Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS ĐỂ CHUYỂN TRỤC CÔNG TRÌNH LÊN CAO Khảo sát nội dung của công tác trắc địa trong thi công xây dựng nhà cao tầng và tiềm năng của hệ thống định vị toàn cầu GPS, chúng tôi nhận thấy công nghệ GPS có thể được ứng dụng trong một số dạng công tác trắc địa sau đây khi thi công nhà cao tầng: - Ứng dụng GPS để thành lập các mạng lưới khống chế cơ sở trên mặt bằng xây dựng. - Ứng dụng GPS để chuyền độ cao lên các sàn thi công. - Ứng dụng GPS để kiểm tra độ thẳng đứng công trình trong thi công. - Ứng dụng GPS để chuyển trục công trình lên cao. Trong phạm vi của đồ án tốt nghiệp, đề tài tập trung nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GPS để chuyển trục công trình lên cao. Trước hết chúng ta xem xét nội dung công tác chuyển trục công trình lên cao bằng các phương pháp đo truyền thống và độ chính xác của nó. 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG CHUYỂN TRỤC CÔNG TRÌNH LÊN CAO 3.1.1. Phương pháp dọi cơ học 3.1.1.1. Nội dung phương pháp Giả sử có điểm A đã được thành lập ở mặt sàn tầng 1 như hình 3-1. Thông qua ô chiếu điểm trên trần ngăn, tiến hành thả một quả dọi có đủ độ chính xác được treo trên giá và chỉnh cho đỉnh quả dọi trùng với điểm A. Dùng một thanh thước cố định vào hố chiếu và tiếp xúc vào dây dọi sẽ đánh dấu được các vị trí a và b trên mặt hố chiếu. Xoay thước đi 90 o , lại cho thước tiếp xúc với dây dọi tương tự ta sẽ đánh dấu được điểm c và d. Giao của các đường ab và cd chính là hình chiếu điểm trục A lên trần ngăn. S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 41 Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất Hình 3-1. Chuyển trục công trình theo phương pháp dây dọi 3.1.1.2. Độ chính xác Độ chính xác của công tác chuyển trục công trình theo phương thẳng đứng nhờ dây dọi vào khoảng 1/1.000 chiều cao chuyển trục. 3.1.1.3. Ưu - nhược điểm Phương pháp này hiện nay rất ít được áp dụng mặc dù dễ thực hiện. Mặt khác khi chiều cao lớn và có gió mạnh thì việc ứng dụng phương pháp này sẽ gặp nhiều khó khăn. Để nâng cao độ chính xác có thể sử dụng quả dọi nặng và chọn thời điểm thao tác vào lúc lặng gió. Thông thường người ta chỉ sử dụng phương pháp này để kiểm tra độ thẳng đứng của các kết xây dựng trong phạm vi từng tầng. 3.1.2. Phương pháp sử dụng máy kinh vĩ 3.1.2.1. Nội dung phương pháp Phương pháp này thường được gọi là phương pháp chiếu thẳng đứng bằng tia ngắm nghiêng của máy kinh vĩ. Để truyền toạ độ bằng máy kinh vĩ lên các tầng, việc đầu tiên là phải gửi các điểm đầu trục ra ngoài. Khoảng cách từ điểm gửi đến chân công trình tốt nhất nên chọn xấp xỉ bằng chiều cao của nó, để góc đứng < 45 o . Quá trình gửi điểm được tiến hành bằng máy kinh vĩ và thước thép dựa vào các điểm lưới khống chế bên trong. Các điểm gửi S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 Quả dọi Ô chiếu a b d c A 42 Mốc trục trên sàn gốc Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất được đánh dấu cẩn thận đổ bê tông và gắn dấu mốc để bảo quản cho quá trình sử dụng sau này. Thông thường các điểm trục