Giải pháp nâng cao độ chính xác chuyển trục công trình lên các sàn xây dựng trong thi công nhà siêu cao tầng - Nguyễn Quang Thắng

Nội dung text: Giải pháp nâng cao độ chính xác chuyển trục công trình lên các sàn xây dựng trong thi công nhà siêu cao tầng - Nguyễn Quang Thắng

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 44, 10-2013, tr.57-61 GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CHUYỂN TRỤC CÔNG TRÌNH LÊN CÁC SÀN XÂY DỰNG TRONG THI CÔNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG NGUYỄN QUANG THẮNG, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Chuyển trục lên các sàn xây dựng là công việc có ý nghĩa quan trọng trong toàn bộ công tác trắc địa khi xây dựng nhà cao tầng và siêu cao tầng. Trong bài báo đã nghiên cứu các giải pháp sử dụng kết hợp trị đo bằng công nghệ GPS và máy toàn đạc điện tử, được đưa vào các số hiệu chỉnh cần thiết và xử lý theo thuật toán phù hợp để chính xác hóa hình chiếu lưới khống chế cơ sở lên tầng đầu tiên của mỗi đoạn chiếu trong phương pháp chiếu phân đoạn bằng máy chiếu đứng quang học, nhằm nâng cao độ chính xác chiếu trục trong xây dựng nhà siêu cao tầng. 1. Đặt vấn đề Giải pháp và quy trình cụ thể của công tác Theo [2], các ngôi nhà cao tầng có số tầng này sẽ được trình bày ở các nội dung tiếp theo. ≥45 được gọi là nhà siêu cao tầng. Trong xây 2. Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính dựng nhà siêu cao tầng, việc chuyển trục lên các xác chuyển trục công trình lên các sàn xây sàn xây dựng có ý nghĩa rất quan trọng, ảnh hưởng dựng trong thi công nhà siêu cao tầng lớn tới chất lượng toàn bộ công tác trắc địa. 2.1. Phân tích ảnh hưởng độ không song song Độ chính xác yêu cầu chuyển trục công của các đường dây dọi và độ lệch dây dọi đến trình [1] được nêu ở bảng 1. độ chính xác chuyển trục công trình lên các sàn Bảng 1 xây dựng Chiều cao của mặt bằng thi công Trong xây dựng nhà cao tầng, một trong Sai số xây dựng (m) những yêu cầu cơ bản là phải đảm bảo tính thẳng đứng của ngôi nhà. Chúng ta hiểu phương  15 15  60 60  100 100  120 thẳng đứng ở đây là phương đường dây dọi. Sai số trung Tuy nhiên đường dây dọi đi qua các điểm của phương lưới khống chế cơ sở trên mặt bằng móng I, II, chuyển các III, IV không song song với nhau do chúng điểm, các trục 2 2.5 3 4 vuông góc với mặt thủy chuẩn đi qua những theo phương điểm này. Trong phạm vi nhỏ của ngôi nhà có thẳng đứng thể coi mặt thủy chuẩn đó là phần mặt cầu đi (mm) qua 4 điểm. Trên mặt sàn tầng ở đầu đoạn chiếu, các điểm I, , IV sẽ dịch chuyển đến các Hiện nay đối với nhà siêu cao tầng, để vị trí IG, , IVG (hình 1). chuyển trục công trình lên sàn xây dựng thường sử dụng phương pháp chiếu đứng quang học theo cách chiếu phân đoạn (mỗi phân đoạn khoảng 10 tầng). Để nâng cao độ chính xác chiếu trục, lưới trục (hình chiếu theo phương thẳng đứng của lưới khống chế cơ sở trên mặt bằng móng) trên mặt sàn đầu tiên của mỗi phân đoạn cần được chính xác hóa, làm cơ sở cho việc chiếu tiếp theo. Việc chính xác hóa lưới trục này nên thực hiện bằng cách kết hợp máy Hình 1. Ảnh hưởng độ không song song của chiếu đứng quang học, công nghệ GPS và máy đường dây dọi và độ lệch dây dọi đến kết quả toàn đạc điện tử độ chính xác cao. chiếu trục công trình nhà siêu cao tầng 57
