Báo cáo khoa học: "Bố trí và kiểm tra vị trí tháp cầu dây văng" ppt

Bố trí và kiểm tra vị trí tháp cầu dây văng


ThS. hồ thị lan hơng
Bộ môn Trắc địa
Trờng Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Trong cầu dây văng (CDV) tháp cầu l bộ phận quan trọng có tính quyết định
các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật v độ an ton của công trình. Kiến trúc tháp CDV tơng đối phức
tạp, điều kiện thi công lại khó khăn, vì vậy việc xác định đúng vị trí v kích thớc hình học của
tháp cầu l việc hết sức quan trọng. Trong bi báo ny tác giả khảo sát việc ứng dụng máy
ton đạc điện tử để bố trí tháp trong xây dựng CDV.

Summary: In a cable-stayed brigde, the pylon is the most impotant component which
decides the constructions eco-technical standards and safety. The pylon structure is fairly
complicated, the constructing condition is difficult, therefore, it is important to locate the corrrect
position of and the geometrical dimensions for the pylon. In this report, the writer studies the
application of the electronic total station to locate the pylon in construction of cable-stayed
brigdes.
. Đặt vấn đề
Cầu dây văng là hệ không biến dạng hình học, có độ cứng lớn vì thế có thể vợt đợc các
nhịp rất lớn (hàng trăm đến hàng nghìn mét), hình dáng của cầu lại rất đẹp, kiến trúc phong phú
và có thể thiết kế phù hợp với tập quán, truyền thống cũng nh vật liệu nơi xây dựng.
CT 2
ở Việt Nam, cầu dây văng đầu tiên đợc xây dựng năm 1976 là cầu Đakrông (đã sập năm
1999 do đứt neo), tiếp sau đó là cầu Mỹ Thuận, Cầu Bính, cầu Kiền, cầu Bãi Cháy và đang xây
dựng là cầu Rạch Miễu, cầu Cửu Long (cầu Cần Thơ)
Trong CDV tháp cầu chịu toàn bộ tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp thông qua
trụ truyền tải trọng xuống đất nền. Ngoài ra, kiến trúc tháp CDV cũng tơng đối phức tạp, tiết
diện thay đổi theo chiều cao, có độ nghiêng, nhiều khi còn có độ cong, điều kiện thi công khó

khăn, chật hẹp, yêu cầu độ chính xác lại cao, nên khi bố trí cũng nh kiểm tra vị trí tháp cầu cần
áp dụng công nghệ và thiết bị đo đạc hiện đại nhất.
II. Nội dung
Toạ độ của tim tháp hay các điểm đặc trng của mặt cắt tháp đợc tính toán chính xác khi
thiết kế và trong bản vẽ tổ chức thi công, sau đó căn cứ vào lới khống chế thi công cầu để xác
định vị trí của chúng ngoài thực địa. Trong thi công CDV, sau khi xác định đợc vị trí tâm tháp
trên bệ tháp, vị trí và hình dạng tiếp theo của tháp đợc xác định thông qua khung định vị.
Khung định vị đợc làm bằng thép (hình 1), thờng có tiết diện hình chữ nhật, đợc chế tạo trên
mặt đất với độ chính xác rất cao về kích thớc hình học, thông qua toạ độ các góc khung tơng
ứng với từng độ cao của tháp cầu. Độ cao của khung phụ thuộc vào chiều cao của từng lift (với


cầu Bãi Cháy chiều cao của lift từ 2.5 đến 4.2m, cầu Cửu Long khoảng 5m), cốt thép cũng đợc
bố trí trên mặt đất, sau đó cả lồng thép này đợc cẩu lên vị trí của nó trên tháp và nối với khung
định vị của lift trớc nó bằng các bu lông, lúc này vị trí của tháp cầu đã đợc căn chỉnh chính
xác, ngời ta kiểm tra vị trí này khi lắp ván khuôn trớc khi đổ bê tông thông qua 4 mặt bích của
khung định vị.
Hình1. Khung định vị
Hình 2. Vị trí nối bu lông của khung định vị
1. Phơng pháp bố trí điểm bằng máy Toàn đạc điện tử
CT 2
+ Phơng pháp toạ độ cực (chơng trình setting out)
Tâm bệ tháp đợc xác định sơ bộ khi lắp ván khuôn bằng phơng pháp toạ độ cực (hình 3)
của máy TĐĐT, sau đó đợc kiểm tra và điều chỉnh theo toạ độ thiết kế bằng các phơng pháp
khác, tâm tháp cũng có thể gắn vào với các điểm của lới khống chế tạo thành một hệ thống
lới cục bộ (nh tim tháp cầu Rạch Miễu).
B
A
c

s


C




Hình 3. Phơng pháp toạ độ cực
Vị trí của khung định vị đầu tiên này cũng đợc xác định thông qua các điểm của lới
khống chế hay điểm tim tháp cầu. ở phơng pháp này, căn cứ vào 2 điểm của lới khống chế A,
B để xác định vị trí điểm thiết kế C thông qua các yếu tố:


=
AB
-
AC
;
AC
2
AC
2
YXS += (1)
Sai số vị trí điểm bố trí của phơng pháp toạ độ cực đợc tính theo công thức:
=
m
2
S
2

2
mS
m
+










(2)
+ Phơng pháp giao hội góc cạnh
s
1
A

1
c
B
s
2

2


Hình 4. Phơng pháp giao hội góc cạnh

Có thể sử dụng phơng pháp giao hội góc cạnh bằng máy TĐĐT để xác định vị trí điểm
của khung định vị, hay tim tháp cầu. Từ 2 điểm A,B của lới khống chế ( hình 4), bố trí điểm thiết
kế C bằng phơng pháp giao hộ góc cạnh, các yếu tố bố trí đợc tính theo công thức sau:
ACAB1



=
;
BABC2



=


CT 2
AC
2
AC
2
1
YXS += (3)
BC
2
BC
2
2
YXS +=
Sai số trung phơng vị trí điểm bố trí (C) đợc tính theo trình tự sau:

Tính sai số vị trí điểm của phơng pháp giao hội góc:
2
2
1
2
C
SS
sin
m
'm +

=

(4)
Tính sai số vị trí điểm của phơng pháp giao hội cạnh:
2
2S
2
1SC
mm
sin
1
''m +

=
(5)
Sai số vị trí điểm của phơng pháp giao hội góc cạnh:
2
c
c

2
cc
c
''m'm
''m'm
m
+
ì
=
(6)
2. Đo kiểm tra vị trí tháp: Vị trí tim tháp, vị trí các điểm của khung định vị hay các điểm


đặc trng của tiết diện sau khi bố trí, lắp đặt và đổ bê tông xong, đợc kiểm tra cận thận bằng
một trong các phơng pháp sau:
+ Chơng trình đo toạ độ của 1 điểm bằng máy TĐĐT
A,B là 2 điểm đã biết toạ độ, đặt máy TĐĐT tại B, đo góc và cạnh S, tính đợc toạ độ C
theo công thức:
Xc = X
B
+ S Cos
CT 2
B
BC
Yc = Y
B
+ S SinB
BC
(7)
trong đó:

BC
=
BA
-
a
b
c

s

Hình 5. Tính toạ độ điểm bằng TĐĐT
Từ toạ độ điểm lới khống chế và toạ độ thiết kế các điểm của tiết diện tháp, ta tính ra
khoảng cách ở độ cao tơng ứng rồi so sánh với số liệu đo đợc ngoài thực tế và tính sai số.
+
Phơng pháp giao hội nghịch của máy toàn đạc điển tử (chơng trình free station).
Chơng trình đo toạ độ của điểm đặt máy bằng cách đo khoảng cách, góc bằng tới các
điểm (tối thiểu là 2 điểm).
Ví dụ: A,B,C là 3 điểm đã biết toạ độ, tính toạ độ điểm P bằng phơng pháp giao hội
nghịch.
Đặt máy tại P đo các góc , và đo các cạnh S
1
, S
2
, S
3
.
- Kích thớc hình học của mặt cắt tháp sau khi đổ bê tông có thể kiểm tra bằng chơng
trình đo khoảng cách giữa 2 gơng (tie distance)
.
- Ngoài ra, cũng có thể kiểm tra toạ độ các điểm của khung định vị hay các điểm đặc trng

của mặt cắt sau khi đổ bê tông với phơng pháp đo tĩnh bằng công nghệ đo GPS.
a
c
b
p




c
c
1
2
a
b
1
S
2
s
3
s

Hình 6. Phơng pháp giao hội nghịch


3. Kết quả thực tế kiểm tra bố trí tháp cầu
Hệ thống lới thi công cầu Cửu Long đợc xây dựng bằng công nghệ GPS dọc theo tim
tuyến (hình 7) và đã sử dụng các mốc WB118, WB105, WB107, WB108, WB130, WB110,
WB109 để bố trí và kiểm tra 2 tháp cầu.
x

y
wb101
wb102 wb104 wb118 wb106
wb103
wb105
wb110
wb109
wb112
wb111
wb114
wb113
wb140
wb116
wb115
wb107
wb113a
wb130
wb108
yard - no.03
north - pylon
south - pylon
hau - river
hau - river
a1 - st.4+910.00
a2 - st.7+660.00
sub - stream
pier - 24
yard - no.04

