Разработка методики геодезических наблюдений за осадками инженерных сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

42

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

геодезическое измерение нивелирование

Введение

Глава 1. Краткая физико-географическая характеристика наблюдаемого объекта

Глава 2. Требования к точности конечных результатов геодезических измерений

Глава 3. Выбор метода нивелирования

Глава 4. Периодичность и цикличность наблюдений

Глава 5. Проектирование схемы нивелирных ходов

Глава 6. Метод эквивалентной замены

Глава 7. Обоснование методики нивелирования

Глава 8. Расчет рабочих допусков

Глава 9. Выбор конструкции глубинных реперов и осадочных марок

Глава 10. Состав сопутствующих наблюдений

Глава 11. Проект уравнивания

Глава 12. Экономическая часть

Заключение

Библиографический список

Введение

Вследствие конструктивных особенностей, природных условий и деятельности человека сооружения в целом и их отдельные элементы испытывают различного вида деформации. В общем случае под термином «деформация» понимают изменение формы объекта наблюдений. Постоянное давление массы сооружения приводит к уплотнению грунта под фундаментом и вблизи него и вертикальному смещению, или осадке, сооружения. Если грунты под фундаментом сооружения сжимаются неодинаково нагрузка на грунт различная, то осадка является неравномерной и приводит к горизонтальным смещениям, сдвигам, перекосам, прогибам, в результате появляются трещины и даже разломы.

Деформации определяют для оценки устойчивости сооружения, проверки правильности проектных расчетов, выявления причин и закономерностей для прогнозирования деформаций и принятия мер, обеспечивающих нормальное состояние сооружения.

Наблюдения за деформациями зданий и сооружений выполняются как в процессе строительства, так и по его завершении. Наблюдения включают измерения осадок оснований и фундаментов и производятся высокоточными геодезическими методами и приборами, для принятия профилактических мер, изучение влияния деформации на нормальный режим технологического процесса, изучения деформаций для разработки методики их прогнозирования и устранения.

В данном проекте будет разработана методика наблюдения за осадками инженерных сооружений: Иркутский геологоразведочный техникум и общежития №8 и №10.

Глава 1. Краткая физико-географическая характеристика наблюдаемого объекта

Административная принадлежность

Иркутская область является субъектом Российской Федерации, входит в состав Восточно-Сибирского экономического района. Она расположена почти в центре Азии, на основных транспортных магистралях, соединяющих Европу с дальневосточными районами России и странами Азиатско-Тихоокеанского региона.

Административно-хозяйственным и культурным центром Иркутской области и всей Восточной Сибири является Иркутск.Крайняя южная точка области располагается на 51 северной широты. Северная оконечность почти достигает 65-й параллели. С севера на юг область протянулась почти на 1450 км, с запада на восток - на 1318 км. Иркутская область занимает площадь 767,9 тыс. км2 (4,6 % российской территории). По этому показателю она находится на шестом месте в России, уступая только Республике Саха (Якутии), Красноярскому и Хабаровскому краям, Тюменской и Магаданской областям.[10]

Рельеф. Область занимает юго-восточную часть Среднесибирского плоскогорья, плато и кряжи, которого имеют высоты от 500 до 1000 м. На юге область окружают отроги Восточного Саяна (высота до 2875 м): Агульские Белки, Бирюсинский, Гутарский, Окинский, Удинский и другие хребты; на востоке -- прибайкальские горы: часть северных склонов Хамар-Дабана с вершиной Хан-Ула (2374 м), Приморский хребет с наиболее высокой точкой -- Трехголовый Голец (1728 м), Байкальский хребет с горой Черского (2572 м), далее Северо-Байкальское и Патомское нагорье, часть Делюн-Уранского хребта и западная часть хребта Кодар. В состав Иркутской области входит часть водной поверхности оз.Байкал. Самая низкая точка - 1181 м ниже уровня моря. Самая высокая - 2999м выше уровня моря. Общий перепад высот - 4180 м.[11]

Климат. По климатическим условиям территория Иркутской области выделяется среди других регионов страны, лежащих в тех же широтах, но находящихся в Европейской России или на Дальнем Востоке. Здесь более длинная зима, более высокая амплитуда температур воздуха, значительное количество часов солнечного сияния.

Удаленность Иркутской области от морей и расположение в центре Азиатского материка придают климату резко континентальный характер. Максимальные годовые перепады температур воздуха могут превышать 80 °, а суточные - 30 °. Разность зимних и летних, ночных и дневных температур увеличивается с продвижением на север области.

На климат Иркутской области оказывают влияние оз.Байкал и ангарские водохранилища. Вблизи байкальского побережья среднегодовая температура имеет положительное значение (до +0,5 °С).

Зимой на территории Иркутской области устанавливается безветренная, ясная и морозная погода, с характерными температурными инверсиями и высоким атмосферным давлением. Средние температуры января, самого холодного месяца года, колеблются от -18 °С на юге до -35 °С на севере области. Весна начинается в конце марта и продолжается около 35 дней. Снежный покров сходит в апреле. Среднесуточная температура на большей части территории Иркутской области переходит к устойчиво положительной лишь к началу мая.

Лето короткое, но может быть очень жарким. Начинается в последних числах мая и длится 90-110 дней. Средние температуры июля, самого теплого месяца, колеблются в пределах от +15 до +20 °С. Максимальные температуры в большинстве районов Иркутской области могут превышать +30 °С. Первая половина лета, как правило, жаркая и сухая. В конце июля и в августе часто отмечаются затяжные дожди. В это время может выпадать до 85 % годовой суммы осадков. .[10]

Гидрография.

Речную сеть составляют бассейны рек: Лены (Киренга, Витим), Ангары (Белая, Ока, Ия, Китой, Иркут, Олха, Илим, Бирюса, Куда), Нижней Тунгуски и частично Подкаменной Тунгуски. Всего по территории области протекает более 67 000 водотоков общей протяженностью 310 тыс. км, кроме того здесь находится значительная часть акватории озера Байкал.