được gửi lệch so với trục một khoảng từ 50cm ÷ 80cm sang trái hoặc phải để tiện cho quá trình thi công. Sau khi đã gửi các điểm đầu trục ra ngoài ta tiến hành truyền toạ độ. Máy kinh vĩ được đặt tại các điểm gửi và được định tâm, cân bằng cẩn thận. Sau đó dùng chỉ đứng giữa ngắm vào điểm dấu trục ở tường bao rồi cố định trục quay máy, nâng ống kính lên đánh dấu trục vào chân tường tầng 1. Tiếp tục nâng ống kính lên đánh dấu trục lên tường ở mặt sàn cần chuyển lưới ở phía trên bằng hai vị trí bàn độ. Sau khi thực hiện việc chiếu điểm theo hai phương vuông góc với nhau ở mặt bằng tầng 1 đi qua điểm đã có là sẽ chuyển được điểm trục lên tầng theo phương thẳng đứng như hình 3-2. Hình 3-2. Chuyển trục công trình bằng máy kinh vĩ Sau khi đã đánh dấu các điểm trục chính trên mặt sàn tầng cần bố trí, cần phải đo kiểm tra trước khi sử dụng các điểm này để bố trí các điểm trục chi tiết bên trong của mặt sàn. Công việc này bao gồm các công đoạn như sau: S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 43 Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất - Kiểm tra các góc: Đặt máy tại các điểm trục đã đánh dấu, định tâm và cân bằng máy cẩn thận, sau đó đo kiểm tra các góc có đúng bằng 90 o hay không. Sai lệch cho phép không vượt quá ± 20". - Kiểm tra các cạnh có đúng với thiết kế hay không, quá trình này được thực hiện bằng thước thép, theo hướng ngắm của máy kinh vĩ. Sai lệch cho phép không vượt quá ± 7mm. Trường hợp bị sai lệch quá phạm vi cho phép cần phải hoàn nguyên các điểm này về đúng vị trí thiết kế. 3.1.2.2. Độ chính xác Các nguồn sai số chủ yếu trong phương pháp chuyển trục công trình lên cao bằng máy kinh vĩ là: - Sai số do độ nghiêng của trục quay máy kinh vĩ (m ngh ). - Sai số ngắm chuẩn (m v ). - Sai số do máy kinh vĩ không nằm đúng trên hướng trục (m ∆ l ). - Sai số đánh dấu điểm trục (m đd ). - Sai số do chiết quang của không khí (m r ). Sai số tổng hợp của việc chuyển trục công trình theo phương thẳng đứng bằng tia ngắm nghiêng của máy kinh vĩ sẽ là: m 2 = m 2 ngh + m 2 v + m 2 ∆ l + m 2 đd + m 2 r (3.1) Trong các nguồn sai số trên, sai số do độ nghiêng trục quay máy kinh vĩ là một trong những sai số chủ yếu và độ lớn của nó tăng lên khi độ nghiêng của tia ngắm tăng. Trong thực tế, nếu các máy móc được kiểm nghiệm cẩn thận thì độ chính xác chuyển trục có thể đạt 1-2mm. 3.1.2.3. Ưu - nhược điểm Phương pháp này được ứng dụng khá rộng rãi để thi công các công trình nhà cao tầng. Tuy nhiên, nếu địa bàn xây dựng chật hẹp và toà nhà có nhiều tầng thì khả năng ứng dụng của phương pháp này là rất hạn chế. S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 44 Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất 3.1.3. Phương pháp sử dụng máy toàn đạc điện tử 3.1.3.1. Nội dung phương pháp Để thực hiện chuyển trục công trình lên cao bằng máy toàn đạc điện tử cần phải đảm bảo điều kiện thông hướng giữa các điểm khống chế trên mặt đất và các điểm trên mặt sàn của công trình. Việc chuyển trục công trình lên cao bằng máy toàn đạc điện tử được tiến hành theo phương pháp giao hội