Bài giảng môn Thi công cầu - Phần 1: Kết cấu phụ trợ và công tác đo đạc trong xây dựng cầu

- Các phương pháp cơ bản và trình tự thi công một công trình Cầu - Tính toán lựa chọn các kết cấu phụ trợ và thiết bị thi công Cầu - Lập và lựa chọn phương án xây dựng cầu hợp lý - Lập kế hoạch tổ chức thi công Cầu 1.1.3. NỘI DUNG CHỦ YẾU CỦA MÔN HỌC Nội dung môn học bao gồm: - Những vấn đề chung trong công tác xây dựng cầu như : Đo đạc, tổ chức thi công và quản lý xây dựng - Những phương pháp, công nghệ cụ thể như xây dựng mố trụ, xây dựng kết cấu nhịp cầu thép, cầu BTCT Môn học gồm 6 phần : + Phần I : Kết cấu phụ trợ và công tác đo đạc trong xây dựng cầu + Phần II : Xây dựng kết cấu mố trụ cầu + Phần III : Xây dựng kết cấu nhịp cầu BTCT + Phần IV : Xây dựng nhịp cầu thép và thép liên hợp bản BTCT + Phần V : Xây dựng cầu dây, cầu treo + Phần VI : Tổ chức và quản lý xây dựng cầu Để học tốt môn học, yêu cầu sinh viên ngoài việc học tập ở trên lớp, đọc giáo trình, còn phải tham khảo thêm : - Các quy trình về thi công và kiểm định - Các quy định về khai thác quản lý cầu - Các thiết kế thi công cầu - Các báo cáo thử nghiệm cầu - Các thiết kế sửa chữa, tăng cường cầu 1.2. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CẦU TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.2.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH XÂY DỰNG CẦU TRÊN THẾ GIỚI Cầu là một công trình nhân tạo nên lịch sử phát triển của nó gắn liền với lịch sử phát triển của xã hội loài người, chính vì vậy công trình cầu có từ rất cổ xưa. Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, kỹ thuật xây dựng cầu dần dần được hoàn thiện qua quá trình lao động sáng tạo của con người từ trước cho tới nay. Hình I.1.1. Hình ảnh cầu dầm thời sơ khai Hình I.1.2. Hình ảnh cầu cầu phao sơ khai (minh hoạ) Thời kỳ trước công nguyên, cầu làm bằng vật liệu gỗ, đá là chủ yếu. Hình I.1.3. Cầu StoneBridge (Yemen) Hình I.1.4. Cầu Gard (Pháp) thế kỷ 13 TCN Thời kỳ chiếm hữu nô lệ, cầu gỗ và đá vẫn là chủ yếu nhưng vượt nhịp lớn hơn. Thời kỳ La Mã cổ đại, chủ yếu là cầu gỗ có dạng dầm, vòm. Sau đó với nhiều kinh nghiệm hơn, người ta đã xây dựng các công trình bằng đá vượt nhịp lớn hơn như cung điện, đền đài,... Đến thời kỳ La Mã, giao thông khá phát triển và đã có rất nhiều cầu đá, đặc biệt là loại cầu có hình vòm bán nguyệt. Hình I.1.5. Cầu Kintaikyo (Nhật) Hình I.1.6. Cầu An Tế (Trung Quốc) năm 605 Hình I.1.7. Các cầu Florene (Italia) Thời kỳ phong kiến, do tính chất nền kinh tế tự cung tự cấp cùng với sự cản trở tôn giáo nên ngành giao thông trong đó có công trình cầu hầu như không phát triển gì. Đến giai đoạn cuối cùng của chế độ phong kiến do có sự buôn bán trao đổi hàng hoá và chiến tranh nên công trình cầu được xây dựng nhiều. Nói chung các kết cấu cầu thời kỳ này vẫn còn đặc điểm tương tự các kiểu cầu thời kỳ La Mã như nhịp ngắn, trụ lớn. Hình I.1.8. Cầu Busy ở Turin (Italia) Thời kỳ thủ công nghiệp tư bản chủ nghĩa phát triển từ giữa thế kỷ 16 dẫn đến sự biến đổi lớn về khoa học kỹ thuật. Trong những công trình đặc sắc phải kể đến công trình của anh em nhà Gubenman (Thụy Sỹ) làm năm 1757 có nhịp dài 29m qua sông Limat, cầu qua sông Rhin có 2 nhịp 59m và trên sông Limat cũng có cầu với nhịp 119m. Đó là những chiếc cầu dài nhất từ trước tới thời điểm này. Cầu đá cũng có những tiến bộ mới như kích thước giảm xuống, bề rộng lớn hơn. Kết cầu vòm được xây dựng dạng mới hình elip như cầu Pont neuf. Hình I.1.9. Cầu Pon neuf dạng vòm ngắn (Pháp) Cuối thế kỷ 18, nền đại công nghiệp tư bản chủ nghĩa phát triển mạnh với các ngành luyện kim, chế tạo máy móc, khoa học kỹ thuật, các phương tiện giao thông mới ra đời như đường sắt, đường thủy. Với các phương pháp