc sau:

- Định tuyến theo một độ dốc giới hạn có khối lượng công tác bằng không chỉ làm giảm độ dốc (hoặc cho độ dốc bằng không) ở những vùng riêng biệt, những khu vực, những khu vực đòi hỏi phải tuân theo những quy định nào đó

- Các yếu tố của tuyến và độ cao mặt đất được chọn có lưu ý đến mặt cắt thiết kế đã lập trước đây và những yêu cầu khi chen các đoạn thẳng và đường cong

- Phải căn cứ vào độ dốc định tuyến và độ kéo dài cho phép của tuyến đường

mà quyết định vị trí các dỉnh góc ngoặt và độ lớn của chúng Cần phải loại bỏ những đường cong có bán kính nhỏ vì ở nơi đó buộc phải làm giảm một cách đáng

kể độ dốc cho phép

1.2 Khảo sát đường giao thông

1.2.1 Phân loại tuyến đường

1 Đối với đường ô tô:

Tùy thuộc vào ý nghĩa của tuyến đường trong mạng lưới giao thông quốc gia

và mật độ chuyển động của các phương tiện giao thông, người ta chia tuyến đường thành các cấp hạng như sau (theo TCVN 4054 : 2005):

B

A

Chức năng của đường

Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện

đường huyện, đường xã

2 Đối với đường sắt (theo TCVN 4117 : 1985):

Đường sắt cấp I: Đường trục chính có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong hệ

thống đường sắt về chính trị, kinh tế, quốc phòng hoặc nối thông với nước ngoài

Cường độ vận tải hàng hướng nặng ở năm khai thác thứ 5, mỗi năm ít nhất 5 triệu

tấn km/km Cường độ vận tải hàng hướng nặng ở năm khai thác thứ 5 tương đối nhỏ nhưng ở năm khai thác thứ l0, mỗi năm ít nhất là 7 triệu tấn km/km Số đôi

tàu khách mỗi ngày đêm ở năm khai thác thứ 5 từ 7 đôi trở lên (kể cả tàu đường dài

và tàu khu đoạn)

Đường sắt cấp II: là những tuyến vận tải hàng hóa và khách giữa các vùng

lãnh thổ trong nước

Đường sắt cắp III: là đường sắt sử dụng ở địa phương và các đường sắt

công cộng khác có lượng vận tải tương đối nhỏ, cường độ vận tải hàng của hướng

xe nặng tương lai mỗi năm dưới 3 triệu tấn km/km Nếu lượng vận tải năm thứ l0 tuy không vượt quá 3 triệu tấn km/km, nhưng trong tương lai có khả năng vượt quá, 3 triệu tấn km/km thì thiết kế theo tiêu chuẩn đường cấp II

1.2.2 Quy trình công nghệ công tác khảo sát đường giao thông

1 Giai đoạn khảo sát thiết kế

Giai đoạn khảo sát thiết kế là một trong những nhiệm vụ đầu tiên của công tác trắc địa, được tiến hành qua nhiều giai đoạn bao gồm: Thiết kế tiền khả thi, thiết

kế khả thi, thiết kế kỹ thuật và lập bản vẽ thi công

a.Giai đoạn thiết kế tiền khả thi

Khi xây dựng tuyến đường cần phải thu thập những tài liệu liên quan đến tuyến đường để sơ bộ đánh giá về sự cần thiết phải đầu tư xây dựng công trình giao thông về các thuận lợi, khó khăn và sơ bộ xác định vị trí, quy mô công trình, ước tính tổng mức đầu tư, chọn hình thức đầu tư cũng như đánh giá hiệu quả về mặt kinh tế, xã hội của dự án Công tác trắc địa chủ yếu trong giai đoạn này là:

+ Tìm hiểu lực lượng lao động trên khu vực khảo sát, chỉ rõ những khu vực trọng tâm của tuyến, nơi sẽ thực hiện chuyển lưu giao thông của mình sang tuyến đường thiết kế

+ Xác định trên bản đồ tỷ lệ nhỏ các điểm khống chế, vạch ra các phương án

có thể có trên bản đồ tỷ lệ 1/25000  1/10000 Từ đó sơ bộ đánh giá khái quát ưu, khuyết điểm của từng phương án

+ Khảo sát tuyến: Nhiệm vụ của giai đoạn này là thu thập tài liệu về các điều kiện tự nhiên vùng công trình giao thông sẽ đi qua (địa hình, địa chất, thuỷ văn, nguồn cung cấp vật liệu xây dựng …), đồng thời điều tra và thu thập các tài liệu khảo sát đã thực hiện (nếu có) và làm việc với cơ quan hữu quan về lợi ích (và

cả khó khăn) trong xây dựng cũng như trong khai thái công trình Kết quả khảo sát

sơ bộ đề xuất được hướng tuyến, ước định được quy mô và giải pháp kinh tế kỹ thuật của công trình

+ Khảo sát thủy văn: Khảo sát thuỷ văn đối với các tuyến đường là thu thập các tài liệu sẵn có và điều tra bổ sung (nếu chưa có sẵn )về địa hình, địa chất, khí tượng, thuỷ văn, tình hình ngập lụt, chế độ dòng chảy của sông, suối trong dòng thiết kế đường Làm việc với các địa phương các cơ quan hữu quan về các công trình đê đập thuỷ lợi, thuỷ điện hiện đang sử dụng và theo các quy hoạch tương lai

Sự ảnh hưởng của các công trình này tới chế độ thuỷ văn dọc tuyến đường và các

công trình thoát nước trên đường, các yêu cầu của thuỷ lợi đối với việc xây dựng cầu và đường Trên bản đồ có sẵn vạch đường danh giới các lưu vực tụ nước, các vùng bị ngập (nếu có), tổ chức thị sát ngoài thực địa để đánh giá, đối chiếu với các

số liệu thu thập qua tài liệu lưu trữ do địa phương và các cơ quan chức năng cung cấp

b Giai đoạn thiết kế khả thi

Giai đoạn này được thực hiện trên cơ sở các luận chứng kinh tế kỹ thuật đã được chủ đầu tư phê duyệt và xác định phạm vi đầu tư xây dựng các công trình Công việc trong bước thiết kế khả thi bao gồm :

+ Tiến hành đo vẽ bình đồ, hoặc bình đồ ảnh ở tỷ lệ 1/10000 - 1/5000, khoảng cách đều giữa các điểm từ 2 - 5m

+ Khảo sát tuyến đường: Quá trình khảo sát phải nghiên cứu các điều kiện tự nhiên của vùng như (địa hình, địa mạo, địa chất, thuỷ văn, nguồn vật liệu xây dựng

…) Ngoài ra cần chú ý đến những tài liệu khảo sát đã tiến hành trong những năm trước nếu có Kết quả khả sát phải đề xuất được hướng tuyến và giải pháp thiết kế cho phương án tốt nhất, đề xuất giải pháp thi công đồng thời phải thoả thuận với chính quyền địa phương và các cơ quan chức năng về hướng tuyến và các giải pháp thiết kế chủ yếu

+ Khảo sát thủy văn: Yêu cầu khảo sát thuỷ văn dọc tuyến đường là nghiên cứu các hồ sơ thuỷ văn, địa hình, địa chất dọc tuyến đã thu thập được, đánh giá mức độ chính xác và mức độ tỉ mỉ các số liệu, tài liệu đó so với yêu cầu khảo sát trong bước nghiên cứu tiền khả thi để lập kế hoạch bổ xung các tài liệu còn thiếu theo nhiệm vụ và nội dung đặt ra trong bước tiền khả thi

c Giai đoạn thiết kế kỹ thuật:

Sau khi phương án khả thi đựoc trình duyệt lên cơ quan chủ quản xem xét và phê chuẩn, đơn vị thiết kế tiến hành đưa ra các thông số cụ thể của công trình (số làn xe, cấp đường, tốc độ xe chạy, kết cấu mặt đường ) Đề ra các phương án thi công giải phóng mặt bằng, phương án thi công và các giải pháp kỷ thuật