Растительность. Основная часть территории Иркутской области (около 80 %) занята таежными лесами. Только в южных районах представлена лесостепная растительность. Лесостепные участки протянулись широкой полосой вдоль Транссибирской магистрали и далее через Ангаро-Ленский водораздел к водоразделу между Леной и верхним течением Киренги.

В лесах преобладают хвойные породы - сосна, лиственница, кедр, пихта, ель. Хвойные леса занимают свыше 90 % лесопокрытой площади Иркутской области.

Лиственные леса образуют лишь небольшие очаги. В них распространены осина и береза. Встречаются тополь, ольха, ива, рябина, черемуха. Среди кустарниковых пород, образующих подлесок, выделяются калина, бузина, желтая акация, жимолость, шиповник, смородина, боярышник, багульник. Травянистый покров лесов представлен такими растениями, как брусника, черника, голубика, майник, грушанка, плаун, морошка, вейник, кисличка, папоротник, хвощи и др.

Население. Население Иркутской области составляет (по данным переписи 2002 года) 2,581 миллиона человек, из которых мужчин -- 1,209 миллиона человек, женщин -- 1,372 миллиона человек. Большинство из них составляют русские (89,88 %), много украинцев, бурят и татар. Население области расположено в основном в городах (урбанизация 79,31%), самыми крупными из которых являются Иркутск, Ангарск и Братск. [11]

Наблюдаемые объекты расположены в Иркутской области, городе Иркутске, Свердловском административном округе, в Студгородке.

Этими объектами являются три здания: Иркутский геологоразведочный техникум, общежитие №10 и общежитие №8. ГРТ находится на улице Лермонтова, общежития №10 и №8 находятся между улицей Игошина и Академика Курчатова.

На северо-востоке от объекта работ (ГРТ) расположен в 150м ИрГТУ, на юго-западе в 150м - Институт МВД (общежитие №8), на юге в 40м - Лицей ИГУ (общежитие №8). Объекты наблюдений удалены от реки Ангары на запад на 700м общежитие №10.

В этой части города имеются следующие виды транспорта: железнодорожный, автомобильный, речной, трамвайно - троллейбусный, что значительно упростит доставку необходимых средств для выполнения работ.Все здания располагаются в непосредственной близости друг от друга. На территории работ геодезическая основа представлена тремя грунтовыми реперами.

На район наблюдений имеются карты масштаба 1:10 000 и 1:25 000.

Таблица Координаты объектов исходных пунктов.

Объест	Xа,м	Yа,м	б	Исх. Пункт	X,м	Y,м	Н,м	, мм	, мм
ГРТ	1720	I770	90	Грп1	1965	2070	675,1	2,3	1,1
Общ№10	1580	1970	0	Грп2	1690	1815	670,9
Общ№8	1480	1925	90	ГрпЗ	1330	2080	665,3

Глава 2. Требования к точности конечных результатов геодезических измерений

От правильного выбора точности наблюдений зависят методы и средства измерений, затраты на их производство и достоверность получаемых результатов.

Точность указывается в техническом задании на производство работ или в нормативных документах. В особых случаях эти требования могут быть получены путём специальных расчётов.

В нормативных документах требования к точности определения осадок характеризуется средней квадратической погрешностью:

1мм- для зданий и сооружений, возводимых на скальных и полускальных грунтах;

2 мм- для зданий и сооружений, возводимых на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах;

5 мм - для зданий и сооружений, возводимых на насыпных, проселочных и других сильно сжимаемых грунтах.[2]

На оползневых участках осадки измеряются со средней квадратической погрешностью 30 мм, а горизонтальные смешения - 10 мм.

Согласно требованиям СНиП измерение горизонтальных смещений частей зданий и сооружений, допускается выполнять с ошибками, не превышающими:

1 мм- для зданий и сооружений, возводимых на скальных и полускальных фунтах;

3мм - для зданий и сооружений, возводимых на песчаных, глинистых других сжимаемых грунтах;

5 мм - для каменно-набросных высоконапорных плотин;

10 мм - для зданий и сооружений, возводимых на насыпных просадочных, заторфованных и других сильно сжимаемых грунтах;

15 мм - для земляных сооружений. .[2]

В нормативных документах точность определения осадок и горизонтальных смещений выражают средней квадратической ошибкой. Для многих практических задач среднюю квадратическую ошибку mg определения деформации можно вычислить по формуле

mg<0,2ДЦ

где ДЦ -- величина деформации между циклами измерений.

Крены труб, мачт и т. п. определяют с точностью до 0,0005 H, где H -- высота сооружения.

Промежуток времени между циклами измерений зависит от вида сооружений, скорости изменения деформации и др. В строительный период систематические наблюдения в среднем выполняют 1-2 раза в квартал, в период эксплуатации -- 1-2 раза в год. При срочных наблюдениях их выполняют до и после выявления факторов, резко изменяющих обычный ход деформации.

Глава 3. Выбор метода нивелирования

Наблюдения за осадками сооружения возможно вести следующими способами: геометрическим, тригонометрическим нивелированием, гидронивелированием, микронивелированием, а также фото- и стереофотограмметрическим способами.Рассмотрим приведенные выше методы нивелирования, отметим положительные и отрицательные стороны каждого метода.

Геометрическое нивелирование

Этот метод наиболее широко применяем в отличии от других. Он обладает множеством достоинств делающих его практически универсальным.

К этим достоинствам можно отнести следующее высокую точность и быстроту измерений, простое и недорогое оборудование, возможность выполнять измерения в сложных и стесненных условиях.

Способом геометрического нивелирования можно определять разности высот точек, расположенных на расстоянии 5...10 м с погрешностью 0,05.. .0,10 мм, а на несколько сотен метров - с погрешностью до 0,5мм.

В зависимости от требуемой точности определения осадок применяются различные классы нивелирования. Например, при определении осадок бетонных плотин гидроузлов применяют I и II классы, которые характеризуются средней квадратической погрешностью измерения превышения на одной станции соответственно 0,3 и 0,4 мм. При определении осадок промышленных и гражданских зданий чаще всего применяют П и Ш классы геометрического нивелирования, для которых средние квадратические погрешности измерения превышения на станции соответственно равны 0,4 и 0,9 мм.