nghịch từ 3 điểm khống chế toạ độ trên mặt đất (Free Station). Máy toàn đạc điện tử lần lượt đặt tại G 1 , G 2 là hai điểm nằm gần vị trí của trục công trình trên sàn thi công và được định tâm, cân bằng cẩn thận. Gương có bộ phận định tâm, cân bằng chính xác được đặt tại các điểm khống chế A, B, C trên mặt đất (Hình 3-3). Hình 3-3. Chuyển trục công trình bằng máy toàn đạc điện tử Trước khi tiến hành giao hội cần phải thiết lập trạm. Công việc này bao gồm nhập tên trạm máy (Stn) và nhập chiều cao máy (hi) (Hình 3-4). Sau khi thiết lập trạm sẽ tiến hành giao hội. Đầu tiên ta phải nhập toạ độ điểm khống chế thứ nhất (PtID). Nếu điểm đó không tìm thấy trong bộ nhớ, S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 B G 1 G 2 C A 45 Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất hệ thống sẽ tự mở màn hình đối thoại cho phép nhập toạ độ bằng tay. Sau đó, nhập chiều cao gương đặt tại điểm này (hr) rồi bắt đầu đo khoảng cách (SD), góc bằng (Hz), góc đứng (V) tới điểm khống chế thứ nhất (Hình 3-5). Các điểm tiếp theo làm tương tự như trên. Hình 3-4. Thiết lập trạm Hình 3-5. Quá trình đo Khi quá trình giao hội kết thúc, màn hình máy toàn đạc điện tử sẽ hiển thị kết quả cuối cùng của toạ độ và độ cao trạm máy (Hình 3-6). Hình 3-6. Kết quả giao hội Sau khi có được toạ độ thực tế của điểm G 1 , G 2 , ta tiến hành tính toán để hoàn nguyên các điểm này về vị trí điểm thuộc trục công trình. 3.1.3.2. Độ chính xác của phương pháp Sai số vị trí của điểm trục sau khi chiếu lên sàn thi công được xác định theo công thức: S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 Stn : PEG1 FREE STATION (Station Setup) hi : 1.567m <EXIT> <OK> E : 14757687.345m FREE STATION RESULT Stn : PEG1 N : 16934025.602m <EXIT> <PREV> <RESID> <MEAS> H : 1243.932m hi : 1.576m 46 hr : 2.300m FREE STATION PtID : ABC1 Hz : 236 o 56’14” <EXIT> <CALC> <MEAS> V : 91 o 12’23” SD : 123.569m 1/I II Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất 2 đd 22 mmmm hnggh ++= (3.2) Trong đó: - m gh là sai số xác định vị trí điểm bằng phương pháp giao hội. - m hng là sai số hoàn nguyên các điểm về vị trí trục công trình. - m đd là sai số đánh dấu vị trí điểm hoàn nguyên. Độ chính xác của phương pháp chuyển trục công trình lên cao bằng máy toàn đạc điện tử phụ thuộc chủ yếu vào khả năng của máy toàn đạc điện tử tức là độ chính xác xác định toạ độ của máy. Tuy nhiên độ chính xác xác định toạ độ của máy lại giảm khi độ nghiêng của tia ngắm tăng. Thông thường sai số xác định điểm G 1 , G 2 có thể đạt được giá trị ≤ ±5mm. 3.1.3.3. Ưu - nhược điểm Phương pháp chuyển trục công trình bằng máy toàn đạc điện tử có ưu điểm là thực hiện khá đơn giản, thường được áp dụng đối với các công trình nhà cao tầng xây dựng trên mặt bằng rộng rãi, chiều cao công trình không vượt quá 10 tầng. Tuy nhiên phương pháp này cần có không gian tương đối rộng, do đó nhiều khi không phù hợp với các nhà xây chen tại các thành phố. Mặt khác, độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào độ nghiêng của tia ngắm nên khi toà nhà có số tầng lớn thì rất khó để