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

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Trắc địa công trình giao thông - thủy lợi - Trường ĐH Công nghiệp 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 1
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 2
§N1 Thµnh phè §N2 §N3 §N4 Nhµ m¸y 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. 50 55 A B 30 45 60 35 40 3
A B 55 B 50 A 30 35 25 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): 4
Cấp Lưu lượng thiết kế xe thiết kế Chức năng của đường của (xcqđ/nđ) đường Cao tốc > 25 000 Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729 : 1997. Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, Cấp I > 15 000 văn hoá lớn của đất nước. Quốc lộ. Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, Cấp II > 6 000 văn hoá lớn của đất nước. Quốc lộ. Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, Cấp III > 3 000 văn hoá lớn của đất nước, của địa phương. Quốc lộ hay đường tỉnh. Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm Cấp IV > 500 lập hàng, các khu dân cư. Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện. Đường phục vụ giao thông địa phương. Đường tỉnh, Cấp V > 200 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. 5
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 6
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. 7
- 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. 8
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: h h L= = (1.1) tgv itk Nếu tỷ lệ bản đồ là 1:M thì khoảng cách đó tương ứng trên bản đồ sẽ là: h 1 l= . (1.2) itk M 5000 1 Ví dụ: khi h = 5m, itk = 0.012 thì trên bản đồ 1:25.000: l = . = 16 .7mm 0.012 25000 9
Dòng chảy A l l l l l B l l C l l l l M D 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. 10
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:  = 180 0 −  : Khi góc ngoặt Đ1 nằm ở bên trái tuyến 1 Đ3 β1  =  − 180 0 : Khi góc ngoặt Đ2 2 nằm ở bên phải tuyến. β2 11
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 20- 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,… 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: ( f h ) cp = 50 L mm 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 12
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. A B 10m 67032 1050 25m 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 li. Mặt cắt gồm 2 phần: phần trên biểu diễn mặt cắt dọc theo tuyến đường. Phần dưới ghi chú các đại lượng và thông số thể hiện trên mặt cắt. Phần biểu diễn mặt cắt dọc theo tuyến đường gồm 2 trục: trục nằm ngang biểu thị khoảng cách tính từ trái qua phải. Trục đứng biểu thị độ cao các điểm được tính từ dưới lên trên. 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 các yếu tố của đường cong. 13
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: T = R.tg 2 14
 . 0 - Chiều dài đường cong tròn K : K = R. 180 0  - Chiều dài đoạn phân cự P: p = R. sec − 1  2     . 0  - Độ rút ngắn đường cong D:  D = 2T − K = R. 2tg −  0   2 180  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 Theo NPQ có : 15
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 :  ĐI = IG = GK = KC = Rtg 4 Vậy , để cắm điểm giữa (G) , từ điểm Đ theo hướng tiếp cự , đặt một đoạn =  Rtg . Xác định được điểm I , đặt máy kinh vĩ tại I , ngắm điểm Đ mở một góc 4   =1800 - , trên hướng ngắm đặt khoảng cách IG = R tg ta cắm được điểm G 2 4 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:  xi = R.sin i.   2 i.  yi = 2 R.sin 2 16
Trong đó: R- Bán kính cong đã chọn của đường cong tròn. i- số thứ tự của điểm chi tiết. 180 0 - góc ở tâm giữa các điểm chi tiết; = .K  .R 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 x i 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.  S Từ hình vẽ, ta có: S = 2 R.sin , do vậy:  = 2 arcsin 2 2R 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 đến điểm giữa đường cong tròn. 17
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 d S S2  = d= S R R 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 m.v 2 đường cong sẽ xuất hiện một lực ly tâm có độ lớn: F = p 18
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 = mv 2 . R Rõ ràng là tại điểm bắt đầu của đường cong, lực ly tâm này xuất hiện rất đột ngột từ F1 đến F2 , gây mất an toàn cho các chuyển động khi vào đoạn đường cong. Vì vậy, để làm cho lực ly tâm tăng tuần tự từ F 1 đến F2 nhằm đảm bảo an toàn cho chuyển động khi vào đoạn đường cong, thì cuối đoạn đường thẳng và đầu đoạn đường cong (R), người ta chêm vào một đoạn cong có bán kính thay đổi tuần 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 xét. i – độ nghiêng dọc của nền đường phía ngoài. Xét mặt cắt ngang của đường, ta F thấy: h = atg = a P Chuyển động của vật trên đường cong 19
Trong đó: a – độ rộng nền đường F – lực ly tâm P – trọng lượng của vật Lực ly tâm được biểu thị bằng công thức: P v2 F= X g p Trong đó: v – tốc độ chuyển động g – gia tốc trọng trường  - bán kính cong Vì vậy biểu thức có thể viết dưới dạng: a v2 h= g p Thực hiện điều kiện động lực học, ta cho 2 vế phải của các đẳng thức và bằng nhau: a v2 av 2 Si = ; = g  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. 20