Như vậy trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật phục vụ cho công trình là rất chi tiết và cụ thể với mục tiêu là đưa ra các phương pháp công nghệ nhằm thi công và xây dựng công trình Do đó nội dung của công tác trắc địa trong giai đoạn này bao gồm các nội dung sau:

- Thành lập lưới khống chế cơ sở mặt bằng và độ cao dọc tuyến

- Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn của khu vực xây dựng

- Đo vẽ mặt cắt dọc, mặt cắt ngang tại các cọc lý trình

- Cắm các mốc giải phóng mặt bằng

d Giai đoạn lập bản vẽ thi công

Giai đoạn lập bản vẽ thi công là quá trình chi tiết hóa giai đoạn thiết kế kỷ thuật bằng phương pháp bằng bản vẽ thi công, để cung cấp chi tiết số liệu trên bản

vẽ cho các đơn vị thi công ngoài thực địa Vì vậy giai đoạn này phải chính xác hóa

về về khảo sát địa hình, địa chất thủy văn để xác định các yếu tố địa hình

Như vậy nội dung công tác trắc địa trong giai đoạn này bao gồm các nội dung sau:

- Đo kiểm tra mạng lưới khống chế thi công công trình đã được thiết kế trong giai đoạn thiết kế kỷ thuật

- Đo kiểm tra lại một cách chính xác và chi tiết toàn bộ địa hình thi công tỷ

lệ lớn 1/500 - 1/200

- Thành lập mặt cắt dọc, cắt ngang của tuyến

- Khảo sát lại tuyến khôi phục lại tuyến trên thực địa, khảo sát thủy văn bổ sung các số liệu còn thiếu trong bước thiết kế kỷ thuật

2 Giai đoạn thi công

Sau khi giai đoạn khảo sát thiết kế đã hoàn thành công viêc tiếp theo của trắc địa đó chính là chuyển sang giai đoạn thi công Giai đoạn thi công chính là quá trình sử dụng lưới khống chế trắc địa phục vụ cho bố trí công trình và thi công ở ngoài thực địa cả về mặt bằng và độ cao nhằm đảm bảo công trình được chính xác

và theo đúng thiết kế đề ra

Bản thiết kế tuyến đã thống nhất trong phòng trứơc đây được chuyển ra thực địa theo các số liệu và bình đồ tổng thể của khu vực Từ các số liệu tọa độ các điểm đặc trưng đã được xác định trứơc chúng ta tiến hành bố trí trên thực địa, đo đạc và kiểm tra so với tọa độ các điểm đã thiết kế, từ đó đưa ra phương án hợp lý nhất để đảm bảo cho công trình đạt độ chính xác cao nhất, cũng như có biện pháp khắc phục với những sự cố co thể sảy ra trong quá trình thi công

3 Giai đoạn khai thác sử dụng công trình

Công tác trắc địa trong thời kỳ này là thành lập mạng lưới quan trắc chuyển dịch, biến dạng để theo dõi và đánh giá sự ổn định của công trình trong thời kỳ đi vào vận hành

Việc thành lập các mạng lưới quan trắc và thời gian quan trắc được phụ thuộc vào từng loại công trình, đặc điểm của công trình và tính cấp thiết của công trình

1.3 Định tuyến đường ở trong phòng

1.3.1 Định tuyến trên bản đồ địa hình

Việc định tuyến trong phòng các công trình dạng tuyến được thực hiện khi khảo sát kinh tế - kỹ thuật để chọn hướng cơ bản của tuyến và các phương án tuyến đường Tuy nhiên, trên những khu vực có địa hình phức tạp thì trong quá trình định tuyến ngoài thực địa người ta cũng kết hợp định tuyến trên các bản đồ địa hình tỷ lệ lớn Tùy thuộc vào điều kiện địa hình mà có thể tiến hành theo hai phương pháp: Phương pháp thử và phương pháp đặt các đoạn có cùng độ dốc

1 Phương pháp thử:

Được áp dụng ở vùng đồng bằng Giữa các điểm định hướng, người ta đánh dấu trên bản đồ tuyến đường ngắn nhất và dựa vào đó thành lập mặt cắt dọc tuyến

và tuyến thiết kế Trên cơ sở phân tích mặt cắt dọc ta tìm ra được những vùng, tại

đó có thể dễ dàng chuyển tuyến đường sang trái hoặc sang phải để độ cao của thực địa gần với độ cao thiết kế Sau đó định tuyến lại những khu vực này thành lập được bản thiết kế tuyến đường tốt nhất

2 Phương pháp đặt các đoạn có cùng độ dốc:

Được áp dụng ở vùng núi Nội dung của phương pháp là căn cứ vào khoảng cao đều h giữa các đường đồng mức kế tiếp trên bản đồ và độ dốc cho phép i của tuyến đường để tìm trên hướng tuyến đã cho các đoạn cùng độ dốc thiết kế theo công thức:

tk i

h tgv

h

Nếu tỷ lệ bản đồ là 1:M thì khoảng cách đó tương ứng trên bản đồ sẽ là:

M i

h l tk

1

Ví dụ: khi h = 5m, itk = 0.012 thì trên bản đồ 1:25.000:l 16 7mm

25000

1 012 0

5000

=

=

M

D Dòng chảy

Sau khi có được l, bắt đầu từ điểm đầu tiên của tuyến đường dùng compa xác định các đoạn có cùng độ dốc Đầu mút của khoảng cách l cắt đường đồng mức lân cận tại B Tiếp tục đặt compa ở B, mở khoảng cách l để đầu mút cắt đường đồng mức tiếp theo ở C…cứ tiếp tục như vậy cho đến điểm cuối của tuyến Tuy nhiên, bằng phương pháp này tuyến nhận được có độ gãy khúc lớn Vì vậy sau khi định tuyến xong có thể căn cứ vào địa hình để khái quát lại tuyến đường nhằm có được tuyến

ít gãy khúc hơn

1.3.1 Định tuyến trên mô hình lập thể(tham khảo)

1.4 Định tuyến ngoài thực địa

Việc định tuyến ngoài thực địa bao gồm các dạng công việc sau đây:

- Chuyển bản thiết kế tuyến ra thực địa Định các cạnh của tuyến

- Đo góc ngoặt trên tuyến

- Đo chiều dài các cạnh kết hợp với công tác bố trí các điểm cọc lộ trình Lập

sơ đồ đánh dấu cọc

- Bố trí các đường cong (tròn và chuyển tiếp)

- Thủy chuẩn tuyến đường, bố trí các mốc thủy chuẩn dọc tuyến

- Đánh dấu tuyến đường

- Đo nối tuyến với các mốc khống chế cơ sở…

- Đo vẽ mặt bằng, chỗ tiếp giáp và giao nhau của các tuyến đường

- Hiệu chỉnh các tài liệu ngoại nghiệp, thành lập bình đồ và mặt cắt dọc tuyến

1.4.1 Bố trí các đỉnh góc ngoặt chuyển ra thực địa

Bản thiết kế tuyến đã thống nhất trong phòng trước đây được chuyển ra thực địa theo các số liệu đo nối góc ngoặt với các điểm trắc địa hoặc với các điểm địa vật rõ nét gần nhất

Sau khi đã xác định được ngoài thực địa vị trí các đỉnh góc ngoặt và cắm một loạt các sào tiêu trên tuyến, người ta kiểm tra lại hướng tuyến vừa cắm, đặc biệt là những chỗ cắt nhau qua các dòng chảy, chỗ giao nhau của các tuyến đường và những chỗ phức tạp khác Khi cần thiết phải thay đổi một vài chỗ trên tuyến hoặc dịch chuyển các đỉnh góc ngoặt đi một ít để thuận lợi cho việc bố trí tuyến đường

và đảm bảo khối lượng cho công tác đào đắp là nhỏ nhất Vị trí các đỉnh góc ngoặt chọn lần cuối được đánh dấu ngoài thực địa