Отметки деформационных точек в цикле измерений определяют относительно исходного опорного репера. Отметку исходного репера чаще всего принимают условно, например 100 м, но она постоянна на весь период наблюдений. Для передачи отметки от исходного на все деформационные реперы разрабатывают специальную схему (рис1).

Рис.3.1. Схема нивелирных ходов для наблюдения за осадками ТЭЦ.

При выполнении измерений в зависимости от класса нивелирования применяют специальную методику и соответствующие приборы. Так, при измерениях высокой точности используют тщательно выверенные высокоточные нивелиры типа H-05, штриховые инварные или специальные малогабаритные рейки. Нивелир устанавливают строго посередине между на6людаемыми точками, отсчеты берут по основной и дополнительной шкалам реек.

Нивелирование выполняют при двух горизонтах прибора, в прямом и обратном направлениях. Длина визирного луча допускался до 40 м, его высота над поверхностью земли или пола - не менее 0,5 м. Нивелирование производится только при вполне благоприятных условиях видимости и достаточно отчетливых, спокойных изображениях штрихов реек.

Соблюдают и другие меры предосторожности, обеспечивающие высокую точность работ.

Полученные результаты тщательно обрабатывают: оценивают фактическую точность и сравнивают ее с заданной, уравнивают, вычисляют отметки, а по разности их в циклах - осадки, строят графики осадок и т.д.

При использовании геометрического нивелирования среднюю квадратическую ошибку единицы веса, обычно измеренного на станции превышения, целесообразно определять по невязкам замкнутых полигонов по формуле.

где W, n -- невязка и число станций в полигоне; N -- число полигонов. Веса р отметок узловых точек и марки в наиболее слабом месте нивелирной сети можно вычислить методом приближений. Средние квадратические ошибки определения отметок узловых точек и марки в наиболее слабом месте вычисляют по формуле

Если отметки марок определены независимо несколько раз, то средняя квадратическая ошибка арифметической средины из n определений

таблица 3.1

Условия геометрического нивелирования	Основные технические характеристики и допуски для геометрического нивелирования классов
	I	II	III	IV
Применяемые нивелиры	Н-05 и равноточные ему	Н-3 и равноточные ему
Применяемые рейки	РН-05 (односторонние штриховые с инварной полосой и двумя шкалами)	РН-3 (двусторонние шашечные)
Число станций незамкнутого хода, не более	2	3	5	8
Визирный	Длина, м, не более	25	40	50	100
луч	Высота над препятствием, м, не менее	1	0,8	0,5	0,3
Неравенство плеч (расстояний от нивелира до реек), м, на станции, не более	0,2	0,4	1	3
Накопление неравенств плеч, м, в замкнутом ходе, не более	1	2	5	10
Допускаемая невязка, мм, в замкнутом ходе (n ? число станций)	±0,15	±0,5	±1,5	±5

Тригонометрическое нивелирование

Способ тригонометрического нивелирования используют при определении осадок марок, расположенных на значительно разных высотах (высотные здания, башни и т. п.). Точность -- порядка 0,1 мм -- возможна при коротких (до 100 м) расстояниях с применением теодолитов типа Т2 и специальной методики измерений зенитных расстояний с точностью порядка при однообразной установке теодолита во всех циклах, строгой вертикальности реек, при условиях минимального влияния вертикальной рефракции и других источников ошибок, расстояния от прибора до определяемых точек нужно измерять с точностью до 3-5 мм.

Тригонометрическое нивелирование используют в том случае, когда по условиям строительства применение геометрического или гидростатическоенивелирования затруднено. Такие случаи возникают, например при строительстве высоконапорных гидротехнических сооружений и горных районах.

Все измерения целесообразно выполнять по однотипной схеме. Точки установки теодолита необходимо закреплять устойчивыми столбами-штативами. Могут также использоваться окружающие здания и сооружения, стабильность положения которых заранее должна быть исследована.

Вертикальные смещения наблюдаемых точек вычисляют как разность превышений в соответствующих циклах.

Для повышения точности определения превышений зенитные расстояния измеряют последовательно на три штриха рейки и за окончательное берут среднее. Расстояния между рабочими штрихами рейки должны быть тщательно прокомпарированы.

Исследования показывают, что в благоприятных условиях при использовании теодолита типа Т1 можно измерить превышение между точками, удаленными на расстояние до 100 м с ошибкой 0,2--0,4 мм. Одной из основных причин, влияющей на точность определения превышения из тригонометрического нивелирования; является вертикальная рефракция, которая может значительно искажать истинные значения зенитных расстояний. Для коротких визирных лучей величина рефракции зависит главным образом от изменения во времени вертикального температурного градиента. Вариации температуры приземного слоя воздуха и других метеоэлементов в течение 2--3 суток в значительной мере компенсируются. Поэтому, организовав измерение зенитных расстояний сериями в различное время суток циклами в 2--3 дня и вычислив их значение как среднее из всех измерений в цикле, можно в значительной мере ослабить воздействие рефракции на результаты измерений.

Таблица3.2

Класс	Допускаемая погрешность измерения
точности измерений	расстояний, мм, при значении вертикальных углов, град.	вертикальных углов, с, при их значениях, град.
	до 10	св. 10 до 40	до 10	св. 10 до 40
II	7	1	2,5	1,5
III	15	3	5	3
IV	35	8	12	10

Гидронивелирование

Гидронивелирование обеспечивает точность геометрического нивелирования и позволяет создавать стационарные автоматизированные системы с дистанционным съемом информации. Система гидростатического нивелирования позволяет автоматически с помощью электрических и оптико-электронных датчиков определять изменение уровня жидкости в сосудах. Гидродинамическое нивелирование расширяет диапазон измерений и упрощает процесс автоматизации наблюдений за осадками. Система позволяет измерять со средней квадратической ошибкой порядка 0,1 мм.

Наблюдения за осадками фундаментов можно производить способом гидростатического нивелирования, при этом возможны два пути: первый -- определение отметок осадочных марок переносным гидростатическим прибором; второй, более рациональный -- установка по периметру фундамента стационарной гидростатической системы.