thực hiện phương pháp này với độ chính xác thoả mãn yêu cầu trong quy phạm. 3.1.4. Phương pháp chiếu đứng Hiện nay có hai loại máy chiếu đứng đang được sử dụng trong các công tác trắc địa công trình: Đó là loại máy tạo ra đường thẳng đứng bằng tia laze và loại máy tạo ra đường thẳng đứng bằng tia ngắm quang học (Hình 3-7). Trong hai loại máy này thì loại máy chiếu đứng bằng quang học có độ chính xác cao hơn và thường được áp dụng vào công tác bố trí lưới trục khi thi công những công trình cao tầng. Máy chiếu thông dụng PZL có độ chính xác đặt đường thẳng đứng quang học khi chiều cao đến 100m theo lý lịch máy là ±1.2mm (Hình 3-7a). S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 47 Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất 3.1.4.1. Nội dung phương pháp Việc chuyển trục công trình lên cao theo phương pháp chiếu đứng chính là chiếu hai điểm thuộc trục công trình lên cao bằng máy chiếu đứng. Trước khi tiến hành chiếu điểm ta phải đặt lỗ chiếu trên mặt sàn tầng thi công. Công việc này được tiến hành ngay sau khi đơn vị thi công ghép ván khuôn đổ bê tông sàn. Quá trình thực hiện tuần tự theo các bước sau: a) b) Hình 3-7. Máy chiếu đứng quang học PZL 100 (a) và laze DZJ3 (b) - Đầu tiên phải đánh dấu tương đối chính xác các vị trí lỗ hổng trên mặt sàn tầng thi công, để theo đó người ta sẽ cắt ván khuôn sàn và lắp đặt vào đó các hộp khuôn bằng gỗ có kích thước (20x20)cm. Mục đích chừa các lỗ hổng là để sử dụng cho việc chiếu các điểm sau khi đổ bê tông sàn. - Đặt máy chiếu đứng tại hai điểm cần chiếu trên mặt bằng cơ sở chiếu kiểm tra vị trí đặt lỗ chiếu. Đồng thời đánh dấu vị trí hai điểm chiếu được lên trên lưới chiếu. Điểm này sẽ được dùng để định tâm máy kinh vĩ phục vụ cho việc bố trí sơ bộ các trục, đo khoảng cách thiết kế để định dạng mép trong của ván khuôn, đường biên của mặt sàn tầng thi công và đường biên của các vị trí khác. S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 48 Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất Khi quá trình đặt lỗ chiếu và đổ bê tông mặt sàn hoàn thiện ta tiến hành chiếu điểm. Định tâm dụng cụ chiếu đứng trên điểm gốc, cân bằng dụng cụ để đưa đường ngắm về vị trí thẳng đứng. Trên mặt bằng cần chuyển toạ độ lên, người ta đặt vào các lỗ hổng chừa ra trên mặt sàn một tấm lưới chiếu (tấm paletka). Tấm lưới này được làm bằng mêca có kích thước (150x150x3)mm, trên đó có kẻ một lưới ô vuông khắc vạch đến mm. Dựa theo mạng lưới ô vuông này có thể xác định vị trí chính xác của đường thẳng đứng được chiếu lên. Để kiểm tra và nâng cao độ chính xác việc đọc số trên lưới ô vuông cần phải chiếu điểm ở 4 vị trí của thị kính (0 o , 90 o , 180 o , 270 o ) và đánh dấu vị trí trung bình của các điểm trên. Sau khi chiếu các trục của lưới cơ sở trên mặt bằng móng lên các tầng xây dựng, tiến hành đo kiểm tra các yếu tố của lưới tạo bởi các điểm chiếu (lưới trục công trình). Rồi tiến hành tính toán và bình sai, nếu sai lệch vượt giá trị cho phép thì tiến hành chiếu điểm lại. Hình 3-8. Chuyển trục lên cao bằng máy chiếu đứng 3.1.4.2. Độ chính xác