Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác trắc địa trong thi công công trình nhà siêu cao tầng ở Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:178

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là: Xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng giải pháp kỹ thuật trắc địa nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác thi công NSCT ở Việt Nam. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác trắc địa trong thi công công trình nhà siêu cao tầng ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT DIÊM CÔNG TRANG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG CÔNG TRÌNH NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT DIÊM CÔNG TRANG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG CÔNG TRÌNH NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 9520503 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS Trần Viết Tuấn 2. PGS.TS Nguyễn Quang Thắng HÀ NỘI - 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ một công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Diêm Công Trang
ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ................................................................................................................ i Danh mục các chữ viết tắt .......................................................................................... vi Danh mục các bảng biểu ...........................................................................................vii Danh mục các hình vẽ ............................................................................................. viii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG VÀ SIÊU CAO TẦNG .......................................................................... 7 1.1. Khái niệm và lịch sử phát triển nhà siêu cao tầng .............................................. 7 1.1.1. Khái niệm nhà siêu cao tầng ..................................................................... 7 1.1.2. Lịch sử phát triển nhà siêu cao tầng ......................................................... 8 1.2. Công tác trắc địa trong thi công nhà cao tầng và siêu cao tầng ....................... 11 1.2.1. Đặc điểm công tác trắc địa khi thi công nhà cao tầng ............................ 11 1.2.2. Quy trình công tác trắc địa trong thi công xây dựng nhà cao tầng......... 12 1.2.3. Các phương pháp chuyền trục theo phương thẳng đứng trong thi công nhà cao tầng ............................................................................................................. 15 1.2.4. Đặc điểm thi công xây dựng nhà siêu cao tầng ở Việt Nam .................. 21 1.2.5. Các hạn sai trắc địa khi thi công nhà cao tầng và siêu cao tầng ............. 27 1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến quá trình thi công xây dựng nhà siêu cao tầng ............................................................................................ 30 1.3.1. Ảnh hưởng của gió đến vị trí thẳng đứng của công trình ....................... 30 1.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến vị trí thẳng đứng của công trình ... 34 1.3.3. Ảnh hưởng của tải trọng công trình đến vị trí thẳng đứng của công trình .... 35 1.3.4. Tổng hợp các dạng dao động của công trình .......................................... 36 1.4. Các công trình nghiên cứu về công tác trắc địa trong thi công nhà cao tầng và siêu cao tầng ............................................................................................................ 40 1.4.1. Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài ................................................ 40 1.4.2. Các công trình nghiên cứu ở trong nước ................................................ 42 1.4.3. Các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) ......................................................... 44 1.5.1. Đánh giá chung về tình hình nghiên cứu ................................................ 45 1.5.2. Định hướng nghiên cứu của luận án ....................................................... 46
iii CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM ............................... 47 2.1. Nghiên cứu lựa chọn giải pháp trắc địa khắc phục ảnh hưởng sự dao động trong thi công nhà siêu cao tầng ....................................................................................... 47 2.1.1. Đặc điểm công tác trắc địa trong thi công nhà siêu cao tầng ở Việt Nam .... 47 2.1.2. Lựa chọn giải pháp kỹ thuật công tác trắc địa trong thi công nhà siêu cao tầng ở Việt Nam................................................................................................ 48 2.2. Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật công tác trắc địa trong thi công nhà siêu cao tầng ở Việt Nam .............................................................................................................. 