Nếu giữa các đỉnh góc ngoặt kề nhau không có hướng ngắm thông thì hướng tuyến có thể được xác định bằng một trong các phương pháp sau:

- Nếu gần đó có điểm khống chế trắc địa biết trước tọa độ thì người ta định tuyến theo hướng từ đỉnh góc ngoặt đến điểm đó Góc định hướng của các hướng tính được nhờ tọa độ của các đỉnh góc ngoặt của tuyến

- Tại đỉnh góc ngoặt người ta xác định góc phương vị thiên văn hoặc phương

vị con quay của hướng đến điểm rõ nét trên mặt đất Từ hướng này đặt theo góc định hướng của nó

- Tại một trong các đỉnh góc ngoặt người ta đặt máy ngắm laser có chùm tia sáng chiếu đứng Sử dụng nó và một máy kinh vĩ đặt tại đỉnh lân cận, ta xác định được hướng của cạnh tuyến đường

- Có thể đặt một đường chuyễn duỗi thẳng giữa các đỉnh góc ngoặt kề nhau

Từ cạnh nối của đường chuyền này có thể xác định được hướng tuyến đường

1.4.2 Đo góc, đo khoảng cách và đo cao dọc tuyến đường

1 Đo góc ngoặt của tuyến

Khi định tuyến, thường người ta đo các góc phải βi của tuyến tại các đỉnh góc ngoặt với độ chính xác 30” Các góc ngoặt của tuyến được xác định như là phần bù của các góc phải βi, nghĩa là:

2 Đo chiều dài trên tuyến

Có hai dạng đo chiều dài trong quá trình định tuyến:

- Xác định khoảng cách giữa các đỉnh góc ngoặt của tuyến Công tác này được tiến hành cùng lúc với việc đo góc (như là đường chuyền kinh vĩ) Dựa vào kết qủa đo chiều dài, đo góc và dựa vào số liệu đo nối tuyến với các điểm trắc địa

để tính tọa độ các đỉnh góc ngoặt Độ chính xác đo chiều dài tuyến cho phép từ 1:1000 – 1:2000 Có thể sử dụng các loại thước dây, các máy đo thị cự hoặc các máy đo dài điện quang để đo

- Đo đạc để bố trí các cọc 100m dọc tuyến, các đường cong và các mặt cắt ngang Có thể dùng thước dây hoặc thước thép 50m để đo

3 Đo cao dọc tuyến đường

Trên các điểm cọc lộ trình và theo các mặt cắt ngang, các mốc thủy chuẩn lâu dài và tạm thời dọc theo tuyến đường ta tiến hành đo thủy chuẩn kỹ thuật

Khi chôn mốc tuyến đường, các mốc bê tông cố định được đặt cách nhau 30km và ở cả những chỗ giao nhau với các đường trục, gần các cầu qua sông lớn, hoặc các chỗ vượt chướng ngại vật ở vùng núi, tại các điểm dân cư,…

20-Ngoài ra, cách 2-3km người ta còn đặt các điểm thủy chuẩn tạm thời, có thể dùng các cọc gỗ hoặc các địa vật cố định ở thực địa để làm các điểm thủy chuẩn tạm thời (đế tòa nhà, mép móng nền đế các cột đường dây điện,…) Các điểm thủy chuẩn cần bố trí ngoài vùng đào đắp khi thi công sau này Tại các mốc cần lập sơ

đồ ghi chú điểm và đo nối với các cọc lộ trình và các địa vật khác

Thông thường người ta dùng hai máy thủy chuẩn để đo thủy chuẩn kỹ thuật tuyến đường Máy thứ nhất dùng để đo tất cả các cọc của tuyến, các mốc thủy chuẩn lâu dài và tạm thời Máy thủy chuẩn thứ hai chỉ dùng để đo các mốc thủy chuẩn, các điểm liên hệ và các mặt cắt ngang

Ở vùng đồng bằng, ta có thể áp dụng phương pháp đo thủy chuẩn hình học từ giữa Còn vở vùng núi thì dùng thủy chuẩn lượng giác

Độ chính xác đo thủy chuẩn kỹ thuật tuyến đường, được đặc trưng bởi sai số khép cho phép:

L

f h)cp 50

1.4.3 Bố trí các điểm cọc chính và đánh dấu tuyến đường

Tuyến đường cần được đánh dấu cẩn thận để sao cho trước lúc thi công có thể dễ dàng tìm lại hoặc khi cần thiết có thể khôi phục tuyến đường Các điểm cọc 100m hoặc các điểm phụ được đánh dấu bằng các cọc gỗ Tất cả những điểm cơ bản của tuyến, các điểm góc ngoặt, chỗ tuyến đường vượt qua các xí nghiệp công

nghiệp lớn,…được đánh dấu bằng các mốc bêtông, đồng thời lập bản vẽ phác họa

đo nối tuyến với các địa vật ở gần

1.4.4 Đo vẽ bình đồ và mặt cắt trên tuyến đường

1.Đo vẽ mặt cắt dọc tuyến đường

Căn cứ vào kết quả tính toán từ sổ đo chiều dài chi tiết, sổ đo cao chi tiết, sổ cắm đường cong, ta tiến hành vẽ mặt cắt dọc của toàn bộ tuyến đường trên giấy kẻ

Tỉ lệ của trục ngang và trục đứng có thể bằng nhau hoặc khác nhau Thông thường, nếu khác nhau, người ta quy định tỉ lệ trục đứng lớn hơn 10 lần tỉ lệ ngang

Ví du: tỉ lệ ngang là 1:2000 thì tỉ lệ đứng là 1:200 Vì sự biến đổi về độ cao giữa các điểm thường nhỏ hơn rất nhiều so với khoảng cách giữa các điểm

Trên hình cắt, biểu diễn cả hình cắt thực tế của mặt cắt dọc tuyến đường và hình cắt dọc thiết kế của tuyến đường Dựa theo 2 đường biểu diễn này mà người ta xác định được lượng đào đắp khi xây dựng tuyến đường theo thiết kế

Chú ý: ở đoạn cong ta kí hiệu bằng cung tròn hướng về phía trên hoặc phía dưới Cung tròn hướng về phái trên có nghĩa là tuyến đường chuyển qua phải, còn hướng về phía dưới tuyến thì đường chuyển qua trái Đầu và cuối mỗi đường cong nối với đường thẳng đi qua giữa hàng ta gọi là tim đường Trên đường cong ta ghi

67032 1050

25m

10m

2 Đo vẽ mặt cắt ngang tuyến đường

Việc đo cao trong mặt cắt ngang được tiến hành đồng thời với mặt cắt dọc Tại điểm đặt máy thủy chuẩn ta tiến hành đọc số trên mia tại cọc trắc dọc, sau đó mia lần lượt đặt tại các điểm trên mặt cắt ngang (chỗ nào thay đổi địa hình trên mặt cắt ngang) bên trái tuyến và bên phải tuyến đường Độ cao các điểm trên mặt cắt ngang được tính như độ cao các điểm phụ trên mặt cắt dọc Vậy khi đo chỉ đọc số theo một mặt mia Sau đó ta lại quay máy làm tương tự tại mặt cắt ngang Chú ý rằng tại một điểm đặt máy chúng ta có thể đo đươc nhiều mặt cắt ngang Khoảng cách giữa các điểm được đo bằng thước thép Ngoài ra chúng ta có thể đo mặt cắt ngang bằng máy kinh vĩ hoặc máy toàn đạc điện tử

Sổ đo của mặt cắt ngang có thể ghi chung với sổ đo của mặt cắt dọc hoặc ghi riêng nếu nhiều mặt cắt ngang trên tuyến đường

