BO GIAO THONG VAN TAI TRUONG CAO DANG GIAO THONG VAN TAI TRUNG UONG I GIAO TRINH MON HOC TRAC DIA TRINH DQ CAO DANG NGHE: XAY DUNG CAU DUONG Ban hành theo Quyết định số 1955/QĐ-CĐGTVTTWI-ĐT ngày 21/12/2017 của Hiệu trưởng Trường Cao đắng GTVT Trung ương I Hà nội, 2017 1 BO GIAO THONG VAN TAI TRUONG CAO DANG GIAO THONG VAN TAI TRUNG UONG I GIAO TRINH Mon hoc: Trac dia NGHE: XAY DUNG CAU DUONG TRINH DO: CAO DANG LOI NOI DAU Trắc địa là môn học bắt buộc trong chương trình dạy nghề dài hạn, nhằm trang bị cho người học nghề một số kiến thức, kỹ năng cơ bản trong công tác máy xây dựng trong thi công công trình. Hiện nay các cơ sở dạy nghề đều đang sử dụng tài liệu giảng dạy theo nội dung tự biên soạn, chưa được có giáo trình giảng dạy chuẩn ban hành thống nhất, vì vậy các giáo viên và sinh viên đang thiếu tài liệu để giảng dạy và tham khảo. Nhằm đáp ứng yêu cầu giảng dạy và học tập trong giai đoạn mới của nhà trường, tập thể giáo viên khoa Công trình đã biên soạn giáo trình môn học Trắc địa hệ Cao đẳng nghề. Trong quá trình biên soạn chúng tôi đã tham khảo các nguồn tài liệu sẵn có trong nước và với kinh nghiệm giảng dạy thực tế.
Mặc dù đã có nhiều nỗ lực, tuy nhiên không tránh khỏi thiếu sót. Chúng tôi rất trân trọng và cám ơn những ý kiến đóng của đồng nghiệp và các nhà chuyên môn để giáo trình Trắc địa đạt được sự hoàn thiện trong những lần biên soạn sau này. MUC LUC TEN BAI TRANG Bài 1 : Kiến thức chung về trắc địa 04 Bài 2: Bản đồ địa hình 05 Bài 3: Tính toán trắc địa 15 Bài 4:Đo sấy a 17 Bai 5: Do dai 27 Bai 6: Do cao 34 Bai 7: Do vẽ bình đồ 39 Bai 8:Do vẽ mặt cắt địa hình 48 Bài9: Quan trắc biến dạng công trình 55 - BAI 1:KIEN THUC CHUNG VE TRAC DIA 1. Khái niệm về trắc địa: - _ Trac địa I một ngnh khoa học chuyn nghin cứu về hình dạng v kích thước quả đât, về cc phương php đo đạc v biêu thị bê mặt qủa đât dưới dạng bản đồ v sô liệu.
Các chuyên môn trắc địa: - Trắc địa cao cấp: Nghiên cứu về hình dạng, kích thước của toàn bộ hoặc các vùng rộng lớn của bề mặt qùa đất, nghiên cứu biến dạng của vó qủa đất, xây dựng mạng lưới tọa độ quốc gia có độ chính xác cao. - Trắc địa địa chính — địa hình: Nghiên cứu qúa trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp hoặc chụp ảnh. - Trắc địa công trình: Nghiên cứu các phương pháp trắc địa trong khảo sát địa hình phục vụ thiết kế công trình, chuyên thiết kế ra ngoài thực địa, theo dõi thi công, kiểm tra kết cấu và đo biến dạng công trình xây dựng. - Trắc địa ảnh: Nghiên cứu các phương pháp chụp ảnh bề mặt trái đất và công nghệ đo ảnh để thành lập ban dé.
- Ngành bản đỗ: Nghiên cứu các phương pháp biểu thị, biên tập, trình bày, chế bản, in và sử dụng các loại bản đồ địa lý, bản đồ địa hình, bản đồ địa chính và các loại bản đồ khác. - Trắc địa mỏ: Nghiên cứu chế tạo các loại máy đo ngoại nghiệp, nội nghiệp, xây dựng công trình. BAI 2: BAN DO DIA HINH Mặt ngoài của qua đất là một mặt cầu rất phức tạp, có diện tích bề mặt khoảng 510.8% là đại đương và 28.2% la luc dia. Độ cao trung bình của lục địa so với mực nước đại dương khoảng +875m, còn độ sâu trung bình của đại dương khoảng -3800m.