51 2.2.1. Nguyên lý của giải pháp kỹ thuật ứng dụng công nghệ GNSS - RTK và máy TĐĐT để xác định vị trí các điểm trục chính NSCT trong quá trình thi công ....... 51 2.2.2. Yêu cầu độ chính xác của công tác trắc địa khi thi công nhà siêu cao tầng .. 56 2.2.3. Đánh giá khả năng ứng dụng của giải pháp kỹ thuật sử dụng công nghệ GNSS - RTK kết hợp máy TĐĐT trong thi công nhà siêu cao tầng ................ 58 2.3. Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác khi sử dụng kết hợp công nghệ GNSS - RTK và máy TĐĐT trong thi công nhà siêu cao tầng ở Việt Nam ........... 59 2.3.1. Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác định vị bằng công nghệ GNSS - RTK trong thi công NSCT ở Việt Nam .............................................. 59 2.3.2. Ứng dụng phép lọc Kalman để xử lý số liệu thu GNSS - RTK ............ 64 2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng độ nghiêng của sàn thi công nhà siêu cao tầng ..... 67 2.3.4. Tính chuyển tọa độ đo GNSS - RTK về hệ tọa độ thi công công trình.. 70 2.3.5. Kiểm tra đánh giá tính ổn định của điểm đặt trạm base ......................... 73 2.4. Nghiên cứu xây dựng quy trình sử dụng của công nghệ GNSS - RTK kết hợp với máy TĐĐT trong thi công nhà siêu cao tầng ở Việt Nam ................................ 74 2.4.1. Thành lập lưới khống chế bên ngoài công trình ..................................... 74 2.4.2. Công tác trắc địa trong thi công phần móng công trình ......................... 74 2.4.3. Sử dụng công nghệ GNSS-RTK đo kiểm tra hệ thống trục công trình đã được bố trí trên mặt móng công trình ............................................................... 75 2.4.4. Chuyển các điểm khống chế (trục công trình) lên cao ........................... 75 2.4.5. Bố trí chi tiết trên các mặt bằng xây dựng.............................................. 79 2.4.6. Đo vẽ hoàn công ..................................................................................... 79 2.4.7. Công tác trắc địa trong giai đoạn hoàn thiện công trình ........................ 80
iv 2.4.8. Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình .......................................... 81 2.5. Nghiên cứu mở rộng khả năng ứng dụng của công nghệ GNSS-RTK kết hợp với máy TĐĐT trong một số dạng công tác trắc địa công trình ............................. 81 2.5.1. Nghiên cứu ứng dụng của công nghệ GNSS - RTK kết hợp với máy TĐĐT trong thi công nhà cao tầng .............................................................................. 81 2.5.2. Ứng dụng của công nghệ GNSS-RTK kết hợp với máy TĐĐT trong công tác tư vấn giám sát, kiểm tra nghiệm thu nhà cao tầng .................................... 82 2.6. Nhận xét............................................................................................................ 82 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH PHỤC VỤ CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM ...................................................................................... 83 3.1. Sự cần thiết phải xây dựng chương trình máy tính chuyên dụng ..................... 83 3.2. Xây dựng sơ đồ khối và thuật toán ................................................................... 83 3.2.1. Xây dựng sơ đồ khối .............................................................................. 84 3.2.2. Xây dựng thuật toán ............................................................................... 85 3.3. Xây dựng các Modul của chương trình ............................................................ 93 3.3.1. Giới thiệu về Super HBDV 1.0 .............................................................. 93 3.3.2. Nhận xét .................................................................................................. 98 CHƯƠNG 4 MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐO ĐẠC VÀ TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM . 99 4.1. Thực nghiệm khảo sát độ chính xác định vị điểm bằng công nghệ GNSS - RTK với khoảng thời gian thu tín hiệu tăng lên 1 phút và 5 phút (Thực nghiệm 1)........ 99 4.1.1. Mục đích thực nghiệm ............................................................................ 99 4.1.2. Nội dung thực nghiệm ............................................................................ 99 4.1.3. Kết quả thực nghiệm............................................................................. 101 4.2. Khảo sát độ chính xác phát hiện chuyển dịch do dao động của NSCT bằng công nghệ GNSS - RTK (Thực nghiệm 2)..................................................................... 102 4.2.1. Mục đích thực nghiệm .......................................................................... 102 4.2.2. Nội dung thực nghiệm .......................................................................... 103 4.2.3. Kết quả thực nghiệm............................................................................. 104 4.3. Thực nghiệm đánh giá độ tin cậy và độ chính xác của hệ thống GNSS - RTK kết hợp máy TĐĐT xử lý bằng phần mềm Super HBDV 1.0 trên mô hình (Thực nghiệm 3) ............................................................................................................... 106