Как показывает опыт, гидростатическое нивелирование целесообразно использовать при наблюдениях за вертикальными перемещениями точек фундаментов и несущих строительных конструкции в стесненных условиях подвальных и цеховых помещений, где не могут быть обеспечены условия хорошей видимости наблюдаемых точек, отсутствуют удобные места для установки нивелира и для работы наблюдателя, а также в помещениях, где в связи с производственным процессом пребывание человека нежелательно или вообще исключено. В последнем случае целесообразно создавать стационарные гидростатические системы с дистанционным получением информации о высотных перемещениях точек.

Освоение ошибки гидростатического нивелирования вызывается влиянием внешних условий.

Изменение температуры внешней среды может вызвать общее равномерное изменение температуры всей системы и изменение температуры того или иного сосуда или части соединительных шлангов.

Локальные изменения температуры могут происходить на фоне общего хода изменения температуры всей системы. Равномерное изменение температуры системы может вызвать ошибки в измерениях только при неодновременном снятии отсчетов по измерительным сосудам. При большом количестве измерительных сосудов следует проводить независимые измерения по каждой паре смежных сосудов или независимые попарные измерения относительного опорного сосуда.

Для уменьшения влияния локальных нагревов на точность гидростатической системы необходимо соединительные шланги укладывать горизонтально; система должна быть изолирована от местных источников теплового излучения; при измерениях на открытом воздухе систему следует теплоизолировать, а измерения проводить ночью или днем в пасмурные дни.

Из опытных данных известно, что наличие напорного резервуара в замкнутой гидростатической системе в значительной степени ослабляет влияние ошибок за изменение температуры. Для этого следует выравнивание температуры воды перед каждым циклом измерений осадок путем принудительного перемещения ее во всей систем перекачкой.

Чтобы избежать влияния вариаций атмосферного давления, создают геометрические системы, в которых давление в различных сосудах уравновешивается через специально предназначенные для этого шланги.

Самым распространенным заполнителем в гидростатических системах является вода с добавлением 0,1 % раствора формалина. При отрицательных температурах используют различные спирты или антифризную жидкость.

рис. 3.2

Переносный гидростатический прибор рис 3.2 состоит из двух сосудов, подвешиваемых на соседние металлические стержни 1,которые бетонируют в наблюдаемых точках или ввинчивают на время измерений в осадочные марки.

Каждый сосуд по показаниям уровня винтом 3 приводят в отвесное положение. Совместив острие измерительного винта 2 с мениском жидкости, по шкалам прибора берут отсчеты. Затем измерения повторяют при переставленных местами сосудах и вычисляют превышение между наблюдаемыми марками. При благоприятных внешних условиях прибор обеспечивает высокую точность измерений осадок (0,05-0,1 мм).

Микронивелирование

Способ микронивелирования используют при определении превышений между точками, расположенными на расстоянии 1-1,5 м при изучение осадок. Измерения выполняют микронивелиром.

Микронивелирование, как правило, производят при двух постановках прибора: прямом и повернутом на 180°. Это дает возможность проверять место нуля уровня на каждой станции н исключать систематические ошибки в определении превышений.

В МИИГАиК разработаны несколько конструкций микронивелиров. В первых из них обе опорные точки подставки жесткие и применяется уровень с микрометренным винтом. При нивелировании уровень при помощи этого винта приводят на нуль-пункт и отсчитывают по его головке. Зная место нуля микрометренного винта, определяют наклон уровня в делениях барабана. Умножив эту величину на цену деления последнего, находят превышение между опорными точками в миллиметрах.

В последующих моделях микронивелиров одна из его опорных точек сделана подвижной и жестко связанной с индикатором часового типа, по которому превышение между точками опоры микронивелира определяется непосредственно в миллиметрах.

Рис. 3.3.

На рис. 3.3 представлена модель микронивелира МН-3. Продольный уровень 1 с ценою деления 5" приводится на нуль-пункт подъемным винтом 4. Поперечный уровень 2 регулируется опорами 6 амортизатора. Индикатор 3 расположен горизонтально для удобства отсчитывания. База прибора может меняться от 900 до 1200 мм и закрепляется винтами 7. Для передвижения прибора по выверяемой линии и удержания его от опрокидывания служат ролики 5.

Рис 3.4

Отсчет по индикатору, при котором ось продольного уровня параллельна линии, соединяющей опорные точки, является местом нуля (МО) микронивелира. Если в точке А (рис. 3.4, а) поставлена подвижная опора с индикатором, а в точке В - неподвижная, то после приведения подъемным винтом пузырька уровня на нуль-пункт ось уровня займет горизонтальное положение и отсчет по шкале индикатора будет З.

Так как в индикаторе с увеличением стержня отсчет уменьшается, то согласно рисунку

h = МО--3. (а)

Переставим прибор на 180° (подвижная опора с индикатором впереди, в точке Б, рис. 3.2, б). После приведения пузырька уровня на нуль-пункт, когда ось займет горизонтальное положение, отсчет по шкале индикатора будет П и

h = П--МО.(б)

Из выражений (а) и (б) следует:

Фото- и стереофотограмметрический способы основаны на фотосъемке исследуемого объекта фототеодолитом в начальный и последующие циклы и определении разности координат точек сооружения по этим снимкам. При фотограмметрическом способе деформацию определяют в одной плоскости (обычно в плоскости стены здания), при этом фототеодолит целесообразно устанавливать так, чтобы плоскость снимка была параллельна стене исследуемого сооружения. В разных циклах фототеодолит нужно устанавливать в одной и той же точке при неизменном ориентировании камеры. Для обработки результатов необходимо знать отстояние фотокамеры от объекта и фокусное расстояние объектива камеры.

