Giáo trình trắc địa công trình giao thông thủy lợi trường đh công nghiệp quảng ninh

1 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) Quảng Ninh[.]

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)

Quảng Ninh – 2018

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

§N1

Thµnh phè

Nhµ m¸y

§N4

§N3

§N2

35

A

30

B

60

45

40

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

Cấp

thiết kế

của

đường

Lưu lượng

xe thiết kế (xcqđ/nđ)

Chức năng của đường

Cao tốc > 25 000 Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729 : 1997 Cấp I > 15 000

Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước

Quốc lộ

Cấp II > 6 000

Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước

Quốc lộ

Cấp III > 3 000

Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn của đất nước, của địa phương

Quốc lộ hay đường tỉnh

Cấp IV > 500

Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập hàng, các khu dân cư

Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện

Cấp V > 200 Đường phục vụ giao thông địa phương Đường tỉnh,

đường huyện, đường xã

Cấp VI < 200 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

- Chuyển phương án tối ưu đã chọn ra thực địa

- 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

=

=

l

l

l

l

l

l

l

l

l

l

l B

C

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