Căn cứ vào số liệu đo đạc tính độ cao điểm cọc trên mặt cắt ngang và vẽ trên giấy kẻ li

1.5 Bố trí đường cong tròn

1.5.1 Bố trí các điểm cơ bản của đường cong

Các điểm chính của đường cong tròn gồm điểm đầu (Tđ) , điểm phân cự (G)

và điểm cuối (Tc) Khi bố trí các điểm chính trên đường cong ta mới chỉ xác định được vị trí tổng quát của đường cong đó trên mặt đất

Các số liệu bố trí đường cong bao gồm: đoạn tiếp tuyến T, đoạn phân cự p, chiều dài đường cong K và độ rút ngắn đường cong D

- Chiều dài tiếp cự T:

2 

tg R

T =

- Chiều dài đường cong tròn K : 0

0

180

 

R p

tg R K T D

Trong đó: θ - góc chuyển hướng; R - bán kính đường cong tròn

Để bố trí các điểm chính đường cong trên mặt đất, tại đỉnh Đ ta đặt máy kinh

vĩ Định hướng về đỉnh phía sau, dùng thước thép bố trí đoạn T ta được điểm Tđ; định hướng về đỉnh phía trước bố trí đoạn T ta được điểm Tc; xác định hướng đường phân giác của góc Td Đ Tc, trên đường này từ đỉnh Đ bố trí đoạn p ta có điểm G

* Trường hợp đặc biệt khi cắm các điểm chính của đường cong tròn:

Khi cắm những điểm chính của đường cong tròn có thể gặp trường hợp đỉnh góc ngọăt không đặt máy được như ở đầm lầy, ao, hồ …trong trường này không đo được góc ngoặt nên chưa có số liệu để tính và cắm đường cong

Giả sử đỉnh ngoặt N ở giữa sông trên hai cánh tuyến theo hướng tuyến đường (hình 3.30), lấy hai điểm bất kỳ P và Q Đặt máy kinh vĩ tại P và Q đo các góc  ,

 dùng thước thép đo đoạn PQ =S , tính φ theo công thức :φ =  +  → từ đó biết R ta tính được: T , B , K

Căn cứ vào chiều dài T lớn hơn hay nhỏ hơn NP , rồi từ P ta đo một đoạn bằng T - NP (hay PD = T-NP ) theo hướng tiếp cự được điểm đầu (Đ), tương tự, ta cắm được điểm tiếp cuối (C)

Gọi IK là tiếp tuyến đi qua điểm giữa G, theo hình vẽ ta có :

1.5.2 Bố trí chi tiết đường cong tròn

Các điểm cơ bản của đường cong chưa đủ để đặc trưng cho vị trí tuyến đường ở ngoài thực địa Do vậy, cần phải bố trí thêm một số điểm nữa cách đều nhau, nằm trên toàn bộ chiều dài đường cong Các điểm đó gọi là những điểm chi tiết của đường cong Khoảng cách giữa các điểm chi tiết trên đường cong thường được chọn là 5, 10, 15 hoặc 20m tùy thuộc vào bán kính cong và chiều dài của đường cong

1 Phương pháp tọa độ vuông góc:

Trong phương pháp này, tọa độ các điểm chi tiết trên đường cong được xác định trong hệ tọa độ vuông góc, nhận điểm đầu hay điểm cuối đường cong làm gốc tọa độ và hướng tiếp cự của đường cong làm trục hoành

Trong hệ này, tọa độ các điểm chi tiết được xác định như sau:

sin

2 



i R y

i R x

i i

Trong đó:

R- Bán kính cong đã chọn của đường cong tròn

i- số thứ tự của điểm chi tiết

Với K là khoảng cách trên đường cong tròn giữa các điểm chi tiết

Chúng ta nhận thấy rằng: khi bán kính của đường cong tròn càng lớn thì đường cong tròn càng gần với tiếp cự hơn, nghĩa là hoành độ xi của các điểm càng xấp xỉ với chiều dài Ki Do đó, để tiện cho việc bố trí chi tiết đường cong, người ta lập sẵn bảng tra R và K các hiệu số (Ki-xi) và tung độ yi của các điểm chi tiết

Ngoài thực địa, kể từ điểm đầu hoặc cuối đường cong, trên hướng tiếp cự người ta đặt trực tiếp bằng thước thép liên tiếp các khoảng cách iK Tại đầu mút các khoảng cách này, người ta lùi lại các khoảng cách (iK-xi) tương ứng Tại các điểm mới tìm được này, người ta dựng các hướng vuông góc với tiếp tuyến (bằng eke) và trên đó đặt các khoảng cách bằng tung độ yi, xác định vị trí các điểm chi tiết trên đường cong tròn

2 Phương pháp tọa độ cực

Trong phương pháp này, góc cực để bố trí các điểm chi tiết là góc hợp bởi tiếp cự và các tia đi từ điểm đầu (hoặc cuối) qua các điểm chi tiết Còn khoảng cách cực của chúng là chiều dài đã chọn S giữa hai điểm chi tiết trên dây cung

Từ hình vẽ, ta có:

2 sin

=



Ngoài thực địa, đặt máy tại điểm đầu D Mở góc cực /2 so với hướng tiếp

cự Trên hướng tìm được, đặt trực tiếp bằng thước thép khoảng cách cực S, xác định điểm 1 Tiếp tục mở ra góc /2 nữa, rồi từ điểm 1 đo một đoạn S sao cho S cắt hướng ngắm trên máy kinh vĩ, ta xác định được điểm 2, Cứ tiếp tục như vậy cho

3 Phương pháp dây cung kéo dài

Khi bố trí bằng phương pháp này, thì điểm 1 được bố trí bằng một trong hai phương pháp nêu trên Trên hướng dây cung D-1 kéo dài, đặt đoạn S tìm được điểm 2’ Từ điểm 1 và 2’ giao hội cạnh với các khoảng cách S và d, xác định vị trí điểm 2 trên đường cong tròn

Xét  2'12 và  102 cân có góc 2'12=θ   2'12 đồng dạng với  102



R

S d R

S S

d =  = 2

Cách bố trí: trên hướng dây cung Đ- 1 kéo dài, đặt từ 1 một đoạn bằng S tìm được điểm 2’, từ điểm 1 và 2’ giao hội cạnh với khoảng cách S và d, xác định được điểm 2 trên đường cong tròn Tiếp tục trên hướng 12 đặt từ 2 khoảng cách S được điểm 3’, từ 2 và 3’ giao hội cạnh với khoảng cách S và d, xác định đựoc điểm 3 Việc bố trí tiếp tục cho đến điểm giữa của đường cong tròn

Ưu nhược điểm của phương pháp:

- Không cần dùng máy kinh vĩ mà chỉ cần dùng thước giao hội

- Phạm vi bố trí hẹp

- Các điểm sau được bố trí từ các điểm trước, nên bị tích luỹ sai số đo đạc, dẫn đến độ chính xác giảm dần

1.6 Đường cong chuyển tiếp

1.6.1 Ý nghĩa và phương trình của đường cong chuyển tiếp

Trong dao động cơ học, chúng ta đã biết: khi một vật chuyển động trên đường cong sẽ xuất hiện một lực ly tâm có độ lớn: F =

2

m.v

p

Trong đó : m – khối lượng của vật chuyển động

v – vận tốc của chuyển động  – bán kính cong của chuyển động tại điểm đang xét Lực ly tâm này có phương trùng với phương bán kính và có chiều ra phía ngoài đường cong Lực ly tâm càng lớn khi vận tốc v càng lớn và bán kính cong càng nhỏ

Rõ ràng tại điểm bắt đầu của đường cong, lực ly tâm này xuất hiện rất đột ngột, gây mất an toàn cho các chuyển động khi vào đoạn đường cong