Фотограмметрический способ

Для определения смешения точек сооружений только в вертикальной плоскости (осадки, прогибы, боковые сдвиги) периодическая фотограмметрическая съемка производится с одной точки, с так называемого нулевого или временного базиса. При съемке стремятся плоскость прикладной рамки установить параллельно основной плоскости исследуемого сооружения. Полученные фотоснимки измеряют на стереокомпараторе, причем в левую кассету закладывают всегда начальный снимок, а в первую кассету -- снимок текущего цикла наблюдений, определяя таким образом суммарные смещения точек относительно начального периода наблюдений. Можно, конечно, измерять смещения и между смежными циклами наблюдений.

Ориентировав снимки по координатным меткам и измерив винтом продольных параллаксов смещения точек правого снимка вдоль оси абсцисс, поворачивают оба снимка в одну и ту же сторону на 90° и измеряют смещение вдоль оси z (по вертикали). Поворот снимков дает возможность вертикальные смещения (осадки) наблюдать стереоскопически и тем самым повысить точность их измерения.

По измеренным на стереокомпараторе смещениям вычисляют величины составляющих деформации точек сооружения за период наблюдений.

Для повышения точности наблюдений и для контроля работы желательно иметь на каждом снимке по 2--3 контрольные точка, положение которых на все время наблюдений за деформациями можно считать неизменными. Смещения изображений этих точек на снимке должны равняться нулю. Однако вследствие влияния ошибок ориентирования, имеющего для каждого снимка систематический характер, на контрольных точках будет наблюдаться некоторое смещение,, которое используется в качестве поправки для уточнения результатов измерений. С учетом этой поправки определения деформаций уменьшаются и для отстояний около 15 м в среднем равны I мм.

Стереофотограмметрический способ

При стереофотограмметрическом способе определяют пространственное положение объекта, т. е. деформацию определяют по трем координатам. Фотографирование объекта в каждом цикле выполняют с одних и тех же двух точек базиса известной длины. В результате получают стереопару, позволяющую строить модель объекта и путем измерения координат точек модели определять деформацию. Обработку в обоих способах целесообразно выполнять на стереокомпараторе с последующими вычислениями по строгим формулам на ПК. Средняя квадратическая ошибка определения деформации этими способами равна 1,0 мм и менее.[4]

Для получения результатов с такой точностью ошибка ориентирования оптической оси фототеодолита при съемках с концов базиса не должна быть более 5” что обеспечивается специальным ориентирующим устройством. Однако так как при наблюдениях за деформациями производят периодические съемки одного и того же сооружения, то с такой точностью должна быть выдержана постоянная ориентировка самого базиса съемки, т.е, при периодических установках камеры и визирной марки ошибка их центрирования при длине базиса 3--5м не должна превышать 0,1 мм.

Конечно, столь высокую точность центрирования невозможно обеспечить при установке инструментов на штативах. Вследствие наличия контрольных точек влияние ошибок ориентирования может быть в значительной мере уменьшено, однако для полного его устранения необходимо на концах базиса сооружать бетонные столбы со специальными центрами, дающими возможность устанавливать камеру и визирную марку однообразно и с высокой точностью.

При фотосъемке с более близких расстояний камерой UMK можно повысить точность наблюдения. В стереофотограмметрическом методе можно Так же измерять непосредственно смещения Дх и Дz на снимках начального и текущего циклов, рассматривая вначале стереопары полуденные с левой точки базиса, а затем для повышения точности и с правой точки.

Глава 4. Периодичность и цикличность наблюдений

Наблюдения за осадками строящихся ответственных сооружений начинают сразу же после начала возведения фундаментов. Если первый

цикл наблюдений будет проведен с запозданием, то последующие наблюдения будут в значительной степени обесценены в связи с невыявленной частью уже происшедшей осадки.

Частота измерений зависит от развития осадки сооружения во времени. Этот процесс получил название затухания осадки или консолидации.

Как показывают наблюдения, продолжительность осадки зданий и сооружений зависит от типа строения, литологического состава и физического состояния горных пород, слагающих основания сооружений, и может колебаться в широких пре делах. Большая часть осадок завершается в строительный период, но иногда осадки растягиваются на годы и десятилетия Быстро завершаются осадки у скальных пород, где они сво дятся к практически упругим деформациям и закрытию трещин.

Сравнительно недолго продолжаются осадки на песчаных основаниях. Консолидация же глинистых грунтов обычно растягивается на многие месяцы и годы. Несмотря на большую длительность процесса консолидации, основная часть деформации естественного основания, даже при наличии в основании большой по мощности толщи глин, приходится на строительный период (от 50 до 80--85 %). Поэтому количество циклов наблюдений за осадками сооружений и зданий в строительный период определяется по признаку роста нагрузок на основание. Первый цикл наблюдений начинают после возведения фундамента, когда вес сооружения достигнет примерно 25 % его полного веса. Последующие циклы измерений осадок производят при достижении нагрузки в 50, 75, 100 % полного веса сооружения. Для сооружений, возводимых на мягких грунтах, проводят дополнительные циклы наблюдений в зависимости от скорости осадки. Особенно высокая частота измерений устанавливается при строительстве на просадочных породах от ежедневных до одного раза в 10--30 дней. После достижения полного веса сооружения (в период его эксплуатации) измерения продолжают два-три раза в год до стабилизации осадок, когда их скорость составляет не более 1--2 мм в год. Для особо чувствительных сооружений наблюдения выполняют и после стабилизации осадок с интервалом до 2--3 лет. Частота измерений осадок в период эксплуатации сооружения во многом зависит от качества прогнозирования осадок зданий и сооружений. Хорошо выполненный прогноз может значительно сократить цикличность натурных наблюдений и уменьшить значительные затраты.

Глава 5. Проектирование схемы нивелирных ходов

Определение весовых характеристик превышений

За вес P принимают величину :

где, -средняя квадратическая ошибка превышений, - средняя квадратическая ошибка единицы веса.

Исследования показали, что . При незначительном влиянии систематических ошибок для нивелиров класса Н-1.

где, D- длина визирного луча в метрах, - средняя квадратическая погрешность взгляда, мм.

Величина - средняя квадратическая ошибка единиц ы веса определяется как при значении величины D в системе ходов.

Таблица 5.1.