S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 49 Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp chuyển trục công trình lên tầng bằng máy chiếu đứng bao gồm: - Sai số định tâm dụng cụ tại điểm gốc (m đt ). - Sai số cân bằng dụng cụ (m cb ). - Sai số tiêu ngắm (m v ). - Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh (m ngc ). - Sai số đánh dấu điểm (m đd ). Ảnh hưởng tổng hợp của các nguồn sai số trên đến độ chính xác chuyển trục công trình là: m 2 = m 2 đt + m 2 cb + m 2 v + m 2 ngc + m 2 đd (3.3) Thực nghiệm cho thấy với h < 100m (h là chiều cao công trình) thì: m đt ≈ m cb ≈ m v ≈ m ngc ≈ m đd ≈ 1,0mm. Khi đó: mmm 2,250,1 ±== 3.1.4.3. Ưu - nhược điểm Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là thao tác đơn giản, nhanh gọn, độ chính xác cao, phù hợp với thực tiễn xây dựng. Tuy nhiên, khi số tầng lớn thì phương pháp này trở nên hạn chế. Trong thực tế, do tia ngắm phải đi qua các lỗ chiếu, độ phóng đại của ống kính lại có hạn, nên thao tác chiếu chỉ thuận lợi và đạt độ chính xác cao khi công trình khoảng 15-20 tầng. Đây là một trong những nhược điểm của phương pháp. Để khắc phục, người ta áp dụng phương pháp chiếu phân đoạn, nghĩa là chia toàn bộ toà nhà ra làm từng đoạn 15-20 tầng. Tầng cuối cùng của đoạn này sẽ là tầng khởi đầu của đoạn tiếp theo. Nhược điểm của phương pháp phân đoạn là sự tích luỹ sai số chiếu qua từng đoạn và ảnh hưởng của ngoại cảnh ngày càng tăng theo thời gian làm vị trí trục ở tầng cao có sai số càng lớn. Vì vậy, giải pháp khắc phục nhược điểm của phương pháp phân đoạn khi chiếu trục lên cao trong xây dựng những ngôi nhà có số tầng lớn là tiến hành chính xác hoá lưới trục trên các tầng vị trí khởi đầu của mỗi đoạn. S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 50 [...]... những công trình gần đường điện cao thế hay gần các đối tượng có bề mặt phản xạ lớn thì độ chính xác bị giảm đi đáng kể,… 3- Sử dụng công nghệ GPS trong công tác chuyển trục công trình lên cao cho độ chính xác rất cao thoả mãn yêu cầu đề ra trong quy phạm Điều đó chứng tỏ công nghệ GPS có thể đáp ứng được yêu cầu của những công trình cần có độ chính xác cao 4- Sử dụng công nghệ GPS để chuyển trục công trình. .. lịch, công tác cứu hộ cứu nạn, công tác dẫn đường trên biển… Ngoài ra công nghệ GPS cũng được ứng dụng nhiều trong xây dựng nhà cao tầng Đặc biệt là những nhà có chiều cao lớn và diện tích nhỏ Để đánh giá được khả năng ứng dụng của công nghệ GPS phục vụ cho công tác chuyển trục công trình lên các sàn thi công chúng tôi đã tiến hành đo thực nghiệm việc chuyển trục công trình lên sàn thi công tại nhà A... Lớp: Trắc địa D-K52 Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất a) Trục công trình A Trục công trình Trục công trình A B B A B b) Trục công trình A Trục công trình B B A Hình 3-9 Các dạng đồ hình chuyển trục bằng công nghệ GPS a) Lưới chuyển 2 điểm trục b) Lưới chuyển 3 điểm trục G1 G2 A B Hình 3-10 Chuyển trục lên cao bằng công nghệ GPS S.V: Đặng Quang Minh 53 Lớp: Trắc địa D-K52 Đồ án tốt nghiệp Trường... công nghệ GPS cùng với các máy móc