2. ● - Điểm khống chế cơ sở trên mặt bằng Mặt khác khi thành lập lưới khống chế cơ móng; sở trên mặt bằng móng, nếu sử dụng hệ tọa độ - Hình chiếu điểm khống chế cơ sở theo địa diện có các trục song song với trục tương phương dây dọi trên mặt sàn thi công; ứng của công trình, trục oz trùng với pháp tuyến của Elipxôid thì phần bề mặt Elipxôid trên công □ - Hình chiếu điểm khống chế cơ sở theo trình sẽ nghiêng với mặt phương pháp tuyến trên mặt sàn thi công. mặt thủy chuẩn đi qua các điểm khống chế cơ Chênh lệch khoảng cách giữa các điểm sở trên mặt bằng móng một góc bằng giá trị độ khống chế cơ sở trên mặt bằng móng và trên lệch dây dọi. mặt sàn xây dựng có chiều cao ΔH được tính Trên phạm vi nhỏ của công trình có thể coi theo công thức [2]: vector ảnh hưởng của độ lệch dây dọi tại các S. H điểm I, II, III, IV là như nhau cả về độ lớn và Sh , (1) hướng (các đoạn IG-IE , IVG-IVE - hình 1). R m Chênh lệch khoảng cách giữa đường dây dọi và trong đó: S - Khoảng cách giữa các điểm đang pháp tuyến với Elipxôid ở những chiều cao xét; ΔH = Hm – H0 - Chiều cao mặt sàn xây khác nhau có thể tính theo công thức: dựng so với mặt bằng móng; Rm - Bán kính  trung bình của Elipxôid (Rm = 6370km). S . H . (2) Chênh lệch chiều dài ΔSh (mm) ở những khoảng cách S (m) và chiều cao chiếu ΔH (m) Chênh lệch ΔSν (mm) ở những chiều cao khác nhau tính theo công thức (1) được nêu ở chiếu ΔH (m) và độ lệch dây dọi ν (“) khác bảng 2. nhau được thể hiện ở bảng 3. Bảng 2 ΔH S 50 75 100 150 200 300 400 25 0.20 0.29 0.39 0.59 0.78 1.18 1.57 50 0.39 0.59 0.78 1.18 1.57 2.35 3.14 75 0.59 0.88 1.18 1.77 2.35 3.53 4.71 100 0.78 1.18 1.57 2.35 3.14 4.71 6.28 Bảng 3 ΔH ν 50 75 100 150 200 300 400 2 0.48 0.73 0.97 1.45 1.94 2.91 3.88 4 0.97 1.45 1.94 2.91 3.88 5.82 7.76 7 1.70 2.55 3.39 5.09 6.79 10.18 13.57 10 2.42 3.64 4.85 7.27 9.70 14.54 19.39 12 2.91 4.36 5.82 8.73 11.64 17.45 23.27 15 3.64 5.45 7.27 10.91 14.54 21.82 29.09 Từ kết quả tính ở bảng 2 và bảng 3 có thể số đo khoảng cách bằng máy toàn đạc điện tử rút ra một số nhận xét sau: độ chính xác cao. - Chênh lệch chiều dài do độ không song - Chênh lệch khoảng cách giữa đường dây song của các đường dây dọi tính theo công thức dọi và pháp tuyến với Elipxôid (bảng 2) tăng (1) tăng lên khi chiều cao chiếu tăng và có giá theo chiều cao của công trình. Với giả thiết coi trị không lớn lắm. Khi S = 75m; ΔH = 200m, vector ảnh hưởng của độ lệch dây dọi tại các sai lệch này đạt giá trị 2.35mm, xấp xỉ bằng sai điểm I, II, III, IV là như nhau cả về độ lớn và 58
3. hướng, thì hình chiếu của lưới cơ sở trên sàn Khi nhận các giá trị: mΔh = 10mm, tầng theo phương pháp tuyến đồng dạng với S = 500m, tính được mν = 4”. Từ bảng 2 ta thấy hình chiếu của lưới trên sàn tầng theo phương với mν = 4”; ΔH = 200m thì ΔSν = 3.88mm. Giá dây dọi (hình 1). Như vậy ảnh hưởng tổng hợp trị này sẽ tăng cùng với chiều cao của công do các đường dây dọi không song song với trình. Để nâng cao độ chính xác xác định độ nhau và do độ lệch dây dọi đến đến khoảng lệch dây dọi cần chọn loại máy thu GPS có độ cách giữa các điểm chiếu chủ yếu là do độ chính xác cao để xác định độ chênh cao trắc địa. không song song của các đường dây dọi gây ra. 2.2. Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao độ Đây là nhận xét cần hết sức lưu ý để xác định chính xác chuyển trục công trình lên các sàn quy trình chiếu điểm sử dụng kết hợp trị đo xây dựng trong thi công nhà siêu cao tầng bằng công nghệ GPS và máy toàn đạc điện tử. Để nâng cao độ chính xác của hình chiếu Chúng ta thấy rằng, với ν = 10”; lưới khống chế cơ sở trên sàn đầu tiên của mỗi ΔH = 200m thì chênh lệch khoảng cách giữa đoạn khi chiếu theo phương pháp phân đoạn đường dây dọi và pháp tuyến với Elipxôid bằng (lưới trục) đối với các nhà siêu cao tầng, trên cơ 9.7mm. Đây là giá trị khá lớn cần được quan sở [3], chúng tôi đề nghị áp dụng giải pháp sau tâm khi chuyển trục công trình lên các sàn xây đây: dựng trong thi công nhà siêu cao tầng. - Sau khi thành lập lưới khống chế cơ sở Để xác định độ lệch dây dọi trung bình trên mặt bằng móng, xây dựng từ 3 ÷ 4 điểm trong phạm vi công trình nhà siêu cao tầng, có khống chế GPS ở bên ngoài công trình tại thể áp dụng thuật toán nêu trong [4] trên cơ sở những vị trí ổn định, thuận lợi cho việc thu tín tài liệu [5]. Sau khi xác định được các độ lệch hiệu vệ tinh, cách điểm khống chế cơ sở từ 300 dây dọi thành phần trên hướng kinh tuyến (η) ÷ 500m và phân bố đều xung quanh công trình và vòng thẳng đứng thứ nhất (ξ), chúng ta tính (cố gắng giảm khoảng cách để đảm bảo điều được độ lệch dây dọi toàn phần và góc phương kiện độ lệch dây dọi tại các điểm GPS xấp xỉ vị của độ lêch dây dọi theo các công thức: giá trị tại các điểm khống chế cơ sở). Tiến hành  2 2 (3) đo nối chính xác các điểm khống chế cơ sở với . các điểm khống chế GPS bên ngoài công trình  arctg . (4) bằng các trị đo GPS (hình 2).  B Độ chính xác cần thiết xác định độ lệch dây dọi có thể ước tính như sau: III II Nếu chênh cao giữa các điểm khống chế x GPS ở bên ngoài công trình được xác định bằng thủy chuẩn hình học cấp II, các base line đo I IV bằng GPS với sai số khoảng 5mm thì độ chính xác xác định độ lệch dây dọi phụ thuộc chủ yếu y vào độ chính xác định độ chênh cao trắc địa giữa các điểm. Khi đó có thể sử dụng công A C thức: Hình 2. Hệ thống lưới khống chế trong thi công m m h , (5) nhà siêu cao tầng  S Sử dụng hệ tọa độ địa diện có các trục tọa trong đó: mν là sai số trung phương độ lệch dây độ ox, oy song song với các trục, độ cao của dọi; mặt tọa độ bằng độ cao mặt móng của công mΔh là sai số trung phương chênh lệch trình để thành lập lưới khống chế hỗn hợp này. độ chênh cao trắc địa và độ chênh cao thủy Bình sai các trị đo GPS và trị đo lưới khống chế chuẩn; cơ sở bằng máy toàn đạc điện tử độ chính xác S là khoảng cách trung bình giữa các cao theo thuật toán bình sai lưới tự do (đã được điểm khống chế GPS. trình bày cụ thẻ trong [3]), khi đó điểm gốc của 59
4. lưới sẽ là điểm trọng tâm của lưới khống chế cơ đó gốc của lưới sẽ là điểm trọng tâm của lưới sở trên mặt bằng móng. khống chế cơ sở. - Trên sàn đầu tiên của mỗi phân đoạn, đặt 2) Tiến hành đo thủy chuẩn hình học chính máy thu GPS tại các điểm khống chế GPS ở bên xác (thủy chuẩn cấp II) để xác định chênh cao ngoài công trình và tại các điểm đã chiếu bằng giữa các điểm khống chế GPS ở bên ngoài công máy chiếu đứng quang học để tiến hành việc đo trình. Từ các trị đo thủy chuẩn và trị đo GPS, sử nối, đồng thời tiến hành đo các góc và khoảng dụng thuật toán đã xét để tính toán độ lệch dây cách trong lưới chiếu bằng máy toàn đạc điện tử dọi trong phạm vi công