Chênh cao giữa điểm cao nhất (đỉnh Chomolungma trong dãy Hymalaya cao 8882m) và điểm sâu nhất (hố Marian ở Thái Bình Dương - gần Philipbin sâu 11.032m) xấp xỉ 20km. Bán kính trung bình của qủa đất là 6371km 1. Mặt thuỷ chuẩn và hệ độ cao: 1. Mặt Elipxoid quả dat _ Mặt Geoid không thê là một mặt có phương trình toán học, trong khi đó các số liệu trắc địa phải được tính toán xử lý tính toán.
Vì lý do đó người ta thay thế mặt Geoid bằng một hình gần đúng đó là Elíp tròn xoay gọi là Elipxoid qủa đất. MaéElipxoid io ae MaB6ñaä Mặt Elipxoid quả đất có các tính chất sau: - Tâm của mặt Elipxoid trùng với tâm của quả đất; - Mặt phẳng xích đạo của Elipxoid trùng với mặt phẳng xích đạo của quả đất; - Thể tích của Elipxoid bằng thể tích của Geoid; - Téng bình phương chênh cao giữa mặt Elipxoid và mặt Geoid là nhỏ nhất ([h”i=min); - Mặt Elipxoid quả đất có phương trình toán học - Tại mọi điểm trên mặt Elipxoid quả đất thì phương pháp tuyến không trùng với phương đường dây dọi mà lệch một góc e (gọi là góc lệch dây dọi). Kích thước qủa đất Trong tính toán các kết qủa đo đạc ta coi qủa đất là Elipxoid có kích thước được đặc trưng bằng 3 yếu tố: - Bán kính trục lớn: a= OQ - Bán kính trục nhỏ: b = OP - Độ đẹt: a = (a-b)/a of ` b Q a O ai - Hình 2.3: Các kêt qủa mà trong công tác xử lý sô liệu ở nước ta đã sử dụng: Tên Elipxoid Năm Bán kính trục lớn DO det a a (m) Everest 1830 6.2 Ta thay: DO det rat bé nén khi do dac vùng đât bé so với mặt qủa đât thì người ta bỏ qua độ đẹt và coi qủa đât là một khôi câu có bán kính R=6371 km. Mặt thuỷ chuân Mel seaid (mat thug chuéa gua dst) BE mt vat ly " gus dat Mat Geoid hay con gọi la mat thuy chuan qua dat là mặt nước biển trung bình ở trạng thái yên tĩnh kéo dài xuyên qua các lục địa và hải đảo tạo thành một mặt cong khép kín.
Mặt Geoid có các tính chất sau: - Mặt Geoid không phải là mặt toán học; - Tại mọi điểm trên mặt Geoid thì phương của đường dây dọi trùng với với phương pháp tuyến tại điểm đó. Trong trắc địa mặt mặt thủy chuân được dùng làm mặt chiếu khi đo lập bản đồ, đồng tthời cũng được dùng làm mặt so sánh độ cao của các điểm trên mặt đất. Mỗi quốc gia qui ước mặt thủy chuẩn có độ cao là 0m của nước đó và được gọi là mặt thủy chuẩn đại địa (mặt thủy chuẩn gốc hay mặt thủy chuẩn quả đất). - Liên xô: Mặt thủy chuẩn Cronstat - Việt Nam: Hòn Dấu (Hải Phòng); Mũi Nai (Hà Tiên).
Mũi Nai cao hơn Hòn Dấu 0. Khái niệm độ cao của một điễm: Độ cao của một điểm là khoảng cách từ điểm đó theo hướng đường dây dọi đến mặt thủy chuẩn được chọn làm gốc. - Nếu mặt thủy chuẩn chọn làm gốc là mặt thủy chuẩn quả đất thì cao độ đó là cao độ tuyệt đối (Ký hiệu Hạ, Hạ). Nếu mặt thủy chuẩn đó là mặt thủy chuẩn gia định thì cao độ đó gọi là cao độ tương đối (Ky hiéu H’,, H’,).