Từ công thức trên, chúng ta thấy rằng, khi p =  thì F1 = 0, khi  = R thì F2 =

tự từ p =  đến  = R Đường cong có bán kính thay đổi như thế được gọi là đường cong chuyển tiếp

Khi tìm phương trình đường cong chuyển tiếp người ta đặt điều kiện động lực học sau đây: tại mỗi điểm trên đoạn đường cong, tác động của lực ly tâm gây ra phải cân bằng với độ nâng cao của nền đường phía ngoài (đối với đường ô tô) hoặc đường ray phía ngoài (đối với đường sắt)

Theo hình vẽ, xét ∆BCD, ta thấy trị

số nâng cao:

h = Stgv = Si

Trong đó: S – khoảng cách từ điểm đầu

đường cong chuyển tiếp đến điểm đang

g 

2

av Sig

Trong công thức trên, thừa số av2/ig = C đối với tốc độ tính toán cho trước v

và độ dốc quy định i là một đại lượng không đổi và gọi là thông số của đường cong chuyển tiếp Lưu ý đến điều đó, phương trình đường cong chuyển tiếp có dạng:

C S

Do đó bán kình cong của đường cong chuyển tiếp cần thay đổi tỷ lệ nghịch với độ dài S: khi S = 0 (ở đầu đường cong chuyển tiếp) thì =  Tại điểm tiếp xúc của đường cong chuyển tiếp với đường cong tròn thì bán kính cong bằng  bằng bán kính đoạn cong tròn R còn trị số S bằng độ dài đã chọn của đường cong chuyển tiếp

Trên cơ sở đó, ta thấy rằng:

C= S= R.l Tức là thông số đường cong chuyển tiếp bằng tích số giữa bán kính đường cong tròn với độ dài của đường cong chuyển tiếp Chiều dài đường cong chueyenr tiếp được chọn trong phạm vị từ 20 đến 200m và là bội số của 20m tùy theo cấp hạng đường và bán kính cong

Bây giờ, hãy tìm một đường cong toán học thỏa mãn phương trình đã nêu đối với đường cong chuyển tiếp

Như đã biết, bán kính cong tại một điểm

đã cho của đường cong là:

dS d





=

Trong đó  là góc giữa trục hoành và tiếp

tuyến với đường cong tại điểm đã cho (hình

Đây là phương trình của đường xoắn ốc rađiôit hoặc là đường klotôid Tọa

độ vuông góc của các điểm đường xoắn ốc đó được xác định như sau:

1.6.2 Tính các yếu tố của đường cong chuyển tiếp

Khi bố trí thêm các đường cong chuyển tiếp AD và A’D’ (hình vẽ) thì đường cong tròn K sẽ bị rút ngắn từ hai phía đi một nửa độ dài đường cong chuyển tiếp l và góc ngoặt φ sẽ giảm đi một đại lượng 2 Ngoài ra, phần còn lại của đường cong tròn sẽ di chuyển về phía tâm O, do đó bán kính sẽ giảm đi một đại lượng gọi là độ dịch chuyển của đường cong tròn

2

S C

S l

Với y1 là tung độ điểm cuối của đường cong chuyển tiếp, nên:

Độ dài thêm của tiếp cự t được tính như sau: t = AE – BE

Bởi vì đoạn AR = x1 là hoành độ điểm cuối đường cong chuyển tiếp và BE =

KD = (R-p) sin1 nên:

t = x1 - (R- p) sin1;lưu ý đến giá trị của p, ta có:

t = x1 - (R- y1) tg1 ; hoặc

2 2

Trị số t xấp xỉ bằng một nửa của đường cong chuyển tiếp (t  l/2)

1.6.3 Bố trí chi tiết tuyến đường có đoạn cong chuyển tiếp

Để xác định trên thực địa điểm đầu của đường cong chuyển tiếp thứ nhất (CĐ1) và điểm cuối của đường cong chuyển tiếp thứ hai (CC2), từ điểm đầu (ĐĐ)

và điểm cuối (ĐC) của đường cong tròn chưa bị xê dịch, người ta đặt lần lượt một

độ dài tương ứng bằng t Giá trị cọc lộ trình của những điểm này có thể tính từ các cọc lộ trình gần nhất

1.7 Đường cong hình rắn

1.7.1 Các yếu tố của đường cong hình rắn

Khi vạch tuyến đường theo sườn dốc, thông thường phải phát triển tuyến dưới sạng chữ chi với các góc trong rất nhọn Trong những trường hợp này không

có khả năng liên kết các đoạn thẳng với các đường cong thường Do hiệu số độ cao giữa các điểm đầu và điểm cuối đoạn cong khá lớn và bản thân đoạn đường cong lại tương đối ngắn, nên độ dốc dọc sẽ rất lớn, vượt nhiều so với giới hạn cho phép Trong tường hợp này, các đoạn thẳng được nối với nhau bằng những đường vòng bên ngoài phức tạp gọi là các đường cong hình rắn (hình vẽ):

Các yếu tố cơ bản của đường cong hình rắn là:

- Đường cong tròn cơ bản FDE với bán kính R;

- Hai đoạn cong bổ trợ AP và BG với bán kình r1 và r2;

- Hai đoạn thẳng chêm hoặc là đường cong chuyển tiếp PF= m1 và EG= m2 Nếu bán kính các đường cong bổ trợ và các đoạn thẳng chêm của đường cong hình rắn tương ứng bằng nhau tức r1 = r2 và m1 = m2 thì đường cong hình rắn được gọi là đối xứng

Trên đường cấp III đến cấp V mới cho phép bố trí dường cong hình rắn Bán kính tối thiểu của đường cong cơ bản và độ dài của đoạn thẳng chêm vào cho phép

là 30- 20m, độ mở rộng của phần xe chạy 2- 3m, độ dốc dọc lớn nhất 3- 4%, độ nghiêng dốc ngang của chỗ lượn 6% Bán kính các đường cong bổ trợ là 100- 150m

1.7.2 Tính toán và bố trí đường cong hình rắn đối xứng

1 Tính toán các yếu tố của đường cong hình rắn

Khi tính toán đường cong hình rắn, thường người ta cho trước bán kính đường cong cơ bản R, bán kính các đường cong bổ trợ r và độ dài các đoạn thẳng chêm m Góc ngoặt φ được đo ở thực địa Góc ngoặt  của đường cong bổ trợ được xác định từ tam giác vuông ONF (hơcj OME):

OF

tg NF

nhưng OF = R, NF= m+ T

Trong đó: T là độ dài tiếp tuyến của đường cong bổ trợ, T= rtg(/2)

Lưu ý đến biểu thức (a) ta có thể viết như sau:

Còn góc ở tâm của đường cong cơ bản:φo = 360o - 2γ – φ

Độ dài của đường cong tròn cơ bản:

180

o o

R

K  

Vậy ta tính được các yếu tố của đường cong con rắn:

- Độ dài đường cong rắn là: K’ = 2k + K+ 2m

Tổng số độ kéo dài thêm của đường cong hình rắn là: D’ = K’- 2d- 2T

Khi tính toán đường cong hình rắn, cần biết khoảng cách M1N1 tại chỗ hẹp nhất của nó để có thể thiết kế các phần tương ứng của nền đường phía trên và phía dưới

Vì các đoạn M1M và NN1 là phân giác của cá đường cong bổ trợ còn cạnh MN trong tam giác MON bằng 2dsin(/2), nên: z= 2B+ 2dsin(/2)

