Проект производства геодезических наблюдений за осадкой Выборгского замка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Описание объекта наблюдений, его конструктивные особенности
• 2. Геодезическая изученность
• 3. Конструкция исходных и деформационных марок, их чертежи
• 4. Приборы для наблюдений, их характеристики
• 5. Проект деформационной сети
• 6. Особые случаи нивелирования I и II классов
• 7. Обоснование и предрасчет точности измерений
• 8. Указания по производству полевых работ
• 8.1 Периодичность наблюдений
• 8.2 Наблюдения за стабильностью опорной сети
• 8.3 Методика полевых работ
• 9. Указания по выполнению камеральных работ
• 9.1 Оценка стабильности опорной сети
• 9.2 Уравнивание деформационной сети
• 9.3 Оформление отчетной документации
• Заключение
• Библиографический список


Введение

В курсовом проекте выполнение задания начинается с изучения и описания объекта наблюдений - Выборгский замок. Для этого необходимо было воспользоваться соответствующей литературой и системой Интернет. Также необходимо было съездить на объект для отыскания исходных реперов, с которых будет вестись наблюдение за осадкой осадочных марок. Затем была запроектирована сеть. Исходя из требуемой точности и методики измерений, требовалось выбрать приборы и указать их технические характеристики.

Следующим шагом в курсовом проекте был предрасчет точности запроектированной сети и подробное описание полевых и камеральных работ.



1. Описание объекта наблюдений, его конструктивные особенности

Выборгский замок был основан шведами в 1293 году на земле племени корела -- союзника Великого Новгорода. Как показали археологические раскопки 1980-х годов, ранее, на замковом острове располагался укрепленный пункт карел. Разорив его, шведы окружили возвышенную часть острова стеной, а в центре возвели каменную башню, четырёхугольную в плане.

Высокая дозорная и боевая крепостная башня замка получила имя в честь норвежского короля, крестителя Скандинавии Олафа Святого. Башня эта стояла в центре островка, была прямоугольной в плане и считалась самым высоким донжоном в Скандинавии того времени. Толщина крепостных стен составляла 1,5--2 метра, а толщина стен башни -- 4 м. Сверху стены завершались зубцами, а по периметру шла навесная деревянная галерея, боевой ход.

Новый этап серьёзных строительных работ начался после того, как в 1556 году замок посетил шведский король Густав Ваза. Башни и здания вновь перестраиваются. Береговая линия дополнительно укрепляется деревянными шканцами и больверками. В 1564 году главная башня надстраивается до 7 этажей, причем верхняя часть получила восьмигранную форму с прорезанными в трехметровых стенах пушечными бойницами, позволявшими вести круговой обстрел. В кладке донжона впервые используется кирпич. Облик, который башня получила в этот период, в основном сохранился до наших дней. Лишь перестраивавшееся и горевшее завершение несколько раз менялось в XVII--XIX веках.

Во время войн 1939--1944 годов замок пострадал не сильно, разве что от нескольких пожаров, и после победы был передан советским военным.

В 1964 году министерство обороны СССР передало замок под будущий музей, который открылся в 1970 году, после тщательного изучения ансамбля и проведения архитектурно-археологических работ Эстонским реставрационным управлением под руководством архитектора Х.И. Потти, искусствоведа Е.А. Кальюнди и при научной консультации доктора исторических наук П.А. Рапопорта. С 2000 года музей называется Государственным музеем «Выборгский замок».



2. Геодезическая изученность

В районе Выборгского замка расположены следующие стенные реперы:

1. Рп.303 (рис. 1) расположен в цоколе дома на высоте 30 см от тротуара. Адрес: ул. Крепостная 6 в 10ти метрах от пересечение с улицей Подгорная. Репер в хорошем состояние и находится в 230 м от замка.

Рисунок 1. Стенной репер 303

2. Рп.339 (рис. 2) расположен в цоколе дома на высоте 30 см от тротуара. Адрес: ул. Северный Вал 1 в 5ти м от пересечения с улицей Подгорная. Репер в хорошем состояние и находится в 170 м от замка.

