›

Khóa luận 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

pdf 178 trang thiennha21 14/04/2022 4090
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận 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", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_nghien_cuu_giai_phap_ky_thuat_nang_cao_hieu_qua_co.pdf

Nội dung text: Khóa luận 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

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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 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.
  20. 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)
  21. 9 Hình 1.3. Tòa nhà Trung tâm Tài chính Hình 1.4. Tòa tháp Thượng Hải Quốc tế Bình An (Trung Quốc) (Trung Quốc) Hình 1.5. Tòa nhà Burj Khalifa (UAE) Hình 1.6. Tòa tháp đôi Petronas Tower2 (Malaysia) Trên thế giới các tòa nhà cao tầng đã đạt đến chiều cao 400 - 500 m là khá phổ biến, đặc biệt có toà nhà Burj Khalifa tại Dubai cao 162 tầng (828 m) là toà nhà cao nhất thế giới hiện nay.
  22. 10 Hình 1.7. Chiều cao các tòa nhà nổi tiếng trên thế giới 1.1.2.2. Ở Việt Nam Trong khoảng hai mươi năm trở lại đây, đất nước ta đã xây dựng rất nhiều công trình NCT. Các công trình NCT đã đem lại cho các đô thị Việt Nam một cảnh quan mới, một không gian kiến trúc hiện đại. Tại Việt Nam trong những năm gần đây số lượng nhà có số tầng từ 20 trở lên tăng rất nhanh: SaiGon Plaza 33 tầng, Hanoi Tower 25 tầng, Vetcombank Tower 68 tầng (đang xây dựng), khu đô thị Trung Hòa 34 tầng, chung cư Sông Đà ở Km10 Nguyễn Trãi 34 tầng; Keangnam Hanoi Landmark Tower 345m (70 tầng), Trung tâm tài chính Bitexco 262,5m (68 tầng), Hanoi City Complex 195m (65 tầng) Bảng 1.1. Một số công trình nhà cao tầng ở Việt Nam Công trình Số tầng Cao, m The Landmark 81 81 461,2 Keangnam Hanoi Landmark Tower 72 336 Lotte Center Hà Nội 65 267 Bitexco Financial Tower (TPHCM) 68 262,5 Vietcombank Tower (TPHCM) 40 206 Saigon One Tower (TPHCM) 42 195,3 Diamond Flower Tower (Hà Nội) 40 177
  23. 11 Hình 1.8. Toà nhà Bitexco Financial Tower Hình 1.9. Toà nhà Keangnam Hanoi Hình 1.10. Toà nhà Lotte Center Hanoi Hình 1.11. Toà nhà The Landmark 81 1.2. Công tác trắc địa trong thi công nhà cao tầng và siêu cao tầng 1.2.1. Đặc điểm công tác trắc địa khi thi công nhà cao tầng Trong thi công NCT có số tầng nhiều (công trình dưới 40 tầng), có chiều cao H ≤ 100 m, công tác trắc địa ở các tầng được lặp đi lặp lại nhiều lần, trị số sai lệch theo chiều đứng của kết cấu trực tiếp ảnh hưởng tới khả năng chịu lực của công trình cho nên trong đo đạc thi công yêu cầu độ chính xác của việc chuyển trục theo chiều thẳng đứng là rất cao, thiết bị đo và phương pháp đo phải thích hợp với loại hình kết cấu, phương pháp thi công và điều kiện của hiện trường.
  24. 12 Công tác trắc địa thi công các kết cấu kiến trúc rất phức tạp (đặc biệt là kết cấu thép), tiêu chuẩn về lắp đặt thiết bị và trang trí nội thất tương đối cao, hơn nữa lại có thang máy tốc độ cao nên độ chính xác đo đạc yêu cầu tới milimet. Mặt bằng kiến trúc và bố trí tạo hình mặt đứng phức tạp đa dạng nên yêu cầu đối với phương pháp bố trí công trình phải tuỳ theo từng công trình, từng thời điểm để có sự linh hoạt thích hợp, lại phải bố trí được thiết bị chuyên dụng tương ứng với từng công năng và áp dụng những biện pháp an toàn cần thiết. Do khối lượng công việc lớn, để bảo đảm tính tổng thể của công trình và độ chính xác của các phần thi công cục bộ, trước khi thi công phải lập lưới khống chế mặt bằng công trình và lưới khống chế độ cao với đầy đủ độ chính xác cần thiết. Đồng thời do có công trình ngầm với diện tích lớn hoặc bao trùm toàn bộ mặt bằng công trình nên công việc bố trí thi công trên hiện trường có rất nhiều biến đổi, cho nên yêu cầu phải áp dụng các biện pháp thích hợp, cần thiết, cho các điểm của lưới khống chế cơ sở được bảo vệ chắc chắn và chính xác trong suốt thời gian thi công cho tới khi hoàn thành công trình, sau đó bàn giao cho đơn vị Chủ đầu tư tiếp tục sử dụng. Công việc này là cơ sở bảo đảm cho toàn bộ quá trình đo đạc thi công được tiến hành thuận lợi, và cũng là việc khó khăn của công tác đo đạc thi công NCT hiện nay. Do việc áp dụng phương pháp thi công ba chiều xen kẽ, hạng mục thi công nhiều, để đảm bảo sự phối hợp ăn khớp giữa các công đoạn thi công, công tác đo đạc thi công phải phối hợp chặt chẽ với các bên thiết kế và thi công, đồng thời phải làm trước và làm tốt công tác chuẩn bị, xác định giải pháp đo đạc bố trí đồng bộ và khả thi với bên thi công. 1.2.2. Quy trình công tác trắc địa trong thi công xây dựng nhà cao tầng Tuỳ thuộc vào chiều cao công trình (số tầng), dạng kết cấu và phương pháp thi công mà nội dung công tác trắc địa có thay đổi, nhưng về cơ bản công tác trắc địa trong xây dựng nhà cao tầng bao gồm: - Thành lập xung quanh công trình một lưới khống chế, có đo nối với lưới khống chế trắc địa Nhà nước
  25. 13 Mạng lưới này có tác dụng định vị công trình trong hệ tọa độ sử dụng ở giai đoạn khảo sát thiết kế, nghĩa là định vị nó so với các công trình lân cận. Đối với nhà cao tầng, lưới khống chế bên ngoài công trình chủ yếu phục vụ cho thi công phần dưới mặt đất của ngôi nhà, là cơ sở để chuyển tọa độ vào bên trong công trình. - Chuyển ra thực địa các trục chính của công trình từ các điểm khống chế Các trục chính này được dùng cho thi công phần móng công trình. Chúng được đánh dấu trên khung định vị hoặc bằng các mốc chôn sát mặt đất. - Bố trí chi tiết khi xây dựng phần dưới mặt đất của công trình Nội dung công việc bao gồm: + Bố trí và kiểm tra thi công cọc móng; + Bố trí và kiểm tra thi công đài móng; + Bố trí ranh giới móng và các bộ phận trong móng. Độ chính xác của các công tác này được xác định theo Tiêu chuẩn xây dựng hiện hành, hoặc yêu cầu riêng nêu trong thiết kế cho từng công trình. - Thành lập lưới khống chế chuyên dụng trên mặt bằng móng Mạng lưới này có tác dụng để bố trí phần trên mặt đất của công trình, kể từ mặt bằng móng (mặt bằng gốc) trở lên. Do yêu cầu của công tác bố trí, lưới khống chế cơ sở trên mặt bằng móng có độ chính xác cao hơn so với mạng lưới thành lập trong giai đoạn thi công móng. Để đảm bảo tính thẳng đứng của công trình, các điểm của lưới chuyên dụng trên mặt bằng móng được chiếu theo phương thẳng đứng lên các mặt bằng xây dựng, từ đó thành lập hệ thống trục bố trí đảm bảo công tác bố trí chi tiết trên từng tầng. - Chuyển tọa độ và độ cao các điểm cơ sở lên các mặt bằng xây dựng Để đảm bảo độ thẳng đứng của tòa nhà trên suốt chiều cao, các trục công trình tại tất cả các tầng xây dựng đều phải được định vị sao cho cùng nằm trong một mặt phẳng thẳng đứng đi qua các trục tương ứng trên mặt bằng gốc. Điều này cũng có nghĩa là các điểm của lưới trắc địa chuyên dụng đã lập trên mặt bằng gốc (mặt bằng cơ sở) cần được chuyển lên mặt sàn thi công xây dựng của các tầng theo một đường thẳng đứng.
  26. 14 Để chiếu các điểm khống chế chuyên dụng trên mặt bằng móng lên cao có thể sử dụng một trong các phương pháp sau: + Phương pháp dùng dọi chính xác; + Phương pháp dựa vào mặt phẳng ngắm của máy kinh vĩ; + Phương pháp chuyền tọa độ bằng máy toàn đạc điện tử; + Phương pháp chiếu đứng quang học và lade. Ngoài ra còn có thể sử dụng công nghệ GNSS kết hợp với các trị đo mặt đất. Phương pháp chiếu được lựa chọn tuỳ thuộc vào độ cao và đặc điểm của công trình. Để chuyển độ cao từ mặt bằng móng lên các tầng xây dựng có thể sử dụng các phương pháp sau: + Phương pháp thuỷ chuẩn hình học theo đường cầu thang bộ; + Phương pháp dùng hai máy thuỷ chuẩn kết hợp với thước thép treo; + Phương pháp đo trực tiếp khoảng cách đứng; + Phương pháp dùng máy đo dài điện tử, trong đó thuận tiện nhất là sử dụng máy đo dài cầm tay. Trong xây dựng các nhà cao tầng hiện nay, biện pháp thông dụng và cũng là chắc chắn nhất cho việc chuyển độ cao từ mốc độ cao ở mặt bằng gốc (mặt bằng cơ sở) của công trình lên các tầng xây dựng trên cao vẫn là phương pháp thủy chuẩn hình học kết hợp với thước thép được thả treo thẳng đứng. Trong trường hợp này cần sử dụng hai máy thủy bình, một máy đặt tại mặt bằng gốc (hoặc tại mức sàn tầng nào đó) và máy thứ hai đặt tại sàn tầng cần chuyển độ cao lên. - Bố trí chi tiết trên mặt bằng xây dựng Đầu tiên cần bố trí các trục chi tiết, sau đó dùng các trục này để bố trí kết cấu và thiết bị. Trong công tác này cần đặc biệt lưu ý việc kiểm tra và đo vẽ hoàn công, tránh những sai lầm của công tác bố trí. Đo kiểm tra và đo vẽ hoàn công được tiến hành theo giai đoạn và khi kết thúc xây dựng công trình. - Quan trắc biến dạng công trình Quan trắc biến dạng của công trình là một công việc bắt buộc và được thực hiện theo TCVN 9360:2012 do Bộ Xây dựng ban hành. Việc quan trắc biến dạng cần
  27. 15 phải được tiến hành cả trong thời gian thi công công trình cũng như trong giai đoạn công trình đã được đưa vào khai thác. Số chu kỳ quan trắc trong giai đoạn thi công thường tương ứng với các thời điểm tải trọng công trình đạt 25%, 50%, 75% và 100%. Trong giai đoạn khai thác, sử dụng tối thiểu phải tiến hành quan trắc trong 12 tháng đầu tiên, mỗi tháng một chu kỳ, sau đó tùy tình hình cụ thể mà quyết định nên tiếp tục hay chấm dứt quan trắc. Quan trắc biến dạng nhà cao tầng bao gồm: + Quan trắc độ lún của đáy hố móng và dịch chuyển ngang của bờ cừ; + Quan trắc độ lún của móng và các bộ phận của công trình; + Quan trắc chuyển dịch ngang của công trình, thường chỉ tiến hành khi công trình xây dựng trên khu vực có khả năng xảy ra hiện tượng trượt; + Quan trắc độ nghiêng của công trình. 1.2.3. Các phương pháp chuyền trục theo phương thẳng đứng trong thi công nhà cao tầng Theo các tiêu chuẩn xây dựng [39], độ chính xác yêu cầu chuyển trục công trình lên cao là rất chặt chẽ (Bảng 1.2). Bảng 1.2. Độ chính xác yêu cầu chuyển trục công trình lên cao Chiều cao của mặt bằng xây dựng (m) Sai số < 15 15  60 60  100 100  120 Sai số trung phương chuyển các điểm 2 2,5 3 4 (trục) theo phương thẳng đứng (mm) Phương pháp chuyển trục lên cao được lựa chọn tuỳ thuộc vào chiều cao và công nghệ thi công công trình. Hiện nay để chuyển trục công trình lên cao có thể sử dụng một trong các phương pháp sau: 1.2.3.1. Phương pháp dây dọi chính xác Phương pháp dọi ngược (hình 1.12) như sau: Cố định dây invar (2) ở tại các điểm lưới trắc địa chuyên dụng trên mặt sàn tầng móng nhờ các neo. Dây sẽ được căng thẳng đứng nhờ phao nâng (5) thả tự do trong bình (4). Dưới tác động của ngoại lực phao có thể đạt được trạng thái cân bằng, nhưng luôn dao động xung
  28. 16 quanh vị trí ban đầu. Phương pháp này có thể đạt độ chính xác tương đương dụng cụ chiếu đứng quang học. Hình 1.12. Cấu tạo dụng cụ dọi ngược - Ưu điểm: Thiết bị sử dụng đơn giản, không chịu ảnh hưởng lớn của chiết quang. - Nhược điểm: Công việc chế tạo dụng cụ rất phức tạp, khó khăn trong việc để những lỗ thông sàn trên các sàn thi công nên phương pháp này ít được sử dụng trong thực tế. 1.2.3.2. Phương pháp dùng mặt phẳng ngắm của máy kinh vĩ hoặc máy kinh vĩ điện tử II' I' B B' A A' II I Hình 1.13. Sơ đồ chuyển tọa độ lên cao bằng máy kinh vĩ
  29. 17 Trong phương pháp này, máy kinh vĩ hoặc kinh vĩ điện tử được đặt trên hướng trục công trình kéo dài. Dùng mặt phẳng ngắm tạo bởi tia ngắm di chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng để chuyển trục công trình lên cao. Trên mặt sàn xây dựng, sử dụng bảng ngắm đặt trên bộ phận định tâm quang học để xác định và chiếu trục xuống bề mặt bê tông (Hình 1.13). Sai số trung phương chuyển trục công trình theo phương pháp này được tính theo công thức [15]: 2 2 2 2 2 m = mngh mV m l md mr (1.1) Trong đó: mngh - sai số do độ nghiêng trục quay máy kinh vĩ; mV - sai số ngắm chuẩn; m l - sai số do máy kinh vĩ không nằm trên đúng hướng trục; mđ - sai số đánh dấu điểm trục; mr - sai số do chiết quang không khí. Trong các nguồn sai số trên, sai số do độ nghiêng trục quay máy kinh vĩ là một trong những nguồn sai số chủ yếu và độ lớn của nó tăng lên khi độ nghiêng tia ngắm tăng. Phương pháp chuyển trục này này có hạn chế là độ nghiêng của tia ngắm không được lớn quá (không vượt quá 450) và độ chính xác của phương pháp không cao lắm. Để tăng góc nghiêng chiếu, có thể sử dụng máy kinh vĩ hoặc máy kinh vĩ điện tử lắp thêm kính mắt vuông góc. Tuy nhiên khi đó ảnh hưởng của độ nghiêng trục quay máy sẽ tăng nhanh làm giảm đáng kể độ chính xác của phương pháp. Vì những lý do nêu trên, phương pháp này chỉ được sử dụng để chiếu trục đối với những công trình có chiều cao không lớn lắm và xung quanh công trình có khoảng trống để có thể đặt được máy kinh vĩ. 1.2.3.3. Phương pháp chuyển tọa độ lên cao bằng máy toàn đạc điện tử Hiện nay độ chính xác của các máy toàn đạc điện tử ngày càng được nâng cao, nên khả năng sử dụng để chuyền tọa độ lên các tầng xây dựng. Công việc này được tiến hành theo trình tự sau [2]. Đầu tiên cần lập một số điểm cố định (2  3 điểm) ở bên ngoài công trình, các điểm này cần thông hướng tới các điểm khống chế trên mặt bằng móng. Tiến
  30. 18 hành đo nối để xác định chính xác tọa độ những điểm này trong hệ tọa độ của lưới cơ sở trên mặt bằng móng. Tiến hành chuyển sơ bộ vị trí các điểm khống chế trên mặt bằng móng lên mặt bằng xây dựng. Đặt máy toàn đạc điện tử tại các điểm bên ngoài công trình xác định chính xác tọa độ các điểm sơ bộ. Sau đó tiến hành hoàn nguyên điểm về vị trí thiết kế. Bước cuối cùng là đo kiểm tra chiều dài cạnh và góc của lưới với các điểm đã được hoàn nguyên để xác nhận độ tin cậy của việc chuyển và hoàn nguyên điểm (Hình 1.14) Hình 1.14. Sơ đồ chuyền toạ độ lên cao bằng máy toàn đạc điện tử Độ chính xác của phương pháp phụ thuộc chủ yếu vào độ chính xác của máy toàn đạc điện tử. Tuy nhiên độ chính xác xác định tọa độ của máy lại giảm khi độ nghiêng của tia ngắm tăng. Đây cũng là một trong những nhược điểm chủ yếu của phương pháp. 1.2.3.4. Phương pháp dùng máy chiếu đứng quang học và lade Phương pháp này sử dụng tia ngắm thẳng đứng của máy chiếu đứng quang học hoặc lade. Tia ngắm đó được tạo nên nhờ ống thuỷ chính xác hoặc bộ phận tự động cân bằng (cơ cấu điều hoà). Độ chính xác chiếu điểm theo phương thẳng đứng bằng một số máy thông dụng (PZL, POVP ) có thể xác định theo công thức thực nghiệm [5], [15]. mH = 0,0001.H + 0,3 mm (1.2) Trong đó: H - độ cao điểm chiếu (m)
  31. 19 Hình 1.15. Máy chiếu đứng quang học Hình 1.16. Máy chiếu đứng laze DZJ2 Để chiếu điểm theo phương pháp này, trong quá trình thi công cần chừa các lỗ chiếu trên các sàn tầng tại vị trí chiếu. Khi chiếu điểm, đặt paletka tại các lỗ chiếu, còn máy chiếu đứng được đặt tại các điểm của lưới khống chế cơ sở trên mặt bằng móng. Tiến hành chiếu ở 4 vị trí của máy, ở mỗi vị trí đọc số tọa độ x, y trên paletka rồi tính trị trung bình. Giá trị trung bình của x, y xác định vị trí của giao điểm tia ngắm thẳng đứng với bề mặt paletka (sàn tầng). Vị trí này được chuyển ra xung quanh lỗ chiếu bằng hai sợi chỉ đường kính 0,2  0,4 mm và được đánh dấu lại (Hình 1.17). 10 11 12 13 14 A B C D E G H I K L 16 17 18 19 20 Hình 1.17. Chuyển trục công trình bằng máy chiếu đứng Sau khi chiếu các điểm của lưới cơ sở trên mặt bằng móng lên các tầng xây dựng, tiến hành đo kiểm tra các yếu tố của lưới tạo bởi các điểm chiếu (lưới khống chế khung). Các yếu tố đo kiểm tra tương tự như các yếu tố đo của lưới khống chế cơ sở. So sánh kết quả kiểm tra với các giá trị tương ứng của lưới cơ sở, nếu sai lệch vượt quá giá trị cho phép thì phải tiến hành chiếu điểm lại.
  32. 20 Để nâng cao độ chính xác, tiến hành bình sai lưới khống chế khung trên từng tầng có tính đến ảnh hưởng của sai số chiếu điểm. Căn cứ vào tọa độ bình sai, tiến hành hoàn nguyên các điểm của lưới khung về vị trí thiết kế. Cần thấy rằng ở các tầng cao, sự biến dạng của công trình trong quá trình xây dựng (do tác động của nhiệt độ, gió, độ lún không đều ) sẽ ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của lưới trắc địa bố trí trên mỗi tầng. Khi công trình có chiều cao (số tầng) lớn, nếu chiếu điểm trực tiếp từ mặt bằng móng sẽ gặp khó khăn và độ chính xác chiếu điểm sẽ giảm đi. Khi đó nên áp dụng phương pháp chiếu phân đoạn, với mỗi đoạn chiếu là 15  20 tầng, tầng cuối của đoạn này sẽ là tầng đầu của đoạn tiếp theo. Để tăng độ chính xác của lưới khống chế khung ở đầu mỗi đoạn chiếu, có thể ứng dụng công nghệ GNSS kết hợp với các trị đo lưới khung bằng máy TĐĐT. Khi đó các trị đo GNSS có tác dụng kiểm tra độ ổn định của các điểm được chuyển lên, còn các trị đo góc - cạnh của lưới khung bằng máy TĐĐT có tác dụng kiểm tra và nâng cao độ chính xác tương hỗ giữa các điểm của lưới. 1.2.3.5. Chuyển trục công trình bằng công nghệ GNSS Khi sử dụng công nghệ GNSS cho phép xác định toạ độ giữa các điểm đo không cần thông hướng với nhau, thuận tiện cho việc đo đạc, phục vụ thi công NCT. Do điều kiện đo đạc chật hẹp và bị che khuất tầm nhìn bởi chiều cao của chính tòa nhà đang xây và các công trình lân cận. Công nghệ GNSS với việc đo cạnh ngắn và liên kết trong một mạng lưới chặt chẽ, sẽ đảm bảo được độ chính xác tương hỗ cao hơn 5 mm đảm bảo được một số yêu cầu độ chính xác trong Trắc địa công trình, như xây dựng lưới Trắc địa công trình, chuyển trục lên cao [13], [18]. Các thiết bị phục vụ cho công tác đo đạc bao gồm các máy thu tín hiệu GNSS và máy TĐĐT. Đặt máy thu GNSS tại điểm M và N đã biết tọa độ ở dưới mặt đất và tại các điểm An và Bn (Hình 1.18) trên mặt sàn thi công gần lưới trục công trình, tiến hành đo GNSS tĩnh, sau khi xử lý số liệu sẽ xác định được tọa độ các điểm An và Bn so với các điểm M, N trên mặt đất. Tiến hành so sánh toạ độ của các điểm này với tọa độ thiết kế và hoàn nguyên về đúng vị trí thiết kế.
  33. 21 Hình 1.18. Xác định điểm trên mặt sàn bằng công nghệ GNSS - Ưu điểm của phương pháp: công nghệ GNSS cho phép khắc phục được những hạn chế của các phương pháp đo truyền thống. Kết quả đo không phụ thuộc nhiều vào yếu tố ngoại cảnh. - Nhược điểm: Lưới trắc địa chuyên dụng thường có cạnh ngắn nên khi dùng phương pháp này để chuyền toạ độ lên các sàn kết cấu thi công thì sai số tương hỗ vị trí của các điểm trong lưới lớn. Đối với những công trình gần các chướng ngại vật gây nhiễu tín hiệu như: Trạm biến áp hay đường dây điện cao thế, xung quanh có các công trình có chiều cao lớn thì không nên sử dụng công nghệ GNSS để chuyển trục công trình. - Khả năng ứng dụng: Phương pháp này có quy trình đo đạc rất nhiều bước. Kết quả đo không xử lý trực tiếp được ngoài thực địa. Thực tế khi xây dựng các nhà cao tầng, thời gian dành cho công tác trắc địa sau khi đổ sàn bê tông xong rất ngắn (khoảng 2-3 giờ) nếu dùng phương pháp này sẽ không đáp ứng kịp tiến độ của công trình. Do vậy phương pháp này không thuận tiện cho việc đo nối tọa độ của từng tầng được mà chỉ dùng để đo nối lưới mặt đất với lưới chuyên dụng trên các sàn trong phương pháp chiếu phân đoạn. 1.2.4. Đặc điểm thi công xây dựng nhà siêu cao tầng ở Việt Nam Hiện nay việc đầu tư xây dựng NSCT ở nước ta có xu hướng phát triển và đã đạt được kết quả ban đầu rất khả quan. Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và đặc tính của từng loại kết cấu mà có những công nghệ xây dựng NSCT khác nhau.
  34. 22 1.2.4.1. Công nghệ vật liệu bê tông Vật liệu cơ bản được sử dụng để xây dựng khung chịu lực của NSCT là bê tông toàn khối. Cho đến nay, rất nhiều NSCT trên thế giới đã được xây dựng trên nền tảng kết cấu khung chịu lực bê tông toàn khối. Ở Việt Nam đã có một số công trình NSCT đã và đang đã được xây dựng trên nền tảng kết cấu khung chịu lực bê tông toàn khối. Bê tông toàn khối đã là một loại vật liệu xây dựng ưu việt, cho phép xây dựng những công trình nổi bật và cho đến nay, tiềm năng ứng dụng của bê tông toàn khối còn rất lớn. Việc sử dụng bê tông toàn khối trong xây dựng NSCT tạo tiền đề cho việc đổi mới công nghệ xây dựng, sản xuất và sử dụng các hệ ván khuôn hiện đại, cơ giới hóa quá trình công nghệ sản xuất, vận chuyển, phân phối và đổ vữa bê tông, sử dụng phụ gia cho bê tông. 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 Ngoài các yêu cầu kỹ thuật về bê tông chất lượng và công nghệ cao, trong thi công NSCT vữa bê tông phải được chế trộn liên tục với khối lượng lớn, vận chuyển, phân phối và đổ vào ván khuôn ở những vị trí xa theo phương ngang và rất cao theo phương đứng, trong khi đó phải giữ ổn định độ linh động của vữa. Tất cả các các qui
  35. 23 trình công nghệ từ khi chế tạo vữa đến lúc đổ vào ván khuôn phải đặt dưới một qui trình kiểm tra chất lượng chặt chẽ. Hai sơ đồ công nghệ cung cấp vữa bê tông đến công trường thường được sử dụng là: - Vận chuyển vữa bê tông bằng xe bồn từ các trạm trộn cố định - Sử dụng trạm trộn lắp đặt trong mặt bằng công trường. Hình 1.20. Giải pháp lựa chọn thiết bị vận chuyển, phân phối và rót vữa bê tông Bê tông từ xe bồn được vận chuyển đến vị trí đổ bởi các máy bơm ô tô và máy bơm tĩnh thủy lực công suất cao. Máy bơm ô tô cùng với hệ thống ống phân phối thủy lực đi kèm được sử dụng đổ bê tông phần ngầm và các tầng dưới. Máy bơm tĩnh cùng với hệ thống ống bơm lắp đặt sẵn, dùng để vận chuyển vữa bê tông dọc suốt chiều cao công trình. Phân phối và rót vữa vào ván khuôn được thực hiện bởi hệ thống cần phân phối thủy lực, lắp đặt trong lõi cứng của công trình và dịch chuyển theo chiều cao thi công (Hình 1.20). Cần trục tháp có thể hỗ trợ công tác vận chuyển bê tông lên cao bằng thùng đựng vữa. Để đảm bảo sự ổn định và liên tục của công tác vận chuyển, vữa bê tông phải có độ chảy cao (thường ở mức trên 600mm) và công suất bơm phải đủ lớn. Lựa chọn máy bơm căn cứ vào sự tổn thất áp lực theo chiều dài đường ống, đường kính ống bơm, độ linh động của vữa, năng suất đổ yêu cầu và nhiều yếu tố khác.
  36. 24 1.2.4.2. Công tác ván khuôn (cốp pha) Công tác ván khuôn trong xây dựng bê tông toàn khối là đặc biệt quan trọng, ảnh hưởng quyết định đến công nghệ, tiến độ và giá thành xây dựng. Hệ kết cấu NSCT thường sử dụng kết cấu khung, khung - vách cứng. Công nghệ thi công trượt các kết cấu nói trên bao gồm các quá trình: - Công tác chuẩn bị thi công - Lắp đặt giá nâng, vòng găng - Lắp đặt một mặt ván khuôn - Buộc cốt thép, đặt các đường ống chôn sẵn - Lắp đặt mặt ván khuôn còn lại và ván khuôn các lỗ cửa - Lắp đặt sàn thao tác - Lắp đặt hệ thống áp lực dầu: kích, đường dầu, bộ phận điều khiển - Lắp đặt các thiết bị điện khí động lực, chiếu sáng thi công - Vận hành thử toàn bộ đường dầu, bơm dầu xả khí - Cắm ty kích - Đổ bê tông vào các cấu kiện và bắt đầu trượt - Lắp đặt ván khuôn các lỗ cửa, buộc cốt thép ngang, đặt các chi tiết chôn sẵn, phối hợp đổ bêtông để tiến hành trượt bình thường - Trượt đến độ cao nhất định, lắp đặt các giá treo trong ngoài và các biện pháp phòng hộ an toàn - Sau khi trượt đến bộ phận yêu cầu, tháo ván khuôn dừng trượt - Lắp lại tuần hoàn cho đến khi kết thúc thi công toàn bộ kết cấu, tháo dỡ thiết bị ván khuôn. Trong quá trình trượt phải luôn kiểm tra kích thước tim ván khuôn, tim kết cấu, độ ngang bằng, độ thẳng đứng, vị trí ván khuôn, vị trí kích, độ phẳng mặt ván khuôn, độ ngang bằng của sàn thao tác, sai lệch phương ngang của vị trí vòng găng đường kính ván khuôn tròn hoặc chiều dài ván khuôn hình chữ nhật. Thiết bị ván khuôn trượt gồm ba bộ phận chủ yếu sau: - Các tấm ván khuôn trượt trong, ngoài;
  37. 25 - Hệ thống sàn nâng; - Hệ thống nâng trượt; khung kích, ty kích và kích. Đối với những công trình cao 20 - 30 tầng có thể sử dụng công nghệ ván khuôn định hình luân chuyển. Tuy nhiên khi sử dụng hệ ván khuôn truyền thống này không cho phép đẩy nhanh tiến độ thi công vượt quá 4 - 5 tầng/tháng. Do đó, đối với công trình NSCT, đòi hỏi phải áp dụng các giải pháp công nghệ đặc thù và phải tính đến cả vấn đề an toàn lao động trong thi công liên quan đến công tác ván khuôn. Ngoài ra, trong xây dựng NSCT, khi thi công với độ cao trên 100m, do tác động của gió và sương mù, cần trục tháp không thể hoạt động với 100% công suất dự tính, nhiều khi tần suất chỉ đạt 4 -5 ngày/tuần, trong thời gian đó vẫn phải đảm bảo xây dựng xong một tầng, vì vậy cần phải sử dụng các hệ ván khuôn tấm lớn, lắp dựng nhanh và hệ ván khuôn trượt dẫn động thủy lực để giảm sự phụ thuộc vào cần trục tháp (Hình 1.21). Hình 1.21. Hệ thống ván khuôn trượt Sử dụng hệ ván khuôn trượt thi công kết cấu lõi vách bê tông toàn khối NSCT mang lại nhiều ưu thế và hiệu quả: tiến độ nhanh; chất lượng đảm bảo; giảm công lao động lắp dựng, tháo dỡ; độ an toàn cao và giảm sự phụ thuộc của tác động gió.
  38. 26 Hình 1.22. Công tác thi công ván khuôn (Cốp pha) tại dự án Landmark 81 1.2.4.3. Công tác thi công cốt thép Công tác thi công cốt thép trong xây dựng NSCT cũng phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cao. Theo qui định, không được nối cốt thép bằng phương pháp hàn trong các kết cấu nhà cao tầng. Nhiều công nghệ nối buộc cốt thép đảm bảo chất lượng, tạo nhiều không gian ở các nút khung thuận lợi cho việc đổ bê tông đã được áp dụng trong thực tế. Cốt thép kết cấu chịu lực, các nút khung có mật độ cốt thép cao nên áp dụng phương pháp nối bằng ống ren tiện trước hoặc phương pháp nối bằng ống dập thủy lực. Cũng có thể áp dụng công nghệ mới nối buộc cốt thép bằng súng chuyên dụng đẩy nhanh được tiến độ thi công và giảm công lao động, đặc biệt đối với cốt thép vách, sàn. Hình 1.23. Công tác thi công cốt thép tại dự án Landmark 81
  39. 27 1.2.5. Các hạn sai trắc địa khi thi công nhà cao tầng và siêu cao tầng Tuỳ thuộc vào chiều cao công trình, địa điểm xây dựng, dạng kết cấu và phương pháp thi công mà nội dung công tác trắc địa có thay đổi, nhưng về cơ bản công tác trắc địa trong xây dựng NSCT cũng tương tự như công tác trắc địa trong thi công nhà NCT. Tuy nhiên khi thi công xây dựng công trình NSCT cần phải lưu ý đến giải pháp công nghệ xây dựng được sử dụng cho công trình và cần xét đến sự dao động của NSCT do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh gây ra. Sai số cho phép việc chuyền toạ độ lên các tầng phụ thuộc vào chiều cao của tầng, thiết bị và phương pháp thi công. Sai lệch cho phép về chuyền tọa độ lên các tầng thi công được quy định [41]. Bảng 1.3. Sai lệch cho phép về chuyền tọa độ lên các tầng thi công Hạng mục Nội dung Sai lệch cho phép (mm) Mỗi tầng 3 H ≤ 30m 5 Đo đặt đường trục 30m 5m 10 10 H/1000 H/1000 H/1000 H/1000 Toàn độ cao (H) nhưng nhưng nhưng nhưng không không >30 không >20 không >30 >50
  40. 28 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 Độ lệch cho Tên độ lệch phép (mm) Xê dịch trục, khối móng, móng cốc so với trục bố trí ±12 Sai lệch về độ cao của móng so với thiết kế ±10 Sai lệch về đáy móng so với thiết kế -20 Sai lệch trục hoặc panen tường, chân cột so với trục bố trí hoặc ±5 điểm đánh dấu trục Sai lệch trục cột nhà và công trình tại điểm cột so với trục bố trí của các chiều cao cột: 4 m ±10 Xê dịch tấm đan sàn trần so với vị trí thiết kế tại các điểm nút của ±13 kết cấu chịu lực dọc theo hướng của tấm đan Xê dịch trục dầm cầu trên mặt tựa cột so với thiết kế ±8 Xê dịch độ cao đỉnh thanh đỡ, dầm cầu trục ở hai cột kề nhau dọc ±16 theo hàng cột và hai cột ở hàng ngang so với thiết kế Sai lệch trục ray so với trục thanh đỡ ±20
  41. 29 Theo [67] bố trí thi công công trình, sai lệch bố trí đường trục và chuyển độ cao không được vượt quá quy định trong bảng 1.6. Bảng 1.6. Sai lệch cho phép bố trí thi công công trình, bố trí đường trục và chuyền độ cao Độ lệch cho Hạng mục Nội dung phép (mm) Bố trí vị trí Cọc biên trong một dãy cọc hoặc trong nhóm cọc ± 10 cọc móng Nhóm cọc ± 20 L ≤ 30 ± 5 Độ dài L (m) của trục 30 90 ± 20 các tầng thi Trục chi tiết ± 2 công Đường biên tường chịu lực, dầm, đường biên cột ± 3 Đường biên tường không chịu lực ± 3 Đường khung cửa ± 3 Mỗi tầng ±3 H ≤ 30 ±5 30 150 ±30 Mỗi tầng ± 3 H ≤ 30 ± 5 Chuyền độ 30 150 ± 30
  42. 30 1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến quá trình thi công xây dựng nhà siêu cao tầng 1.3.1. Ảnh hưởng của gió đến vị trí thẳng đứng của công trình 1.3.1.1. Khái niệm, nguyên nhân hình thành, phân loại gió Gió là một hiện tượng trong tự nhiên hình thành do sự chuyển động của không khí. Nguyên nhân hình thành gió là do bề mặt trái đất tiếp nhận sự chiếu sáng, đốt nóng của mặt trời không đều, sẽ có nhiệt độ không đều. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vị trí gây nên sự chênh lệch về khí áp, ở nơi có nhiệt độ gia tăng, không khí nóng lên (hạ áp) và bị không khí lạnh (áp suất lớn) ở xung quanh dồn vào, đẩy lên cao, tạo thành dòng thăng. Gió đặc trưng bởi hướng và vận tốc. Chiều di chuyển của dòng khí tạo thành hướng gió: gọi theo tên nơi xuất phát có 16 hướng gió tương ứng với 16 phương vị địa lý [43]. Vận tốc gió là vận tốc di chuyển của dòng khí qua một điểm nhất định. Có thể biểu thị vận tốc gió theo các đơn vị khác nhau như hải lý/giờ, đơn vị m/s hoặc km/h. 1.3.1.2. Tính chất, đặc điểm của gió Gió có một đặc điểm rất quan trọng là ảnh hưởng đến các vật xung quanh. Gió tác động đến sự vận động của biển như: hiện tượng tạo sóng (sóng là một trong sự vận động của biển). Thời điểm xuất hiện và tốc độ gió là không tuân theo quy luật, gió có thể xuất hiện tại một thời điểm và hướng bất kỳ với tốc độ mạnh yếu khác nhau. 1.3.1.3. Tác động của gió vào công trình Gió thổi gây áp lực lên mọi vật cản trên đường đi của nó, gọi là áp lực gió. Áp lực này tỷ lệ với bình phương vận tốc gió. Theo thời gian, vận tốc gió luôn luôn thay đổi gây nên sự mạch động của gió. Vì thế gió bão gây áp lực lớn lên công trình, rất nguy hiếm và có sức phá hoại rất lớn [43]. Khi gió thổi vượt qua một công trình thì tất cả các vùng của công trình đó đều chịu một áp lực nhất định. Phía đón gió xuất hiện áp lực trội đập trực tiếp vào mặt đón; ở phía sau công trình, phía khuất gió và ở bên hông (mặt bên) công trình xuất hiện áp lực âm do gió hút.
  43. 31 Dưới tác dụng của tải trọng gió, các công trình cao, mềm, độ thanh mảnh lớn sẽ có dao động. Tuỳ theo phân bố độ cứng của công trình mà dao động này có thể theo phương bất kỳ trong không gian. Thông thường chúng được phân tích thành hai phương chính: phương dọc và phương ngang luồng gió, trong đó dao động theo phương dọc luồng gió là chủ yếu. Với các công trình thấp, dao động này là không đáng kể; nhưng với các công trình cao khi dao động sẽ phát sinh lực quán tính làm tăng thêm tác dụng của tải trọng gió. - Tác dụng của gió lên công trình bị chi phối chủ yếu bởi vận tốc và hướng thổi của nó. Vì vậy mọi tham số làm biến đổi hai yếu tố này sẽ làm ảnh hưởng đến trị số và hướng của tác dụng. Khác với nhà thấp tầng, NSCT chịu tác động của tải trọng gió rất lớn vì càng lên cao tốc độ gió càng mạnh. Do càng lên cao càng ít vật cản nên nhà cao tầng sẽ chịu hầu như hoàn toàn tác động của gió. Ngoài ra tác động của gió lên nhà cao tầng khác với nhà thấp tầng đó là ảnh hưởng lớn của mô men xoắn gây lên. Mô men xoắn xuất hiện do áp lực không đều, mặt cắt ngang công trình không đối xứng hoặc do tâm hình học và tâm cứng không trùng nhau. NSCT không chỉ có tải trọng đứng lớn hơn mà điều khác biệt lớn nhất chính là tải trọng ngang (tải trọng ngang trong đó có tải trọng gió). NSCT chịu tải trọng gió lớn, mức độ phức tạp trong tính toán cũng tăng lên. Tải trọng gió cũng làm xuất hiện nội lực đổi chiều. Thành phần động của tải trọng gió cũng rất phức tạp và thường tập trung vào các bộ chịu lực của công trình, do đó đối với công trình nhà cao tầng cần ưu tiên giải pháp kết cấu mạch lạc, rõ ràng. 1.3.1.4. Tải trọng gió Tải trọng gió do tác động của khí hậu và thời tiết thay đổi theo thời gian, độ cao và địa điểm dưới dạng áp lực trên các mặt hứng gió hoặc hút gió của ngôi nhà. Tác động của gió thể hiện dưới dạng các ngoại lực phân bố và tăng dần theo chiều cao công trình. Thông thường quy ước từ mặt đất hoặc từ cao độ san nền công trình đến chiều cao 10m áp lực gió được xem là phân bố đều và càng lên cao biểu đồ áp lực gió có dạng đường cong thoải, và thường thay bằng dạng hình thang.
  44. 32 Áp lực gió tính theo tác động thẳng góc với mặt ngoài ngôi nhà và công trình và được xem là tĩnh đối với nhà cao dưới 40m. Khi chiều cao nhà trên 40m ngoài áp lực tĩnh còn phải xét tới thành phần động của gió do lực quán tính gây ra khi dao động của nhà và công trình. Theo TCVN 2737-1995 giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao so với mốc chuẩn xác định theo công thức: W = Wo.k.c (1.3) Trong đó: Wo- giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng lãnh thổ. k- hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn và dạng địa hình xác định theo bảng 2 tiêu chuẩn [43]; c- hệ số khí động lấy theo bảng 2 tiêu chuẩn [43]. Đối với nhà và công trình xây dựng ở các địa điểm đặc biệt thuộc vùng núi, vùng biển, hải đảo với địa hình phức tạp giá trị áp lực gió Wo phải lấy theo số liệu thống kê đáng tin cậy của nhiều năm đo đạc tại chỗ hoặc ở địa điểm gần nhất. Khi đó áp lực gió Wo xác định theo công thức [43]: 2 W0,0613v00 (1.4) Ở đây: v0 - vận tốc gió (m/s) ở độ cao 10m so với mốc chuẩn (vận tốc trung bình trong khoảng thời gian 3 giây bị vượt trung bình một lần trong 20 năm) tương ứng với địa hình dạng B. Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió Wo ở độ cao Z được xác định như sau: - Đối với công trình và các bộ phận kết cấu công trình có tần số dao động riêng cơ bản f lớn hơn giá trị giới hạn của tần số dao động riêng f quy định ở bảng 2 của TCVN 2737-1995 được xác định theo công thức: WW  (1.5) 0 Trong đó: W - giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh tải trọng gió ở độ cao tính toán xác định theo (1.3);  - hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao Z lấy theo bảng phụ lục TCVN 2737-1995;
  45. 33  - hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió. Hệ số này được lấy theo bề mặt tính toán của công trình trên đó xác định các tương quan động. Bề mặt tính toán gồm có phần bề mặt tường đón gió, khuất gió, tường bên, mái và các kết cấu tương tự mà qua đó áp lực gió truyền lên các bộ phận kết cấu công trình. Thành phần động của tải trọng gió phụ thuộc vào chu kỳ dao động riêng “T” của ngôi nhà, Tuy nhiên việc xác định chính xác những giá trị của T không phải lúc nào cũng cần thiết bởi độ chính xác này ít ảnh hưởng đến thành phần động của tải trọng gió. Theo tính toán thiết kế và xây dựng hàng loạt nhà cao tầng ở nước ngoài cho phép tính theo công thức gần đúng sau đây [43]: T = 0,021H (1.6) Ở đây: T- chu kỳ dao động riêng của ngôi nhà (s). H- chiều cao nhà tính từ đế móng đến đỉnh nhà (m). Tương tự như xác định tải trọng gió tĩnh theo biểu đồ hình thang (Hình 1.25) các giá trị thành phần động tính toán của áp lực gió được xác định như sau: Tại đỉnh nhà: aq qW (1).k.c.1,2 0 (1.7) p Tại đế nhà: q0,65W c.1,20 (1.8) Ở đây: Wo - áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo bảng phân vùng tải trọng gió; 1,2 - hệ số độ tin cậy; K - hệ số tăng áp lực gió theo chiều cao; c - hệ số khí động lấy theo tiêu chuẩn;  - hệ số áp lực động tính tại đỉnh nhà theo dạng địa hình. Tại bất kỳ điểm nào trên chiều cao ngôi nhà cũng được xác định theo công thức: p a1 (1.9) q(x) q 1 x H Trong đó: x - tọa độ tính từ đỉnh nhà.
  46. 34 q h q2 1 2 H q2 H qH c 1 20m 10m aq Hình 1.24. Biểu đồ áp lực gió quy về dạng hình thang tương đương 1.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến vị trí thẳng đứng của công trình Đặc điểm làm việc của kết cấu nhà cao tầng và siêu cao tầng bằng bê tông cốt thép trong điều kiện thay đổi nhiệt độ ở nước ta là: Công trình biến dạng co giãn thường xuyên dưới tác động của nhiệt độ thay đổi. Nhiệt độ cao (nóng) thì bê tông giãn ra, nhiệt độ thấp (lạnh) thì co lại, gặp không khí ẩm thì nở ra, gặp không khí lạnh thì co lại. Có thể coi đó là biến dạng thường ngày của kết cấu nhà cao tầng và siêu cao tầng bằng bê tông cốt thép theo nhiệt độ hay sự thay đổi thời tiết. Biến dạng do nhiệt độ là một trong những loại tải trọng đặc biệt tác dụng lên kết cấu công trình. Ảnh hưởng của nhiệt độ tác dụng lên kết cấu có thể do nhiều nguyên nhân: nhà cao tầng, siêu cao tầng được xây dựng bằng bê tông cốt thép hay các vật liệu khác khi chịu ảnh hưởng của nhiệt độ đều xảy ra hiện tượng co giãn; và khi sự co giãn này bị hạn chế thì sẽ phát sinh các ứng suất gây nguy hiểm cho kết cấu công trình. Chênh lệch nhiệt độ giữa các phần của kết cấu, biến dạng cưỡng bức của các phần kết cấu tuy không phải là tác động dưới dạng lực nhưng chúng cũng là những dạng đặc biệt của tải trọng công trình, vì ảnh hưởng của chúng đến kết cấu công trình là như nhau, cùng làm cho kết cấu phát sinh ra nội lực kháng lại chúng. Theo tài liệu [53] PGS.TS. Nguyễn Quang Tác đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm quá trình dao động của công trình dạng tháp có kết cấu bê tông cốt
  47. 35 thép, tiết diện tròn, dưới tác động của các yếu tố ngoại cảnh (gió, nhiệt độ và bức xạ mặt trời), từ đó tác giả đã xác định được phương pháp tính các giá trị hoàn nguyên cho vị trí trục tháp tiết diện hình tròn. Kết quả đã xây dựng được phương pháp xác định vị trí thực của trục tháp, loại trừ được ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh bằng cách tính số hiệu chỉnh thông qua giá trị hoàn nguyên về góc và chiều dài. Kết quả nghiên cứu đã giúp quá trình thi công xây dựng được tiến hành liên tục vì đã tính trước được số hiệu chỉnh vào vị trí trục tháp ở những độ cao khác nhau. Cụ thể tại tòa tháp Ostankino tại Moskva (Nga), PGS.TS Nguyễn Quang Tác đã theo dõi đồng thời các yếu tố như sự thay đổi nhiệt độ không khí, bức xạ mặt trời, tốc độ gió ở các cấp độ cao của tháp, thấy rằng trong quỹ đạo chuyển động của tháp trong một ngày đêm có dạng đường cong dạng hình elip kéo dài từ Đông sang Tây, độ dẹt của elip cũng như hướng bán trục lớn của nó phụ thuộc vào chiều cao của tháp (mỗi độ cao có 1 thông số elip khác nhau, theo quỹ đạo chuyển động của mặt trời tại vị trí đó). Kết quả nghiên cứu này cho thấy, đối với các công trình có chiều cao lớn do tác động của yếu tố nhiệt độ đã làm giãn nở vật liệu xây dựng từ đó gây ra dao động cho các công trình này. 1.3.3. Ảnh hưởng của tải trọng công trình đến vị trí thẳng đứng của công trình Tải trọng thẳng đứng gồm: Tải tĩnh: là tải trọng tác động thường xuyên thường có vị trí, phương, chiều tác động và giá trị không đổi trong quá trình sử dụng. Đó là trọng tải bản thân kết cấu chịu lực, các kết cấu bao che, các lớp cách âm, cách nhiệt v.v Hoạt tải: là tải trọng tác động không thường xuyên như người và vật dụng trong nhà. 1.3.3.1.Tải trọng đứng Tải trọng thẳng đứng tác động lên hệ kết cấu chịu lực của nhà bao gồm hai loại: tĩnh tải do trọng lượng bản thân kết cấu chịu lực và kết cấu bao che, và hoạt tải là tải trọng sử dụng tác động thường xuyên hoặc ngắn hạn được lấy theo tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động TCVN 2737-1995.
  48. 36 Mái bằng nhà cao tầng còn có thể sử dụng làm bãi đỗ máy bay trực thăng. Tải trọng lớn nhất khi trực thăng cất hạ cánh có thể tính theo công thức: kP Q (1.20) S Trong đó: k- hệ số động lực (k=3); P - trọng lượng của trực thăng căn cứ vào loại máy sử dụng, loại nhỏ lấy bằng 20  30 KN, loại trung bình 30  50 KN; S - diện tích chịu lực trong phạm vi khoảng cách giữa các bánh xe lấy theo số liệu thực tế (hoặc lấy bằng 2x2m2 cho loại nhỏ, 2x3m2 cho loại trung bình). 1.3.3.2. Ảnh hưởng độ lệch tâm của tải trọng thẳng đứng Khi tính toán theo các sơ đồ khung - vách tải trọng thẳng đứng xem như tác động đúng tâm. Nhưng thực tế tải trọng thẳng đứng tác động lệch tâm trong các trường hợp do thay đổi tiết diện cột, do tải trọng sàn truyền vào tường - vách một bên, do sai lệch tim trục trong thi công. 1.3.3.3. Các loại tải trọng khác - Tác động do co ngót, từ biến của bê tông. - Tác động do ảnh hưởng của sự lún không đều. - Tác động do ảnh hưởng của sự thay đổi độ ẩm môi trường. - Tác động do các sai lệch khi thi công, do thi công các công trình lân cận Ngoài ra còn có các tải trọng đặc biệt khác phát sinh do hoạt động của con người như hỏa hoạn, cháy nổ, máy móc, xe cộ, thiết bị va đập vào công trình. 1.3.4. Tổng hợp các dạng dao động của công trình 1.3.4.1. Chuyển động tòa nhà Các thành phần khác nhau dẫn đến sự dịch chuyển và chuyển động của cấu trúc NSCT có thể được chia thành ba nhóm. a. Chuyển động dài hạn Dao động dài hạn có thể xẩy ra trên công trình trong khoảng thời gian từ một tuần đến 6 tháng và do các nguyên nhân sau [54]:
  49. 37 Do độ ổn định nền móng lún không đều: khi tải trọng lên móng tăng lên, nó sẽ tiếp tục lún và nếu độ lún không đều sẽ gây ra độ nghiêng tương ứng trong kết cấu công trình. Do biến dạng của khối móng công trình: do tải trọng lớn hơn ở tâm NSCT, khối móng sẽ biến dạng khi tiến trình xây dựng và biến dạng này có thể ảnh hưởng đến độ thẳng đứng của kết cấu. Do trình tự xây dựng: quá trình xây dựng được tiến hành theo trình tự vòng tròn với chu kỳ từ 5 - 7 ngày cho mỗi tầng và điều này sẽ làm cho khối tâm của tòa nhà dịch chuyển khỏi trục thẳng đứng và có thể gây ra chuyển động tương ứng trong kết cấu. Do thiết kế xây dựng: thiết kế của NSCT, với việc đặt các bề mặt kiến trúc ở các cấp độ khác nhau tạo ra sự chuyển động của khối tâm trong tòa nhà khi khi độ cao tăng lên và vị trí cuối cùng của hình dạng thiết kế lý thuyết lệch khỏi phương thẳng đứng. Điều này có thể gây ra chuyển động ở vị trí NSCT có liên kết chặt chẽ với trình tự xây dựng. Do co ngót và rão bê tông: về dài hạn, sự khác biệt, hiện tượng rão và co ngót trong các cột NSCT có thể làm cho tâm NSCT di chuyển mức nhỏ trong thời gian dài. Độ lệch sẽ phụ thuộc vào mức độ phát triển của quá trình co ngót. b. Chuyển động hàng ngày Thành phần này có thể gây ra dao động cho NSCT khoảng thời gian 24 giờ [54]. Do hiệu ứng mặt trời: các bề mặt bê tông của NSCT tiếp xúc với ánh nắng mặt trời sẽ nở ra khi so sánh với các bề mặt ở phía đối diện của tòa nhà. Mô hình toán học về hiệu ứng mặt trời trên cấu trúc chỉ ra rằng với sự chênh lệch nhiệt độ là 10 độ C, có thể chuyển động lên đến 150mm ở đỉnh bê tông trong khoảng thời gian sáu giờ. Điều này tương đương với chuyển động 25mm mỗi giờ. c. Chuyển động động Các thành phần này gây ra dao động trong thi công NSCT với khoảng thời gian từ 10 giây đến 15 phút [54]. Do cộng hưởng xây dựng: tòa NSCT sẽ có một khoảng thời gian tự nhiên từ 10 đến 11 giây theo hai trục mà nếu dữ liệu vị trí được tính cứ 0,5 giây một lần thì hình
  50. 38 dạng của một biểu đồ điểm của dữ liệu 30 phút sẽ giống như một hình elip không đều. Nếu tốc độ gió tăng thì 'kích thước' của hình elip này cũng sẽ tăng lên. Do gió: tải trọng gió sẽ làm cho tòa nhà bị lệch tâm theo lượng phụ thuộc vào tốc độ gió, hướng và các yếu tố cấu trúc. Do tải trọng cẩu: có thể dự đoán rằng tòa nhà sẽ dao động đến một mức độ nào đó khi cần trục tháp nhấc hoặc thả tải. Các chuyển động này sẽ hoàn toàn ngẫu nhiên với khoảng thời gian từ 5 đến 15 phút. Khi tiến hành công tác đo đạc, cần phải tạm thời dừng hoạt động của các cần trục để giảm nguy cơ xảy ra 'sai lệch' ngẫu nhiên trong phép đo trắc địa. Tải trọng và các tác động khác lên toà nhà sẽ khiến nó di chuyển khỏi trục thẳng đứng theo lý thuyết và sự cộng hưởng tự nhiên của NSCT sẽ khiến nó dao động với biên độ tương đối lớn và không có quy luật chung. Vì vậy mà hệ thống thiết bị trắc địa và phương pháp đo đạc phải được thiết kế phù hợp để tiến hành công tác bố trí chi tiết xây dựng trên các sàn thi công trong điều kiện công trình luôn bị dao động nhằm đảm bảo tính liên kết với các hệ kết cấu xây dựng đã được thực hiện trước đó. 1.3.4.2. Các dạng cơ bản dao động của nhà siêu cao tầng Dưới sự tác động của các yếu tố ngoại cảnh như gió, thay đổi nhiệt độ, tải trọng bản thân công trình, co ngót từ biến của bê tông, độ lún không đều NCT và NSCT dao động theo các dạng cơ bản như sau [43]: Hình 1.25. Các dạng dao động của công trình
  51. 39 Trong đó: các chỉ số của ji gồm chỉ số thứ nhất j: là chỉ khối lượng thứ j, và chỉ số thứ hai i: chỉ tần số hay dạng dao động riêng thứ i. Hình 1.26. Dạng dao động loại 1,2 của tòa nhà siêu cao tầng Hình 1.27. Dạng dao động loại 3 của tòa nhà siêu cao tầng Như vậy: dưới tác động của nhiều yếu tố ngoại cảnh như gió, thay đổi nhiệt độ, tải trọng bản thân công trình, co ngót từ biến của bê tông, độ lún không đều NSCT bị dao động theo hướng tác động của ngoại lực. Dao động của phần trên ngôi nhà có thể mang tính đàn hồi và trở về vị trí cũ, cũng có thể mang tính đàn hồi không hoàn toàn và chuyển sang vị trí mới, quỹ đạo chuyển động, vận tốc dao động của công trình không theo quy luật nhất định, phụ thuộc vào vị trí xây dựng, thời gian thi công và kết cấu vật liệu xây dựng công trình.