2 Bố trí các điểm chính của đường cong con rắn đối xứng

Ngoài thực địa, đặt máy kinh vĩ tại đỉnh góc ngoặt O và đo những khoảng cách d theo các đường thẳng OA vầ OB (hướng tuyến đường) sẽ tìm được các điểm N và M (là đỉnh của các đường cong bổ trợ) Đặt tiếp khoảng cách bằng T trên các hướng này để tìm được các điểm A và B, tức là điểm đầu và điểm cuối của đường cong con rắn Từ điểm N và M định hướng về tâm O quay một góc bằng , trên hướng đó đặt một đoạn bằng T sẽ bố trí được điểm P và G là 2 điểm cuối của đường cong phụ trợ Tiếp trên hướng đó đặt một đoạn bằng m được 2 điểm đầu của đường cong cơ bản (có thể đặt máy ở O định hướng về A, B, quay một góc bằng γ, trên hướng đó đặt một đoạn bằng R ta cũng được điểm đầu và cuối của đường cong

cơ bản)

3 Bố trí chi tiết đường cong rắn đối xứng

Các điểm chi tiết trên đường cong cơ bản được bố trí cách nhau 3- 5m Muốn vậy

ta chia góc ở tâm (φo) ra một số phần tương ứng và dọc theo phương hướng đã xác định bằng máy kinh vĩ, kể từ tâm O của đường cong đặt một độ dài bằng bán kính

R

Tiếp tục bố trí chi tiết trên các đường cong bổ trợ như với đường cong tròn

4 Tính giá trị cọc hiệu cho các điểm chính của đường cong rắn đối xứng

1.7.3 Tính toán và bố trí đường cong hình rắn không đối xứng

Để có thể vòng qua các dốc đứng hoặc các khu vực có điều kiện địa chất không ổn định, càn phát triển các đường cong con rắn với các bán kính cong khác nhau

1 Tính các yếu tố cơ bản của đường cong rắn không đối xứng

Giả sử điểm O (hình) là đỉnh góc ngoặt của tuyến Điểm C là tâm đã chọn của đường cong hình rắn trên thực địa Tại điểm O, ngoài góc φ ta còn đo thêm góc AOC = θ và khoảng cách OC = s

Dựa theo các trị số đã cho R, r, m ta hãy tính các yếu tố cơ bản của đường cong hình rắn , T, γ, φo Tuy nhiên, để bố trí đường cong hình rắn trên thực địa với tâm tại C thì các yếu tố trên chưa đủ Cần xác định thêm trị số góc τ1, τ2 và η

Từ tam giác MOC và NOC ta có:

Sau đó dựa vào bán kính đường cong bổ trợ r1, r2 và góc ngoặt 1 , 2 tính các yếu tố của đường cong bổ trợ

2 Bố trí các điểm chính của đường cong hình rắn khống đối xứng

Trên thực địa, đặt máy kinh vĩ tại tâm C và từ hướng OC dựng góc η, cố định trên thực địa hướng Cm Từ hướng CM này đặt góc φ’ và thu được hướng

CN Dọc theo những hướng đó đặt khoảng cách bằng d sẽ tìm được trên thực địa các điểm M và N là đỉnh các ngoặt đường cong bổ trợ

Để xác định trên thực địa vị các điểm cuối E và F của đường cong cơ bản thì từ các cạnh CM và CN ta dựng các góc γ và dọc theo các hướng nhận được là CE và

CF ta đặt trị số bán kính R Từ điểm M và N ta bố trí các điểm chính của đường cong bổ trợ như với đường cong tròn

Như vậy tìm được vị trí các điểm chính của đường cong hình rắn ngoài thực địa

3 Bố trí chi tiết đường cong hình rắn khống đối xứng

Việc bố trí chi tiết đường cong hình rắn loại này giống như khi bố trí đường cong rắn đối xứng

1.8 Bố trí chi tiết nền đường

1.8.1 Mặt cắt ngang nền đường

Nền đường ô tô gồm có: phần xe chạy, lề đường, mái dốc và rãnh đường

Độ rộng của phần xe chạy (mặt đường) có thể từ 6 đến 15 mét tuỳ theo cấp đường Để gia cố phần xe chạy, người ta bố trí lề đường ở hai bên có độ rộng 2-3,5

m Tiếp đến lề đường là mái dốc Đường phân chia giữa lề đường và mái dốc gọi là mét nên đường Độ cao đỏ (thiết kế) trong mặt cắt dọc được cho theo mép nên đường

Mặt cắt ngang đường sắt Mặt cắt ngang đường ô tô

Để cho nước có thể thoát nhanh, mặt của nên đường có độ dốc ngang từ giữa sang mép nên đường Trên các đường bê tông- xi măng hay bê tông- nhựa, phần xe chạy có độ dốc ngang 1,5- 2%, trên các đường lát là 2-3% Các lề đường có độ dốc lớn hơn phần xe chạy là 2 %

Bộ phận cơ bản của nên đường sắt là cơ cấu phía trên, tức là các thanh ray

và tàvẹt, đặt trên lớp đá balát

Trên các đường sắt đơn, độ rông của nền đường đất là 5,8 mét, hình lăng trụ thoát nước có tiết diện hình thang với đáy trên là 2,3 mét và độc cao là 0,15 m Trên các đường sắt kép độ rộng 10m, hình lăng trụ có đáy thoát nước, có đáy tam giác và độ cao 0,2 m

Dọc theo nền đường, người ta đào các rãnh thoát nước hai bên đó là rãnh đường độ sâu trung bình của rãnh là 0,6m, độ dốc dọc đáy không được nhỏ hơn 2-

Bố trí mặt cắt ngang

1.8.2 Bố trí mặt cắt ngang trên đoạn thẳng

Để tiến hành công tác đào đắp, cần bố trí các mặt cắt ngang thi công mà nội dung là đánh dấu trên thực địa vị trí mặt bằng và độ cao tất cả các điểm đặc trưng của mặt cắt: trục (tim đường), mép đường, rãnh thoát nước, chân nền đắp…

Trên các đoạn thẳng, khoảng cách giữa mặt cắt ngang thường từ 20-40m trên các đoạn đường cong, khoảng cách này quy định từ 10-20 m và theo hướng bán kính của đường cong

1.8.3 Bố trí mặt cắt ngang đoạn cong

Vì các điểm đường cong được bố trí cách đều nhau, cho nên để bố trí mặt cắt ngang thì tại điểm trục người ta đo góc giữa các dây cung nối điểm đó với hai điểm lân cận Sau khi phân góc đó ra hai phần bằng nhau, ta dựng đường phân giác trên thực địa Rõ ràng là hướng của đường phân giác sẽ trùng với hướng của bán kính đường cong và dọc theo bán kính kể từ điểm trục ta sẽ bố trí mặt cắt ngang

Đồng thời với việc bố trí mặt cắt ngang cần chuyển các độc cao thiết kế ra thực địa, độ cao thiết kế của đường tương ứng với độ cao của mép nền đường khi thi công xong Độ cao thi công tức là độ cao của mặt đắp hoặc độ sâu của chỗ đào

sẽ bằng độ cao đỏ theo mép đường và độ cao đen theo trục đường

Nếu độ cao đỏ lớn hơn độ cao đen thì phải đắp thêm vào và ngược lại

*Bố trí mặt cắt ngang ở chỗ đắp

1 Với khu vực đồng bằng

Khi bố trí các mặt cắt ngang ở chỗ đắp, cần bố trí trên thực địa vị trí của điểm trục O’, hình chiếu A’, A1’ của mép và chân nền đắp B, C1

Bố trí mặt cắt ngang ở chỗ đắp khu vực đồng bằng

Bố trí mặt cắt ngang ở chỗ đào khu vực vùng núi

Khi góc dốc ngang của thực địa không quá 3- 4o thì có thể lấy:

2

B ' A ' O A

2 Với vùng núi

Khi ở vùng núi, địa hình có độ dốc ngang lớn, việc bố trí các chỗ đắp có phức tạp hơn Từ hình , thấy rằng do độ nghiêng của thực địa mà các khoảng cách

từ trục O’ đến chân nền đắp B và C1 sẽ khác nhau Vị trí các điểm B và C1 có thể tìm được nhanh chóng và dễ dàng nếu như ta đo theo địa hình nghiêng các khoảng cách O’ B và O’C1