CT 2

Hình 7. Lới khống chế thi công cầu Cửu Long
y
x
up stream
c
enterline of
b
ridge
abutment 2
43
21

Hình 8. Vị trí khung định vị
Vị trí các điểm đợc bố trí bằng chơng trình setting out của máy toàn đạc điện tử, các lift
của tháp sau khi lắp xong khung định vị và sau khi đổ bê tông đều đợc kiểm tra bằng toàn đạc
điện tử và GPS, kích thớc của khung định vị đợc kiểm tra bằng thớc thép và bằng toàn đạc
điện tử. Kích thớc của các chi tiết có sai số cho phép sau khi đổ bê tông là (-10mm
ữ 20mm),
một số kết quả kiểm tra đợc ghi ở bảng sau:


Bảng 1. Kết quả kiểm tra vị trí 4 điểm khung định vị trớc khi đổ bê tông
Toạ độ thiết kế (m) Toạ độ thực tế (m) Sai số (mm) Điểm
đo
Xi Yi Hi Xi Yi Hi
X Y H
1 5.221 -2.950 108.400 5.220 -2.944 108.383 -1 6 -17
2 1.183 -2.950 108.400 1.182 -2.953 108.386 -1 -3 -14
3 5.221 2.950 108.400 5.210 2.957 108.386 -11 7 -14
4 1.183 2.950 108.400 1.173 2.948 108.388 -10 -2 -12

Sai số trung phơng vị trí điểm mp =

9mm
Bảng 2. Kết quả kiểm tra kích thớc khung định vị.
K/cách Bằng TĐĐT Bằng thớc thép Sai số Kết luận
1-2 4.038 4.038 0 OK
3-4 4.037 4.038 -1 OK
1-3 5.901 5.900 -1 OK
2-4 5.900 5.900 0 OK
CT 2
Bảng 3. Kết quả kiểm tra độ cao sau khi đổ bê tông
Điểm H TK
(m)
H TT
(m)
Sai số (mm)
1 106.900 106.930 30
2 106.900 106.930 30
3 106.900 106.930 30
4 106.900 106.930 30
5 106.900 106.930 30
6 106.900 106.930 30


up stream
x
y
3
4
6

2

Hình 9. Mặt cắt lift sau khi đổ bê tông
Độ cao đợc này đợc xác định để điều chỉnh về độ cao và kích thớc cho lift tiếp theo sau
khi đổ bê tông

Bảng 4. Kiểm tra vị trí sau khi đổ bê tông
Thiết kế (m) Thực tế (m) Sai số (mm) Điểm

X Y X Y
X Y
1 1.431 3.500 1.422 3.503 -9 3
2 5.493 3.500 5.492 3.507 -1 7
3 1.431 -3.500 1.426 -3.507 -5 7
4 5.493 -3.500 5.491 -3.497 -2 -3
CT 2
Sai số trung phơng vị trí điểm mp =

6.5mm
III. Kết luận
- Trong quá trình xây dựng công trình, đặc biệt là công trình lớn, công tác xây dựng phức
tạp thì nhất thiết phải ứng dụng các thiết bị hiện đại để giảm đợc khối lợng và thời gian đo đạc
mà vẫn đảm bảo độ chính xác yêu cầu.
- Nên sử dụng phơng pháp giao hội góc cạnh để bố trí tháp, mố trụ cầu, vì phơng pháp
này đơn giản, độ chính xác cao.
- Thực tế ở cầu Cửu Long cho thấy, ứng dụng máy Toàn đạc điện tử trong thi công cầu
hoàn toàn đáp ứng đợc các yêu cầu về độ chính xác cũng nh điều kiện thi công phức tạp.

Tài liệu tham khảo
[1]. GS,TS Lê Đình Tâm (chủ biên), KS Phạm Duy Ho. Cầu Dây Văng. Nhà xuất bản khoa học và kỹ

thuật - 2001.
[2]. Phan Văn Hiến v những ngời khác. Trắc địa công trình Nhà xuất bản Giao thông Vận tải 2001.
[3]. Technical work plan for pylon construction lift 24 to 27 ( can thơ bridge project)Ă