Длина плеча D,м	Погрешность	Обратный вес,
	mвзгл.	m2взгл.
1	2	3	4
5 10 15 20 25 30 35 40	0,021 0,028 0,035 0,042 0,049 0,56 0,63 0,070	0,00044 0,00078 0,00123 0,00176 0,00240 0,00314 0,00397 0,00490	0,25 0,44 0,69 1,00 1,36 1,78 2,25 2,78

;

Глава 6. Метод эквивалентной замены

При этом способе систему нивелирных ходов путем последовательного преобразования заменяют одиночным эквивалентным ходом, соединяющим искомую точку Е, с исходным репером С. Длину такого эквивалентного хода выражают числом _экв превышений, вес которых принят за единицу.

Применение способа эквивалентной замены для вычисления имеет ряд преимуществ, (задача решается наглядно; Формулы для вычисления простые; местоположение слабой точки Е определяется однозначно; можно определить _се до всех точек в любой секции), но для сложных сетей этот способ может оказаться трудоемким. Прежде всего, надо предположить ориентировочно в каких секциях располагаются слабо определяемые точки. И промежуточный ход не следует заменять эквивалентным до самого последнего преобразования, иначе реальное положение точки Е будет утрачено и решение задачи станет неопределенным. Так как контроль вычислений в этом способе отсутствует, их необходимо производить очень тщательно.

Применительно к схеме нивелирных ходов могут быть использованы следующие преобразования.

1. Для нивелирного хода, опирающегося одним концом на исходный репер С по схеме (рис. 6.1)

2. для замкнутого полигона опирающегося на опирающегося на исходный репер С по схеме (рис. 6.2).

для любой точки J:

Поскольку однозначно определить слабую точку Е невозможно, то определяют значение _се для нескольких наиболее удаленных марок хода. Из сопоставлений значений _се находим самую слабую точку сети. _се для этой точки максимальное. Подставим найденное значение в формулу

В связи с тем, что перед наблюдениями поставлена дополнительная задача - определение разности S_1,2 осадок возникает необходимость дополнительной проверки формулы сети: будет ли обеспечена заданная точность mS_1,2.

Она будет обеспечена в том случае, когда интересующие нас марки N_s и N₁ окажутся на концах нивелирного хода, весовая характеристика которого не превышает допустимого значения:

Если марки N₁ и N₂ находятся в разных секциях одного и того же замкнутого полигона с периметром [], допустимый периметр вычисляется:

Сравниваем допустимый периметр с запроектированным, если допустимый периметр меньше проектного необходимо устранить недостаток схемы. Для этого проектируют: введение дополнительных перемычек, разделяющие большой полигон на несколько меньших. После этого оценку проекта схемы повторяют до тех пор, пока величина m_h не обеспечит получение заданных допусков m_s и m_S. Проложение в интересующих секциях нивелирных ходов в прямом и обратном направлениях при двух горизонтах. Применение в различных частях схемы разных классов нивелирования, одну для обеспечения m_s, другую для обеспечения m_S.

Оценка качества проекта схемы измерений.

Нахождение слабой точки сети

n₂=4,125 n₃=3,625 n₄=2,815

n₇=2,75 n₈=2,25 n₉=2,75

n₁₁=2,25 n₁₂=2,0 n₁₃=2,5

1) МАРКА 41

2) Rp.п2

3) МАРКА 93

МАРКА 93 является слабой точкой в данной сети. Псе =12.5627.

Определяем предельное значение погрешности превышения m_h, что позволит сделать выбор методики (класса) нивелирования:

m_s= 2.3 мм. m_s= 1,1 мм.

Чтобы обеспечить такую точность необходимо провести нивелирование II класса.

Вычисление допустимого значения обратного веса:

Значение обратного веса по секциям 1,5,6,14 и 15 не удовлетворяют допускам. Их рекомендуется пронивелировать I классом.

Вычисления допустимого периметра []:

Вычисление периметров :

1

2

3

4

5

6

7

Все периметры вошли в допуск.

Глава 7. Обоснование методики нивелирования

Нивелирование II класса производят в прямом и обратном направлениях по костылям или кольям. Наблюдения на станции выполняют способом «совмещения». Нивелирование выполнить нивелиром Н-05 либо другим, удовлетворяющим следующим требованиям:

Наименование характеристики	Единицы измерений	Нормы
Увеличение зрительной трубы , не менее	крат	40
Цена деления установочного уровня, не более	Угл. мин. на 2 мм	12
Ошибка самоустановки линии нивелирования у нивелиров с компенсатором , не более	угл. с	0,2
Цена деления барабана плоскопараллельной пластинки	мм	0,05

По указанию Роскартографии могут применяться другие типы нивелиров, прошедшие сертификацию на соответствие требованиям инструкции по нивелированию I, II, III и IV классов. [3]

Ошибки метровых интервалов шкал и всей шкалы инварной рейки при нивелировании II класса допускают до 0,20 мм, при нивелировании в горных районах--до 0,10 мм.

Для привязки к стенным маркам применяют подвесную рейку с такими же шкалами, как и на основных рейках. Нуль на подвесной рейке должен быть совмещен с центром отверстия для штифта, на который подвешивают рейку к стенной марке.

При нивелировании в прямом направлении (прямой ход) порядок наблюдений на станции следующий.

При нивелировании в обратном направлении (обратный ход) наблюдения на нечетных станциях начинают с передней рейки, а на четных--с задней.

В прямом и обратном направлениях нивелирование выполняют, как правило, по одной и той же трассе и по переходным точкам одного и того же типа; число станций в секции делают четным и одинаковым.

На время перехода наблюдателя на следующую станцию переднюю рейку снимают с костыля.

При перемене направления нивелирования рейки меняют местами.

По каждой секции нивелирование в прямом и обратном направлениях выполняют, как правило, в разные половины дня. С меньшей строгостью это требование соблюдают осенью, а также в пасмурную длительную погоду.

Нивелирование выполняют участками в 25--30 км по схеме «восьмерка».В отдельных случаях длина участка может быть увеличена или уменьшена. Нормальная длина луча визирования--65 м. Если увеличение зрительной трубы не менее 44х и условия для наблюдений благоприятны, разрешается увеличить длину луча до 75 м.