  52. 40 Do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh như gió, thay đổi nhiệt độ và do bản thân tải trọng công trình nên toàn bộ hay từng phần của các toà NSCT sẽ bị thay đổi vị trí trong không gian, theo thời gian trong quá trình thi công xây dựng. Vì vậy, chúng ta cần phải nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo thi công NSCT theo đúng thiết kế và các tiêu chuẩn quy định. 1.4. Các công trình nghiên cứu về công tác trắc địa trong thi công nhà cao tầng và siêu cao tầng Do công tác trắc địa trong thi công NSCT có nhiều đặc điểm riêng biệt, để phục vụ mục tiêu nghiên cứu của đề tài, chúng tôi đã tham khảo, tìm hiểu các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước về lĩnh vực thi công NCT và NSCT, bao gồm các nội dung sau đây: 1.4.1. Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài Do đặc điểm địa hình, điều kiện kỹ thuật và môi trường thi công của công tác trắc địa phục vụ thi công NSCT có ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác kích thước hình học của công trình, độ thẳng đứng của công trình và tiến độ thi công công trình. Chính vì vậy mà từ trước đến nay ở trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về công tác trắc địa trong thi công NCT và NSCT. Nghiên cứu các tài liệu tham khảo này chúng tôi thấy có thể chia ra các làm các lĩnh vực sau đây: Ngoài một số tài liệu là sách giáo khoa trong đó có nội dung trình bầy về công tác trắc địa trong thi công NCT và công trình có chiều cao lớn như "Инженерная геодезия" [49], "Справочное пособие по прикладной геодезий" [51], "Геодезические работы при изысканиях и строительстве промышленных сооружений "[52]. Các công trình nghiên cứu về các giải pháp kỹ thuật khi thi công NCT và NSCT được tham khảo và chia thành các hướng nghiên cứu sau: 1.4.1.1. Nghiên cứu về vấn đề ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng đến độ thẳng đứng của công trình trong quá trình thi công Sau khi tham khảo các tài liệu nước ngoài, chúng tôi thấy có các tài liệu cơ bản sau:
  53. 41 Năm 1996 PGS.TS. Nguyễn Quang Tác đã nghiên cứu phương pháp tính toán ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng trong thi công xây dựng và khai thác sử dụng công trình dạng tháp trình bày trong luận án tiến sĩ. "Разработка методики расчета влияния метеорологических факторов при строительство и эксплуатация сооружений башенного типа" [53], Abdelrazaq, A (2010) “Design and Construction planning of the Burj Khalifa, Dubai” [60], William F.Baker, D.Stanton Korista, Lawrence C.Novak (2008), "Engineering the World's Tallest - Burj Dubai" [61], [63], [64]. Nội dung của các tài liệu trên đã đề cập đến tác động của các yếu tố khí tượng như nhiệt độ, gió , và tải trọng bản thân công trình ảnh hưởng đến độ thẳng đứng của công trình. Tuy nhiên, trong các tài liệu này mới đề cập đến công thức tính số hiệu chỉnh cho công trình dạng tháp, hoặc đưa ra các chỉ số về các đại lượng dao động đặc trưng của công trình NCT mà chưa đưa ra được các giải pháp khắc phục các hiện tượng dao động này trong quá trình thi công NSCT. 1.4.1.2. Nghiên cứu về vấn đề giải pháp kỹ thuật công tác trắc địa trong thi công các công trình nhà siêu cao tầng Bao gồm các tài liệu sau: Joël van Cranenbroeck (2009) “Core Wall Control Survey” [54]; "Real - time high-rise building monitoring system using global navigation satellite system technology" [55], Abdelrazaq, A (2010), “Design and Construction planning of the Burj Khalifa, Dubai” [60], [61], [63], [64] Nội dung các tài liệu này đã trình bày một số giải pháp dùng trong quá trình thi công các công trình dạng tháp có chiều cao lớn, ứng dụng công nghệ GNSS thời gian thực để xác định vị trí tức thì của công trình trong quá trình thi công. Tuy nhiên các tài liệu này mới chỉ dừng lại ở hướng nghiên cứu và chưa đưa ra các giải pháp kỹ thuật cụ thể, cũng như đánh giá độ chính xác đạt được và tính hiệu quả của giải pháp. 1.4.1.3. Nghiên cứu về ứng dụng phép lọc Kalman trong xử lý số liệu trắc địa Điển hình có các tài liệu sau: Cankut D. Ince and Muhammed Sahin (2000) “Real - time deformation monitoring with GPS and Kalman Fiter” [56], Greg Welch and Gary Bishop (2001)
  54. 42 “An Introduction to the Kalman Filter” [57], Greg Welch and Gary Bishop (2006), “An Introduction to the Kalman Filter” [58], Kalman, R.E. A new research approach to Linear Filtering and Prediction Problem. [62] Nội dung các tài liệu trên trình bày về phép lọc Kalman trong trường hợp tổng quát, tuy nhiên các tài liệu này không trình bày vấn đề xác định các hàm số đặc trưng cho chuyển động của tòa NCT trong quá trình thi công xây dựng do ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng và bản thân tải trọng công trình, ví dụ như quỹ đạo chuyển động, vận tốc và gia tốc của công trình, đây là vấn đề rất quan trọng khi ứng dụng phép lọc Kalman để phân tích số liệu. 1.4.2. Các công trình nghiên cứu ở trong nước Nghiên cứu về công tác trắc địa trong thi công các công trình NCT và NSCT ở nước ta được thực hiện trong một số công trình nghiên cứu và một số giáo trình đang được giảng dạy tại một số trường đại học. Nghiên cứu các tài liệu này chúng tôi nhận thấy một số vấn đề sau đây: Ngoài một số tài liệu là sách giáo khoa trong đó có nội dung trình bày về công tác trắc địa trong thi công NCT và công trình có chiều cao lớn như "Trắc địa công trình" [5], “Trắc địa công trình công nghiệp - Thành phố” [15], các công trình nghiên cứu về các giải pháp kỹ thuật khi thi công nhà cao tầng và siêu cao tầng được tham khảo và chia thành các hướng nghiên cứu sau đây: 1.4.2.1. Nghiên cứu về vấn đề giải pháp kỹ thuật công tác trắc địa trong thi công các công trình nhà cao tầng Sau khi tham khảo các tài liệu trong nước chúng tôi thấy có các tài liệu cơ bản sau: “Quy trình kỹ thuật kiểm soát kích thước hình học, độ nghiêng nhà cao tầng và công trình có chiều cao lớn” [12], “Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công tác trắc địa trong xây dựng công trình có chiều cao lớn” [2], “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa công trình” [6], [9], [11], [12], [13], [14], [16], [17], Các công trình nghiên cứu trên đã tập trung chủ yếu vào các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ chính xác chuyền toạ độ theo phương thẳng đứng lên các sàn thi công nhà cao tầng như:
  55. 43 - Sử dụng máy chiếu đứng quang học chiếu theo phương pháp phân đoạn để chuyển trục công trình lên cao [24]. - Chính xác hoá lưới khống chế khung ở đầu mỗi đoạn chiếu bằng cách sử dụng các trị đo GNSS kết hợp với các trị đo mặt đất bằng máy toàn đạc điện tử, xử lý theo thuật toán bình sai lưới tự do [21], [30], [31], Tuy nhiên trong các công trình nghiên cứu trên đều chưa đề cập đến sự dao động của công trình do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh gây ra. Vì vậy mà các tác giả đã kiến nghị cần tiếp tục nghiên cứu các ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh (gió, nhiệt độ ) và tải trọng của bản thân công trình đến độ thẳng đứng của công trình nhà siêu cao tầng. 1.4.2.2. Nghiên cứu về vấn đề ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng đến độ thẳng đứng của công trình trong quá trình thi công Điển hình có các tài liệu sau: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thi công xây dựng nhà siêu cao tầng” [24], “Nghiên cứu xác định hiện tượng vặn xoắn của công trình trong thi công xây dựng công trình có chiều cao lớn” [25], "Sử dụng hệ thống VAS trong việc đảm bảo độ thẳng đứng của toà nhà siêu cao tầng Landmark 81 TP Hồ Chí Minh" [8] Trong nội dung tài liệu này đã nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng ảnh hưởng đến độ thẳng đứng của công trình, dựa vào kết quả quan trắc tòa nhà Keangnam, The Landmark 81 bằng công nghệ GNSS trong quá trình thi công và khai thác sử dụng, tuy nhiên nội dung tài liệu này chưa đưa ra phương pháp tính và hiệu chỉnh giá trị ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng và tải trọng của bản thân công trình đến độ thẳng đứng của công trình. 1.4.2.3. Nghiên cứu về vấn đề giải pháp kỹ thuật của công tác trắc địa trong thi công nhà siêu cao tầng Sau khi tham khảo các tài liệu trong nước chúng tôi thấy có các tài liệu sau đây: "Sử dụng hệ thống VAS trong việc đảm bảo độ thẳng đứng của toà nhà siêu cao tầng Landmark 81 TP Hồ Chí Minh" [8],
  56. 44 Trong tài liệu [8] đã trình bày hướng sử dụng công nghệ GNSS-RTK do nhà thầu nước ngoài sử dụng tại công trình Landmark 81 và thông báo kết quả quan trắc tòa nhà Landmark 81 được xây dựng bằng công nghệ và thiết bị của nhà thầu nước ngoài. Nội dung của công nghệ và thuật toán xử lý số liệu do các công ty xây dựng nước ngoài quản lý, chúng ta chưa thể tiếp cận được do các công ty nước ngoài đang quản lý và chưa chuyển giao. Tài liệu này cũng chưa đưa ra giải pháp kỹ thuật cụ thể, các thuật toán ứng dụng và chưa đánh giá độ chính xác kết quả đạt được. 1.4.2.4. Nghiên cứu về ứng dụng phép lọc Kalman trong xử lý số liệu trắc địa Sau khi tham khảo các tài liệu trong nước chúng tôi thấy có các tài liệu điển hình có các tài liệu sau: Cui Xizang và nnk (người dịch - Phan Văn Hiến) (2017), "Bình sai trắc địa nghĩa rộng" [47], Phạm Quốc Khánh (2018), “Nghiên cứu phương pháp dự báo chuyển dịch biến dạng công trình theo mô hình động học” [10], Dương Thành Trung (2017), “Nghiên cứu xây dựng hệ định vị - dẫn đường dựa trên việc tích hợp hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu (GNSS) và hệ thống định vị quán tính (INS) bằng các điều kiện ràng buộc giải tích và thuật toán ước lượng tối ưu” [19], [33], [34], [35], Nội dung tài liệu trên trình bày một số ứng dụng của phép lọc Kalman để xử lý số liệu trắc địa trong các lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, trong các tài liệu này chưa trình bày vấn đề ứng dụng pháp lọc Kalman để lọc các số liệu đo GNSS động thời gian thực trong thi công NSCT. 1.4.3. Các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) Bao gồm các tài liệu sau đây: “Công tác thi công tòa nhà - Sai số hình học cho phép” [37], “Dung sai trong xây dựng công” [38], “Công tác trắc địa trong xây dựng công trình - Yêu cầu chung” [39], “Nhà và công trình dạng tháp - Xác định độ nghiêng bằng phương pháp trắc địa” [40], “Nhà cao tầng - Kỹ thuật đo đạc phục vụ công tác thi công” [41], “Kỹ thuật đo và xử lý số liệu GPS trong trắc địa công trình”[42], “Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế”.[43], [44],
  57. 45 Hiện nay, chúng ta còn thiếu các văn bản pháp qui về tiêu chuẩn công tác trắc địa trong thi công NSCT, các qui định có tính pháp quy của nhà nước về quy trình nghiệm thu đánh giá chất lượng kích thước hình học, độ thẳng đứng và các dịch chuyển của NSCT. Nhưng đối với các tòa NSCT (những công trình trên 40 tầng) không thể coi là cố định mà nó luôn luôn bị dao động do tác động của các yếu tố ngoại cảnh như tải trọng gió, nhiệt độ và ảnh hưởng của tải trọng công trình Biên độ dao động của đỉnh tòa nhà là rất lớn, không tuân theo một quy luật nhất định. Vì vậy, chúng ta cần phải nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật trắc địa phục vụ thi công xây dựng NSCT đảm bảo độ thẳng đứng theo yêu cầu của thiết kế. 1.5. Đánh giá chung về tình hình nghiên cứu và định hướng nghiên cứu của luận án 1.5.1. Đánh giá chung về tình hình nghiên cứu Qua tìm hiểu tình hình nghiên cứu tổng quan của công tác trắc địa trong thi công NSCT trên thế giới và trong nước có thể nhận thấy như sau: Trên thế giới: Các quy trình công nghệ ở nước ngoài đã đề cập đến sự dao động của công trình có chiều cao lớn, nhưng không trình bày giải pháp khắc phục, chưa nêu lên các cách hiệu chỉnh giá trị văn xoắn của công trình do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh tác động lên công trình trong quá trình thi công. Đối với một số tài liệu công bố gần đây mới nêu lên được giải pháp công nghệ đã sử dụng để hiệu chỉnh các điểm bố trí công trình đang thi công theo đúng thiết kế, nhưng nội dung của công nghệ và bản chất của thuật toán chúng ta chưa nắm bắt được và không trình bày về độ chính xác nên chưa phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam (thiết bị trắc địa hiện có, điều kiện địa chất, yếu tố xây dựng, trình độ thi công, điều kiện kinh tế ); không đưa ra quy luật chuyển động của tòa NSCT do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh và tải trọng bản thân công trình đến độ thẳng đứng của công trình. Ở Việt Nam: Do hạn chế về năng lực sản xuất thiết bị đo đạc chính xác cao, nên chủ yếu sử dụng các công nghệ hiện đại nhập khẩu, chưa có điều kiện chế tạo các thiết bị đo chuyên dụng dùng cho công tác trắc địa trong thi công NSCT.
