Đo thủy chuẩn là gì: Cấp hạng lưới khống chế độ cao

Đo thủy chuẩn là gì?

Đo thủy chuẩn là công tác xác định độ chênh cao hoặc cao độ của các điểm bằng máy tạo tia ngắm nằm ngang. Dụng cụ cơ bản gồm máy thủy bình, chân máy, mia, đế mia và mốc độ cao.

Máy thủy bình quang học tự động thường được gọi bằng tiếng Anh là automatic level. Máy thủy bình điện tử đọc mã vạch trên mia số và có thể lưu kết quả, tính chênh cao hoặc kiểm tra cự ly ngắm. Độ chính xác thực tế phụ thuộc cấp máy, loại mia, quy trình đo, khoảng cách ngắm và điều kiện môi trường, không thể kết luận chung rằng mọi máy đều chính xác đến từng milimet.

Đo thủy chuẩn dùng để làm gì?

• Truyền cao độ từ mốc đã biết đến khu vực công trình.
• Xác định chênh cao giữa hai hoặc nhiều điểm.
• Thành lập lưới khống chế độ cao.
• Đo vẽ đường đồng mức và mô hình địa hình.
• Bố trí cao độ nền, móng, sàn, đường và hệ thống thoát nước.
• Kiểm tra khối lượng đào đắp và cao độ hoàn công.
• Quan trắc lún theo chu kỳ.

Khi triển khai khảo sát tổng thể, công tác độ cao thường được kết hợp với dịch vụ khảo sát địa hình để tạo bản đồ hiện trạng có tọa độ và cao độ thống nhất.

Thiết bị dùng trong đo thủy chuẩn

Trước khi đo cần kiểm tra máy bằng phương pháp phù hợp, trong đó phép kiểm tra hai cọc thường được dùng để đánh giá sai số đường ngắm.

Nguyên lý đo thủy chuẩn hình học

Đặt máy tại vị trí K sao cho tia ngắm nằm ngang. Dựng mia thẳng đứng tại A và B. Đọc số trên mia A là a, đọc số trên mia B là b:

h_AB = a − b

Nếu a lớn hơn b thì điểm B cao hơn A. Nếu a nhỏ hơn b thì điểm B thấp hơn A. Khi biết cao độ điểm A:

H_B = H_A + h_AB

Đo thủy chuẩn từ giữa

Đo từ giữa là phương pháp phổ biến nhất. Máy được đặt giữa hai mia sao cho khoảng cách ngắm sau và ngắm trước gần bằng nhau. Cách bố trí này giúp giảm ảnh hưởng của sai số đường ngắm, độ cong Trái Đất và khúc xạ khi hai tia ngắm có điều kiện tương tự.

Với một trạm máy:

h_AB = S − T

Trong đó S là số đọc sau và T là số đọc trước. Khi tuyến có n trạm:

h_AB = ΣS − ΣT

Yêu cầu thao tác

• Đặt máy trên nền vững và cân bằng sơ bộ.
• Dựng mia thẳng đứng bằng bọt thủy mia hoặc lắc mia nhẹ.
• Cân bằng cự ly ngắm sau và trước theo cấp đo.
• Không để điểm chuyển nằm trên vật mềm, rung hoặc dễ trượt.
• Đọc theo đúng thứ tự quy định trong phương án kỹ thuật.
• Ghi số liệu ngay tại hiện trường và kiểm tra chênh lệch cự ly.

Quy trình thao tác chi tiết tại một trạm được trình bày trong bài nguyên lý đo cao hình học.

Đo thủy chuẩn phía trước

Trong đo phía trước, máy được đặt tại hoặc gần điểm A đã biết cao độ. Chiều cao máy so với A là i, số đọc mia tại B là b:

h_AB = i − b

H_B = H_A + i − b

Phương pháp này thuận tiện trong một số trường hợp bố trí hoặc chuyền cao độ cục bộ, nhưng độ chính xác thường kém ổn định hơn đo từ giữa vì phải đo chiều cao máy và không triệt giảm tốt sai số đường ngắm.

Các phương pháp đo cao khác

Không phải mọi cao độ đều được xác định bằng máy thủy bình. Tùy nhiệm vụ có thể sử dụng:

Độ cao trắc địa GNSS không tự động bằng cao độ quốc gia. Muốn chuyển đổi cần mô hình geoid hoặc quasigeoid và quy trình kỹ thuật phù hợp.

Lưới khống chế độ cao là gì?

