Đồ Án Trắc Địa Công Trình Giao Thông Thủy Lợi

Để thực hiện tốt những công trình này với độ chính xác cao, đòi hỏi phải có các bản thiết kế và quy hoạch Trắc địa đóng vai trò quan trọng ngay từ giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công

ĐỒ ÁNTRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG THỦY LỢI

Sinh viên: Nguyễn Văn Cường

MSSV: 1421050030 Lớp : Trắc Địa B-K59 Thầy giáo: Nguyễn Việt Hà

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 4

1.1 NHỮNG YẾU TỐ CƠ BẢN CỦA CẦU 4

1.2 NỘI DUNG CÔNG TÁC TRƯỚC KHI XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CẦU 4

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ THI

CÔNG CẦU 6

2.1 THIẾT KẾ LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG 6

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI 7

2.2.1 Phương án mặt đất 7

2.2.2 Phương án sử dụng hệ thống GNSS 10

2.3 YÊU CẦU KĨ THUẬT VỚI LƯỚI THI CÔNG CẦU 12

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 14

3.1 Giới thiệu khu đo 14

3.2 Thiết kế lưới 15

3.3 Triển khai ra thực địa 18

3.3.1 Phương pháp tọa độ cực 19

3.3.2 Phương pháp giao hội góc 19

3.3.3 Phương pháp giao hội cạnh 20

3.3.4 Phương pháp giao hội hướng chuẩn 20

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 21

LỜI NÓI ĐẦUHiện nay nước ta đang trên đà phát triển rất nhanh , tốc độ công nhiệp hóa - hiện đại hóa diễn ra mạnh mẽ Do vậy, việc xây dựng, phát triển cơ sở hạ tầng là vấn đề quan trọng và cấp thiết Việc thúc đẩy mạnh xây dựng công trình cho các khu vực như: thành phố, công nghiệp, cầu vượt, thuỷ lợi - thuỷ điện, đường hầm, công trình đòi hỏi độ chính xác cao nhằm phát triển kinh tế là một điều kiện tất yếu Để thực hiện tốt những công trình này với độ chính xác cao, đòi hỏi phải có các bản thiết kế và quy hoạch Trắc địa đóng vai trò quan trọng ngay từ giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công công trình cho đến khi công trình được đưa vào sử dụng cũng cần trắc địa trong công việc quan trắc, biến dạng công trình.

Để đáp ứng nhu cầu phát triển của nền kinh tế, yêu cầu về nguồn năng lượng tương đối khổng lồ Các công trình cầu đường hiện nay vẫn chưa cung ứng để cho phát triển đất nước Vì vậy cần phải xây dựng thêm các công trình cầu mới, đủ rộng và đáp ứng được các nhu cầu của tương lai Sau khi học xong môn Trắc địa công trình Giao thông và Thủy lợi - Thủy điện, em được giao thực hiện đồ án: “ Lập phương án xây dựng lưới khống chế thi công công trình cầu Trà" Nội dung

đồ án bao gồm:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CẦU

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Sau một thời gian làm việc với sự cố gắng của bản thân, cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy PGS TS Nguyễn Việt Hà, em đã hoàn thành đồ án này

Với trình độ và thời gian nghiên cứu có hạn, kinh nghiệm còn ít ỏi sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em mong được sự thông cảm từ thầy cô với em.

Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc

Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2018

Nguyễn Văn CườngTrắc địa B-K59

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG1.1 NHỮNG YẾU TỐ CƠ BẢN CỦA CẦU

Khi xây dựng các tuyến đường giao thông trên mặt đất, thường phải xây dựng công trình 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, bao gồm:

Trên mặt đất, sự chia cắt địa hình rất đa dạng và phức tạp Vì vậy, việc xây dựng cầu có ý nghĩa đến nền kinh tế quốc dân và quốc phòng

Cầu Nguyễn Văn Cường có chiều dài 950 m gồm 11 nhịp, mặt cầu rộng 20,5 m, vận tốc thiết kế 70km/h, bắc ngang qua sông Luộc, thuộc loại cầu rất lớn, có cấu trúc bằng bê tông cốt thép, thiết kế dạng cầu dầm cáp dự ứng lực hỗn hợp Phục vụ cho mục đích giao thông đường bộ

1.2 NỘI DUNG CÔNG TÁC TRƯỚC KHI XÂY DỰNG LƯỚI

KHỐNG CHẾ THI CÔNG CẦU

Công tác trắc địa trong thi công cầu có ý nghĩa đặc biệt đến tiến độ và thành quả Trong đó việc xây dựng lưới khống chế là việc làm đặc biệt quan trọng hơn

- Thiết kế các phương án, chọn vị trí xây dựng cầu và đánh dấu nó 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

 Khảo sát địa chất công trình:

- 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

 Khảo sát thủy văn

- 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 dòng chảy, hướng dòng chảy