v 4.3.1. Mục đích thực nghiệm .......................................................................... 106 4.3.2. Nội dung và kết quả thực nghiệm......................................................... 106 4.3.3. Nhận xét ................................................................................................ 115 4.4. Thực nghiệm ứng dụng công nghệ GNSS - RTK kết hợp máy TĐĐT và phần mềm Super HBDV 1.0 tại tháp V3 dự án xây dựng chung cư 50 tầng Terra - An Hưng (Hà Đông - TP Hà Nội) (Thực nghiệm 4) ................................................... 115 4.4.1. Giới thiệu dự án .................................................................................... 115 4.4.2. Mục đích thực nghiệm .......................................................................... 116 4.4.3. Sơ đồ hệ thống lưới khống chế phục vụ thi công xây dựng dự án ....... 116 4.4.4. Nội dung thực nghiệm .......................................................................... 117 4.4.5. Nhận xét ................................................................................................ 120 4.5. Thực nghiệm ứng dụng phần mềm SUPER.HBD V1.0 tại dự án Golden Park Tower ..................................................................................................................... 121 4.5.1. Giới thiệu dự án .................................................................................... 121 4.5.2. Mục đích thực nghiệm .......................................................................... 121 4.5.3. Nội dung và kết quả thực nghiệm......................................................... 121 4.5.4. Kết quả thực nghiệm............................................................................. 123 4.5.5. Nhận xét ................................................................................................ 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ BS : Trạm base ĐG : Điểm gốc EDM : Electronic Distance Measurement GPS : Global Positioning System GNSS : Global Navigation Satellite System NCT : Nhà cao tầng NSCT : Nhà siêu cao tầng KHCN : Khoa học Công nghệ PTĐK : Phương trình điều kiện SSTP : Sai số trung phương TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TĐĐT : Toàn đạc điện tử RTK : Real Time Kinematic XLSL : Xử lý số liệu WGS-84 : World Geodetic System - 1984
vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Tên bảng Trang Bảng 1.1. Một số công trình nhà cao tầng ở Việt Nam ............................................. 10 Bảng 1.2. Độ chính xác yêu cầu chuyển trục công trình lên cao .............................. 15 Bảng 1.3. Sai lệch cho phép về chuyền tọa độ lên các tầng thi công ....................... 27 Bảng 1.4. Sai số cho phép theo chiều đứng trong thi công các loại kết cấu bê tông cốt thép..................................................................................................... 27 Bảng 1.5. Một số chỉ tiêu kỹ thuật cho công tác trắc địa khi lắp ráp các kết cấu bê tông cốt thép để xây dựng nhà cao tầng .................................................. 28 Bảng 1.6. Sai lệch cho phép bố trí thi công công trình, bố trí đường trục và chuyền độ cao ....................................................................................................... 29 Bảng 2.1. Kết quả đo xác định toạ độ lưới thực nghiệm theo các phương pháp đo khác nhau ................................................................................................. 71 Bảng 2.2. So sánh toạ độ các điểm lưới thực nghiệm sau tính chuyển ..................... 73 Bảng 4.1. Kết quả xử lý số liệu đo GNSS - RTK ................................................... 101 Bảng 4.2. Phân tích kết quả đo GNSS-RTK xác định chuyển dịch giữa điểm A và A1.. 105 Bảng 4.3. Bảng thống kê tọa độ các điểm khống chế- lưới thực nghiệm ............... 107 Bảng 4.4. Số liệu giao hội nghịch tại trạm máy TĐĐT - M (phương án 1) ........... 109 Bảng 4.5. So sánh yếu tố bố trí góc β và khoảng cách S - phương án 1 ................. 109 Bảng 4.6. Số liệu giao hội nghịch tại trạm máy TĐĐT - M (phương án 2) ........... 110 Bảng 4.7. So sánh yếu tố bố trí góc β và khoảng cách S - phương án 2 ................ 111 Bảng 4.8. So sánh tọa độ thiết kế với toạ độ của các điểm đo kiểm tra.................. 112 Bảng 4.9. Yếu tố bố trí góc β và khoảng cách S của vị trí (1, 2, 3, 4) .................... 114 Bảng 4.10. So sánh yếu tố bố trí khoảng cách đo thực tế và khoảng cách thiết kế .... 114 Bảng 4.11. Bảng thống kê các hệ tọa độ của lưới khống chế cơ sở mặt bằng tại dự án Terra - An Hưng .................................................................................... 117 Bảng 4.12. Số liệu giao hội trạm máy TĐĐT - M ................................................. 118 Bảng 4.13. So sánh yếu tố bố trí góc β và khoảng cách S ...................................... 120 Bảng 4.14. Bảng thống kê các hệ tọa độ của lưới khống chế cơ sở mặt bằng tại dự án Golden Park Tower ................................................................................ 122 Bảng 4.15. Số liệu giao hội trạm máy TĐĐT - M ................................................. 123 Bảng 4.16. So sánh yếu tố bố trí góc β và khoảng cách S ...................................... 123