Рисунок 2. Стенной репер 339

3. Рп. 7992 (рис. 3) расположен в цоколе дома на высоте 50 см от тротуара. Адрес: Петровская набережная 9 в 8ти м от пересечения с улицей Петровская. Репер в хорошем состоянии и находится в 220 м от замка.

Рисунок 3. Стенной репер 7992

4. Рп. 9485 (рис. 4) расположен в цоколе дома на высоте 40 см от тротуара. Адрес: Петровская набережная 13 в 5ти м от начала дома (относительно 11-го дома). Репер в хорошем состоянии и находится в 150 м от замка.

Рисунок 4. Стенной репер 9485



3. Конструкция исходных и деформационных марок, их чертежи

Для определения осадок фундаментов и вертикальных деформаций стен, колонн и перекрытий производят периодическое повторное нивелирование марок, установленных на зданиях или сооружениях, по отношению к практически неподвижным реперам.

В качестве опорных реперов чаще всего используют городскую геодезическую сеть.

При отсутствии вблизи здания реперов геодезической сети устанавливают специальные реперы. Требуется установить стенные реперы для линий нивелирования II класса (рис. 5), заложенный в стене здания, осадку которого можно считать практически закончившейся.

Так как используются стенные реперы, то число реперов должно быть не менее четырех. [3] Реперы размещаются:

- в стороне от проездов, подземных коммуникаций, складских и других территорий, где возможно разрушение или изменение положения репера;

- вне зоны распространения давления от здания или сооружения;

- вне пределов влияния осадочных явлений, оползневых склонов, нестабилизированных насыпей, торфяных болот, подземных выработок, карстовых образований и других неблагоприятных инженерно-геологических и гидрогеологических условий;

- на расстоянии от здания (сооружения) не менее тройной толщины слоя просадочного грунта;

- на расстоянии, исключающем влияние вибрации от транспортных средств, машин, механизмов;

- в местах, где в течение всего периода наблюдений возможен беспрепятственный и удобный подход к реперам для установки геодезических инструментов.

Рисунок 5. Стенной репер для линий нивелирования II класса

Исходные реперы закладываются не позднее чем за 2 мес до начала наблюдений за осадкой фундаментов. После установки реперов на них должна быть передана высотная отметка от ближайших пунктов государственной нивелирной сети или от знаков местного геодезического обоснования, служивших исходными для разбивочных работ при строительстве. Также возможна условная система высот.

В процессе измерения вертикальных деформаций следует контролировать устойчивость исходных реперов для каждого цикла наблюдений. [4]

Ценность и полнота наблюдений осадок во многом зависит от количества, правильного размещения и сохранности осадочных марок.

При составлении проекта размещения нивелирных осадочных марок необходимо учитывать конструктивную схему здания или сооружения, его размеры в плане, давление на отдельные части фундамента, геологические и гидрологические особенности строительной площадки, а также и создание благоприятных условий для проведения измерительных работ.

Количество марок должно быть таким, чтобы с его помощью можно было полнее отразить величины осадок. Марки должны размещаться по всему фундаменту, полностью обеспечивая выявление мест наибольшей осадки сооружений.

Открытые осадочные марки могут повреждаться, поэтому надежнее поставить закрытые марки (рис. 6). Закрытую марку закладывают заподлицо со стеной и закрывают крышкой, которую во время наблюдения снимают; вместо нее ввинчивают болт с шаровой головкой. После ввинчивания болта расстояние от центра головки до плоскости стены должно быть 40...50 мм. Хвостовик скрытой марки представляет собой трубу с внутренней нарезкой и внешними анкерами для заделки в гнезде.