C ' O sin

' C ' O sin

C

'

O

1 1

1 1

1

 +

B l C '

' O sin

C ' O sin

C ' O

2

B ' C '

B l C '

J ' O cos : J ' A ' O

Bố trí mặt cắt ngang ở chỗ đào khu vực đồng bằng

- Trên địa hình nghiêng, khi đo từ điểm trục của mặt cắt ngang lên phía trên một khoảng cách l1, và phía dưới một đoạn bằng l2, ta sẽ tìm được các điểm chân nền đắp tại thực địa

- Để tìm được trên thực địa địa hình nghiêng, hình chiếu A’ và A1’ của các mép ta cần đo từ O’ theo mặt đất từ 2 phía khoảng cách là B/2cos ta sẽ cắm được

A1’và A’

* Bố trí mặt cắt ngang của chỗ đào

Trên các mặt cắt ngang của nền ở chỗ đào, các tính toán để xác định giới hạn đào cũng thực hiện tương tự như khi tính toán mặt cắt ngang ở chỗ đắp

Muốn cắm các mặt cắt ngang tại những chỗ phải đào, thì trên mặt đất ta phải đánh dấu điểm trục O’ của tuyến đường, các điểm A’, A1’ và các mép chỗ đào B,

B1, tức là trong giai đoạn đầu, khi nền đất đã hình thành sơ bộ thì mặt cắt ngang ở chỗ đào có dạng của một hình thang BAA1B1

Bố trí mặt cắt ngang ở chỗ đào khu vực vùng núi

B l

B

'

1 3 2 ' ' '

cos

B D

toạ độ nghiêng của mái dốc

Khi đào đất bằng cơ giới

người ta lại cắm các điểm trục và

chỉ rõ độ sâu còn lại của chỗ đào

Tương tự như vậy, người ta tiến

hành cắm tại các công trình rãnh

thoát nước trên tuyến đường

Khi chỗ đào đã cơ bản hoàn thành và chỉ còn 10- 20 cm thì xuống đến độ cao thiết kế, để tu sửa cho sạch sẽ người ta đánh dấu các điểm xác định vị trí của các rãnh, lòng đường và lề đường (hoặc hình lăng trụ của nền đường sắt) và dùng máy thuỷ chuẩn để đặt các điểm đó vào đúng độ cao đó

Cách đào đắp

Chương 2

CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG KHẢO SÁT XÂY DỰNG CẦU

2.1 Khái niệm cơ bản về công trình cầu

Khi xây dựng các tuyến đường giao thông trên mặt đất, thường phải xây dựng các công trình để vượt qua các chướng ngại như khe núi, sông, hồ… Vượt qua các chướng ngại đó thường là những công trình xây dựng rất phức tạp đó là công trình vượt bao gồm: (hình 2.1)

+ Cầu (1): là bộ phận cơ bản của hệ thống vượt qua các chướng ngại vật Cầu gồm 2 mố, các trụ và các nhịp Mố cầu là bộ phận liên kết giữa cầu với các đoạn cầu dẫn Các trụ cầu có nhiệm vụ đỡ các nhịp cầu được đặt sâu dưới lòng sông

+ Đường dẫn (2): xấp xỉ 150m hoặc dài hơn tuỳ thuộc vào từng công trình về

2 đầu cầu, thông thường dạng thẳng để nối cầu với tuyến đường chính

+ Hệ thống điều tiết (3): để điều chỉnh lưu lượng của dòng chảy qua vị trí cầu vượt nhằm đảm bảo an toàn trong mùa nước lớn

Trên mặt đất, sự chia cắt địa hình rất đa dạng và phức tạp Vì vậy, việc xây dựng các cầu vượt qua các chướng ngại vật đó có một ý nghĩa rất quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân và quốc phòng

2.1.1 Các yếu tố cơ bản của cầu (hình 2.2)

+ Nhịp cầu (li): là khoảng cách giữa 2 đế gối của cùng một nhịp

+ qi: là khoảng cách từ đế gối cầu đến vách thẳng đứng mố cầu

+ p: là khoảng cách giữa 2 đế gối của 2 nhịp cầu kề nhau trên cùng một trục

Hình 2.1 Chỗ vượt bằng cầu

+ h2: khoảng không gian ở dưới gầm cầu: chiều cao đế cầu đến mực nước + Trụ cầu: đỡ các nhịp cầu thông qua các đế gối (bệ đỡ) được đặt trên mặt trụ (các thân trụ nằm sâu xuống sông)

- Đường thẳng đi qua chính giữa cầu và nối giữa các điểm đánh dấu chỗ vượt trùng với trục dọc của cầu và khoảng cách này gọi là chiều dài chỗ vượt bằng cầu

- Trục dọc các trụ cầu chính là trụ ngang của cầu

2.1.2 Phân loại cầu

a Phân loại theo độ lớn

- Cầu nhỏ: những cầu có chiều dài L <50m

- Cầu trung bình: những cầu có chiều dài 50m< L <100m

- Cầu lớn: những cầu có chiều dài 100m <L <500 m

- Cầu cực lớn: những cầu có chiều dài L >500m

b Phân loại theo vật liệu xây dựng cầu: cầu sắt, cầu gỗ, cầu bê tông cốt sắt

c Phân loại theo mục đích sử dụng: cầu đường bộ, cầu đường sắt, cầu băng tải

d Phân loại theo thời gian sử dụng: cầu vĩnh cửu, cầu bán vĩnh cửu, cầu tạm thời

e Phân loại theo hình thái cấu trúc và khả năng chịu tải: cầu dầm (dầm liền, dầm

chìa), cầu vòm, cầu treo, cầu kết hợp

Hình 2.2 Các yếu tố cơ bản của cầu

2.1.3 Các tiêu chuẩn kỹ thuật khi chọn địa điểm xây dựng cầu

Vị trí cầu được chọn cần phải phù hợp với hướng chung của tuyến đường và phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:

- Trục cầu được chọn cần phải vuông góc với hướng của dòng chảy tự nhiên Khúc sông ở chỗ xây dựng cầu cần phải thẳng, ở đó, hướng của dòng chảy trong nhiều năm không thay đổi ở những độ cao mực nước khác nhau Trong trường hợp không thể chọn được một hướng trục như vậy do ảnh hưởng của các yếu tố địa hình

và địa vật, thì có thể cho phép trục cầu lệch so với hướng dòng chảy một góc là 90o

 10o đối với những sông không có tàu bè qua lại, trên những sông có tàu bè qua lại thì độ lệch đo cho phép là 90o 5o

- Trục cầu cần đặt ở nơi lòng sông hẹp nhất, trên những đoạn sông không có bãi bồi, sông nhánh hoặc những nơi khúc sông không bị đổi hướng đột ngột

- Vị trí xây dựng cầu cần chọn nơi có điều kiện địa chất thuận lợi, nơi có lớp đất đá gốc không quá sâu và bờ sông không dốc đứng Lòng sông cần phải ổn định

và không thay đổi theo thời gian

Tránh những chỗ có hiện tượng sạt lở, kastơ (đá vôi nứt nẻ tạo thành hang hốc ngầm), sườn đồi núi ẩm ướt, còn trên các bãi sông tránh các nơi nguyên thuỷ là đồi, suối

Trên cơ sở nghiên cứu địa chất công trình, địa chất thuỷ văn được thu thập theo các phương án vượt dòng nước khác nhau, tìm phương án có lợi nhất về mọi mặt để xây dựng cầu vượt, vị trí được chọn cuối cùng của cầu vượt được chôn mốc bêtông, đường nối 2 tâm mốc

Trên cơ sở vị trí đã được chọn của cầu, người ta thiết kế phương án xây dựng các tuyến đường dẫn cũng như đo nối các điểm nói trên với hướng cọc hiệu của tuyến đường chính

