Bố trí và kiểm tra vị trí tháp cầu dây văng

Nội dung text: Bố trí và kiểm tra vị trí tháp cầu dây văng

1. Bố trí và kiểm tra vị trí tháp cầu dây văng ThS. hồ thị lan h−ơng Bộ môn Trắc địa Tr−ờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Trong cầu dây văng (CDV) tháp cầu lμ bộ phận quan trọng có tính quyết định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật vμ độ an toμn của công trình. Kiến trúc tháp CDV t−ơng đối phức tạp, điều kiện thi công lại khó khăn, vì vậy việc xác định đúng vị trí vμ kích th−ớc hình học của tháp cầu lμ việc hết sức quan trọng. Trong bμi báo nμy tác giả khảo sát việc ứng dụng máy toμn 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 construction’s 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 CT 2 Cầu dây văng là hệ không biến dạng hình học, có độ cứng lớn vì thế có thể v−ợt đ−ợc 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. ở Việt Nam, cầu dây văng đầu tiên đ−ợc 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 t−ơng 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 tr−ng của mặt cắt tháp đ−ợc tính toán chính xác khi thiết kế và trong bản vẽ tổ chức thi công, sau đó căn cứ vào l−ới khống chế thi công cầu để xác định vị trí của chúng ngoài thực địa. Trong thi công CDV, sau khi xác định đ−ợc vị trí tâm tháp trên bệ tháp, vị trí và hình dạng tiếp theo của tháp đ−ợc xác định thông qua khung định vị. Khung định vị đ−ợc làm bằng thép (hình 1), th−ờng có tiết diện hình chữ nhật, đ−ợc chế tạo trên mặt đất với độ chính xác rất cao về kích th−ớc hình học, thông qua toạ độ các góc khung t−ơng ứng với từng độ cao của tháp cầu. Độ cao của khung phụ thuộc vào chiều cao của từng lift (với
2. cầu Bãi Cháy chiều cao của lift từ 2.5 đến 4.2m, cầu Cửu Long khoảng 5m), cốt thép cũng đ−ợc bố trí trên mặt đất, sau đó cả lồng thép này đ−ợc cẩu lên vị trí của nó trên tháp và nối với khung định vị của lift tr−ớc nó bằng các bu lông, lúc này vị trí của tháp cầu đã đ−ợc căn chỉnh chính xác, ng−ời ta kiểm tra vị trí này khi lắp ván khuôn tr−ớc 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. Ph−ơng pháp bố trí điểm bằng máy Toàn đạc điện tử CT 2 + Ph−ơng pháp toạ độ cực (ch−ơng trình setting out) Tâm bệ tháp đ−ợc xác định sơ bộ khi lắp ván khuôn bằng ph−ơng pháp toạ độ cực (hình 3) của máy TĐĐT, sau đó đ−ợc kiểm tra và điều chỉnh theo toạ độ thiết kế bằng các ph−ơng pháp khác, tâm tháp cũng có thể gắn vào với các điểm của l−ới khống chế tạo thành một hệ thống l−ới cục bộ (nh− tim tháp cầu Rạch Miễu). c s αΑΒ αΑC B β A Hình 3. Ph−ơng pháp toạ độ cực Vị trí của khung định vị đầu tiên này cũng đ−ợc xác định thông qua các điểm của l−ới khống chế hay điểm tim tháp cầu. ở ph−ơng pháp này, căn cứ vào 2 điểm của l−ới khống chế A, B để xác định vị trí điểm thiết kế C thông qua các yếu tố:
3. 2 2 β = αAB - αAC; SX= ΔAC + Δ Y AC (1) Sai số vị trí điểm bố trí của ph−ơng pháp toạ độ cực đ−ợc tính theo công thức: 2 ⎛ mβ ⎞ m = ± ⎜ ⎟ S2 + m 2 (2) ⎜ ⎟ S ⎝ ρ ⎠ + Ph−ơng pháp giao hội góc cạnh c γ s2 s1 β2 B β1 A Hình 4. Ph−ơng pháp giao hội góc cạnh Có thể sử dụng ph−ơng 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 l−ới khống chế ( hình 4), bố trí điểm thiết kế C bằng ph−ơng pháp giao hộ góc cạnh, các yếu tố bố trí đ−ợc tính theo công thức sau: CT 2 β1=α AB−α AC ; β2=α BC−α BA 2 2 SXY1 = ΔAC + Δ AC (3) 2 2 SXY2 = ΔBC + Δ BC Sai số trung ph−ơng vị trí điểm bố trí (C) đ−ợc tính theo trình tự sau: Tính sai số vị trí điểm của ph−ơng pháp giao hội góc: mβ 2 2 'm = ± SS1 + 2 (4) C ρsin γ Tính sai số vị trí điểm của ph−ơng pháp giao hội cạnh: 1 ''m = ± m2 + m 2 (5) C sin γ S1 S2 Sai số vị trí điểm của ph−ơng pháp giao hội góc cạnh: m'cì m c '' mc = ± (6) 2 2 m'c + m''c 2. Đo kiểm tra vị trí tháp: Vị trí tim tháp, vị trí các điểm của khung định vị hay các điểm
4. đặc tr−ng của tiết diện sau khi bố trí, lắp đặt và đổ bê tông xong, đ−ợc kiểm tra cận thận bằng một trong các ph−ơng pháp sau: + Ch−ơng 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 β và cạnh S, tính đ−ợc toạ độ C theo công thức: Xc = XB B + S CosαBC Yc = YB B + S SinαBC (7) trong đó: αBC = αBA - β c s a β b Hình 5. Tính toạ độ điểm bằng TĐĐT Từ toạ độ điểm l−ới khống chế và toạ độ thiết kế các điểm của tiết diện tháp, ta tính ra khoảng cách ở độ cao t−ơng ứng rồi so sánh với số liệu đo đ−ợc ngoài thực tế và tính sai số. + Ph−ơng pháp giao hội nghịch của máy toàn đạc điển tử (ch−ơng trình free station). Ch−ơng trình đo toạ độ của điểm đặt máy bằng cách đo khoảng cách, góc bằng tới các CT 2 điểm (tối thiểu là 2 điểm). Ví dụ: A,B,C là 3 điểm đã biết toạ độ, tính toạ độ điểm P bằng ph−ơng pháp giao hội nghịch. Đặt máy tại P đo các góc α, β và đo các cạnh S1, S2, S3. - Kích th−ớc hình học của mặt cắt tháp sau khi đổ bê tông có thể kiểm tra bằng ch−ơng trình đo khoảng cách giữa 2 g−ơng (tie distance). - Ngoài ra, cũng có thể kiểm tra toạ độ các điểm của khung định vị hay các điểm đặc tr−ng của mặt cắt sau khi đổ bê tông với ph−ơng pháp đo tĩnh bằng công nghệ đo GPS. c a b a b c1 c2 γ δ s2 S1 s3 α β p Hình 6. Ph−ơng pháp giao hội nghịch
5. 3. Kết quả thực tế kiểm tra bố trí tháp cầu Hệ thống l−ới thi công cầu Cửu Long đ−ợc 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. wb113a wb130 wb108 x yard - no.03 wb102 wb104 wb118 wb106 south - pylon north - pylon wb103 wb101 wb105 y a1 - st.4+910.00 - a1 wb107 hau - river hau - river wb110 wb112 wb114 wb116 wb109 wb111 wb113 wb115 pier - 24 sub - stream sub a2 - st.7+660.00 - a2 wb140 yard - no.04 CT 2 Hình 7. L−ới khống chế thi công cầu Cửu Long y 43 abutment 2 abutment ridge b up stream x enterline of of enterline c 21 Hình 8. Vị trí khung định vị Vị trí các điểm đ−ợc bố trí bằng ch−ơng 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 đ−ợc kiểm tra bằng toàn đạc điện tử và GPS, kích th−ớc của khung định vị đ−ợc kiểm tra bằng th−ớc thép và bằng toàn đạc điện tử. Kích th−ớc của các chi tiết có sai số cho phép sau khi đổ bê tông là (-10mm ữ 20mm), một số kết quả kiểm tra đ−ợc ghi ở bảng sau:
6. Bảng 1. Kết quả kiểm tra vị trí 4 điểm khung định vị tr−ớc khi đổ bê tông Điểm Toạ độ thiết kế (m) Toạ độ thực tế (m) Sai số (mm) đo Xi Yi Hi X’i Y’i H’i ∆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 ph−ơng vị trí điểm mp =± 9mm Bảng 2. Kết quả kiểm tra kích th−ớc khung định vị. K/cách Bằng TĐĐT Bằng th−ớc thép Sai số Kết luận 1-2 4.038 4.038 0 OK CT 2 3-4 4.037 4.038 -1 OK 1-3 5.901 5.900 -1 OK 2-4 5.900 5.900 0 OK Bảng 3. Kết quả kiểm tra độ cao sau khi đổ bê tông Điểm H TK H TT Sai số (mm) (m) (m) 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
7. y 2 up stream x 6 3 4 Hình 9. Mặt cắt lift sau khi đổ bê tông Độ cao đ−ợc này đ−ợc xác định để điều chỉnh về độ cao và kích th−ớc cho lift tiếp theo sau khi đổ bê tông Bảng 4. Kiểm tra vị trí sau khi đổ bê tông Điểm Thiết kế (m) Thực tế (m) Sai số (mm) 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 CT 2 3 1.431 -3.500 1.426 -3.507 -5 7 4 5.493 -3.500 5.491 -3.497 -2 -3 Sai số trung ph−ơng 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 đ−ợc khối l−ợng và thời gian đo đạc mà vẫn đảm bảo độ chính xác yêu cầu. - Nên sử dụng ph−ơng pháp giao hội góc cạnh để bố trí tháp, mố trụ cầu, vì ph−ơng 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 đ−ợc 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 Hoμ. Cầu Dây Văng. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật - 2001. [2]. Phan Văn Hiến vμ những ng−ời 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