Наблюдения за осадками фундамента сооружения

Наблюдения за осадками сооружений выполняют способами геометрического и тригонометрического нивелирования, гидро­нивелирования, микронивелирования, а также фото- и стереофотограмметрическим способами.

Наиболее широко распространен способ геометричес­кого нивелирования. Он обладает множеством достоинств, делающих его практически универсальным. Это высокая точность и быстрота измерений, простое и недорогое стандартное 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 0,5 мм.

В зависимости от требуемой точности определения осадок при­меняются различные классы нивелирования. Так, 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 II и III классы, 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 (Рисунок 24.3).

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 Н-05, штрихо­вые инварные или специальные малогабаритные рейки. Нивелир

устанавливают строго посередине между наблюдаемыми точками, отсчеты берут по основной и дополнительной шкалам реек.

Нивелирование выполняют при двух горизонтах прибора, в прямом и обратном направлениях. Длина визирного луча допуска­ется 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.

Способ тригонометрического нивелирования позволяет определять осадки точек, расположенных на существенно разных высотах, в труднодоступных местах. Такие случаи возника­ют при наблюдениях за высокими зданиями, башнями, плотина­ми, при производстве измерений через препятствия.

Наиболее высокая точность порядка 0,1 мм обеспечивается при коротких (до 100 м) лучах визирования с применением высоко­точных теодолитов типа ЗТ2 и специальной методики измерений, позволяющей измерять зенитные расстояния с погрешностью порядка 5". Кроме того, методика предусматривает однообразную во всех циклах установку теодолита и его тщательное исследова­ние, строгую вертикальность реек, выбор времени и условий на­блюдений для уменьшения влияния вертикальной рефракции и ряд других мероприятий, направленных на ослабление действий различных источников погрешностей. Расстояния до определя­емых точек должны измеряться с погрешностью 3...5 мм.

Гидронивелирование обеспечивает такую же точность, как и геометрическое нивелирование, но применительно к на­блюдениям за осадками позволяет создавать стационарные авто­матизированные системы с дистанционным съемом информации.

При использовании гидростатического нивелирования приме­няют различные системы, конструкция которых зависит от усло­вий проведения работ, требуемой точности и от способа измере­ния положения уровня жидкости относительно отсчетных индек­сов измерительных сосудов.

Простейшая система, используемая на гидротехнических со­оружениях (Рисунок 24.4), состоит из отрезков металлических труб, уложенных на стержнях, заделываемых в стену. Отрезки труб со­единяются между собой шлангами. Над трубой в точках, между которыми систематически определяются превышения, в стену за­кладываются марки с посадочными втулками для переносного измерителя. При измерениях измеритель вставляется во втулку марки. Вращением микрометренного винта измерителя добиваются контакта острия штока с жидкостью, о чем свидетельству­ет загорание сигнальной лампочки. В этот момент берется отсчет по барабану микрометра. При привязке гидростатической систе­мы к опорной нивелирной сети на марку вместо измерителя ус­танавливается нивелирная рейка. Существуют автоматизирован­ные системы гидростатического нивелирования, в которых из­менение положения уровня жидкости в сосудах определяется ав­томатически с помощью электрических или оптико-электрон­ных датчиков.

Применение гидродинамического нивелирования позволяет расширить диапазон измерений и значительно упростить процесс автоматизации наблюдений за осадками. Система гидродинами­ческого нивелирования с поршневым устройством СГДН-ПУ (Ар­мения) состоит из сообщающихся между собой рабочих сосудов с жидкостью, устанавливаемых в определяемых точках. В каждом рабочем сосуде имеется игольчатый шток, связанный проводом с блоком управления и регистрации (БУР). Сосуды сообщаются также с поршневым устройством. При равномерном перемещении с по­мощью электродвигателя поршня вниз и поршневом устройстве жидкость в рабочих сосудах равномерно поднимается. При этом в БУРе специальный счетчик определяет перемещение поршня от начала его движения до момента контакта игольчатого штока с поверхностью поднимающейся жидкости в каждом рабочем сосу­де. Поршень опускается до тех пор, пока со всех рабочих сосудов не поступит сигнал о контакте. Разность замеров между циклами измерений будет соответствовать осадке определяемых точек. Си­стема позволяет выполнять измерения со средней квадратической погрешностью порядка 0,1 мм.

Способ микронивелирования применяют при наблю­дениях за взаимным высотным положением близко расположен­ных на расстоянии 1,0... 1,5 м точек. Такие задачи возникают при изучении осадок и наклонов отдельных конструкций: фундамен­тов, балок, ферм, технологического оборудования. Измерения вы­полняют с помощью микронивелира.

Фото- и стереофотограмметрический способы предусматривают применение фототеодолита для фотосъемки ис­следуемого объекта. Определение деформаций вообще и в частно­сти осадок этими способами заключается в измерении разности координат точек сооружения, найденных по фотоснимкам началь­ного (или предыдущего) цикла и фотоснимках деформационного (или последующего) цикла.

В зависимости от решаемой задачи, условий фотосъемки, вида сооружения применяют следующие способы:

· фотограмметрический — деформации определяются в одной вертикальной плоскости XOZ, т.е. в плоскости, параллельной плос­кости фотоснимка;

· стереофотограмметрический — деформации определяются по направлениям всех трех координат.

При фотограмметрическом способе фотографирование произ­водят с одной точки при неизменном положении фотокамеры в циклах. При этом плоскость прикладной рамки, по возможности, устанавливают параллельно основной плоскости сооружения. Для вычисления деформаций, кроме измерения координат или па­раллаксов, на снимках необходимо знать расстояние фотокамеры от объекта и фокусное расстояние объектива фотокамеры.

При стереофотограмметрическом способе фотографирование объекта производят в циклах с двух точек базиса известной дли­ны, в результате чего получают стереопару. Для вычисления де­формаций измеряют по снимкам координаты точек базиса и го­ризонтальные параллаксы.

В обоих способах обработку снимков по координатам или сме­щениям производят в основном на стереокомпараторе или на ком­пьютере.

Тщательно выполненные измерения и соответствующий учет элементов ориентирования позволяют определять деформации со­оружений фотограмметрическими способами со средней квадратической погрешностью менее 1,0 мм.

При наблюдениях за осадками крупных инженерных соору­жений, отличающихся повышенными требованиями к точности производства этих работ, разрабатывается, как правило, специ­альная методика геодезических измерений. Исходными данными для разработки методики измерений служат величины погреш­ностей m_s определения осадок наблюдаемых точек, измеренных относительно исходного репера, и погрешностей m_ΔS разности осадок двух точек, расположенных на определенном расстоянии друг от друга.

Для случая, когда на одном и том же объекте приходится вы­полнять разные по точности наблюдения за осадками различных по чувствительности к деформациям сооружений, проектируют двух- и трехступенчатую схему или несколько не связанных меж­ду собой схем, опирающихся на самостоятельный или на один общий исходный репер.