- Xác định tiết diện ướt, độ dốc và lưu lượng của dòng chảy tự nhiên.Sau đó việc tiến hành xây dựng lưới thi công cầu được tiến hành

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ

THI CÔNG CẦU2.1 THIẾT KẾ LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG

Lưới khống chế thi công là một mạng lưới gồm các điểm có tọa

độ được xác định chính xác và được đánh dấu bằng các mốc kiên

cố trên mặt bằng xây dựng và được sử dụng làm cơ sơ để bố trí các hạng mục công trình từ bản vẽ thiết kế và thực địa Lưới khốngchế thi công được xây dựng sau khi đã giải phóng và san lấp mặt bằng

Hệ tọa độ của lưới khống chế thi công phải thống nhất với hệ tọa độ đã dùng trong các giai đoạn khảo sát và thiết kế công trình.Tốt nhất đối với các công trình có qui mô nhỏ hơn 100 ha nên sử dụng hệ tọa độ giả định, đối với công trình có quy mô lớn phải sử dụng hệ tọa độ nhà nước và phải chọn kinh tuyến trục hợp lý để độbiến dạng chiều dài không vượt quá 1/50 000 (tức là nhỏ hơn 2

mm trên 100 m), nếu vượt quá thì phải tính chuyển

Để bố trí cầu trên các sông lớn người ta phát triển mạng lưới trắc địa đặc biệtdưới dạng tam giác cầu Mạng lưới đó đồng thời được sử dụng để xác định cả chiều dài chỗ vượt Hình thức của lưới tam giác cầu tùy theo dáng đất và địa vật chỗ vượt sông Thường là tứ giác trắc địa đơn hay kép với 2 đường đáy đo trên các

bờ đối diện Cơ sơ đồ điển hình được trình bày như hình

1 Khảo sát chọn điểm

Vị trí điểm tam giác: phải thoả mãn những điều kiện sau:

- Sử dụng được lâu dài;

- Dễ đo, gần các đường giao thông hoặc đường mòn, vậnchuyển đúc mốc, bồ ngắm và thiết bị thuận lợi;

- Độ vướng, khuất ít nhất, đảm bảo độ cao tia ngắm vượtnên chướng ngại vật 3m.

- Tầm bao quát ra xung quanh phải rộng rãi để phục vụ choquá trình đo, vẽ sau này

Trong trường hợp cần thiết có thể xây dựng các cột tiêu dưới dạng hình tháp nhỏ có độ cao 4-6m Mốc được xây bằng bê tông cốt thép chôn sâu 2 mét Khi chôn mốc cố gắng sao cho lượng quy tâm bằng không Dấu mốc nên làm thành những cột bằng bê tông hoặc hình ống cao hơn mặt đất 1,2m, mặt trên của dấu mốc có kết cấu định tâm bắt buộc cho máy và bảng ngắm

2 Thiết kế lưới

Tùy theo diện tích khu vực loại cầu lớn hay bé mà xây dựng lưới tam giác cầu đơn hay kép Độ chính xác của lưới tam giác cầu phải đảm bảo cho sai số trung phương bố trí tâm trụ cầu và sai số trung phương độ dài các nhịp không vượtquá ± 1,5÷ 2÷ cm Từ đó sai số trung phương vị trí các điểm của lưới tam giác cầu với tư cách là điểm khống chế cần phải nhỏ hơn 1,5÷ 2 lần, tức là trung bình vào khoảng ± 1cm

Trong mạng lưới người ta thiết kế 2 đường đáy trên 2 bờ sông Để làm đáy, thông thường người ta đo cạnh của lưới nằm gần vuông góc với trụ cầu Các điểm khởi đầu đánh dấu chiều dài chỗ vượt A và B mà thông thường cũng là các điểm nút của các đường đáy được đưa vào lưới tam giác cầu Trường hợp hãn hữu người ta nối chúng bằng các đồ hình bổ sung

Khi thiết kế chọn điểm phải lưu ý các yêu cầu sau đây:

- Các điểm phân bố đều trong khu vực đo

- Các cạnh tam giác gần bằng nhau, các góc phải lớn hơn 30o và nhỏ hơn 120o

- Các điểm phải được bố trí nơi đất đá ổn định, địa thế có lợi cho việc bao quát địa hình xung quanh

- Tại mỗi điểm phải có đường ngắm thông suốt đến các điểm lân cận

3 Công tác đo đạc

Trong những năm gần đây, nhờ sự ra đời của các máy đo chiều dài điện tử (EDM) và máy toàn đạc điện tử (total station), công tác đo chiều dài cạnh các mạng lưới tam giác trở nên dễ dàng hơn Có nhiều thêm các yếu tố được đo, làm tăng cường khả năng kiểm tra các điều kiện hình học, nâng cao độ chính xác và độ tin cậy kết quả tính toán tọa độ các điểm trong các mạng lưới Từ đó mà ta không cứ phải đo hết tất cả các góc mà chỉ cần đo một số và nội suy từ tam giác và các cạnh.Trong đây sẽ trình bày chi tiết hơn phương pháp thành lập lưới tam giác đo góc