  58. 46 Tại các công trình xây dựng NSCT ở Việt Nam, công việc trắc địa trong thi công NSCT, chủ yếu do các chuyên gia và công ty nước ngoài thực hiện. 1.5.2. Định hướng nghiên cứu của luận án Từ kết quả nghiên cứu và phân tích ở trên chúng tôi rút ra một số định hướng nghiên cứu của luận án như sau: 1. Nghiên cứu giải pháp ứng dụng các công nghệ đo đạc tiên tiến và hiện đại để thay thế các thiết bị và phương pháp đo đạc truyền thống với mục đích tự động hóa quá trình đo đạc, nâng cao độ chính xác và đảm bảo tiến độ thi công NSCT phù hợp với đặc điểm công nghệ thi công đang được ứng dụng ở Việt Nam. 2. Khảo sát và đánh giá 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 cần bố trí trên các sàn xây dựng NSCT trong quá trình thi công. 3. Nghiên cứu xây dựng thuật toán và thành lập chương trình máy tính xử lý số liệu cho phép xác định toạ độ tức thời của các điểm trục chính trên các sàn thi công NSCT. 4. Nghiên cứu phương pháp bố trí chi tiết công trình theo đúng vị trí thiết kế nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật thi công NSCT ở Việt Nam.
  59. 47 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA TRONG THI CÔNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM 2.1. Nghiên cứu lựa chọn giải pháp trắc địa khắc phục ảnh hưởng sự dao động trong thi công nhà siêu cao tầng 2.1.1. Đặc điểm công tác trắc địa trong thi công nhà siêu cao tầng ở Việt Nam Về mặt kết cấu, một công trình được định nghĩa là cao tầng khi độ bền vững và chuyển vị của nó do tải trọng ngang (gió, nhiệt độ, tải trọng bản thân công trình, động đất ) quyết định. Mặc dù chưa có sự thống nhất chung nào về định nghĩa NSCT nhưng có một ranh giới được đa số các kỹ sư kết cấu chấp nhận, đó là từ nhà thấp tầng sang NCT và NSCT có sự chuyển tiếp từ phân tích tĩnh học sang phân tích động học khi nhà chịu tác động của các yếu tố ngoại cảnh , tức là vấn đề dao động và ổn định nói chung. Trong thi công NSCT có số tầng nhiều (những công trình trên 40 tầng), độ cao lớn (H > 100 m), yêu cầu độ chính xác chuyển trục theo chiều thẳng đứng là rất cao, thiết bị đo và phương pháp đo phải thích hợp với loại hình kết cấu, phương pháp thi công và điều kiện của hiện trường. Đối với các công trình NSCT, do ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài (nhiệt độ, gió ) và bản thân tải trọng công trình nên tại các tầng cao trong quá trình thi công phần thân công trình dao động liên tục theo thời gian với biên độ tương đối lớn và hầu như không có quy luật (Hình 2.1). Ví dụ như tại công trình The Land mark cao 81 tầng (461,2 m) tại thành phố Hồ Chí Minh, kết quả quan trắc cho thấy trong một ngày đêm biên độ dao động của phần đỉnh toà nhà đạt giá trị gần 100 mm [8]. Hoặc tại công trình NSCT Burj Khalifa tại Dubai có chiều cao 818 m kết quả quan trắc tại vị trí có độ cao 570 m có biên độ dao động đạt giá trị 1,25 m [60], [61]. Trong những năm gần đây, việc xây dựng các tòa NSCT đã và đang nhận được sự quan tâm rất lớn. Từ kỹ thuật và công nghệ hiện đại, các quy trình và thiết bị trắc địa đa dạng trong các giai đoạn xây dựng NSCT đã được phổ biến mạnh mẽ. Các tòa
  60. 48 NSCT luôn phải hứng chịu các tác động bên ngoài gây ra độ dao động, chẳng hạn như do áp lực gió, hiệu ứng nhiệt do tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và tải trọng bản thân công trình. Các tác động như vậy gây ra những khó khăn nhất định trong giai đoạn thi công NSCT, do các tòa NSCT trong quá trình thi công xây dựng luôn phải chịu nhiều tác động ngoại cảnh làm cho tòa nhà bị dao động và các tác động này sẽ tạm thời làm mất đi phương thẳng đứng của tòa nhà. Tuy nhiên, việc thi công nên được áp dụng các giải pháp kỹ thuật sao cho các tòa nhà được hiệu chỉnh theo thiết kế, và đặc biệt là theo phương thẳng đứng để trở về đúng trạng thái thiết kế ban đầu. Tác động của các yếu tố ngoại cảnh Hình 2.1. NSCT bị dao động do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh Từ kết quả nghiên cứu ở chương 1 cho thấy công trình NSCT luôn luôn bị dao động do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh, cho nên cần phải có những giải pháp kỹ thuật đặc biệt để thi công NSCT theo đúng kích thước thiết kế đề ra. Vì vậy, chúng ta cần nghiên cứu giải pháp kỹ thuật trắc địa nhằm khắc phục ảnh hưởng dao động của công trình NSCT trong quá trình xây dựng. 2.1.2. Lựa chọn giải pháp kỹ thuật công tác trắc địa trong thi công nhà siêu cao tầng ở Việt Nam Như đã trình bày ở chương 1 do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh công trình NSCT luôn bị dao động với biên độ tương đối lớn và không có quy luật chung. Chúng tôi đã tiến hành tham khảo các tài liệu trên thế giới và trong nước, nhận thấy để khắc
  61. 49 phục hiện tượng dao động của công trình do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh hiện nay có một số giải pháp kỹ thuật như sau: 2.1.2.1. Giải pháp 1 Xác định số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh bằng phương pháp hồi quy. Đối với công trình có chiều cao lớn [5] để tính số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh gây nên, trên mặt ngoài của công trình qua khoảng 25 - 30 m gắn các bảng ngắm và quan trắc độ nghiêng, độ vặn xoắn của công trình trong suốt thời gian chuyển các trục công trình lên mặt sàn thi công. Các bảng ngắm quan sát cần gắn dọc theo hai phía đối diện của công trình. Việc quan sát được thực hiện bằng máy kinh vĩ hoặc máy TĐĐT từ các điểm của lưới khống chế cơ sở. Các bảng ngắm có thể bố trí bên trong công trình và quan sát độ nghiêng, độ vặn xoắn bằng máy chiếu đứng (Hình 2.2). Hình 2.2. Mô tả hiện tượng dao động công trình có chiều cao lớn Dựa vào chiều cao công trình, số lượng điểm mốc kiểm tra được gắn và đặc điểm của hiện tượng vặn xoắn, giả thiết giá trị vặn xoắn của công trình được xác định bằng các hàm số bậc hai, hoặc bậc ba theo độ cao hi 2 Si a0 a1hi a 2hi (2.1) 2 3 hoặc Si a0 a1hi a2hi a3hi (2.2) trong đó ΔSi: Chuyển dịch của điểm quan sát trên sàn thi công có độ cao hi.