В жилых и общественных зданиях осадочные марки размещают по периметру через 10...12 м (на углах здания, в местах примыкания поперечных и продольных стен, по обеим сторонам осадочных швов). При ширине здания более 15 м марки закладывают также в лестничных клетках и на внутренней продольной оси здания. [5]

Рисунок 6. Закрытая осадочная марка

1 - крышка; 2 - болт с шаровой головкой; 3 - головка хвостовика; 4 - хвостовик из трубы с анкерами; 5 - раствор омоноличивания



4. Приборы для наблюдений, их характеристики

При нивелирование II классов применяют глухие нивелиры с уровнем (Н-05, Н1, Ni004), нивелиры с компенсатором (Ni002, Ni007) и инварные штриховые рейки. Так как нивелиры с компенсатором повышают производительность труда на 10-15% по сравнению с нивелирами с уровнем и облегчают труд нивелировщика, то этим приборам следует отдавать предпочтение. В последнее время появились электронные нивелиры (например: Trimble DiNi 03, Trimble DiNi 07, Trimble DiNi 12, Trimble DiNi 22, SOKKIA SDL1X, SOKKIA SDL30-39M2 и другие равноточные им), которые позволяют производить работу на 60% быстрее по сравнению с обычным нивелиром с компенсатором.

При наблюдение за осадкой Александринского театра используется нивелир Sokkia SDL30M.

Рисунок 7. Нивелир Sokkia SDL30M

Электронный нивелир фирмы Sokkia SDL30M (рис. 7) сочетает удобство и простоту эксплуатации и легкость в освоении. Для выполнения измерений пользователю достаточно навестись на рейку и нажать всего одну клавишу, после чего нивелир SDL30M вычислит превышение и измерит расстояние. Результаты измерений выводятся на экран и могут быть сохранены в памяти прибора.

Нивелир SDL30M неприхотлив к условиям наблюдений и может использоваться в неблагоприятных условиях, таких как неравномерное освещение, конвекционное движение воздуха и вибрация.

В цифровом нивелире SDL30M используется устройство с зарядовой связью (CCD) для взятия отсчета по специальному штриховому коду. Такие измерения исключают возможность взятия неверного отсчета и личных ошибок наблюдателя. Для работы с SDL30M используются прочные фибергласовые рейки со специальным штриховым RAB-кодом (BGS40, BGS50, ND 345124, BIS20, BIS30). Нивелир позволяет выполнять измерения не только по штрих-кодовой рейке, но и по обычной нивелирной рейке, что значительно расширяет возможности использования прибора.

На одном объекте при наблюдение за осадкой в разные циклы измерений рекомендуется использовать одну и ту же рейку.

Стандартный комплект: электронный нивелир, 1 аккумулятор, зарядное устройство, юстировочные инструменты, руководство пользователя, футляр, программа передачи данных, свидетельство о поверке.

Таблица 1

Точность измерения превышений (на 1 км двойного хода), мм	1,0
Увеличение зрительной трубы, крат	32
Точность измерения расстояний, мм	10-20 мм в зависимости от расстояния
Время измерения, сек	менее 3 с
Клавиатура	8 клавиш
Диапазон измерений, м	1,6 - 100
Диапазон работы компенсатора,	±15
Дисплей	ЖК графический, 128х32 точек
Изображение	прямое
Память	2000 измерений (64 кБ)
Рабочая температура, °С	от -20 до +50
Время работы от одного аккумулятора,час	более 8,5 часов
Время заряда одного аккумулятора, час	менее 2 часов
Вес, кг	2,4

Помимо этого, необходим еще ряд принадлежностей и приспособлений:

· штатив с комплектом подкладышей, особенно необходимых летом при работе на асфальте;

· зонт для защиты прибора от солнца и атмосферных осадков;

· костыли для установки рейки на временных переходных точках;

· набор дюбель-гвоздей для закрепления места положения нивелира на каждой станции.



5. Проект деформационной сети

До начала наблюдений на объекте была создана исходная высотная сеть из четырех уже имеющихся на объекте реперов. При составление проекта необходимо было стремится к наиболее рациональному размещению марок. Так как здание замка состоит из четырех частей, то марки необходимо закладывать во всех частях по периметру и на углах здания и внутри его. Проект размещения исходных реперов и осадочных марок представлен на рисунке 8 и 9.