thí nghiệm mới, lý luận về sức bền vật liệu, cơ học kết cấu, nhiều hệ thống cầu mới xuất hiện với nhịp lớn hơn và chịu tải trọng lớn hơn nhiều. Ở thời kỳ này đã xuất hiện cầu kim loại, cầu vòm bằng những thanh sắt được xây dựng đầu tiên ở Anh từ năm 1776 đến 1779, đó là cầu Ironbridge. Năm 1755-1799 ở Pháp đã có bản thiết kế các cầu vòm gang. Cầu Neva được xây dựng từ năm 1842-1850 có 7 nhịp, mỗi nhịp dài 45-47m. Hình I.1.10. Cầu IronBridge - cầu kim loại đầu tiên 1776-1779 (Anh) Đồng thời với sự ra đời của cầu vòm gang, cầu treo bằng thép cũng bắt đầu phát triển, nhất là ở các nước Anh, Pháp, Mỹ. Một số cầu treo lớn như: cầu qua vịnh Menai (Mỹ) xây dựng năm 1826 nhịp 177m, cầu Freiburg (Pháp) năm 1834 nhịp 265m, cầu qua sông Kiev (Ukrania) năm 1847-1853 dài 710m, mỗi nhịp 134m. Hình I.1.11. Cầu qua vịnh Menai năm 1826 dài nhịp 177m (Mỹ) Trong thời kỳ đầu cầu vòm gang, cầu treo có ý nghĩa lớn nhưng chưa giải quyết được những tồn tại lớn như: độ võng lớn, nhịp chưa dài, không chịu được tải trọng lớn vì lý luận tính toán còn hạn chế, chất lượng không cao. Do vậy đã dẫn đến nhiều đáng tiếc xảy ra. Hình I.1.12. Cầu Tacoma sụp đổ. Khi vật liệu thép ra đời, cầu dàn thép phát triển nhiều. Nước Nga là nước đầu tiên áp dụng lý thuyết vào tính toán cầu. Đến nửa thế kỷ 19, đây là giai đoạn phát triển nhanh nhất của khoa học lý thuyết, đã thúc đẩy ngành xây dựng cầu phát triển. Thời kỳ này đã thiên về lý luận, cầu có dạng biên cong, gãy khúc, phức tạp về mặt chế tạo cũng như thi công. Hình I.1.13. Cầu Firth of Ford nhịp 521 m. Tóm lại, trong thế kỷ 19 đã có những tiến bộ rõ rệt về mặt lý luận, cấu tạo, vật liệu cũng như phương pháp xây dựng đã tạo điều kiện cho sự phát triển vượt bậc về kỹ thuật làm cầu cho thế kỷ 20. Đến thế kỷ 20 cùng với bước tiến lớn trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, các nền công nghiệp phát triển đã làm cho ngành xây dựng cầu không ngừng phát triển và đạt những thành tựu lớn. Năm 1917 đã xây dựng cầu mút thừa nhịp dài nhất thế giới 549m ở Canada. Năm 1932 cầu Sydney Harbor (Úc) là cầu vòm thép nhịp 503m, được đặt ở vị trí nhạy cảm và đẹp nhất so với các cầu lớn khác và đã trở thành biểu tượng của nước úc. Hình I.1.14. Cầu Quebec dàn mút thừa, nhịp 549m (Canada) Hình I.1.15. Cầu Sydney biểu tượng của Úc Hình I.1.16. Cầu Golden Gate nhịp 1280m, xây dựng năm 1937 Hình I.1.17. Cầu Brooklyn (NewYork) Khi kết cấu bê tông ứng suất trước ra đời tạo ra khả năng mới cho sự phát triển của cầu bê tông ở nhiều nước trên thế giới cùng với lý thuyết ngày càng hoàn chỉnh và phát triển không ngừng. Do vậy, ngành xây dựng cầu đạt được những bước tiến khổng lồ. Hình I.1.19. Cầu Gateway 1986 Hình I.1.20. Cầu Stormasunset 1998 Cùng với sự phát triển của kết cấu bê tông, kết cấu thép vẫn được sử dụng mạnh mẽ nhờ những ưu điểm của nó. Hình I.1.21. Cầu Verezano nhịp 1289m năm 1964, lớn nhất ở Mỹ hiện nay Hình I.1.22. Cầu dây văng Tatara, nhịp 890 m lớn nhất thế giới, năm 1998. Trong những năm gần đây, nhiều dự án rất lớn về cầu đã hoàn thành. Điển hình, cầu treo lớn nhất thế giới Gefyra đang được xây dựng bắc qua vịnh Corinh sẽ nối ở tây bắc Hy Lạp với Antirion ở Pelponnesia, đây là dự án khổng lồ tưởng chừng không thể thực hiện được nhưng đã khởi công năm 1998 có tổng chi phí đầu tư là 800 triệu Euro và hoàn thành năm 2004. Cầu Millau là cầu dây văng cao nhất thế giới với chiều dài 2.5km và tháp cao nhất là 340m cũng hoàn thành năm 2004 tại Pháp. Hình I.1.23. Cầu dây văng Gerfyra khánh thành vào Olympic Athen 2004. Hình I.1.24. Cầu dây văng Milau cao nhất thế giới. Hình I.1.25. Cầu đường sắt Tây Tạng. Ngoài ra còn có thể kể đến các dự án đã và sắp được xây dựng như cầu dài nhất thế giới khoảng 12km