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Tên hình Trang Hình 1.1. Tòa nhà Trung tâm thương mại thế giới (Hoa Kỳ) ..................................... 8 Hình 1.2. Tòa nhà Lotte World Tower (Hàn Quốc).................................................... 8 Hình 1.3. Tòa nhà Trung tâm Tài chính Quốc tế Bình An (Trung Quốc) .................. 9 Hình 1.4. Tòa tháp Thượng Hải (Trung Quốc) ........................................................... 9 Hình 1.5. Tòa nhà Burj Khalifa (UAE) ....................................................................... 9 Hình 1.6. Tòa tháp đôi Petronas Tower2 (Malaysia) .................................................... 9 Hình 1.7. Chiều cao các tòa nhà nổi tiếng trên thế giới ............................................ 10 Hình 1.8. Toà nhà Bitexco Financial Tower ................................................................. 11 Hình 1.9. Toà nhà Keangnam Hanoi ......................................................................... 11 Hình 1.10. Toà nhà Lotte Center Hanoi .................................................................... 11 Hình 1.11. Toà nhà The Landmark 81 ...................................................................... 11 Hình 1.12. Cấu tạo dụng cụ dọi ngược ..................................................................... 16 Hình 1.13. Sơ đồ chuyển tọa độ lên cao bằng máy kinh vĩ ...................................... 16 Hình 1.14. Sơ đồ chuyền toạ độ lên cao bằng máy toàn đạc điện tử ........................ 18 Hình 1.15. Máy chiếu đứng quang học ..................................................................... 19 Hình 1.16. Máy chiếu đứng laze DZJ2 ..................................................................... 19 Hình 1.17. Chuyển trục công trình bằng máy chiếu đứng ........................................ 19 Hình 1.18. Xác định điểm trên mặt sàn bằng công nghệ GNSS ............................... 21 Hình 1.19. Phân bố cường độ bê tông lõi, khung chịu lực NSCT theo dạng kết cấu và chiều cao công trình - Hà Nội Landmark Tower ..................................... 22 Hình 1.20. Giải pháp lựa chọn thiết bị vận chuyển, phân phối và rót vữa bê tông... 23 Hình 1.21. Hệ thống ván khuôn trượt ....................................................................... 25 Hình 1.22. Công tác thi công ván khuôn (Cốp pha) tại dự án Landmark 81 ........... 26 Hình 1.23. Công tác thi công cốt thép tại dự án Landmark 81 ................................ 26 Hình 1.24. Biểu đồ áp lực gió quy về dạng hình thang tương đương ....................... 34 Hình 1.25. Các dạng dao động của công trình .......................................................... 38 Hình 1.26. Dạng dao động loại 1,2 của tòa nhà siêu cao tầng .................................. 39
ix Hình 1.27. Dạng dao động loại 3 của tòa nhà siêu cao tầng ..................................... 39 Hình 2.1. NSCT bị dao động do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh ................... 48 Hình 2.2. Mô tả hiện tượng dao động công trình có chiều cao lớn........................... 49 Hình 2.3. Giải pháp ứng dựng công nghệ GNSS - RTK trong thi công NSCT ........ 52 Hình 2.4. Nguyên lý bố trí trục công trình NSCT bằng công nghệ GNSS - RTK và máy TĐĐT ............................................................................................... 52 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí các trạm rover trên sàn copha trượt ....................................... 53 Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ GNSS - RTK ................................................................. 59 Hình 2.7. Thiết bị kiểm định độ chính xác công nghệ GNSS - RTK ....................... 61 Hình 2.8. Sơ đồ mạng lưới thực nghiệm phát hiện chuyển dịch dao động của NSCT ....................................................................................................... 64 Hình 2.9. Góc nghiêng γ của sàn thi công tại thời điểm ti ........................................ 68 Hình 2.10. Lưới đo thực nghiệm (thực nghiệm 2) .................................................... 70 Hình 2.11. Sơ đồ bố trí các rover và trạm base chuyển trục lên cao trong thi công nhà siêu cao tầng ............................................................................................ 76 Hình 2.12. Sơ đồ quy trình chuyển trục lên cao trong thi công nhà siêu cao tầng ... 