6. Особые случаи нивелирования I и II классов

Так нивелирование II класса на мосту производиться запрещено, то нивелирование надо производить либо зимой по льду, либо методами, указанными в инструкции по нивелированию II класса (пункт 10.4). [9]



7. Обоснование и предрасчет точности измерений

При расчете погрешностей измерений геометрическим нивелированием коротким лучом учитывают рекомендации ГОСТ 24846-81 [7], по которым допустимая погрешность измерения вертикального перемещения не должна превышать:

1 мм - для зданий и сооружений, уникальных и длительное время находящихся в эксплуатации, возводимых на скальных и полускальных грунтах;

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

Здание Выборгский замок является уникальным зданием и находится в эксплуатации длительное время, следовательно, погрешность наблюдения осадки должна составлять 1мм.

Запроектированная деформационная сеть была предрасчитана с использованием программы Mining Navigator. Результаты предрасчета точности представлены в таблице 2:

Ошибка превышения взаимного положения пунктов 28-29:

Mh = 0.6 мм

Из таблицы следует, что точность определения положения деформационной сети соответствует заданной.



8. Указания по производству полевых работ

8.1 Периодичность наблюдений

Периодичность наблюдений зависит от вида сооружений, периода его работы, скорости изменения деформации и других факторов. Наблюдения за осадкой Выборгского замка производятся с периодичностью 2 раза в год. [8]

8.2 Наблюдения за стабильностью опорной сети

Исходные пункты нивелирной сети должны располагаться таким образом, чтобы обеспечить устойчивость опорных реперов на протяжении всего периода наблюдений и гарантировать определение осадки с необходимой точностью.

Однако установлено, что отметки реперов, заложенных даже в скальных грунтах, могут изменяться, вследствие чего в измеряемые превышения входят ошибки.

С целью контроля устойчивости высотной опорной сети на объекте периодически выполняют контрольное нивелирование. Класс нивелирования - не ниже, чем класс нивелирования деформационной сети. [6]

8.3 Методика полевых работ

При определении осадок марок здания замка будут использоваться геометрическое нивелирование II класса. Измерение осадок геометрическим нивелированием II класса при использование цифрового нивелира производится двойным горизонтом в одном направлении.

Последовательность наблюдений на станции принимается следующая:

- установка штатива; штатив нивелира должен устанавливаться на станции без перекосов и напряжений; две ноги штатива располагаются вдоль линии нивелирования, а третья - попеременно, то справа, то слева; все три ноги штатива должны находиться в одинаковых условиях;

- закрепление инструмента;

- установка цилиндрического уровня;

- отсчитывание по рейке выполняется по следующей программе при двух горизонтах:

1) первый горизонт ЗППЗ

2) второй горизонт ПЗЗП

Нивелирование выполняют из середины, места установки нивелира маркируют. В каждом цикле измерений соблюдают следующие требования:

- применяют одни и те же инструменты и рейки;

- рейки нумеруют и устанавливают на одни и те же марки или реперы.

Нивелирный ход по маркам начинают с репера и кончают на другом репере. Количество станций в висячем ходе допускается не более 2.

Длина визирного луча не должна превышать 40м. Высота визирного луча должна быть не менее 0.5 м над поверхностью земли.

Неравенство расстояний от нивелира до реек не должно превышать 1м.

Наблюдения должны выполняться при вполне благоприятных условиях видимости. При выполнении работ в зимний период за 45 мин до начала наблюдений инструмент выносится на улицу для принятия нужной температуры. Передачу отметки на марки, расположенные внутри сооружения, рекомендуется выполнять через оконные проемы, отверстия в полах и стенах (диаметром не менее 0.5м). Не рекомендуется устанавливать инструмент на границе между теплым и холодным воздухом. При переходе в помещения с большими разницами температур рекомендуется устанавливать марки с двух сторон фундаментов.

Не рекомендуется вести наблюдения:

- в период, близкий к восходу и заходу солнца (начинать наблюдения можно примерно через полчаса после восхода солнца и заканчивать их примерно за час до захода солнца);

- при колебаниях изображений, затрудняющих точное наведение биссектора на штрих рейки;

- при сильном порывистом ветре;

- при сильных и скачкообразных колебаниях температуры воздуха.

Во время нивелирования прибор должен быть тщательно защищен от солнечных лучей.