2.2 Khảo sát chọn địa điểm xây dựng cầu

Bản thiết kế các công trình cầu được đề ra trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu khảo sát tổng hợp Với những công trình cầu lớn, công tác khảo sát chọn địa điểm xây dựng cầu được chia ra 3 giai đoạn tương ứng với 3 thời kỳ thiết kế như sau:

+ Giai đoạn 1: giai đoạn khảo sát trong phòng (tương ứng với giai đoạn thành lập nhiệm vụ thiết kế)

+ Giai đoạn 2: Giai đoạn khảo sát sơ bộ thực địa (tương ứng với giai đoạn thành lập bản thiết kế kỹ thuật)

+ Giai đoạn 3: giai đoạn khảo sát chi tiết: kết thúc ngoài thực địa, lập thiết kế (bản vẽ) thi công

Các công tác cụ thể như sau:

2.2.1 Khảo sát trắc địa - địa hình

- Thiết kế các phương án, chọn vị trí xây dựng cầu và đánh dấu ở ngoài thực địa

- Thành lập bình đồ địa vật của khu vực xây dựng cầu, đo vẽ bình đồ chi tiết kết hợp với đo sâu lòng sông

- Xác định chiều dài chỗ vượt bằng cầu, đo nối các trụ cầu với các điểm cọc của tuyến đường

- Xây dựng cơ sở bố trí mặt bằng

- Lập hệ thống lưới khống chế độ cao và chuyền độ cao qua sông

2.2.2 Khảo sát thủy văn

- Đo vẽ địa chất công trình tỷ lệ lớn trên khu vực xây dựng cầu

- Thăm dò địa chất tỷ mỉ tại vị trí xây dựng cầu và thành lập mặt cắt địa chất

- Thăm dò các khu vực khai thác vật liệu xây dựng

- Xác định độ cao của các mực nước đặc trưng của dòng chảy (như mực nước thấp nhất và mực nước cao nhất trong lịch sử, mực nước thường xuyên…)

- Đo tốc độ và hướng của dòng chảy

- Xác định tiết diện ướt, độ dốc và lưu lượng của dòng chảy tự nhiên

2.3 Đo vẽ bản đồ khu vực xây dựng cầu

Để thiết kế các công trình cầu lớn (có chiều dài trên 100m) người ta đo vẽ trực tiếp bản đồ địa hình và bản đồ chi tiết tỷ lệ lớn ở khu vực xây dựng công trình cầu

2.3.1 Bản đồ địa vật

1 Mục đích

- Bản đồ này là cơ sở để thành lập tổng bình đồ công trình cầu và các đoạn cầu dẫn

- Là cơ sở cho phân bố và lựa chọn các công trình điều tiết và các tuyến đo đạc thuỷ văn

- Làm cơ sở đo vẽ địa chất công trình

- Dùng để thành lập bản thiết kế tổ chức công tác xây dựng và thiết kế các công tác trắc địa

2 Tỷ lệ đo vẽ

Tỷ lệ đo vẽ phụ thuộc vào sông lớn hay nhỏ, thông thường với những sông

có chiều rộng trung bình (dưới 500m) là 1/5000, với những sông lớn hơn là 1/10000

3 Phạm vi đo vẽ

Phạm vi đo vẽ được quy định: về thượng lưu kể từ trục cầu bằng 1:2 bề rộng của sông và về phần hạ lưu bằng bề rộng của sông Về 2 phía của bờ sông thì cần

đo tới độ cao lớn hơn mực nước cao nhất từ 1-2 m

Việc đo vẽ có thể được thực hiện trong hệ thống toạ độ khu vực xây dựng cầu, song cần bảo đảm sao cho nhận được độ cao tuyệt đối của tất cả các điểm Phương pháp chủ yếu là phương pháp toàn đạc

4 Nội dung đo vẽ

Trên bản đồ địa vật, người ta biểu diễn chủ yếu là các đường biên của địa vật

và các yếu tố địa hình có ảnh hưởng đến hướng và tốc độ của dòng chảy như: lòng sông chính với các đảo và bãi bồi, các điểm dân cư, các công trình xây dựng và cầu hiện có, các khu rừng, các yếu tố đặc trưng nhất của địa hình bờ sông, các trạm đo nước cố định và tạm thời, đường ranh giới nước cao nhất trong lịch sử và ranh giới ngập nước khi các đợt lũ lớn (các vị trí này đã được đánh dấu trong những cuộc khảo sát trước đây) đồng thời chỉ rõ hướng của dòng chảy có đợt lũ này

5 Cơ sở trắc địa và phương pháp đo vẽ

a Cơ sở trắc địa để đo vẽ các bãi sông thường được thành lập lưới dạng giải tích,

có các điểm nằm trên cả 2 bờ sông khác nhau Độ cao được chuyền bằng thuỷ chuẩn lượng giác Những vùng bờ sông rậm rạp có thể lập các đường chuyền đa giác điện quang có các điểm nằm trên cả 2 bờ sông đối diện

b Phương pháp đo vẽ: có thể sử dụng các phương pháp sau:

+ Phương pháp toàn đạc: đối với các bãi sông tương đối thoáng đãng

+ Phương pháp chụp ảnh hàng không: áp dụng với các sông rất lớn đầy nước Phương pháp này cho ta hình ảnh đầy đủ nhất về khu vực xây dựng cầu, tình hình bồi đắp và sụt lở của các bờ sông Trong thời kì lũ lụt, việc đo chụp ảnh hàng không còn cho phép xác định những đặc tính thuỷ lực quan trọng nhất của dòng chảy

Nếu trên khu vực đo vẽ đã có bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10000 hoặc tài liệu đo ảnh của những năm trước đây, thì bản đồ địa vật có thể được thành lập bằng phương pháp trong phòng kết hợp với hiệu chỉnh và bổ sung ngoài thực địa

Phạm vi đo vẽ được quy định: về hai phía bờ sông đo tới độ cao lớn hơn mực

nước lũ từ 1-2m, còn về hai phía thượng và hạ lưu là từ 1 đến 1.5 lần khoảng thông thuỷ, sao cho có thể biểu diễn được chi tiết địa hình và địa vật ở những nơi thiết kế cầu, các đoạn cầu dẫn, các công trình điều chỉnh và các bãi xây dựng ở gần

Vì bản đồ chi tiết là cơ sở địa hình để thiết kế thi công công trình cầu Bởi vậy, độ chính xác đo vẽ lưới khống chế trắc địa cần phải phù hợp với những yêu cầu của tỷ lệ bản đồ Việc đo vẽ cũng được tiến hành trong cùng một hệ thống toạ

độ và độ cao đã dùng khi đo vẽ bản đồ địa vật

Nếu trên khu vực đo vẽ có các tấm ảnh hàng không thì có thể sử dụng tài liệu

đo ảnh hàng không để thành lập bản đồ chi tiết Trong các phương pháp đo vẽ trên mặt đất, có thể sử dụng phương pháp toàn đạc hoặc bàn đạc đối với những vùng sông quang đãng; còn trên những khúc sông rậm rạp nên sử dụng phương pháp đo

vẽ theo các mặt cắt ngang Trong cả hai trương hợp, cơ sở khống chế để đo vẽ là các tuyến thuỷ chuẩn- kinh vĩ đặt từ trục cầu về hai phía bờ sông Đầu mút của tuyến này được đo nối với các điểm trắc địa trên các bờ sông

Công tác đo sâu được thực hiện bằng thuyền Trong mỗi đường đo sâu, người ta xác định: độ sâu lòng sông, vị trí mặt bằng của điểm đo sâu và độ cao mặt nước tại thời điểm đo sâu Độ sâu lòng sông được đo bằng sào đo sâu hoặc máy đo sâu hồi âm Vị trí mặt bằng các điểm đo sâu (các đường dọi) được xác định bằng giao hội từ các cạnh đáy ở trên bờ mà các đầu cạnh đáy này đã được đo nối với các