77 Hình 3.1. Sơ đồ khối chương trình máy tính phục vụ công tác trắc địa thi công nhà siêu cao tầng ............................................................................................ 84 Hình 3.2. Sơ đồ khối các bước tính toán trong phép lọc Kalman ............................. 86 Hình 3.3. Hệ toạ độ gốc của hệ thứ nhất trong hệ thứ hai ........................................ 90 Hình 3.4. Sơ đồ tính yếu tố bố trí từ trạm máy TĐĐT- M........................................ 92 Hình 3.5. Giao diện chính ......................................................................................... 93 Hình 3.6. Giao diện tổng quan .................................................................................. 94 Hình 3.7. Giao diện cài đặt hệ tọa độ ........................................................................ 94 Hình 3.8. Giao diện cài đặt các tham số đo GNSS - RTK ........................................ 95 Hình 3.9. Giao diện cài đặt các điểm GNSS - RTK.................................................. 95 Hình 3.10.Giao diện nhập điểm trạm máy TĐĐT .................................................... 96 Hình 3.11. Giao diện nhập các cạnh đo .................................................................... 96 Hình 3.12. Giao diện nhập các góc đo ...................................................................... 97
x Hình 3.13. Giao diện nhập các điểm bố trí ............................................................... 97 Hình 3.14. Giao diện Phần mềm chạy và nhận dữ liệu GNSS - RTK ...................... 98 Hình 3.15. Giao diện kết quả tính toán và bố trí điểm .............................................. 98 Hình 4.1. Trạm rover thực nghiệm 1....................................................................... 100 Hình 4.2. Trạm base thực nghiệm 1 ........................................................................ 100 Hình 4.3. GNSS - R8S có gắn gương 3600 ............................................................. 102 Hình 4.4. Gương 360 độ.......................................................................................... 102 Hình 4.5. Sơ đồ mạng lưới thực nghiệm 2 .............................................................. 103 Hình 4.6. Trạm Base - Thực nghiệm 2.................................................................... 104 Hình 4.7. Trạm Rove - Thực nghiệm 2 ................................................................... 104 Hình 4.8. Lưới khống chế trắc địa thực nghiệm 3 ................................................. 106 Hình 4.9a. Máy GNSS - RTK - Gắn gương 360o và hệ thu phát sóng 3G ............. 107 Hình 4.9. Sơ đồ lưới thực nghiệm - phương án 1 ................................................... 108 Hình 4.10. Sơ đồ lưới thực nghiệm - phương án 2 ................................................ 110 Hình 4.11. Sơ đồ biểu diễn kết quả đo kiểm tra thực nghiệm................................. 111 Hình 4.12. Sơ đồ lưới thực nghiệm - phương án 3 ................................................ 113 Hình 4.13. Phối cảnh dự án Terra - An Hưng(Hà Đông - Tp Hà Nội) ................... 116 Hình 4.14. Sơ đồ lưới khống chế mặt bằng tại dự án Terra - An Hưng ................. 116 Hình 4.15. Công tác thiết lập và cài đặt trạm rover ................................................ 118 Hình 4.16. Sơ đồ bố trí trạm base và rover, trạm máy TĐĐT ................................ 119 Hình 4.17. Xác định các yếu tố bố trí trên Super HBDV 1.0 ................................. 119 Hình 4.18. Phối cảnh công trình Golden Park Tower ............................................. 121 Hình 4.19. Sơ đồ lưới thực nghiệm Golden Part Tower - Super HBD V1.0 .......... 122
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong bối cảnh hiện đại hóa, công nghiệp hóa đất nước, ngày càng nhiều công trình công nghiệp, khu đô thị, tổ hợp khách sạn, văn phòng, nhà cao tầng, siêu cao tầng đang phát triển rất mạnh. Với sự đầu tư của các tập đoàn kinh tế trong và ngoài nước, ngày càng nhiều NSCT được xây dựng tại các thành phố lớn như Tp. Hồ Chí Minh, Tp. Hà Nội, Tp. Đà Nẵng, Tp. Nha Trang... Các công trình NSCT đã góp phần tích cực giải quyết vấn đề nhà ở, văn phòng trong thời kỳ mở cửa của đất nước. Các dự án NSCT không những đáp ứng nhu cầu về nhà ở của con người mà còn làm cho bộ mặt đô thị trở nên đẹp đẽ, khang trang. Ở nước ta hiện nay công việc xây dựng các tòa NSCT được thực hiện trên cơ sở ứng dụng các công nghệ hiện đại, cho phép xây dựng các công trình có hình dạng kiến trúc đa dạng với chiều cao lớn. Trên thế giới các tòa nhà cao tầng đạt đến chiều cao 400 - 500m là khá phổ biến. Đặc biệt có toà nhà Burj Khalifa tại Dubai cao 162 tầng (828m) là toà nhà cao nhất thế giới hiện nay, còn ở Việt Nam công trình The Landmark 81 đang là tòa nhà cao nhất Việt Nam và Đông Nam Á. Việt Nam cũng là một đất nước đang phát triển mạnh việc xây dựng NSCT. Trong khoảng vài năm gần đây, loại hình NSCT được xây dựng nhiều, nhưng vẫn còn rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu trong thiết kế, thi công xây dựng, thẩm định và quản lý chất lượng công trình NSCT ở Việt Nam. Để đảm bảo độ thẳng đứng của các tòa nhà thì trên tất cả các tầng phải triển khai hệ thống trục của tòa nhà từ các điểm lưới khống chế tọa độ thi công công trình được xây dựng ngay từ khi khởi công dự án, sau khi xây dựng xong mỗi sàn xây dựng, cần phải thực hiện công việc chuyển tọa độ lên mặt sàn thi công mới bằng TĐĐT hoặc máy chiếu đứng, sử dụng kết hợp công nghệ GNSS và máy TĐĐT. Dựa vào hệ thống các mốc mới chuyển lên tiến hành bố trí các trục trên tầng mới với giả thiết là vị trí mặt sàn mới xây là cố định không bị dịch chuyển vì bất cứ nguyên nhân nào. Độ thẳng đứng của các toà nhà phải được đảm bảo theo tiêu chuẩn và quy phạm cho phép. Như vậy, nếu quá trình chuyển tọa độ và triển khai các trục chính xác không
2 có sai sót thì khi chiếu hệ thống trục của tòa nhà lên một mặt phẳng ngang thì chúng sẽ trùng khít lên nhau, tất cả các kết cấu trên tầng sẽ được triển khai từ các trục này và độ thẳng đứng của tòa nhà sẽ được đảm bảo. Đối với tòa NSCT thì các mặt sàn mới xây dựng không thể coi là cố định mà bị dao động do tác động của các yếu tố ngoại cảnh như tải trọng gió, do hoạt động xây dựng, tác động nhiệt của mặt trời và rất nhiều tác nhân khác,… và tải trọng bản thân công trình. Biên độ dao động của khối xây là tương đối lớn lớn (có thể đạt đến đơn vị mét) và không có quy luật. Như vậy, nếu chúng ta chuyển tọa độ từ dưới mặt đất lên trên tầng (n ≥ 40) một cách chính xác và dựa vào đó để triển khai các trục của tòa nhà nhưng giả sử tại thời điểm đó do tác động của yếu tố ngoại cảnh mặt sàn mà chúng ta chuyển tọa độ lên đã bị xê dịch. Sau khi chuyển tọa độ lên mặt sàn lại có vị trí khác trong không gian, như vậy giá trị tọa độ của các điểm mà chúng ta chuyển lên lúc này đã bị thay đổi và các trục mà chúng ta triển khai đã sai lệch so với bản vẽ thiết kế, kết quả là độ thẳng đứng của tòa nhà không được đảm bảo. Nhiệm vụ chính của công tác trắc địa trong thi công NSCT là đảm bảo cho công trình được xây dựng đúng vị trí, kích thước hình học thiết kế và điều quan trọng nhất là đảm bảo độ thẳng đứng theo yêu cầu. Do đó công tác trắc địa trong thi công NSCT được triển khai ngay từ khi bắt đầu khởi công xây dựng cho đến các giai đoạn thi công, hoàn thiện và đưa vào sử dụng. Vì vậy, nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả công tác trắc địa trong thi công NSCT theo đúng thiết kế trong điều kiện tòa nhà bị dao động do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh là rất cần thiết và phù hợp với thực tiễn ở Việt Nam hiện nay. Đó cũng chính là mục tiêu nghiên cứu của đề tài mà chúng tôi thực hiện. 2. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là: Xác lập cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng giải pháp kỹ thuật trắc địa nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác thi công NSCT ở Việt Nam. 3. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là công tác trắc địa trong thi công NSCT ở Việt Nam.
3 4. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật đảm bảo độ chính xác thi công các công trình NSCT trong quá trình thi công; nghiên cứu nâng cao hiệu quả công tác trắc địa trong thi công công trình NSCT ở Việt Nam; nghiên cứu giải pháp công nghệ và thiết bị đo đạc hiện đại đang có tại Việt Nam nhằm đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật cần thiết để đảm bảo độ chính xác trong thi công NSCT ở nước ta. 5. Nội dung nghiên cứu - Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tác động của môi trường bên ngoài (nhiệt độ, gió...), và tải trọng của các vật liệu xây dựng, gây ra hiện tượng dao động của công trình NSCT trong không gian và theo thời gian trong quá trình thi công. - Nghiên cứu sử dụng công nghệ GNSS - RTK kết hợp với máy TĐĐT để xác định toạ độ tức thời của các điểm trục chính trên các sàn thi công dùng để bố trí khi thi công NSCT. - Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật trắc địa nhằm xác định và bố trí hệ trục công trình trên các sàn thi công NSCT đảm bảo yêu cầu thiết kế. 6. Phương pháp nghiên cứu Trong luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp thống kê: Tìm kiếm, thu thập tài liệu và cập nhật các thông tin trên mạng internet và các thư viện. - Phương pháp phân tích: Phân tích có lôgic các tư liệu, số liệu làm cơ sở để giải quyết các vấn đề đặt ra. - Phương pháp toán học: Tập hợp các quy luật, định lý toán học để chứng minh một số công thức phục vụ cho việc tính toán. - Phương pháp so sánh: Đối chiếu với các kết quả nghiên cứu khác hoặc các nội dung liên quan để so sánh, đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp. - Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành các thực nghiệm cụ thể để chứng minh lý thuyết, khẳng định tính đúng đắn, khả thi và đi đến kết luận. - Phương pháp ứng dụng tin học: Xây dựng các thuật toán và lập các chương trình tính toán trên máy tính.