Lưới khống chế độ cao là tập hợp các mốc ổn định được xác định cao độ trong cùng một hệ độ cao. Các mốc là cơ sở để truyền cao độ cho đo vẽ bản đồ, thiết kế, thi công và quan trắc.

Lưới thường được bố trí thành tuyến khép kín, tuyến nối giữa hai mốc đã biết, mạng có điểm nút hoặc hệ thống vòng khép. Nguyên tắc chung là phát triển từ cấp chính xác cao xuống cấp thấp hơn, từ phạm vi rộng đến khu vực công trình.

Lưới độ cao khác với lưới khống chế mặt bằng: lưới mặt bằng xác định tọa độ X, Y; lưới độ cao xác định H. Một mốc có thể đồng thời mang tọa độ và cao độ nếu được đo, tính trong cả hai mạng.

“Cao độ chỉ có ý nghĩa khi biết mốc gốc, hệ độ cao và tuyến truyền. Một con số +2,50 m trong bản vẽ không thể tự đối chiếu với hiện trường nếu người đo không xác định được nó thuộc hệ Hòn Dấu, hệ giả định của dự án hay một mốc cục bộ khác.”

Kỹ sư Phan Việt Tuyên

Hệ độ cao quốc gia Hòn Dấu

Trong nhiều hồ sơ đo đạc, xây dựng và bản đồ tại Việt Nam, hệ độ cao quốc gia được gọi là hệ Hòn Dấu. Khi dự án yêu cầu cao độ quốc gia, số liệu phải được dẫn từ mốc độ cao quốc gia có lý lịch rõ ràng hoặc từ mốc công trình đã được liên kết hợp lệ với hệ này.

Không nên nhầm hệ độ cao với hệ tọa độ VN-2000. VN-2000 xác định cơ sở tọa độ mặt bằng; hệ độ cao quốc gia xác định giá trị H. Một hồ sơ có thể dùng tọa độ VN-2000 nhưng cao độ giả định, hoặc ngược lại, nên phải ghi rõ cả hai.

Các cấp hạng lưới khống chế độ cao

Lưới độ cao Nhà nước truyền thống được phân thành hạng I, II, III và IV. Hạng I, II tạo khung độ cao có độ chính xác cao; hạng III, IV được chêm dày để phục vụ khu vực. Ở cấp công trình còn có lưới độ cao kỹ thuật và lưới độ cao đo vẽ.

Chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể phải lấy theo tiêu chuẩn áp dụng cho loại công trình. TCVN 8225:2009 đang còn hiệu lực nhưng có phạm vi là lưới khống chế cao độ địa hình trong công trình thủy lợi, không phải bảng chung cho mọi dự án.

Sai số khép tuyến thủy chuẩn

Sai số khép cho biết mức không phù hợp giữa chênh cao đo được và chênh cao lý thuyết của tuyến.

Tuyến khép kín

Tuyến xuất phát và kết thúc tại cùng một mốc. Về lý thuyết tổng chênh cao bằng 0:

f_h = Σh

Tuyến nối hai mốc đã biết

Nếu tuyến nối từ A đến B:

f_h = Σh − (H_B − H_A)

Sai số khép cho phép phụ thuộc cấp hạng, chiều dài tuyến, số trạm, địa hình và tiêu chuẩn áp dụng. Không nên dùng một công thức trong giáo trình cũ cho mọi công trình.

Khi sai số khép nằm trong giới hạn, số hiệu chỉnh được phân phối theo phương pháp quy định, thường theo chiều dài, số trạm hoặc bình sai mạng. Nếu vượt giới hạn phải kiểm tra sổ đo, mia, điểm chuyển, cự ly ngắm và đo lại đoạn nghi ngờ.

Lưới độ cao kỹ thuật

Lưới độ cao kỹ thuật làm cơ sở trực tiếp cho đo vẽ và thi công. Lưới có thể nối giữa hai mốc hạng cao, tạo vòng khép hoặc mạng có điểm nút. Độ cao thường được xác định bằng đo cao hình học; trong một số tiêu chuẩn chuyên ngành có thể sử dụng GNSS hoặc đo cao lượng giác chính xác cao khi đáp ứng yêu cầu.

Yêu cầu đối với mốc kỹ thuật

• Nằm ngoài khu vực dễ bị đào phá hoặc lún do thi công.
• Có kết cấu ổn định và nhận diện được lâu dài.
• Thuận lợi đặt mia và kiểm tra định kỳ.
• Có sơ đồ, ảnh, mô tả và giá trị cao độ.
• Được đo nối, kiểm tra khép và bình sai.
• Có ít nhất một mốc dự phòng phù hợp quy mô công trình.