  62. 50 Tại mỗi độ cao hi cần đo đại lượng chuyển dịch ΔSi. Tiến hành xác định các hệ số ai theo phương pháp hồi quy dựa vào một số đại lượng chuyển dịch ΔSi độ cao hi đo được trên những phần công trình đã được xây dựng. Sau khi xác định được các giá trị ai có thể tìm được giá trị ΔSi+1 ở độ cao hi+1 theo công thức: 2 Si 1 a0 a1hi 1 a2hi 1 (2.3) 2 3 hoặc Si a0 a1hi 1 a2hi 1 a3hi 1 (2.4) Nhận xét về phương án này chúng ta thấy: để tính được các đại lượng vặn xoắn của công trình do ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng cần phải giả thiết hiện tượng vặn xoắn tuân theo các quy luật là hàm số bậc hai (2.1) hoặc hàm số bậc ba (2.2), trong khi đó sự dao động của công trình thường không có quy luật phụ thuộc vào điều kiện tác động của các yếu tố ngoại cảnh. Các giả thiết này sẽ mang lại yếu tố sai lệch khi tính hiệu chỉnh giá trị vặn xoắn của công trình Mặt khác đối với NSCT khi sử dụng máy kinh vĩ hoặc máy TĐĐT để xác định tọa độ các bảng ngắm, cần đặt máy cách công trình một khoảng ít nhất bằng chiều cao công trình, nghĩa là cần có khoảng trống lớn xung quanh ngôi nhà. Điều này rất khó thực hiện trong thực tế xây dựng nhất là trong khu vực thành phố. 2.1.2.2. Giải pháp 2 Dựa vào kết quả quan trắc các yếu tố khí tượng như gió, nhiệt độ, hướng mặt trời, hệ số giãn nở của vật liệu để tính ra các số hiệu chỉnh như công trình nghiên cứu [53] đã thực hiện. Với giải pháp này, chúng ta phải dựa vào những phần công trình đã được xây dựng xong để tính toán ra các số hiệu chỉnh cho phần xây dựng tiếp theo, nhưng các yếu tố khí tượng như gió, nhiệt độ, hướng mặt trời, hệ số giãn nở của vật liệu theo thời gian là không giống nhau, vì vậy nếu sử dụng các kết quả tính toán dựa vào phần đã xây dựng của công trình mà tính ra các số hiệu chỉnh cho phần xây dựng tiếp theo thì trong kết quả tính toán được sẽ tồn tại một số nguồn sai số nhất định.
  63. 51 Mặt khác, giải pháp này chỉ áp dụng cụ thể cho từng công trình và mỗi công trình được xây dựng ở các địa điểm, thời điểm khác nhau thì sẽ có ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng khác nhau, cho nên giải pháp này cũng khó có thể áp dụng cho thi công NSCT. 2.1.2.3. Giải pháp 3 Xây dựng một hệ tọa độ thi công công trình (2D) với một điểm gốc (BS) không thay đổi và ổn định, dùng công nghệ GNSS - RTK xác định tổng độ dịch chuyển của mặt sàn NSCT do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh và tải trọng công trình gây ra so với điểm gốc BS, từ đó chúng ta có thể tiến hành: - Xác định giá trị dao động của công trình. - Chuyển trục công trình lên cao. Rõ ràng giải pháp này mang tính chất tổng quát vì không phụ thuộc vào hướng gió, nhiệt độ, tải trọng bản thân công trình và thời gian, địa điểm xây dựng NSCT. Chúng tôi cho rằng đây là giải pháp phù hợp cho mọi dạng công trình và ở mọi vị trí xây dựng khác nhau. 2.2. Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật công tác trắc địa trong thi công nhà siêu cao tầng ở Việt Nam Do sự dao động của công trình xảy ra liên tục với biên độ dao động tương đối lớn và không có quy luật nên không thể sử dụng các phương pháp chuyển trục và các thiết bị, công nghệ truyền thống để đảm bảo độ thẳng đứng của công trình trong quá trình thi công. Chính vì vậy mà chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu giải pháp kỹ thuật ứng dụng công nghệ GNSS - RTK kết hợp máy TĐĐT để tiến hành công tác trắc địa đảm bảo thi công NSCT trong điều kiện Việt Nam. 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 Giả sử tại thời điểm t1 vị trí toà nhà được xác định bởi các điểm (A, B, C, D) có toạ độ là (x,y)1 như hình 2.3 [27]. Tại thời điểm t2 do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh, các điểm (A, B, C, D) di chuyển đến vị trí (A1, B1, C1, D1) có toạ độ tức thời (x,y)2.
  64. 52 Hình 2.3. Giải pháp ứng dựng công nghệ GNSS - RTK trong thi công NSCT Nếu sử dụng công nghệ GNSS - RTK với trạm base đặt tại điểm BS và các trạm rover đặt tại các điểm (A1, B1, C1, D1) sẽ xác định được các giá trị toạ độ tức thời của các điểm này tại thời điểm t2, tức là các giá trị (x,y)2. B 1 C1 X II B 1 III1 II III S1 S2 1 M 2 S S3 I 1 IV1 A 1 IV D I 1 A D BS O Y Hình 2.4. Nguyên lý bố trí trục công trình NSCT bằng công nghệ GNSS - RTK và máy TĐĐT Nguyên lý cơ bản của giải pháp kỹ thuật này được trình bày như hình 2.4.
  65. 53 - Đầu tiên cần xây dựng một hệ toạ độ thi công công trình XOY ở dạng hệ toạ độ 2D. Hệ toạ độ này phải trùng với hệ toạ độ đã dùng để thiết kế công trình. - Điểm BS là điểm nằm ở gần công trình có toạ độ nằm trong hệ XOY và cố định trong suốt quá trình thi công công trình. Tại điểm BS đặt trạm base khi sử dụng công nghệ GNSS - RTK. 2.2.1.1. Tại mặt sàn tầng 1 (bề mặt móng của công trình) - Giả sử các tại thời điểm t1 vị trí toà nhà tầng 1 được xác định bởi các điểm (A, B, C, D) có toạ độ là (x,y)1 như hình 2.4. - Các điểm (I, II, III, IV) là các điểm giao nhau của các trục chính hoặc trục cơ bản trên công trình có toạ độ là (x,y)1T. B C A D Hình 2.5. Sơ đồ bố trí các trạm rover trên sàn copha trượt - Tại vị trí các điểm A, B, C, D bố trí các trạm đo rover được gắn cố định với sàn copha trượt của từng sàn hoặc của hệ thống các cầu thang máy của công trình. - Vị trí đặt các trạm rover tạo thành một tứ giác trắc địa như hình 2.5. Khoảng cách giữa các vị trí đặt các trạm rover được đo với độ chính xác cao ngay từ mặt bằng móng công trình. Giá trị các khoảng cách này dùng để đánh giá chất lượng thu tín hiệu GNSS - RTK trên các sàn thi công sau này. - Toạ độ của các điểm A, B, C, D được xác định chính xác bằng công nghệ GNSS tĩnh trong hệ VN - 2000 và các trị đo mặt đất trong hệ XOY. Các giá trị toạ độ này được sử dụng làm cơ sở để xác định:
  66. 54 + Tổng độ chuyển dịch do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến sàn thi công thứ n ở thời điểm tn so với điểm BS trong hệ tọa độ XOY. + Xác định độ vặn xoắn của công trình trên sàn thi công thứ n tại thời điểm tn. 2.2.1.2. Tại tầng thi công thứ n - Tại thời điểm t2 trên tầng thứ “n” do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh và tải trọng bản thân công trình các điểm (A, B, C, D) di chuyển đến vị trí (A1, B1, C1, D1) có toạ độ tức thời (x,y)2, các điểm (I, II, III, IV) di chuyển đến vị trí (I1, II1, III1, IV1) có toạ độ là (x,y)2T như hình 2.4. - Trên sàn n bằng công nghệ GNSS - RTK sẽ xác định được toạ độ tức thời của các điểm đo RTK (An, Bn, Cn, Dn) trong hệ XOY tại thời điểm ti là (x,y)i. Từ đó có thể xác định được tổng độ chuyển dịch của các điểm (An, Bn, Cn, Dn) ở sàn thứ n so với các điểm (A, B, C, D) ở tầng 1. Đó cũng chính là sự dịch chuyển của các điểm (In, IIn, IIIn, IVn) ở thời điểm ti so với toạ độ ban đầu của các điểm này ở thời điểm t1. - Nếu trên sàn thi công của tầng thứ n đặt một máy TĐĐT ở một vị trí bất kỳ (điểm M) và sử dụng phương pháp giao hội nghịch góc - cạnh đến các điểm (An, Bn, Cn, Dn), đo các góc γi và các cạnh Si (Hình 2.4) sẽ xác định được toạ độ của của điểm M tại thời điểm t2, (trong hệ XOY) từ đó có thể xác định được các yếu tố bố trí điểm In, IIn, IIIn và IVn về vị trí theo chỉ định của thiết kế bằng phương pháp toạ độ cực từ điểm M qua góc bố tri β và cạnh cực S (Hình 2.4). - Trên sàn tầng n, dựa vào các điểm (In, IIn, IIIn, IVn) đã được bố trí về đúng vị trí đã xác định, sử dụng các phương pháp và thiết bị trắc địa truyền thống tiến hành bố trí chi tiết trên các sàn thi công [15]. 2.2.1.3. Chức năng của hệ thống GNSS - RTK và máy TĐĐT trong giải pháp kỹ thuật đề nghị a. Chức năng của hệ thống GNSS - RTK trong giải pháp kỹ thuật đề nghị Hệ thống GNSS - RTK với một trạm base đặt tại điểm BS và các trạm rover đặt cố định tại các vị trí của sàn copha trượt liên tục thu tín hiệu GNSS trong suốt quá trình thi công xây dựng công trình. Kết quả đo GNSS - RTK được sử dụng.
  67. 55 - Xác định tổng độ chuyển dịch, dao động do ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh của sàn thi công thứ n so với tầng 1 và tầng thứ (n - 1). - Xác định quỹ đạo dịch chuyển và dao động của các sàn thi công theo thời gian thực. Các kết quả đo GNSS - RTK liên tục tạo thành một cơ sở dữ liệu được sử để xác định chuyển vị trung bình của đường hồi quy và thể hiện tổng chuyển vị trung bình của công trình. - Kết quả đo GNSS - RTK liên tục được sử dụng kết hợp với các phép đo liên tục, thời gian thực về độ nghiêng của công trình dọc theo chiều thẳng đứng dùng để xác định các số hiệu chỉnh dưới dạng các thành phần X và Y để điều chỉnh chính xác tòa nhà theo phương thẳng đứng [54]. - Kết quả đo GNSS - RTK liên tục được sử dụng kết hợp với các kết quả quan trắc về độ lún và biến dạng của nền móng, kết quả quan trắc độ co ngót và độ giãn nở khác nhau của bê tông trong các bức tường và cột lõi được sử dụng để tạo mô hình động của tòa nhà và từ đó có thể thu được các kết quả giá trị chuyển động ở bất kỳ độ cao nào trong trình tự xây dựng, thiết kế tòa nhà. Cơ sở dữ liệu này được sử dụng cho các phần mềm chuyên dụng trong xây dựng để xác định các số hiệu chỉnh trong công tác bố trí chi tiết nhằm bảo đảm sự thẳng đứng của công trình cũng như tính liên tục của các kết cấu xây dựng trên công trình [54]. b. Chức năng của máy TĐĐT trong giải pháp kỹ thuật đề nghị Với mục tiêu sử dụng tọa độ của các trạm rover được lắp đặt trên sàn để bố trí các điểm trục chính, cần lắp đặt gương 3600 trên đế máy của các rover này đảm bảo điều kiện: tâm hình học của gương 3600 nằm trên đường thẳng đứng đi qua tâm hình học của ăng ten máy thu (rover). Máy TĐĐT đặt tại điểm M như hình 2.4 thực hiện các chức năng sau: - Đo kiểm tra các cạnh và đường chéo tứ giác AI, BI, CI, DI để so sánh với giá trị tương ứng tính được từ tọa độ tức thời của các rover - Sử dụng tọa độ điểm M tính được từ giao hội nghịch góc - cạnh và tọa độ các rover để bố trí các điểm trục chính In, IIn, IIIn và IVn.