- Các điểm nằm phía trên mặt thủy chuẩn quả đất thì có cao độ dương (+), Các điểm nằm phía dưới mặt thủy chuẩn quả đất thì có cao độ âm (-), - Hiệu độ cao của một điểm là khoảng các theo phương đường dây dọi giữa 2 mặt thủy chuẩn qua 2 điểm đó: hạp= Hạ - HẠ= H’ 4-H’ B + + °A “Hạ - | Nas Ha He y 2 Mat thiy chun gia dinh } 4 Mặt thủy chuẩn đại địa Hình 2. Hệ toa độ địa lý: „ Đề xác định toạ độ địa lý của một điểm trên bề mặt qua dat chúng ta coi quả đất là hình cầu tâm 0, trục quay BN (B,N: cực Bắc, cực Nam). B M Votuyea qua M G Kinh tuyeá quaM hạ 0 Ñ G * om, Ñöôngxídhñab Kinh tuyeá goá N Hình 2. Mặt phẳng kinh tuyển: Là mặt phẳng chứa trục quay của quả đất.
Đường kinh tuyên: Là giao tuyên giữa mặt phẳng chứa trục quay quả đất với mặt cầu. Mat phẳng _ kinh tuyến gốc: Là mặt phẳng kinh tuyến đi qua đài thiên văn Gonnuyt (G) gan Thủ đô Luân Đôn. Mặt phẳng vĩ tuyến: Là mặt phẳng vuông góc với trục quay của qủa đất. Đường: vĩ tuyển: Là giao tuyến giữa mặt phẳng vuông góc với trục quay quả đất với mặt câu.
Mat ' phẳng xích đạo: Là mặt phẳng vĩ tuyến đi qua tâm quả đất. Tọa độ địa lý của một diém: - Tọa độ địa lý của một điêm M xác định bởi: + Kinh độ: ^. - Kinh độ địa lý (1) của một điểm M là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến qua điểm đó với mặt phẳng kinh tuyến gốc. Kinh độ được tính từ kinh tuyến gôc về phía Đông gọi là kinh độ Đông, tính vê phía Tây gọi là kinh độ Tây và độ biến thiên từ 0*+1807.
- Vĩ độ địa lý (@) của một điểm M là góc hợp giữa mặt phẳng. đường xích đạo và phương đường dây dọi qua điểm. Vĩ độ được tính từ mặt phẳng xích đạo về phía Bắc bán cầu gọi là vĩ độ Bắc, về phía Nam gọi là vĩ độ Nam và có độ biến thiên 0:90/. *Vi du: Toa độ địa lý Hà Nội: ọ: 21? vĩ độ Bắc.
Phép chiếu bản đồ và hệ toạ độ vuông góc phẳng. - Để thuận tiện trong công tác thiệt kế kỹ thuật, trong trắc địa người ta đã nghiên cứu các phương pháp biểu diễn bề mặt t qua đất lên mặt phẳng. - Bề mặt tự nhiên của qua dat cau tao rat phức tap, vi vay dé biểu diễn nó lên mặt phẳng, người ta chiếu bề mặt quả đất lên mặt cầu rôi thu nhỏ mặt cầu theo tỷ lệ yêu câu. - Bằng phương pháp chiếu xuyên tâm ta tiếp tục chiếu hình cầu quả đất lên mặt trụ hoặc mặt nón rồi cắt nó theo một đường sinh chọn trước rồi trải ra mặt phẳng.
- Các phương pháp chiếu này đều làm cho bề mặt quả đất biến dạng: 4. Phép chiếu bằng: - Giả sử ta có 4 điểm A, B, C, D nằm trên mặt đất tự nhiên đẻ biểu diễn chúng lên mặt cầu, chúng ta dùng phương pháp xuyên tâm theo phương đường dây đọi. -a,b’,c,d là hình chiếu A, B, C, D trên mặt cầu Q. - Nếu thay mặt cầu Q bằng mặt phẳng P ta có a, b, c, d là hình chiếu của A, B,C,D.
- Ta có hình chiếu abcd bị biến dang so với a b°e d về cả chiều dài và góc, độ biến dạng này phụ thuộc vào diện tích đo vẽ ABCD. , - - Với ABCD có diện tích nhỏ ta chiêu trực tiêp trên mặt phăng mà vần đảm bảo. 10 A - D _Cc B a B a b’ d c da c Py) Qh „ Hình 2. Phương pháp chiêu Gauss (Phép chiêu hình trụ ngang): 4.