nối giữa Thượng Hải và Côn Minh đã được khởi công. Dự án cầu treo bắc qua eo biển Gibraltar đã được xây dựng mô hình với chiều dài nhịp kỷ lục lên đến 5000m, dự án cầu Messina (Italia) có nhịp chính đến 3300m khởi công năm 2005. Hình I.1.26. Cầu nối giữa Thượng Hải và Côn Minh 1.2 tỷ USD. Hình I.1.28. Cầu Giralta nhịp chính 5000m, 15 tỷ USD, tổng chiều dài cáp >30 lần đường kính trái đất Nhìn chung, trên thế giới ngành xây dựng cầu đã có những tiến bộ vượt bậc trên các mặt như: chương trình tính toán được hỗ trợ rất mạnh từ ngành công nghệ máy tính phục vụ cho công tác thiết kế và thiết kế thi công; công nghệ thi công, máy móc thiết bị phục vụ thi công, vật liệu tiên tiến và đã xây dựng thành công rất nhiều cầu lớn như trên. 1.2.2. TÌNH HÌNH CHUNG CỦA NGÀNH XDC TRONG NƯỚC Thời kỳ cổ xưa, người Việt đã biết làm cầu tre, cầu gỗ, cầu đá, cầu gạch có dạng đơn giản, vòm bán nguyệt bắc qua sông suối nhỏ. Hình I.1.29. Cầu tre Việt Nam Hình I.1.30. Cầu Thê Húc cổ kính Hình I.1.31. Cầu chùa Hội An, trụ bằng đá, mặt cầu bằng gỗ Thời kỳ Pháp thuộc, cuộc kháng chiến chống Pháp đã hình thành hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt trong cả nước. Về cầu thép có cầu Long Biên (Hà Nội) nhịp 130m với hình dáng con rồng nối bờ sông Hồng, cầu Hàm Rồng (Thanh Hoá) kết cấu 1 vòm thép 3 khớp dài 160m, cầu Tràng Tiền (Huế). Hình I.1.32. Cầu Long Biên, năm 1902 Hình I.1.33. Cầu Tràng Tiền ( Huế) Thời kỳ năm 1954 đến năm 1975, miền Bắc lập lại hoà bình, ta đã khôi phục và mở rộng hệ thống giao thông. Ta đã thiết kế được cầu bê tông cốt thép thường, ứng suất trước như cầu Phù Lỗ nhịp 18m. Vào những năm 1970, Việt Nam đã làm được cầu khung T bê tông ứng suất trước có nhịp đeo vượt khẩu độ 63m như cầu Rào, cầu Niệm (Hải Phòng). Tuy nhiên do công nghệ còn hạn chế nên cầu Rào bị sập đã làm cho ngành xây dựng cầu chững lại để nghiên cứu cẩn thận hơn. Thời kỳ năm 1975 đến năm 1986, ta đã tự thiết kế cầu bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp 24m và 33m, cầu khung dầm nhịp 63m, cầu Thăng Long được xem là lớn nhất Đông Nam Á thời đó. Hình I.1.34. Cầu Thăng Long, kết cấu nhịp 2 tầng, hoàn thành năm 1985 Từ năm 1986 đến nay, trong trào lưu hội nhập kinh tế quốc tế, nhiều dự án công trình cầu lớn đã, đang và sẽ được đầu tư xây dựng. Nhiều cầu lớn đã được xây dựng xong như cầu Phú Lương (Hải Dương) dài 491m với 2 nhịp chính 102m được xem là mốc đánh dấu bước đột phá công nghệ đúc hẫng. Hình I.1.35. Cầu Phú Lương, thi công theo công nghệ đúc hẫng Nhật Hình I.1.36. Cầu Hiền Lương, thi công theo công nghệ đúc đẩy Hình I.1.37. Cầu dây văng Mỹ Thuận nối liên 2 bờ sông Tiền Hình I.1.38. Cầu Kiền, thi công theo công nghệ lắp hẫng Nhiều cầu lớn đã và đang được xây dựng như cầu Thanh Trì (Hà Nội), cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh), cầu Cần Thơ,... Hình I.1.39. Cầu Bãi Cháy, 1 mặt phẳng dây. Hình I.1.40. Cầu Cần Thơ nhịp 550m lớn nhất Việt Nam, đang xây dựng. 1.2.3. PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG CẦU TRONG NƯỚC * Phương pháp thi công cầu tiên tiến hiện đại là đi theo các hướng chủ yếu sau: - Công nghiệp hóa xây dựng. - Tổ chức thi công theo phương pháp tiên tiến khoa học. - Tận dụng điều kiện tại chỗ như vật liệu địa phương, nhân lực kết hợp với biện pháp thi công tiên tiến, ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật với kinh nghiệm sẵn có. * Phương hướng phát triển của thi công cầu luôn gắn liền với sự phát triển chung của ngành cầu và ngành kết cấu và vật liệu mới: - Nghiên cứu sử dụng vật liệu mới: bê tông chất lượng cao (HPC: High Performance Concrete), thép chất lượng cao (HPS: High Performance Steel), polymer cốt sợi (FRP: Fiber Reinforced Polymer),... - Tìm kết cấu mới, kết cấu tối ưu. - Nghiên cứu các phương pháp tính toán truyền thống để tính toán cho các kết cấu mới, các phương pháp tính toán mới,... - Áp dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin: thiết kế tối ưu, tự động hóa thiết kế,... - Định hình hoá: dầm, mố trụ,... - Công nghiệp sản xuất và cơ giới hóa thi công. 1.3. ĐIỀU KIỆN VÀ NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN TRONG XÂY DỰNG CẦU 1.3.1. ĐIỀU KIỆN THI CÔNG 1. Điều kiện địa lý, khí hậu và thủy văn Nước ta có hình thù chữ S trải dài từ bắc đến nam, phía tây là núi, phía đông là bờ biển nên có rất nhiều sông suối cắt ngang. Các sông này có độ dốc lòng sông lớn, vận tốc, lưu lượng nước rất lớn nhất là về mua mưa lũ dâng lên rất cao và nhanh nhất là khu vực miền trung gọi là lũ quét gây rất nhiều thiệt hại cho nền kinh tế thậm chí cả sinh mạng con người. Khí hậu gió mùa nhiệt đới ẩm gần biển nên mức độ ăn mòn và phá hoại của môi trường đến vật liệu xây dựng cầu rất nhanh và mạnh. Địa chất hết sức phức tạp, nhiều vùng có đá gốc xen kẽ đất yếu (Khu vực đồng bằng trung bộ) gây rất nhiều khó khăn khi thi công, nhiều vùng có chiều dày lớp đất yếu rất lớn nên khó có thể xây dựng hoặc phải có những loại thiết bị đặc chủng khi xây dựng công trình có quy mô lớn. 2. Điều kiện kinh tế - xã hội Điều kiện xã hội nước ta hiện nay tương đối ổn định, kinh tế đang phát triển tạo điều kiện cho ngành xây dựng cầu phát triển. Nền kinh tế quốc dân phát triển, thu nhập bình quân đầu người tăng, nguồn vốn ngân sách tăng do đó nguồn vốn dùng cho xây dựng cơ bản (hạ tầng giao thông vận tải) tăng lên rất nhanh để đáp ứng nhu cầu phát triển cho trước mắt và tương lai, kèm theo chính sách ưu tiên phát triển cơ sở hạ tầng coi giao thông vận tải là ngành quan trọng cần được ưu tiên phát triển làm tiền đề phát triển các ngành kinh tế khác. 3. Điều kiện kỹ thuật, vật tư và thiết bị a.Về mặt kỹ thuật : hiện nay nhìn chung đã tiếp thu được công nghệ kỹ thuật thi công tiên tiến trên thế giới. b.Về vật tư : có điều kiện tương đối thuận lợi là chủ động được hầu hết các loại vật tư dùng cho ngành cầu như cát, đá, xi măng, sắt thép ... còn những loại vật tư khác chúng ta chưa sản xuất được mà phải nhập từ nước ngoài như cáp DUL, neo,... thì chỉ chiếm một phần nhỏ trong giá thành xây dựng. c.Về thiết bị thi công : đang gặp rất nhiều khó khăn cụ thể các thiết bị lớn, chuyên dụng đang thiếu trầm trọng còn thiết bị nhỏ thì nhiều nhưng quá lạc hậu. 1.3.2. YÊU CẦU CƠ BẢN TRONG XÂY DỰNG CẦU 1.Về mặt kỹ thuật, chất lượng: công trình cầu là công trình quan trọng, nó liên quan đến khối lượng kinh phí rất lớn, sinh mạng nhiều người và có ảnh hưởng trực tiếp đến nền kinh tế - xã hội một cách to lớn. 2.Về tiến độ: Tiến độ thi công công trình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố chủ quan lẫn khách quan, liên quan trực tiếp đến hiệu quả kinh tế chung cho cả xã hội và liên quan trực tiếp đến chi phí của đơn vị thi công. Do đó cần phải đưa công trình vào sử dụng sớm để thu được hiệu quả kinh tế cao nhất. 3.Về mặt an toàn lao động: gồm an toàn lao động cho người, thiết bị và công trình do đó khi xây dựng cầu cần phải có các biện pháp về an toàn lao động. 4.Về mặt mỹ quan: ngoài ý nghĩa về mặt giao thông, công trình cầu còn mang ý nghĩa về mặt xã hội, mỹ quan nhất là các công trình cầu trong thành phố và khu đông dân cư. Do đó đòi hỏi khi thiết kế lẫn thi công thì yêu cầu mỹ quan đặt lên hàng đầu. 5.Về mặt nhân lực: người cán bộ chỉ huy trên công trường cần phải có chuyên môn vững vàng và kinh nghiệm thi công kết hợp với lòng yêu nghề. Lực lượng công nhân cần có tay nghề cao. Chương 2 CÔNG TÁC ĐO ĐẠC TRONG XÂY DỰNG CẦU 2.1. NỘI DUNG VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÔNG TÁC ĐO ĐẠC 2.1.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÔNG TÁC ĐO ĐẠC Công tác đo đạc giữ vị trí rất quan trọng trong quá trình thi công. Nó được tiến hành từ khi bắt đầu thi công đến khi nghiệm thu để bàn giao công trình đưa vào sử dụng. Trong quá trình thi công, nếu đo đạc không chính xác thì xảy ra hậu quả rất nghiêm trọng làm ảnh hưởng đến quá trình thi công, có thể kéo dài thời gian thi công, làm tăng kinh phí xây dựng, có khi phải sửa đổi lại thiết kế hoặc phá bỏ bộ phận bị đo đạc sai. Chính vì vậy, trong quá trình xây dựng cầu tất cả các công tác đo đạc đều phải được tiến hành hết sức chính xác, nghiêm túc và phải được kiểm tra lại nhiều lần, nhất là công tác định vị tim mố, trụ và cao độ mố trụ. 2.1.2. NỘI DUNG CÔNG TÁC ĐO ĐẠC Đo đạc định vị nhằm đảm bảo chính xác về vị trí, kích thước từng bộ phận hay toàn bộ công trình và được thực hiện trong suốt quá trình thi công, cụ thể: - Xác định, kiểm tra lại các cọc mốc, cọc đỉnh, cọc tim cầu. - Cắm thêm các cọc mốc trên thực địa để định vị tim mố, trụ cầu. - Kiểm tra đo đạc trên thực địa từng phần riêng biệt của công trình để đảm bảo thi công đúng vị trí, kích thước theo hồ sơ thiết kế. - Kiểm tra lại hình dạng, kích thước các cấu kiện đúc sẵn được vận chuyển đến công trường. - Định vị trên thực địa để thi công các công trình phụ, tạm phục vụ thi công. - Công tác đo đạc còn được tiến hành cho từng phần cầu đã thi công xong để phục vụ công tác nghiệm thu thanh toán từng giai đoạn và trong một số trường hợp địa chất xấu cần phải quan trắc lún, biến dạng của các phần công trình đã xây dựng xong. 2.2. NHỮNG TÀI LIỆU LÀM CĂN CỨ ĐO ĐẠC Công tác đo đạc định vị trên công trường cầu được tiến hành theo hồ sơ thiết kế là các tài liệu sau: - Bình đồ khu vực cầu ghi rõ đường tim dọc cầu và đường vào cầu, tim mố, tim trụ và các vị trí mốc cao độ, mốc đường sườn. - Bản sơ đồ bố trí các mốc đỉnh và mốc cao độ của mạng lưới đo đạc kèm theo chú thích tỉ mỉ các đặc điểm cần thiết để vạch ra đường trục theo góc ngắm giao hội tại các tim trụ và tim các công trình khác của cầu Các tài liệu nói trên do cơ quan thiết kế lập ra và do ban quản lý dự án giao cho đơn vị thi công sau khi trúng thầu. Các cọc đường sườn phải được lập ở những vị trí sao cho phải tồn tại suốt thời gian thi công. Các cọc này có thể đóng bằng gỗ khi chiều dài cầu <100m và bằng cọc BTCT hoặc cọc thép khi chiều dài cầu thép khi chiều dài cầu >100m. Các mốc cao độ phải được chôn ở những nơi không bị ngập lụt và phải tồn tại không những trong thời gian thi công mà có còn phải sử dụng trong cả quá trình khai thác để quan trắc công trình. Các cọc mốc cao độ có thể làm bằng bê tông hoặc ống thép chôn sâu vào đất 0.30.5m và cao hơn mặt đất khoảng 0.10.15m. Với công trình lớn người ta còn phải làm che chắn bảo vệ. Hình I.2.1. Mốc cao độ 2.3. PHƯƠNG PHÁP ĐO TRỰC TIẾP CHIỀU DÀI CẦU VÀ ĐỊNH VỊ TIM MỐ TRỤ CẦU 2.3.1. PHẠM VI ÁP DỤNG Đối với cầu có chiều dài <100m thì có thể xác định khoảng cách giữa các tim mố, trụ bằng phương pháp đo trực tiếp bằng thước thép hoặc thước cuộn kết hợp ngắm thẳng bằng máy kinh vĩ. Phương pháp đo trực tiếp chiều dài cầu và định vị tim mố, trụ cầu phụ thuộc loại cầu và điều kiện địa hình khu vực thi công. Phần cầu ở dòng sông thì dùng cầu tạm để đo. 2.3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ 1. Đo trực tiếp định vị cầu nhỏ, cầu lớn và cầu trung khi có thể đo trực tiếp được khoảng cách Đường tim cầu được xác định từ các cọc tim do cơ quan thiết kế lập ra theo hồ sơ thiết kế. Chiều dài cầu và khoảng cách giữa các tim mố, trụ được đo trực tiếp từ các cọc tim đó. Khi đo tiến phải tiến hành đo hai lần đi và về sau đó hiệu chỉnh kết quả đo theo nhiệt độ và độ dốc địa hình. Chú ý khi đo, trên hướng đo phải được dọn dẹp sạch sẽ các bụi cây, mô đất hoặc các chướng ngại vật khác và phải dùng dây rọi để đánh dấu vị trí kéo thước gián đoạn. Tất cả các vị trí tim mố, trụ tốt nhất nên dẫn ra từ một cọc mốc tim cầu TC1 hoặc TC2. Tại các vị trí tim mố, trụ người ta đặt dụng cụ đo góc lấy góc vuông để định vị đường tim dọc mố, trụ sau đó đóng các cọc định vị ở thượng lưu và hạ lưu nếu mố, trụ nằm trên cạn hoặc đánh dấu trên sàn đạo khi mố, trụ nằm dưới nước. Hình I.2.2. Sơ đồ định vị mố trụ cầu nhỏ 2. Định vị cầu trung và cầu lớn khi có đà giáo hay cầu tạm bên cạnh Khi thi công cầu ở khu vực mực nước nông mà nhất là cầu được thay mới trên tuyến đường đang lưu thông thì thông thường phải làm cầu tạm phục vụ đảm bảo giao thông. Khi đó, sử dụng cầu tạm này để định vị. Tại các cọc tim mốc ban đầu là A, B ta đặt máy kinh vĩ tại A, B mở một góc 90o ngắm hướng và đóng đinh trên cầu tạm xác định hai điểm A' và B' sao cho AA' = BB'. Căn cứ và A' và B' trên cầu tạm người ta dùng thước thép đo khoảng cách đánh dấu được các điểm 1', 2', 3', 4'. Trong trường hợp cầu tạm song song với tim cầu chính thì tại các điểm 1', 2', 3', 4' ta đặt máy và mở góc 90o so với hướng A'B' khi đó giao điểm hướng ngắm này và trục dọc cầu là tim mố, trụ cầu cần tìm (các điểm 1, 2, 3, 4). Trong trường hợp cầu tạm xiên một góc so với cầu chính một góc  thì ta phải đo thêm hai góc  và  để tính được góc 2     . Vậy ta có chiều dài cos '' ABBA  Các điểm 1', 2', 3', 4' cũng được tính khoảng cách tương tự như A'B'; sau đó tại các vị trí này mở máy một góc  hoặc  so với hướng A'B' để định hướng và đánh dấu các điểm 1, 2, 3, 4. Hình I.2.3. Sơ đồ định vị tim cầu bằng cầu tạm 2.4. PHƯƠNG PHÁP ĐO GIÁN TIẾP 2.4.1. PHƯƠNG ĐO CHIỀU DÀI CẦU VÀ ĐỊNH VỊ TIM MỐ TRỤ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TAM GIÁC ĐẠC Nếu việc đo trực tiếp gặp nhiều khó khăn như sông sâu, chiều dài cầu lớn mà việc làm đà giáo, cầu tạm sẽ rất tốn kém khi đó chiều dài cầu, tim mố trụ được xác định bằng phương pháp tam giác đạc và máy kinh vĩ. Mạng lưới tam giác đạc phải đáp ứng được các yêu cầu sau: - Tùy theo điều kiện địa hình mạng lưới có thể là mạng tứ giác đạc hoặc khi có bãi nổi trên sông thì có thể dùng mạng lưới trung tâm. - Góc của các tam giác trong mạng lưới không được nhỏ hơn 25o và không được >130o. - Mạng lưới cần phải bao gồm cả hai điểm định vị tim cầu ở hai bờ. - Các điểm của mạng lưới cần phải được đóng bằng cọc cố định mà tốt nhất là chôn bằng ụ bê tông như là mốc cao độ. Trong trường hợp chiều dài cầu <200m thì mạng lưới tam giác đạc cho phép chỉ cần lập 1 cơ tuyến, khi chiều dài cầu lớn hơn thì phải dùng 2 cơ tuyến trở lên. Chiều dài cơ tuyến nên lấy >1/2 chiều dài cần xác định qua sông, độ chính xác khi đo cơ tuyến lấy gấp đôi khi đo thông thường. Khi định vị mỗi tim mố, trụ được định vị bằng phương pháp giao hội ít nhất là 3 đường ngắm từ 3 đỉnh của mạng lưới và định vị qua 2 giai đoạn: - Định vị tạm thời: sau khi định vị ta dùng cọc tạm, bè, phao làm dấu.    1 2 3 4 3’ 4’ 1’ 2’ 1’ 2’ 3’ - Định vị chính xác: sau khi định vị thô ta đóng sàn đạo hoặc vòng vây ngăn nước để thi công, lúc này ta tiến hành định vị và đánh dấu trên các kết cấu chắc chắn, cố định này. Nếu gần nơi xây dựng cầu có cầu cũ hay bãi nổi thì nên tận dụng đặt cơ tuyến trên cầu cũ hoặc trên bãi giữa. Hình I.2.4. Các sơ đồ mạng lưới tam giác đạc Ví dụ: Theo sơ đồ định vị trụ K ta có các số liệu thiết kế: chiều dài AK và các góc 1,2,1, 2; tiến hành định vị như sau: đặt hai máy kinh vĩ tại I và II ngắm về A sau đó mở một góc 1,2, giao 2 đường ngắm này là tim trụ K. Máy kinh vĩ thứ 3 đặt tại A để điều chỉnh hướng cho K luôn nằm trên tim dọc cầu. Các điểm K' và K" được đóng bằng cọc gỗ tại những nơi chắc chắn hoặc đánh dấu trên sàn đạo. Hình I.2.5. Sơ đồ định vị tim trụ bằng phương pháp giao hội tia ngắm     L1 L2 L3 A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 Y X x y A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4    2.4.2. ĐO CHIỀU DÀI CẦU VÀ ĐỊNH VỊ TIM MỐ TRỤ CẦU CONG Đường tim cầu cong sẽ được lấy theo phương trình đường cong trục cầu. Đường trục dọc mố, trụ cầu thường được lấy theo hướng bán kính đường cong ngoại trừ một số trường hợp cá biệt. Để định vị tim mốc mố, trụ cầu cong ta cần căn cứ các số liệu sau: - Các yếu tố đường cong trục dọc cầu - Khoảng cách giữa các tim mố, trụ cầu - Lý trình điểm đầu và cuối của cầu - Đường tên của cung tương ứng với nhịp cầu Tùy theo điều kiện địa hình và quy mô cầu mà có thể chọn một trong các phương pháp sau: - Cầu nhỏ, cầu trung mà có số nhịp <3 thì dùng phương pháp đa giác (Hình a) hay phương pháp tiếp tuyến cắm tim mố trụ tương tự cắm các điểm chi tiết trong đường cong (Hình b) - Đối với cầu cạn nên dùng phương pháp dây cung kéo thẳng (Hình c) hay phương pháp toạ độ cực (Hình d). Hình a Hình b Hình c Hình d Hình I.2.6. Các sơ đồ định vị cầu cong - Đối với cầu lớn thì dùng phương pháp giao hội tia ngắm từ các đỉnh của mạng lưới đo đạc. Khi dùng thước thép để định vị cầu cong thì sai số không được quá  0.5cm. Khi dùng phương pháp giao hội tia ngắm thì giao điểm của ba tia ngắm không được lệch quá 3cm. 2.4.3. PHƯƠNG PHÁP ĐO CAO ĐỘ MỐ, TRỤ CẦU - Ngoài đo đạc định vị được thực hiện trước và trong suốt quá trình thi công còn phải đo đạc cao độ công trình. - Công tác đo cao được thực hiện bằng máy thủy bình. - Cao độ công trình phải thống nhất được dẫn về từ một mốc cao đạc. - Để việc dẫn cao đạc chính xác, nhanh chóng thì cần lập hệ thống mốc cao đạc bổ sung phân bố thuận tiện trên công trường. Hệ thống mốc cao đạc chính và phụ liên hệ thống nhất với nhau. Mỗi bên mố bắt buộc phải có một mốc cao đạc phụ. - Toàn bộ hệ thống mốc cao đạc với sai số theo quy trình là  20 L (mm) (L: khoảng cách cao đạc tính bằng Km) và <  10mm. - Việc đo cao độ được tiến hành đo 2 lần bằng máy thủy bình có độ chính xác theo yêu cầu tương ứng. 2.5. ĐỘ CHÍNH XÁC KHI ĐO ĐẠC ĐỊNH VỊ Khi đo đạc có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sai số. Do đó trước khi đo phải chuẩn lại các dụng cụ đo và hiệu chỉnh chiều dài đo về các điểm sau: - Hiệu chỉnh về kết quả số đo nhiều lần. - Hiệu chỉnh chênh lệch nhiệt độ khi đo và lúc chuẩn dụng cụ. - Hiệu chỉnh về độ dốc mặt bằng của đường đo. Sai số đo dài khi lập mạng lưới tam giác đạc của cầu Chiều dài cầu (m) Sai số tương đối cho phép Khi đo chiều dài cầu Khi đo chiều dài cơ tuyến L 200m 1/5000 1/10000 200m  L 500m 1/15000 1/30000 500m  L 1000m 1/25000 1/50000 L 1000m 1/40000 1/80000 Sai số khi đo góc mạng lưới tam giác đạc phải tuân thủ theo bảng sau: Dạng sai số Chiều dài cầu L1000m Sai số khi đo góc đơn (s)  20  7  3  1.5 Sai số khi khép góc trong mỗi tam giác (s)  35  10  5  2 Đối với các cầu có L<100m, khi đo khoảng cách giữa các cọc mốc định vị tim cầu và khoảng cách giữa các tim mố, trụ yêu cầu sai số không được lớn hơn 1/5000. Đối với các cầu có L>100m thì sai số l cho lấy như sau: - Cầu dầm thép, BTCT thi cho phép xê dịch tim bệ gối với khoảng 5 cm. - Đối với cầu vòm, cầu khung kiểu cứng:   n Ln l 5.0 6000 - Đối với cầu vòm, cầu khung kiểu cứng có kích thước bệ gối rất hạn chế thì:   n Ln l 5.0 10000 Trong đó : Ln : chiều dài nhịp cầu (cm) n: Số nhịp cầu. Mọi trị số đo khoảng cách phải được hiệu chỉnh về nhiệt độ và độ dốc mặt đất khu vực đo. Chiều dài cơ tuyến khi đo bằng thước thép tính theo công thức sau: d ln h lnttlnL o  . .)