4 - Phương pháp chuyên gia: Tiếp thu ý kiến của người hướng dẫn, tham khảo ý kiến các nhà khoa học, các đồng nghiệp về các vấn đề trong nội dung đề tài. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án Ý nghĩa khoa học: - Kết quả nghiên cứu của luận án đóng góp vào sự phát triển và hoàn thiện công tác trắc địa trong thi công công trình NSCT. - Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần nâng cao trình độ và khả năng của ngành xây dựng Việt Nam trong xây dựng các công trình lớn và tiêu biểu mang tầm cỡ quốc tế. Ý nghĩa thực tiễn: - Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để tiến hành triển khai công tác trắc địa trong thi công xây dựng NSCT ở Việt Nam. - Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong công tác tư vấn giám sát, kiểm tra nghiệm thu công trình trong quá trình thi công và trước khi đưa vào sử dụng các công trình NCT và NSCT ở nước ta. 8. Các luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh và trọng tải công trình, nên toàn bộ hay từng phần của công trình NSCT sẽ bị dao động tương đối lớn và không có quy luật chung, vì vậy cần nghiên cứu giải pháp kỹ thuật phù hợp để nâng cao hiệu quả và độ chính xác công tác trắc địa trong thi công NSCT. Luận điểm 2: Giải pháp kỹ thuật sử dụng công nghệ GNSS - RTK kết hợp với máy toàn đạc điện tử đề xuất trong luận án cho phép xác định vị trí tức thời các điểm trên sàn xây dựng với độ chính xác đáp ứng tiêu chuẩn thi công nhà siêu cao tầng. Luận điểm 3: Chương trình máy tính Super HBD V1.0 sử dụng cho hệ thống GNSS- RTK và máy toàn đạc điện tử cho phép tự động hóa quá trình xử lý số liệu trắc địa nhằm nâng cao hiệu quả phục vụ thi công nhà siêu cao tầng. 9. Những điểm mới của đề tài luận án - Đề xuất giải pháp kỹ thuật sử dụng công nghệ GNSS - RTK kết hợp với các thiết bị trắc địa khác nhằm đảm bảo bố trí công trình đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong thi công NSCT ở Việt Nam.
5 - Đã nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ chính xác và khả năng ứng dụng công nghệ GNSS - RTK kết hợp với máy toàn đạc điện tử để xác định vị trí tức thời của các điểm trục chính trên sàn xây dựng NSCT trong quá trình thi công. - Xây dựng thuật toán và thành lập chương trình máy tính chuyên dụng Super HBDV 1.0 dùng cho thi công, kiểm tra nghiệm thu công trình NCT và NSCT. Phần mềm Super HBDV1.0 đã cho phép ghép nối tín hiệu, tự động hoá quá trình xử lý số liệu trên các sàn xây dựng đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và tiến độ thi công NSCT ở nước ta. 10. Cấu trúc của luận án Cấu trúc luận án gồm ba phần: Phần mở đầu: Giới thiệu tổng quan về luận án, tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa và tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước về những vấn đề liên quan đến nội dung của luận án. Từ đó hình thành phương pháp, nội dung nghiên cứu, đồng thời đưa ra các luận điểm bảo vệ và điểm mới của luận án. Phần nội dung nghiên cứu chính được trình bày trong 4 chương Chương 1: Tổng quan về công tác trắc địa trong thi công nhà cao tầng và siêu cao tầng Chương 2: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật công tác trắc địa trong thi công nhà siêu cao tầng ở Việt Nam Chương 3: Nghiên cứu xây dựng thuật toán và chương trình máy tính phục vụ công tác trắc địa thi công nhà siêu cao tầng ở Việt Nam Chương 4: Một số kết quả đo đạc và tính toán thực nghiệm Phần kết luận: Tổng hợp lại các vấn đề nghiên cứu trong luận án, đưa ra những nhận xét, đánh giá các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác trắc địa trong thi công công trình NSCT ở Việt Nam cũng như định hướng phát triển trong tương lai. 11. Lời cảm ơn Trước hết, nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Viết Tuấn, PGS.TS Nguyễn Quang Thắng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị giúp nghiên cứu sinh hoàn thành các nội dung của luận án.