Lưới độ cao đo vẽ

Lưới độ cao đo vẽ là cấp cuối cùng để truyền cao độ tới các điểm chi tiết, điểm mia, điểm địa hình và vị trí đo mặt cắt. Lưới được phát triển từ mốc quốc gia, mốc hạng cao hoặc mốc kỹ thuật của dự án.

Tùy địa hình và yêu cầu bản đồ, cao độ điểm đo vẽ có thể được xác định bằng máy thủy bình, toàn đạc điện tử hoặc GNSS. Phương pháp lựa chọn phải bảo đảm sai số độ cao của điểm chi tiết phù hợp tỷ lệ bản đồ và khoảng cao đều đường đồng mức.

Quy trình đo một tuyến thủy chuẩn

1. Thu thập số liệu mốc

   Kiểm tra lý lịch, hệ độ cao, tình trạng và khả năng tiếp cận mốc đầu–cuối.

2. Thiết kế tuyến

   Chọn đường đi ổn định, hạn chế dốc lớn, giao thông nguy hiểm và nền mềm.

3. Kiểm tra thiết bị

   Kiểm tra máy, mia, chân máy, đế mia, pin và sổ đo.

4. Đo ngoại nghiệp

   Đặt máy từ giữa, cân bằng cự ly và thực hiện đúng thứ tự đọc.

5. Kiểm tra tại hiện trường

   Tính chênh cao, cự ly và sai số sơ bộ trước khi rời khu vực.

6. Tính sai số khép

   So sánh tổng chênh cao đo với giá trị lý thuyết.

7. Bình sai và lập hồ sơ

   Phân phối hiệu chỉnh, tính cao độ, lập sơ đồ, bảng kết quả và lý lịch mốc.

Các nguồn sai số trong đo thủy chuẩn

Tiêu chuẩn hiện hành cần lưu ý

TCVN 9398:2012 hiện còn hiệu lực và quy định yêu cầu chung đối với công tác trắc địa trong xây dựng. Với đo lún công trình dân dụng và công nghiệp bằng đo cao hình học, TCVN 9360:2012 đã hết hiệu lực và được thay bằng TCVN 9360:2024.

Đối với nhà cao tầng, TCVN 9364:2012 cũng đã được thay bằng TCVN 9364:2024. TCVN 8225:2009 còn hiệu lực nhưng giới hạn trong công trình thủy lợi. Vì vậy, người lập phương án phải chọn tiêu chuẩn theo đúng loại công trình và mục tiêu đo.

Đo thủy chuẩn trong quan trắc lún

Quan trắc lún là đo sự thay đổi cao độ của các mốc gắn trên công trình theo thời gian. Mỗi chu kỳ phải sử dụng hệ mốc chuẩn ổn định, tuyến đo nhất quán và phương pháp có độ chính xác phù hợp.

TCVN 9360:2024 là tiêu chuẩn hiện hành cho đo lún công trình dân dụng và công nghiệp bằng phương pháp đo cao hình học. Dịch vụ thực tế có thể tham khảo tại trang quan trắc lún công trình.

• Thiết lập mốc chuẩn ngoài vùng ảnh hưởng lún.
• Bố trí mốc quan trắc tại vị trí đại diện.
• Đo chu kỳ gốc trước hoặc ngay khi bắt đầu theo dõi.
• Duy trì thiết bị, tuyến và quy trình tương đương giữa các chu kỳ.
• Tính độ lún, tốc độ lún và chênh lún.
• Đánh giá xu hướng cùng tải trọng và giai đoạn thi công.

Câu hỏi thường gặp về đo thủy chuẩn

Kết luận

Đo thủy chuẩn là phương pháp chủ lực để xác định chênh cao và truyền cao độ trong trắc địa xây dựng. Đo từ giữa được ưu tiên vì có thể cân bằng cự ly và giảm nhiều nguồn sai số; đo phía trước chỉ phù hợp một số nhiệm vụ cục bộ.

Lưới khống chế độ cao gồm các cấp hạng Nhà nước, lưới kỹ thuật và lưới đo vẽ. Khi triển khai phải xác định rõ hệ độ cao, mốc gốc, tiêu chuẩn áp dụng, sai số khép và quy trình bình sai. Các tiêu chuẩn năm 2024 cần được ưu tiên thay cho phiên bản 2012 đã hết hiệu lực.