(0000125.0. Trong đó: L : Chiều dài cơ tuyến. n : số lần kéo thước l : Chiều dài thước đã chuẩn t : nhiệt độ thước lúc đo. to : nhiệt độ thước lúc chuẩn h : mức chênh lệch giữa các điểm đầu của thước trong mỗi lần kéo. d : đoạn dư. 2.6. ĐO ĐẠC CHI TIẾT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG CẦU Trong quá trình thi công cần phải định vị chính xác vị trí, xác định cao độ và kích thước từng bộ phận công trình, từng chi tiết để đảm bảo xây dựng công trình đúng vị trí, kích thước theo hồ sơ thiết kế được phê duyệt. Để tiến hành chính xác và kịp thời công tác này cần phải thực hiện tốt các công tác sau: - Nghiên cứu kỹ hồ sơ TKKT và hồ sơ TKBVTC để nắm rõ vị trí, hình dạng, kích thước và hình dạng của từng bộ phận công trình và yêu cầu tiến độ thi công. - Nghiên cứu kỹ tình hình địa hình, địa chất, thủy văn và mặt bằng thi công để lựa chọn phương án đo đạc tối ưu nhất, đảm bảo tính chủ động phục vụ kịp thời yêu cầu tiến độ thi công. - Xây dựng thêm các mốc cao độ phụ để làm căn cứ cho công tác đo đạc định vị, kiểm tra được nhanh chóng, thuận lợi và chính xác. - Làm sẵn các dụng cụ đo đạc mẫu, các thanh mẫu, khung định vị để công tác kiểm tra tiến hành được nhanh chóng. - Chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ đo đạc và kiểm tra độ chính xác của các dụng cụ đo đạc đảm bảo đo đạc nhanh chóng và chính xác. - Cần nắm vững được các sai số cho phép theo quy định để khống chế chặt chẽ được sai số trong quá trình đo. Sau khi thi công xong từng hạng mục công việc hoặc toàn bộ công trình đều phải đo đạc các số liệu thực tế để phục vụ công tác nghiệm thu cầu và làm hồ sơ hoàn công. Mọi số liệu đo đạc được ghi vào sổ nhật ký thi công công tác ngoại thiệp theo mẫu biểu đã quy định các văn bản viết về đo đạc. Tất cả các sổ công tác ngoại nghiệp, các sơ đồ, các số liệu công tác nội nghiệp sau khi hoàn thành được lập hồ sơ lưu trữ của cầu Cần phải tiến hành đo đạc nghiệm thu ở các thời điểm sau: - Sau khi định vị xong các tim mố trụ cầu cầu bằng phương pháp tam giác đạc - Sau khi xây lắp xong các móng. - Sau khi xây lắp xong mố trụ tới cao độ thiết kế và đặt bệ kê gối - Khi thi công xong toàn bộ công trình để nghiệm thu bàn giao cầu cho cơ quan quản lý - Các số liệu về các mốc cao đạc và mốc đỉnh đặt ở khu vực cầu và tại các trụ - Bản sao biểu mẫu ghi các số liệu khảo sát độ lún và biến dạng của mố trụ 2.6.1. ĐO ĐẠC TRONG THI CÔNG MÓNG NÔNG - Đo đạc trong thi công móng nông cần đáp ứng cả hai giai đoạn thi công là : đào hố móng và xây dựng móng. - Từ vị trí tim trụ, mố đã được xác định và dựa vào kích thước hố đào trong bản vẽ thiết kế tổ chức thi công, đóng các cọc gỗ và dựng khung định vị xung quanh hố đào. Theo trục dọc và theo trục ngang của móng, đóng những hàng đinh trên giá để khống chế vị trí. Giao điểm của dây căng theo hai trục này là vị trí tim mố, trụ. Ngoài ra còn phải đóng về hai phía của đường tim để xác định kích thước hố đào kích thước hố móng. vị trí thực của hố móng được xác định bằng quả dọi, dọi xuống từ các giao điểm các dây căng tương ứng kéo theo các đinh lấy dấu đóng trên giá gỗ. - Sai số khi định vị móng khối là  5cm. - Sai số khi đào hố móng phải được đo đạc xác định lại để việc xây lắp được chính xác. - Đáy móng và đỉnh móng cần được cao đạc lại tất cả các góc. 2.6.2. ĐO ĐẠC TRONG THI CÔNG MÓNG CỌC 1. Định vị khi thi công đóng cọc - Thường dùng phương pháp giao hội tia ngắm để xác định vị trí và đóng 2 cọc đầu tiên, kết hợp với đo kiểm tra trực tiếp chiếu qua đường tim dọc và đường tim ngang của mố, trụ đã xác định từ trước. - Trong khi dựng cọc cần kiểm tra phương của cọc bằng máy kinh vĩ, trong suốt thời gian đóng cọc cần theo dõi vị trí của cọc để phát hiện sớm các sa