6 Nghiên cứu sinh xin cảm ơn các Thầy, Cô trong khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai - Trường Đại học Mỏ - Địa chất, các đồng nghiệp trong ngành Trắc địa và đặc biệt là các Thầy, Cô trong bộ môn Trắc địa công trình đã giúp đỡ và có những ý kiến đóng góp quý báu cho tác giả hoàn thiện nội dung của luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp ở Viện KHCN Xây dựng - Bộ Xây dựng đã tận tình giúp đỡ cho tác giả được tiếp cận và tham gia vào thực tế sản xuất để có được các số liệu thực nghiệm trong luận án. Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, chia sẻ những khó khăn với nghiên cứu sinh trong suốt thời gian thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó.
7 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG VÀ SIÊU CAO TẦNG 1.1. Khái niệm và lịch sử phát triển nhà siêu cao tầng 1.1.1. Khái niệm nhà siêu cao tầng NSCT là những công trình nhà dân dụng hoặc công nghiệp (trong đó đa số là nhà dân dụng) có đặc điểm chung là gồm nhiều tầng, với kích thước tiết diện ngang nhỏ hơn nhiều lần chiều cao công trình. NSCT được đặc trưng bởi số tầng của nó. Khái niệm về NSCT có thể khác nhau tuỳ theo từng quốc gia và từng khu vực. Ở nước ta hiện nay có phân loại nhà cao tầng và siêu cao tầng theo Ủy ban NCT Quốc tế [44] như sau: Cao tầng nhóm một: từ 9 tầng đến 16 tầng (H < 50 m); Cao tầng nhóm hai: từ 17 tầng đến 25 tầng (H < 75 m); Cao tầng nhóm ba: từ 26 tầng đến 40 tầng (H < 100 m); Cao tầng nhóm bốn: từ 40 tầng trở lên, có chiều cao H > 100 m gọi là NSCT Ngoài cách phân loại theo số tầng, NSCT còn được phân loại theo như sau: - Phân loại theo mục đích sử dụng: nhà ở; nhà làm việc và các dịch vụ khác; - Phân loại theo hình dạng: Nhà tháp: mặt bằng hình tròn, tam giác, vuông, đa giác đều cạnh, trong đó giao thông theo phương đứng tập trang vào một khu vực duy nhất. Nhà dạng thanh: mặt bằng chữ nhật, trong đó có nhiều đơn vị giao thông theo phương thẳng đứng. - Phân loại theo vật liệu cơ bản dùng để thi công kết cấu chịu lực: nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép; nhà cao tầng bằng thép; nhà cao tầng có kết cấu tổ hợp bằng Bê tông cốt thép và thép. - Phân loại theo dạng kết cấu chịu lực: kết cấu thuần khung; kết cấu tấm (vách); kết cấu hệ lõi “Kết cấu hệ ống”; kết cấu hỗn hợp.
8 Các nước trên thế giới tùy theo sự phát triển NCT và NSCT của mình mà có cách phân loại khác nhau. Hiện nay ở nước ta đang có xu hướng theo sự phân loại của Ủy ban NCT Quốc tế. 1.1.2. Lịch sử phát triển nhà siêu cao tầng 1.1.2.1. Trên thế giới Từ đầu thế kỉ XX đến nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật (như công nghệ vật liệu, công nghệ chế tạo máy...) đã đưa thế giới vào một cuộc chạy đua xây dựng các công trình chọc trời. Do vậy NSCT xuất hiện và trở thành biểu tượng cho sự phồn thịnh và phát triển của các Quốc gia trên thế giới. - Năm 1913 cao ốc Woolworth Building được xây dựng (57 tầng, 241 m) - Năm 1930 xây dựng cao ốc Chrysler chiều cao 319m; sau vài tháng tòa nhà Empire State Building được xây dựng cao 102 tầng, tính cả ăngten - cao 448m - Sau đó tháp đôi World Trade Center ra đời cao 415 và 417 m - Năm 1973 xây dựng Sears Tower ở Chicagol, cao 442 m. - Jin Mao Tower ShangHai cao 421 m (86 tầng); - Petronas Tower Malaysia cao 450 m (95 tầng) - Taipei 101 - Đài Loan cao 508 m (101 tầng) - Burj Khalifa tại Dubai cao 828m (162 tầng) Hình 1.1. Tòa nhà Trung tâm thương Hình 1.2. Tòa nhà Lotte World Tower mại thế giới (Hoa Kỳ) (Hàn Quốc)