trình. độ chính xác cao. 3) Đặt máy thu GPS tại các điểm khống chế Trên mặt bằng gốc, sau khi hiệu chỉnh giá GPS ở bên ngoài công trình và tại các điểm trên trị độ chênh do độ lệch dây dọi để đưa các điểm sàn đầu tiên của mỗi phân đoạn đã được chiếu từ pháp tuyến về đường dây dọi, tiếp tục hiệu bằng máy chiếu đứng quang học để tiến hành chỉnh khoảng cách do độ không song song của việc đo nối, đồng thời tiến hành đo các góc và độ lệch dây dọi gây nên, sau đó mới tiến hành khoảng cách trong lưới trục bằng máy toàn đạc xử lý các trị đo trong lưới trục theo thuật toán điện tử độ chính xác cao. So sánh các trị đo bình sai lưới tự do các trị đo GPS và toàn đạc bằng máy toàn đạc điện tử của lưới với giá trị điện tử [3]. tương ứng trên mặt phẳng gốc. Nếu có nghi ngờ Với việc đảm bảo trọng tâm của lưới (điểm cần tiến hành đo lại để kiểm tra. trọng tâm của tứ giác trắc địa I II II IV - hình 1) 4) Trên mặt phẳng tọa độ gốc tiến hành giữ nguyên trong quá trình chiếu và xử lý kết hiệu chỉnh giá trị độ chênh do độ lệch dây dọi quả đo, tính thẳng đứng của công trình sẽ được vào các trị đo tọa độ bằng công nghệ GPS để đảm bảo tốt nhất. đưa các điểm từ pháp tuyến về đường dây dọi theo hướng và độ lớn đã xác định; hiệu chỉnh 3. Xây dựng quy trình chính xác hóa lưới điểm do độ không song song của độ lệch dây trục công trình trên sàn tầng đầu tiên của dọi (có hướng về điểm trọng tâm O của lưới). mỗi đoạn chiếu trong thi công nhà siêu cao Tiến hành xử lý trên mặt phẳng tọa độ gốc tầng các trị đo trong lưới theo thuật toán bình sai Từ những khảo sát nêu trên, có thể xác lập lưới tự do với các điểm định vị là điểm đã được quy trình chính xác hóa lưới trục trên sàn tầng hiệu chỉnh. Tính tọa độ điểm trọng tâm và so đầu tiên của mỗi đoạn chiếu khi chiếu theo sánh với tọa độ tương ứng ở chu kỳ đầu tiên để phương pháp phân đoạn trong thi công nhà siêu đánh giá mức độ thẳng đứng của công trình. cao tầng như sau: 4. Thực nghiệm 1) Sau khi thành lập lưới khống chế cơ sở Do nội dung lý thuyết gồm nhiều vấn đề, trên mặt bằng móng, chọn khoảng 3 ÷ 4 điểm phần thực nghiệm trong bài báo chỉ trình bày khống chế GPS ở bên ngoài công trình tại nội dung là đo nối các điểm GPS xung quanh những vị trí ổn định, thuận lợi cho việc thu tín công trình với các điểm chiếu trên sàn xây hiệu vệ tinh, cách điểm khống chế cơ sở không dựng, đo lưới chiếu bằng máy toàn đạc điện tử quá 300 ÷ 500m và phân bố đều xung quanh và xử lý các trị đo theo thuật toán bình sai lưới công trình. tự do [3]. Tiến hành đo nối chính xác các điểm khống Địa điểm để tiến hành thực nghiệm là Công chế cơ sở với các điểm khống chế GPS bên trình hỗn hợp dịch vụ văn phòng và nhà ở tại 34 ngoài công trình bằng các trị đo GPS. Sử dụng Cầu Diển - Từ Liêm - Hà Nội. Tòa nhà công hệ tọa độ địa diện cục bộ có các trục tọa độ ox, trình có 2 tầng hầm và 27 tầng nổi. Lưới thực oy song song với các trục của công trình, độ cao nghiệm được bố trí giống như sơ đồ lưới nêu ở mặt phẳng xoy bằng độ cao của mặt móng công hình 2, trên sàn tầng có chiều cao khoảng 75m. trình để thành lập lưới khống chế hỗn hợp này. Với chiều dài cạnh lưới thực nghiệm trên Bình sai các trị đo GPS và trị đo lưới khống chế sàn tầng lớn nhất là 33.98m, chiều cao chiếu cơ sở theo thuật toán bình sai lưới tự do [3], khi như đã nêu, theo công thức (1) ta tính được ΔSh 60
5. max = 0.4mm; nếu nhận giá trị độ lệch dây dọi của các đường dây dọi và ảnh hưởng của độ ν = 12” ta tính được ΔSν = 4.4mm. Điều này lệch dây dọi tại các điểm chiếu. chứng tỏ vị trí các điểm sẽ bị dịch đi đáng kể do 2) Các giải pháp và quy trình để chính xác độ lệch dây dọi, nhưng khoảng cách giữa chúng hóa lưới trục ở đầu mỗi đoạn chiếu với việc kết chỉ thay đổi nhỏ so với trị trên mặt bằng gốc. hợp các trị đo bằng công nghệ GPS và máy toàn Trong thực nghiệm đã sử dụng 4 máy thu đạc điện tử, xử lý bằng thuật toán bình sai lưới GPS Trimble R3 có độ chính xác đo cạnh tự do trên mặt phẳng gốc của hệ tọa độ địa diện mS = (5 + 1ppm) mm, thời gian mỗi ca đo là cục bộ được trình bày trong bài báo có tính khả 60ph; máy toàn đạc điện tử SET-2B với độ thi cao nhằm giải quyết một trong những nhiệm chính xác đo góc mβ = 2”, độ chính xác đo cạnh vụ quan trọng nhất của công tác trắc địa khi xây mS = (3 + 2ppm) mm để đo góc và chiều dài dựng nhà siêu cao tầng. cạnh của lưới chiếu. Các trị đo được xử lý theo thuật toán bình sai lưới tự do với các điểm định vị là các điểm chiếu. Kết quả đánh giá độ chính TÀI LIỆU THAM KHẢO xác tương hỗ các điểm trong lưới được nêu ở bảng 4. [1]. TCXDVN 309:2004. Công tác trắc địa Bảng 4. Độ chính xác tương hỗ vị trị điểm trong xây dựng công trình - Yêu cầu chung, Hà Nội, 2004 Cạnh mS/S mα (“) mth (m) [2]. Phan Văn Hiến và nnk, 2004. Giáo trình I - II 1/70.500 0.33 0.0010 Trắc địa công trình, NXB Giao thông vận tải, II - III 1/45.900 0.39 0.0007 Hà Nội [3]. Nguyễn Quang Thắng, 2005. Nghiên cứu III - IV 1/73.000 0.33 0.0010 hoàn thiện quy trình công tác trắc địa trong xây IV - I 1/45.500 0.39 0.0008 dựng công trình có chiều cao lớn. Đề tài cấp Bộ, mã số B2003-36-53 Từ bảng 4 chúng ta thấy rằng kết quả thực [4]. Trần Viết Tuấn, 2012. Nghiên cứu một giải nghiệm phù hợp với các phân tích về lý thuyết. pháp tính chuyển tọa độ lưới GPS về hệ tọa độ 5. Kết luận thi công công trình. Tạp chi Khoa học kỹ thuật Từ những nghiên cứu lý thuyết và thực Mỏ - Địa chất, số 40 - 10/2012 nghiệm nêu trên, có thể rút ra một số kết luận [5]. SHI Yi-min and ZHOU Yong-jun and sau: ZHANG Wen-qing, 2002. The Determination 1) Khi chiếu trục công trình lên các sàn xây of the Regional Ellipsoidal Surface by the dựng bằng máy chiếu đứng theo cách chiếu Method of Readjusting Its Orientation and phân đoạn trong xây dựng nhà siêu cao tầng, để Positioning. Departmen oF Surveying and chính xác hóa lưới trục ở đầu mỗi đoạn chiếu Geoinformatics, Tangji University, Shanghai, cần hiệu chỉnh ảnh hưởng độ không song song China. SUMMARY Solution of raising the accuracy of moving axis to engineering floors in working with supper high buildings Nguyen Quang Thang, Hanoi University of Mining and Geoology Moving axis to engineering floors has an importal role in all surveying tasks when building high and supperhigh house. In this arcticle are studied and improved the solutions using combined GPS and Total Station measurements, which are processed by free network adjustment algorithm for getting higher accuracy the projection of control network to first floor in segment projection method by optical vertical projection instrument, for raising the accuracy of projecting axis in building supperhigh house. 61