Во время наблюдений на станции нивелир тщательно защищают от солнечных лучей зонтом с белой подкладкой, а при переноске с одной станции на другую--просторным чехлом из плотной белой материи.

Через каждые две станции термометром-пращом измеряют температуру воздуха на высоте нивелира. Расстояния от места установки нивелира до реек измеряют тонким стальным тросом или стальной лентой (рулеткой). Использовать для этого дальномер нивелира запрещается.

Неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускают не более 1 м. Накопление этих неравенств по секции разрешается не более 2 м.

При перерывах в работе наблюдения, как правило, заканчивают на постоянном репере. Разрешается также заканчивать наблюдения на трех костылях (две станции), забитых в дно ям глубиной до 0,3 м. Нивелирование на обеих станциях выполняют по обычной программе, а затем костыли покрывают травой и засыпают землей. После перерыва повторяют нивелирование на последней станции, а в случае необходимости - и на предпоследней. Из сравнения результатов нивелирования до и после перерыва устанавливают, какой костыль сохранил свое первоначальное положение, и от него продолжают нивелирование дальше.

Костыли считают сохранившими свое первоначальное положение, если полученные до и после перерыва значения превышения на станции различаются не более чем на 1 мм (20 делений барабана). В подсчет превышений по секции включают наблюдения, выполненные в лучших условиях (по усмотрению исполнителя). При большем различии нивелирование по секции выполняют заново, начиная от постоянного репера.

Основные источники ошибок:

Инструментальные погрешности.

Погрешности влияния окружающей среды.

Погрешности из-за недостаточно строгой обработки и оценки точности результатов измерений.

Погрешности нестабильности осадочных марок.

Погрешность из-за несоблюдения главного условия нивелира и наличия неравенства плеч на станции.

Погрешность из-за наклона и внецентренной установки рейки на высотные точки.

Влияние неравенства высот нулей шкал пары реек.

Влияние пере фокусировки трубы нивелира на станции.

Влияние из-за нестабильности угла нивелира.

Влияние ошибок делений шкалы отсчетного барабана оптического микрометра нивелира.

Влияние неточности установки сетки нитей.

Погрешности из-за неточного нанесения штрихов шкал нивелирных реек.

Влияние неточной выверки и юстировки круглого уровня на рейке.

Погрешность из-за колебания реек.

Влияние рефракции света.

Ошибки из-за колебания изображения штриха под действиемконвекционных потоков воздуха.

Влияние тепловых изменений на рейку.

Погрешности из-за различной температуры передней и задней реек.

Влияние тепловых изменений на нивелир.

Влияние нестабильности штатива на станции.

Погрешность из-за коробления рейки.

Ошибки из-за вертикальных перемещений связующих точек

Глава 8.Расчет рабочих допусков

Под основными допусками понимаются величины, каких либо ошибок (ничтожных), влияние которых можно исключить при оценке точности единичного превышения:

где К - коэффициент обеспеченности точности,

Коэффициент выбирают исходя из заданной обеспеченности qK, учитывающей технологические требования, предъявляемые к точности конечных результатов геодезических измерений на данном объекте. Величина К тем больше, чем выше требования к точности и чем чувствительнее исследуемое сооружение к деформациям.

Приняв qК =0,02 или 2%,

К= 5,0

m=0,072

Д=0,275

Эти величины являются основными допусками, при сравнении с которыми определяется значимость отдельных погрешностей составляющих ошибку единого превышения.

Рабочие допуски на отдельные разности и их функции удобно представить в зависимости от заданных ms и ms или от предвычисленной mh и качества схемы ходов.

Глава 9. Выбор конструкции глубинных реперов и осадочных марок

Глубинные репера и осадочные марки предназначены для измерения осадок фундаментов зданий.

Осадочные марки в зависимости от места установки подразделяются на стенные и поверхностные.

Осадочные марки стараются устанавливать примерно на одном уровне, располагая их по углам зданий, в местах, где ожидаются наибольшие осадки: на стыках соседних блоков, по сторонам усадочных и температурных швов, вокруг зон с менее благоприятными геологическими условиями. Осадочные марки должны располагаться так, чтобы можно было выявить деформации всего сооружения и отдельных его элементов.

При нивелировании II-го класса следует использовать следующие виды грунтовых реперов и осадочных марок.

Трубчатый грунтовый репер (рис, 9.1.) имеет сферический оголовок 1, который крепится к реперной трубе 2 диаметром 50--80 мм. Реперная труба помещается в защитную трубу 3диаметром 100--120 мм, чем обеспечивается ее изоляция от верхнего, менее стабильного слоя породы. При монтаже реперная и защитная трубы опускаются в скважину, причем защитная труба подвешивается на хомуте 4 над забоем, заполненным бетоном, на расстоянии 20--30 см. Низ защитной трубы имеет сальник 5, верх--крышку 8 Оголовок репера помещается в колодец 7 заполненный теплоизолятором 6, например Рис 9.1 трубчатый шлаковатой. грунтовый репер.

Рис 9.2.

Марки

Стенная марка.

На рис 9.2 показана марка, на которую нивелирные рейки могут ставиться и подвешиваться.

Цокольная марка

Рис 9.3.

На бетонный цоколь закладываем цокольные марки (рис. 9,3), представляющие собой заклепку, изготовленную из нержавеющего металла. Диаметр головки 5--15 мм, стержень длиной 30--60 мм в основании раздвоенный.

Глава 10. Состав сопутствующих наблюдений

Положительные и отрицательные факторы, оказывающие воздействия на район наблюдений

отсутствие залегания вблизи объектов грунтовых вод и поверхностных рек, в районе студгородка грунты I категории (скальные, обломочно -скальные мелкие), так же на объекты не воздействует вибрация передаваемая из внешней среды - все перечисленные выше причины снижают возникновение осадок.

Резкие сезонные колебание температурных режимов, оказывают воздействие на тела сооружения, но точные выводы сделать сложно, так как сооружение ощутимых деформаций не испытывает.

По итогам циклических наблюдений на основе анализа проводятся выявления основных факторов, определяющих характер осадков.

Высокоточными нивелирными работами выявляются величины и характер осадок сооружений и отдельных его частей. Чтобы определить причины вызывающие осадки, а также закономерности, в ходе работ необходимо иметь ряд дополнительных материалов:

данные об инженерно-геологических и гидрогеологических условиях на объекте;

сведения о физико-геологических процессах, результаты наблюдения за колебанием грунтовых вод, уровня рек, температуры воздуха, тела сооружения, его фундамента, температуры водоёмов;

данные о метеорологических явлениях:

если наблюдения ведутся за осадками с начала строительства, необходимы сведения о росте нагрузки на основание.

11. Проект уравнивания

Основной целью проектируемых геодезических измерений является определение осадок и их разностей.

Фактические ошибки ms и не должны превышать заданные заказчиком величины:

Из вышевычисленных фактических ошибок мы видим. Что они не превышают заданных заказчиком допустимых значений:

Параметрический способ уравнивания

1. Вычисление приближенных высот узловых пунктов.

Высоты узловых пунктов следует определять с возможно большей точностью, чтобы свободные члены уравнений поправок были как можно меньше. Приближенную высоту каждого пункта вычисляют, как среднее весовое из всех её значений полученных путем передачи высот с соседних пунктов с известными высотами, в том числе приближенными.

Р - вес превышения, - вес нивелирной линии между пунктами iK

2. Составление уравнения поправок.

Пусть измеренное превышение между двумя соседними узловыми пунктами iK ; ViK - поправка в это превышение, определяется из уравнения сети под условием

, приближенные высоты этих пунктов Х₁, Х₂ - поправки из уравнения к ним, с учетом этого получаем

Обозначим свободный член уравнения и приведем уравнение поправок в окончательный вид

Уравнения поправок составляют для всех линий, образующих нивелирную сеть. Число таких уравнений равно числу линий с измеренными превышениями

Уравнения поправок

12. Экономическая часть

Смета на проектно-изыскательские работы.

На объекте работ представлены следующие здания: ГРТ, общежития 8 и 10

Таблица №12.1 Организация заказчик: ИрГТУ

№	Наименование видов работ	Объем работ	Сметная расценка в еденицах, тыс.руб	Стоимость, тыс.руб
Подготовительные работы
1	Сбор и систематизация материалов	1	7,4	7,4
Полевые работы
2	Изготовление и закладка грунтовых реперов	3	90	270
3	Изготовление и закладка осадочных марок	230	3	690
4	Нивелирование	2,5	60	150
Итого:	1117,4
Камеральные работы
5	Обработка материалов нивелирования	2,5	19,2	48
Итого:	1165,4
6	Организация полевых работ		(1% от полевых работ)	11.1
7	Ликвидация полевых работ		(0.8% от полевых работ)	8.88
8	Транспортировка		(16,25% от полевых работ)	180.375
9	Полевое довольствие	3 чел./1 мес.	150 р/чел.. день	13.5
10	Резерв на непредусмотренные виды работ		(3% от полевых работ)	33.3
Итого:	1412.555
11	НДС		18% от всей суммы	254.260
12	Районный льготный коэффициент		30%	423.767
Итого:	2090.582

Итого по смете на проектирование и проведение работ потребуется два миллиона девяноста тысяч пятьсот восемьдесят два рубля.

Заключение

В заключение хотелось бы сказать, в этом проекте по разработке методики нивелирования геодезических наблюдений за осадками инженерных сооружений необходимо было исследовать три здания, находящихся в Иркутской области, в городе Иркутске, в районе студгородка, это Иркутский геологоразведочный техникум и общежития №8 и №10.

В ходе работы над проектом было запроектировано размещение 230 стенных и цокольных марок по зданиям, выполнено проектирование схемы нивелирных ходов, а также их преобразование методом эквивалентной замены описанной в Главе 6, выполнена оценка качества проекта схемы измерений.

По результатам проектирования предварительное значение m_h=0.4589 мм, по этому нивелирование будет выполнено по методике II класса, методика проведения работ описана в Главе 7, согласно ГКИНИ (ГНТА)-03-010-02 Инструкции по нивелированию I, II, III и IV классов.

Вычисленные фактические ошибки m_s=2,25 мм и m_Дs =1.07 мм и не превышают точности установленной заказчиком (m_s=2,2 мм и m_Дs =1.1), это отражено в Главе 11.

В заключении была составлена смета на проектно-изыскательские работы. Затраты на производство работ составляют два миллиона девяноста тысяч пятьсот восемьдесят два рубля, Глава 12.

Библиографический список

1 Карлсон А.А. Измерение деформаций гидротехнических сооружений. - М.,: Недра, 1984г

2 Левчук Г.П. Новак В.Е. Конусов В.Г..Прикладная геодезия: Основные

методы и принципы инженерно-геодезических работ. Учебник для вузов.- М.: Недра 1981,с438

3 ГКИНИ (ГНТА)-03-010-02Инструкции по нивелированию I, II, III и IV классов, Москва ЦНИИГАиК 2003г.

4 Пособие к МГСН.2.07-01. Обследование и мониторинг при строительстве и реконструкции зданий и подземных сооружений. -- М.: Москомархитектура, 2005;

5 Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. -- НИИОСПС им. Н. М. Герсеванова, Госстрой СССР, 1975;

6 СП 11-104-97 Инженерно-геодезические изыскания для строительства. Москва 1997

7 ГОСТ 24846-81. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений.

8 СНиП 3.01.03-84 «Геодезические работы в строительстве».

9 СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения».

10 Климат Иркутской области - http://www.pribaikal.ru/obl-square.html

11 Климат Иркутской области - http://ru.wikipedia.org/wiki/Иркутская_область

12 «Мониторинг деформационных процессов строительных и инженерных объектов»- http://www.geodinamika.ru/main/engineer/deformation-monitoring/

13 Наблюдения за осадками сооружений - http://www.drillings.ru/osadkisooruzh

Размещено на Allbest