Đo góc bằng là công tác chủ yếu trong đo lưới tam giác đo góc Thông

thường, các góc được đo bằng phương pháp toàn vòng Số vòng đo phụ thuộc vào loại máy kinh vĩ và độ chính xác yêu cầu Trong lưới tam giác đo góc, phải biết độ dài một cạnh đầu tiên; cạnh đó có thể đã biết hoặc phải đo Đây là cạnh khởi tính, yêu cầu được xác định với độ chính xác cao Trong lưới tam giác, biết góc phương

vị và độ dài một cạnh, đo các góc trong tam giác ta sẽ tính được góc phương vị và

độ dài các cạnh khác Cuối cùng, dựa vào toạ độ điểm đầu tính được toạ độ các điểm trong toàn lưới Toàn bộ lưới tam giác là một kết cấu hình học thống nhất, các yếu tố góc và cạnh liên quan với nhau Quá trình tính toán lưới có xét đến toàn bộ mối liên quan đó, trong trắc địa gọi là bình sai (adjustment) Trong lưới tam giác nhỏ với chức năng khống chế đo vẽ, việc bình sai tính toán thường được tiến hành bằng phương pháp gần đúng

Vì lưới là tam giác cầu nên người ta không cần đưa vào chiều dài cạnh hoặc chiều dài cạnh được đo trực tiếp các số cải chính của các phép chiếu

Các phép đo góc phải lưu ý đang tiến hành trong điều kiện bất lợi như môi trường chiết quang, đề giảm sai số nên để tia ngắm cao lên và đo trong các điều kiện sáng sớm, chiều tối, đôi khi là tối, nên làm lúc trời dâm mát và gió nhẹ

Trong thi công cầu chúng ta sử sụng lưới là dạng tứ giác Vậy sau khi đo đạc

ta bắt đầu tiến hành đến việc ước tính bình sai lưới

2.2.2 Phương án sử dụng hệ thống GNSS

Hiện nay, các loại máy thu GPS đang được sử dụng rộng rãi ởnhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nhằm phục vụ chonhiều mục đích khác nhau, một trong những ứng dụng của GPStrong lĩnh vực trắc địa là thành lập mạng lưới khống chế tọa độphẳng Việc xây dựng lưới khống chế được tiến hành bằng phươngpháp định vị tương đối tĩnh Phương pháp này cho phép xác địnhvéc-tơ cạnh giữa điểm cần xác định tọa độ và điểm đã biết tọa độvới độ chính xác cao mà không cần có sự thông hướng giữa cácđiểm đó Nhờ ưu điểm cho độ chính xác cao, lại không phụ thuộcvào sự thông hướng giữa các điểm, phương pháp GPS đã thay đổi

cơ bản quy trình công nghệ thành lập lưới khống chế truyền thốngtheo nguyên tắc “từ cao đến thấp, từ toàn diện đến cục bộ” Quytrình công nghệ thành lập lưới khống chế trắc địa bằng công nghệGPS bao gồm các bước sau đây:

1 Thiết kế lưới

Khi thiết kế trên bản đồ, cần lưu ý, sao cho các điểm được chọn thực sự có vaitrò cần thiết, phục vụ cho công tác trắc địa tại khu vực đo vẽ Mật độ điểm tronglưới tuỳ thuộc vào yêu cầu thực tế Khi thành lập mạng lưới khống chế bằng côngnghệ GPS, độ chính xác mạng lưới ít chịu ảnh hưởng của kết cấu đồ hình, do vậy,cho phép chiều dài các cạnh trong lưới có sự chênh lệch lớn: cạnh dài tới 5-7 km;ngược lại, cạnh ngắn có thể là 200 - 300 m Như vậy, trong mạng lưới GPS khôngtồn tại các điểm trung gian với mục đích cân đối đồ hình lưới Nhờ thế, khối lượngthi công mạng lưới giảm đáng kể, tiết kiệm được thời gian, công sức và cho hiệuquả kinh tế cao

2 Khảo sát, chọn điểm

Ngoài thực địa, vị trí điểm phải có tầm nhìn bao quát, được bố trí trên nền đất đá ổn định, có thể tiếp cận và thao tác đo đạc dễ dàng, có khả năng tồn tại lâudài Các điểm trong lưới GPS không cần thiết phải thông hướng ngang, nhờ thế,việc chọn điểm được thực hiện nhanh chóng Tuy nhiên, khi chọn điểm cho lướiGPS cần lưu ý thoả mãn một số yêu cầu sau:

- Điểm đo cần thông thoáng, không bị che chắn bởi địa hình hay địa vật quanh

đó, tiện lợi cho quá trình thu tín hiệu Trường hợp tốt nhất là góc mở lên bầu trờicủa anten máy thu ở ≥ 1500 (hình 1)

Hình ảnh 2.3.1: Góc mở trên bầu trời tại 1 trạm GPS

- Không bố trí điểm gần các vật dễ gây phản xạ tín hiệu, các trạm thu phátsóng và các đường điện cao áp để tránh hiện tượng gây nhiễu tín hiệu, hiện tượng

3 Công tác đo đạc

Trong phép đo tĩnh, cần tối thiểu hai máy thu GPS Thời gian thu tín hiệu phụthuộc vào số lượng vệ tinh, yêu cầu về độ chính xác và chiều dài các cạnh trong

gian đo cho các cạnh khi thu tín hiệu từ 4-5 vệ tinh trong điều kiện khí tượng bìnhthường.

ChiÒu dµi c¹nh[km]

Thêi gian ®o[phót]

0-11-55-10

10-3030-6060-90

Trước khi thu tín hiệu, cần phải cài đặt các tham số cho máy thu như: tần suất thu tín hiệu, số lượng vệ tinh quan sát, thời gian đo, v.v Kết quả đo đạc được tự động ghi trong bộ nhớ trong của máy hoặc thẻ nhớ Công tác xử lý số liệu được tiếnhành nhờ các phần mềm chuyên dụng

Trong lĩnh vực trắc địa ứng dụng, hai phương pháp định vị GPS được ứngdụng phổ biến đó là: Định vị tương đối tĩnh để xây dựng mạng lưới khống chế cáccấp và định vị tương đối động để đo vẽ chi tiết thành lập bản đồ So với cácphương pháp truyền thống, công nghệ GPS cho độ chính xác cao, giảm thời gian vàcông sức

2.3 YÊU CẦU KĨ THUẬT VỚI LƯỚI THI CÔNG CẦU

Tùy thuộc vào số lượng số liệu gốc, người ta chia lưới trắc địa ra thành lưới phụ thuộc và lưới tự do Theo đó, lưới có thừa số liệu gốc khởi tính được gọi là lưới phụ thuộc, lưới có vừa đủ số liệu gốc khởi tính được gọi là lưới tự do có số khuyết d=0 và lưới thiếu một phần hoặc toàn bộ số liệu gốc khởi tính được gọi

là lưới tự do có số khuyết d>0 Số khuyết d là số yếu tố khởi tính cần thiết tối thiểu còn thiếu của mạng lưới Trong lý thuyết bình sailưới trắc địa, có hai phương pháp bình sai chủ yếulà bình sai điều kiện và bình sai gián tiếp Bình sai điều kiện là bìnhsai trị đo Sau bình sai, các số hiệu chỉnh nhận được thỏa mãn điều kiện [pvv]=min,

bảo đảm các sai số khép trong các phương trình điều kiện hình học của lưới đều được “san phẳng”(tức bằng 0) Các phương trình điều kiệnhình học của lưới có thể

là hàm của các trị đo, hoặc là hàm củacác trị đo và các số liệu gốc Trong bình sai điều kiện không đặt vấn đề định vị lưới Bình sai gián tiếp là bình sai tham số Sau bình sai, các số hiệu chỉnh nhận được thỏa mãn điều kiện [pvv]=min, đồng thời lưới được định vị trong hệ thống tọa độ (hoặc độ cao) của các số liệu gốc Bình sai điều kiện hay bình sai gián tiếp được áp dụng để bình sai các mạng lưới phụ thuộc hoặc lưới tự do có số khuyết d=0

Trong khi đó, việc xử lý số liệu các mạng lưới chuyên dùng của trắc địa công trình lại đòi hỏi phải bảo đảm hai yêu cầu chủ yếu:

- Một là, lưới phải được định vị trong cùng một hệ thống tọa độ (hoặc độ cao)

đã chọn trong giai đoạn trước đó

- Hai là, không được để cho sai số của các số liệu gốc hoặc chuyển dịch (nếu có)của các điểm gốc tồn tại trong các kết quả bình sai

Các yêu cầu này cho thấy: Không thể áp dụng phương pháp bình sai điều kiện để bình sai lưới chuyên dùng vì không định vị được lưới Cũng không thể áp dụng bình sai gián tiếp để bình sai lưới chuyên dùng vì không loại bỏ được sai số sốliệu gốc trong kết quả bình sai Vì thế, cần phải xem lưới chuyên dùng của trắc địa công trình như một lưới tự do có số khuyết d>0 và bình sai lưới theo phương pháp bình sai gián tiếp kèm điều kiện

Việc xử lý số liệu lưới khống chế thi công cần phải được thực hiện theo lưu đồ: