Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS
ĐỂ CHUYỂN TRỤC CÔNG TRÌNH LÊN CAO
Khảo sát nội dung của công tác trắc địa trong thi công xây dựng nhà cao
tầng và tiềm năng của hệ thống định vị toàn cầu GPS, chúng tôi nhận thấy
công nghệ GPS có thể được ứng dụng trong một số dạng công tác trắc địa sau
đây khi thi công nhà cao tầng:
- Ứng dụng GPS để thành lập các mạng lưới khống chế cơ sở trên mặt
bằng xây dựng.
- Ứng dụng GPS để chuyền độ cao lên các sàn thi công.
- Ứng dụng GPS để kiểm tra độ thẳng đứng công trình trong thi công.
- Ứng dụng GPS để chuyển trục công trình lên cao.
Trong phạm vi của đồ án tốt nghiệp, đề tài tập trung nghiên cứu khả
năng ứng dụng công nghệ GPS để chuyển trục công trình lên cao. Trước hết
chúng ta xem xét nội dung công tác chuyển trục công trình lên cao bằng các
phương pháp đo truyền thống và độ chính xác của nó.
3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG CHUYỂN TRỤC CÔNG
TRÌNH LÊN CAO
3.1.1. Phương pháp dọi cơ học
3.1.1.1. Nội dung phương pháp
Giả sử có điểm A đã được thành lập ở mặt sàn tầng 1 như hình 3-1.
Thông qua ô chiếu điểm trên trần ngăn, tiến hành thả một quả dọi có đủ độ
chính xác được treo trên giá và chỉnh cho đỉnh quả dọi trùng với điểm A.
Dùng một thanh thước cố định vào hố chiếu và tiếp xúc vào dây dọi sẽ đánh
dấu được các vị trí a và b trên mặt hố chiếu. Xoay thước đi 90
o
, lại cho thước
tiếp xúc với dây dọi tương tự ta sẽ đánh dấu được điểm c và d. Giao của các
đường ab và cd chính là hình chiếu điểm trục A lên trần ngăn.
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
41

42
Mốc trục trên sàn gốc
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
được đánh dấu cẩn thận đổ bê tông và gắn dấu mốc để bảo quản cho quá trình
sử dụng sau này. Thông thường các điểm trục được gửi lệch so với trục một
khoảng từ 50cm ÷ 80cm sang trái hoặc phải để tiện cho quá trình thi công.
Sau khi đã gửi các điểm đầu trục ra ngoài ta tiến hành truyền toạ độ.
Máy kinh vĩ được đặt tại các điểm gửi và được định tâm, cân bằng cẩn thận.
Sau đó dùng chỉ đứng giữa ngắm vào điểm dấu trục ở tường bao rồi cố định
trục quay máy, nâng ống kính lên đánh dấu trục vào chân tường tầng 1. Tiếp
tục nâng ống kính lên đánh dấu trục lên tường ở mặt sàn cần chuyển lưới ở
phía trên bằng hai vị trí bàn độ. Sau khi thực hiện việc chiếu điểm theo hai
phương vuông góc với nhau ở mặt bằng tầng 1 đi qua điểm đã có là sẽ chuyển
được điểm trục lên tầng theo phương thẳng đứng như hình 3-2.
Hình 3-2. Chuyển trục công trình bằng máy kinh vĩ
Sau khi đã đánh dấu các điểm trục chính trên mặt sàn tầng cần bố trí, cần
phải đo kiểm tra trước khi sử dụng các điểm này để bố trí các điểm trục chi
tiết bên trong của mặt sàn. Công việc này bao gồm các công đoạn như sau:
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
43
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
- Kiểm tra các góc: Đặt máy tại các điểm trục đã đánh dấu, định tâm và
cân bằng máy cẩn thận, sau đó đo kiểm tra các góc có đúng bằng 90
o
hay
không. Sai lệch cho phép không vượt quá ± 20".
- Kiểm tra các cạnh có đúng với thiết kế hay không, quá trình này được
thực hiện bằng thước thép, theo hướng ngắm của máy kinh vĩ. Sai lệch cho
phép không vượt quá ± 7mm.
Trường hợp bị sai lệch quá phạm vi cho phép cần phải hoàn nguyên các

+ m
2
∆
l
+ m
2
đd
+ m
2
r
(3.1)
Trong các nguồn sai số trên, sai số do độ nghiêng trục quay máy kinh vĩ
là một trong những sai số chủ yếu và độ lớn của nó tăng lên khi độ nghiêng
của tia ngắm tăng. Trong thực tế, nếu các máy móc được kiểm nghiệm cẩn
thận thì độ chính xác chuyển trục có thể đạt 1-2mm.
3.1.2.3. Ưu - nhược điểm
Phương pháp này được ứng dụng khá rộng rãi để thi công các công trình
nhà cao tầng. Tuy nhiên, nếu địa bàn xây dựng chật hẹp và toà nhà có nhiều
tầng thì khả năng ứng dụng của phương pháp này là rất hạn chế.
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
44
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
3.1.3. Phương pháp sử dụng máy toàn đạc điện tử
3.1.3.1. Nội dung phương pháp
Để thực hiện chuyển trục công trình lên cao bằng máy toàn đạc điện tử
cần phải đảm bảo điều kiện thông hướng giữa các điểm khống chế trên mặt
đất và các điểm trên mặt sàn của công trình.
Việc chuyển trục công trình lên cao bằng máy toàn đạc điện tử được tiến
hành theo phương pháp giao hội nghịch từ 3 điểm khống chế toạ độ trên mặt
đất (Free Station). Máy toàn đạc điện tử lần lượt đặt tại G

Sau khi có được toạ độ thực tế của điểm G
1
, G
2
, ta tiến hành tính toán để
hoàn nguyên các điểm này về vị trí điểm thuộc trục công trình.
3.1.3.2. Độ chính xác của phương pháp
Sai số vị trí của điểm trục sau khi chiếu lên sàn thi công được xác định
theo công thức:
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
Stn : PEG1
FREE STATION
(Station Setup)
hi : 1.567m
<EXIT> <OK>
E : 14757687.345m
FREE STATION RESULT
Stn : PEG1
N : 16934025.602m
<EXIT> <PREV> <RESID> <MEAS>
H : 1243.932m
hi : 1.576m
46
hr : 2.300m
FREE STATION
PtID : ABC1
Hz : 236
o
56’14”
<EXIT> <CALC> <MEAS>

có thể đạt được giá trị ≤ ±5mm.
3.1.3.3. Ưu - nhược điểm
Phương pháp chuyển trục công trình bằng máy toàn đạc điện tử có ưu
điểm là thực hiện khá đơn giản, thường được áp dụng đối với các công trình
nhà cao tầng xây dựng trên mặt bằng rộng rãi, chiều cao công trình không
vượt quá 10 tầng. Tuy nhiên phương pháp này cần có không gian tương đối
rộng, do đó nhiều khi không phù hợp với các nhà xây chen tại các thành phố.
Mặt khác, độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào độ nghiêng của
tia ngắm nên khi toà nhà có số tầng lớn thì rất khó để thực hiện phương pháp
này với độ chính xác thoả mãn yêu cầu trong quy phạm.
3.1.4. Phương pháp chiếu đứng
Hiện nay có hai loại máy chiếu đứng đang được sử dụng trong các công
tác trắc địa công trình: Đó là loại máy tạo ra đường thẳng đứng bằng tia laze
và loại máy tạo ra đường thẳng đứng bằng tia ngắm quang học (Hình 3-7).
Trong hai loại máy này thì loại máy chiếu đứng bằng quang học có độ chính
xác cao hơn và thường được áp dụng vào công tác bố trí lưới trục khi thi công
những công trình cao tầng.
Máy chiếu thông dụng PZL có độ chính xác đặt đường thẳng đứng
quang học khi chiều cao đến 100m theo lý lịch máy là ±1.2mm (Hình 3-7a).
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
47
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
3.1.4.1. Nội dung phương pháp
Việc chuyển trục công trình lên cao theo phương pháp chiếu đứng chính
là chiếu hai điểm thuộc trục công trình lên cao bằng máy chiếu đứng. Trước
khi tiến hành chiếu điểm ta phải đặt lỗ chiếu trên mặt sàn tầng thi công. Công
việc này được tiến hành ngay sau khi đơn vị thi công ghép ván khuôn đổ bê
tông sàn. Quá trình thực hiện tuần tự theo các bước sau:
a) b)
Hình 3-7. Máy chiếu đứng quang học PZL 100 (a) và laze DZJ3 (b)

trung bình của các điểm trên.
Sau khi chiếu các trục 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 trục công trình). Rồi tiến hành tính toán và bình sai, nếu sai lệch vượt
giá trị cho phép thì tiến hành chiếu điểm lại.
Hình 3-8. Chuyển trục lên cao bằng máy chiếu đứng
3.1.4.2. Độ chính xác
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
49
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp chuyển
trục công trình lên tầng bằng máy chiếu đứng bao gồm:
- Sai số định tâm dụng cụ tại điểm gốc (m
đt
).
- Sai số cân bằng dụng cụ (m
cb
).
- Sai số tiêu ngắm (m
v
).
- Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh (m
ngc
).
- Sai số đánh dấu điểm (m
đd
).
Ảnh hưởng tổng hợp của các nguồn sai số trên đến độ chính xác chuyển
trục công trình là:
m

±==
3.1.4.3. Ưu - nhược điểm
Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là thao tác đơn giản, nhanh gọn,
độ chính xác cao, phù hợp với thực tiễn xây dựng. Tuy nhiên, khi số tầng lớn
thì phương pháp này trở nên hạn chế. Trong thực tế, do tia ngắm phải đi qua
các lỗ chiếu, độ phóng đại của ống kính lại có hạn, nên thao tác chiếu chỉ
thuận lợi và đạt độ chính xác cao khi công trình khoảng 15-20 tầng. Đây là
một trong những nhược điểm của phương pháp. Để khắc phục, người ta áp
dụng phương pháp chiếu phân đoạn, nghĩa là chia toàn bộ toà nhà ra làm từng
đoạn 15-20 tầng. Tầng cuối cùng của đoạn này sẽ là tầng khởi đầu của đoạn
tiếp theo. Nhược điểm của phương pháp phân đoạn là sự tích luỹ sai số chiếu
qua từng đoạn và ảnh hưởng của ngoại cảnh ngày càng tăng theo thời gian
làm vị trí trục ở tầng cao có sai số càng lớn.
Vì vậy, giải pháp khắc phục nhược điểm của phương pháp phân đoạn khi
chiếu trục lên cao trong xây dựng những ngôi nhà có số tầng lớn là tiến hành
chính xác hoá lưới trục trên các tầng vị trí khởi đầu của mỗi đoạn.
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
50
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
Một nhược điểm nữa của phương pháp này là phải để lại các lỗ thủng
trên sàn theo phương thẳng đứng, ảnh hưởng đến kết cấu xây dựng. Hơn nữa
khi chiếu cần phải có nhiều người trông coi vị trí lỗ thủng, đề phòng các vật
rơi xuống gây tai nạn cho người và máy chiếu.
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
51
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
3.2. CHUYỂN TRỤC CÔNG TRÌNH LÊN CAO BẰNG GPS
Phương pháp truyền thống chuyển trục công trình lên cao chỉ phù hợp
với các công trình có chiều cao <15 tầng. Với những công trình có chiều cao
lớn hơn và điều kiện địa hình mặt đất chật hẹp thì phương pháp truyền thống

S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
Trục công trình
Trục công trình
a)
A
B
A
A
B
Trục công trình
b)
A
A
B
B
Trục công trình
Trục công trình
G
1
A
B
G
2
53
B
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
Đặt hai máy tại 2 điểm cố định trên mặt đất, tốt nhất là định tâm bắt
buộc với hai máy này. Máy còn lại đặt tại các điểm trục đã được đánh dấu
trên mặt sàn thi công (Hình 3-10). Sau khi định tâm chính xác, cân bằng máy
cẩn thận, ta đo chiều cao ăng ten, nếu cần đo cả nhiệt độ và áp suất tại thời

dhnghng
d
m
mm
ρ
α
+=
(3.5)
m
dhng
là sai số đặt khoảng cách khi hoàn nguyên.
m
α
hng
là sai số đo góc khi hoàn nguyên.
d
hng
là khoảng cách hoàn nguyên.
m
đd
là sai số đánh dấu vị trí điểm hoàn nguyên.
3.2.3. Ưu - nhược điểm
Công nghệ GPS có ưu điểm là cho phép đo mà không cần thông hướng
giữa các điểm đo với nhau, thuận tiện cho việc đo đạc, phục vụ thi công nhà
cao tầng do điều kiện đo đạc chật hẹp và bị che khuất tầm nhìn bởi chiều cao
của chính toà nhà đang xây và các công trình lân cận.
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
54
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
Việc chuyển trục công trình lên cao bằng công nghệ GPS cùng với các

GPS có những thuận lợi và khó khăn gì ?
- Công tác chuyển trục công trình lên các sàn thi công bằng công nghệ
GPS có độ chính xác như thế nào ?
- Việc sử dụng công nghệ GPS có thay thế được những phương pháp
truyền thống hay không ?
3.3.1.2. Nội dung thực nghiệm
Hình 3-15. Đồ hình lưới thực nghiệm
Yêu cầu đặt ra cho công tác thực nghiệm của chúng tôi là chuyển trục
A-A lên sàn thi công. Việc chuyển trục A-A lên mặt sàn thi công thực chất là
xác định trên sàn thi công những điểm có hoành độ bằng hoành độ thiết kế
của trục A-A. Hoành độ thiết kế của trục A-A là X = 2331951.000m.
Để chuyển được trục A-A lên sàn thi công thì trên sàn thi công chúng tôi
đã chọn hai điểm T-1 và T-2 ở vị trí gần đúng của trục A-A (Hình 3-15). Sau
đó tiến hành đo GPS tại hai điểm T-1 và T-2 để xác định chính xác toạ độ của
chúng.
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
C-4
A
A
T-2’
T-1’
T-2
a
2
a
1
C-3
56
T-1
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất

= 502338.212m, H
C-4
= 5.944m
2. Công tác đo thực nghiệm
Chúng tôi sử dụng 3 máy thu đồng bộ Trimble R3 để đo đạc. Các ca đo
được thiết kế như sau:
Ca Máy 1 Máy2 Máy3
1 T-1 T-2 C-3
2 T-1 T-2 C-4
Mỗi ca đo tiến hành đo trong 30 phút. Máy đo GPS được đặt tại các
điểm lưới và được định tâm, cân bằng cẩn thận. Sau khi định tâm, cân bằng
xong thì tiến hành đo chiều cao máy hai lần và lấy giá trị trung bình. Đây là
lưới GPS cạnh ngắn nên không cần xác định các giá trị nhiết độ và áp suất tại
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
57
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
thời điểm đo. Cuối cùng đợi hiệu lệnh là tất cả các máy cùng bắt đầu và kết
thúc ca đo.
3. Kết quả thực nghiệm chuyển trục công trình lên cao bằng công nghệ GPS
Số liệu thu được chúng tôi xử lý bằng phần mềm GPSurvey 3.5. Kết
quả sau khi tính toán và xử lý được trình bày ở phần phụ lục (Trang 60).
Để giảm biến dạng toạ độ các điểm do phép chiếu gây ra, chúng tôi
thực hiện tính chuyển toạ độ các điểm của lưới thực nghiệm về hệ toạ độ công
trình. Vì sử dụng phép chiếu UTM với múi chiếu 6
o
, nên chúng tôi lựa chọn
sao cho kinh tuyến trung ương của múi chiếu phải nằm cách xa trung tâm khu
đo khoảng 180Km. Vì vậy chúng tôi lựa chọn kinh tuyến trung ương phù hợp
của múi chiếu là 104
o

Phương vị của cạnh 1-2:
"18'55267
641.2
774.72
12
12
21
°=
−
−
=
−
−
=
−−
−−
−−−
arctg
XX
YY
arctg
TT
TT
TT
α
Các yếu tố hoàn nguyên được tính như sau:
a
1
= X
T-1

00’00”, cố định bàn
độ ngang rồi dọc theo hướng ngắm dùng thước thép đặt khoảng cách hoàn
nguyên a
2
= 1.292m. Như vậy chúng ta đã hoàn nguyên được điểm T-2 về
điểm T-2’ trên trục công trình.
Như vậy chúng ta đã xác định được trục A-A’ trên sàn thi công là
đường thẳng đi qua hai điểm T-1’ và T-2’.
3.3.3. Độ chính xác của phương pháp
Sai số của phương pháp này:
2
đd
22
mmmm
hngGPSP
++=
(3.10)
Trong đó:
- Sai số xác định vị trí điểm bằng máy đo GPS m
GPS
= 1mm.
- Sai số hoàn nguyên điểm gần đúng về vị trí trục công trình:
2
2
2
2
"
hng
hng
dhnghng

Pcf
= 2.5mm.
Theo kết quả vừa tính toán thì độ chính xác của phương pháp chuyển
trục công trình lên cao bằng công nghệ GPS hoàn toàn thoả mãn yêu cầu đề ra
trong quy phạm (Bảng 2-1).
S.V: Đặng Quang Minh Lớp: Trắc địa D-K52
60
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ-Địa chất
KẾT LUẬN
Sau thời gian tìm hiểu lý thuyết của đề tài, tôi đã đi vào thực nghiệm
chuyển trục công trình lên cao bằng công nghệ GPS. Thông qua quá trình đo
và xử lý số liệu cho ra kết quả cụ thể tôi rút ra một số kết luận sau:
1- Sử dụng công nghệ GPS trong công tác chuyển trục công trình lên
cao có thể khắc phục được những hạn chế của các phương pháp truyền
thống như: Không phụ thuộc vào chiều cao của công trình, không cần chừa
những lỗ nhỏ trên mặt sàn thi công, không cần phải thông hướng với những
điểm khống chế mặt bằng,…
2- Sử dụng công nghệ GPS trong công tác chuyển trục công trình lên
cao có những thuận lợi: Đo được mọi lúc, mọi thời tiết trừ khi trời mưa
quá to, không chịu ảnh hưởng của chiết quang, không phụ thuộc vào chiều
dài cạnh, giảm thời gian thao tác ngoài thực địa… Bên cạnh những thuận
lợi như trên phương pháp này còn có một số khó khăn: Với những công
trình gần đường điện cao thế hay gần các đối tượng có bề mặt phản xạ lớn
thì độ chính xác bị giảm đi đáng kể,…
3- Sử dụng công nghệ GPS trong công tác chuyển trục công trình
lên cao cho độ chính xác rất cao thoả mãn yêu cầu đề ra trong quy phạm.
Điều đó chứng tỏ công nghệ GPS có thể đáp ứng được yêu cầu của những
công trình cần có độ chính xác cao.
4- Sử dụng công nghệ GPS để chuyển trục công trình lên cao hoàn
toàn có thể thay thế được những phương pháp truyền thống.