tiên tiến hiện nay sẽ đảm bảo được độ chính xác tương hỗ cao hơn ±5mm do đó thoả mãn được yêu cầu độ chính xác trong việc chuyển trục công trình lên cao Một ưu điểm quan trọng trong chuyển trục công trình lên cao bằng công nghệ GPS là sai số chuyển trục hầu như không phụ thuộc vào chiều cao công trình Tuy nhiên khi chuyển trục công trình lên cao đối với toà nhà cao. .. kết luận sau: 1- Sử dụng công nghệ GPS trong công tác chuyển trục công trình lên cao có thể khắc phục được những hạn chế của các phương pháp truyền thống như: Không phụ thuộc vào chiều cao của công trình, không cần chừa những lỗ nhỏ trên mặt sàn thi công, không cần phải thông hướng với những điểm khống chế mặt bằng,… 2- Sử dụng công nghệ GPS trong công tác chuyển trục công trình lên cao có những thuận... của công tác đo thực nghiệm chuyển trục công trình lên sàn thi công bằng công nghệ GPS giúp chúng ta làm rõ một số vấn đề sau: - Việc chuyển trục công trình lên các sàn thi công bằng công nghệ GPS có khắc phục được những nhược điểm của các phương pháp truyền thống hay không ? S.V: Đặng Quang Minh 55 Lớp: Trắc địa D-K52 Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất - Công tác chuyển trục công trình lên. .. thì độ chính xác của phương pháp chuyển trục công trình lên cao bằng công nghệ GPS hoàn toàn thoả mãn yêu cầu đề ra trong quy phạm (Bảng 2-1) S.V: Đặng Quang Minh 60 Lớp: Trắc địa D-K52 Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu lý thuyết của đề tài, tôi đã đi vào thực nghiệm chuyển trục công trình lên cao bằng công nghệ GPS Thông qua quá trình đo và xử lý số liệu cho... lên các sàn thi công bằng công nghệ GPS có những thuận lợi và khó khăn gì ? - Công tác chuyển trục công trình lên các sàn thi công bằng công nghệ GPS có độ chính xác như thế nào ? - Việc sử dụng công nghệ GPS có thay thế được những phương pháp truyền thống hay không ? 3.3.1.2 Nội dung thực nghiệm T-1 A a1 T-2’ A T-1’ a2 T-2 C-4 C-3 Hình 3-15 Đồ hình lưới thực nghiệm Yêu cầu đặt ra cho công tác thực nghiệm... tôi là chuyển trục A-A lên sàn thi công Việc chuyển trục A-A lên mặt sàn thi công thực chất là xác định trên sàn thi công những điểm có hoành độ bằng hoành độ thiết kế của trục A-A Hoành độ thiết kế của trục A-A là X = 2331951.000m Để chuyển được trục A-A lên sàn thi công thì trên sàn thi công chúng tôi đã chọn hai điểm T-1 và T-2 ở vị trí gần đúng của trục A-A (Hình 3-15) Sau đó tiến hành đo GPS tại... các công trình có chiều cao . A-A (Hình 3-1 5). Sau đó tiến hành đo GPS tại hai điểm T-1 và T-2 để xác định chính xác toạ độ của chúng. S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52 C-4 A A T-2’ T-1’ T-2 a 2 a 1 C-3 56 T-1 Đồ án. (vì chiều cao mặt bằng thi công từ 1 6-2 0m). 1. Đồ hình lưới thực nghiệm Đồ hình lưới thực nghiệm được chúng tôi bố trí như hình 3-1 5. Lưới gồm 4 điểm: T-1, T-2, C-3, C-4. Trong đó: + T-1 và T-2 là. mặt bằng xây dựng. - Ứng dụng GPS để chuyền độ cao lên các sàn thi công. - Ứng dụng GPS để kiểm tra độ thẳng đứng công trình trong thi công. - Ứng dụng GPS để chuyển trục công trình lên cao. Trong phạm