На каждой станции осуществляется контроль наблюдений. [3]

деформационный сеть конструктивный геодезическиий



9. Указания по выполнению камеральных работ

9.1 Оценка стабильности опорной сети

Из существующих методов анализа стабильности реперов в проекте используется метод, разработанный румынским геодезистом А. Костехелем. Автор предполагает, что колебания значений неуравновешенных превышений по одной и той же секции в сравниваемых циклах можно объяснить двумя причинами: погрешностями нивелирования и влиянием осадок реперов. Следовательно, после уравнивания сети контрольных ходов как свободной, колебание значений одноименных превышений по циклам зависит в основном от влияния осадок реперов. Автором была предложена следующая методика анализа и оценки устойчивости.

Пусть h₀ и h_i - уравненные превышения одного и того же звена соответственно в начальном и i-том циклах наблюдений, а v = h₀-h_i - изменение превышения, которое отражает суммарное влияние осадок реперов между этими циклами. Значение v вычисляют для всех превышений. Репер, для которого полученная [vv] = min, считается наиболее устойчивым, и его высота, взятая из нулевого цикла, должна быть принята за исходную при вычислении высот других реперов в текущем цикле наблюдений.

Для получения количественной характеристики состояния высотной основы Костехель предложил определять степень относительной устойчивости или неустойчивости реперов сети.

Если осадка того или иного репера не превосходит предельную погрешность её определения, то репер считается устойчивым. В противном случае предполагается, что репер неустойчив и исключается из числа исходных. После исключения нестабильных реперов анализ сети повторяют.

Давая общую оценку методу, следует отметить простоту и наглядность решения, однозначность в выборе исходной высоты при повторном нивелировании. [6]

Пример, определение наиболее устойчивого репера методом Костехеля в I цикле (лаб. работа №3 по прикладной геодезии).

Таблица 3

Исходные данные

Ha	33,3763
Hb	33,1954
Hc	33,4149
Hd	33,8539

Вычислим значение v для всех превышений (таблица) по формуле

где, h'- превышение из I цикла;

- отметка репера из 0 цикла;

- отметка репера из 0 цикла.

Таблица 4

Вычисление значений v в I цикле

	A	B	C	D	[VV]
A	0,0	-0,2	-0,4	0,0	0,2
B	0,2	0,0	-0,2	0,2	0,12
C	0,4	0,2	0,0	0,4	0,36
D	0,0	-0,2	-0,4	0,0	0,2

Следовательно, наиболее стабильным репером является репер В. Вычислим отметки других реперов относительно репера В.



Таблица 5

Отметки реперов в I цикле

	цикл 1
Ha	33,3765
Hb	33,1954
Hc	33,4147
Hd	33,8541

9.2 Уравнивание деформационной сети

Результаты измерений в каждом цикле наблюдений уравниваются в программе GeoCad, CredoDat, Mining Navigator и др.

Для уравнивания сети при помощи программ, необходимо ввести высотные отметки исходных реперов, результаты измерений (превышения), длины ходов в штативах (станциях) и точность измерений. [9]

Рассмотрим уравнивание деформационной сети в программе Mining Navigator на примере сети (рис. 10). Данная сеть имеет один исходный репер (Rp9115) и четыре определяемых (у1, у2, у3, у4). Превышения в сети измерены по методике III класса с СКО

Рис. 10

Файл вводимых данных

Нивелирование Ш класса

Исходные

Rp9115,10.0000

Определяемые

y1,0

y2,0

y3,0

y4,0

Превышения

Rp9115,y1,-0.7135,6.3 Рисунок 10. Схема сети.

y1,y2,-0.2680,3.8

y2,y3,0.2405,9.3

y3,y4,0.1120,5.8

y1,y4,0.0815,5.2

y2,Rp9115,0.9790,8.4

y4,Rp9115,0.6340,5.3

Конец

В результате обработки этих данных по программе Mining Navigator получены следующие данные:

Таблица 6

Поправки, уравненные высоты и СКО

Название	H
	Dh,м	H,м	Mh,м
y1 y2 y3 y4	9.29 9.02 9.26 9.37	9.2860 9.0178 9.2576 9.3676	0.0042 0.0046 0.0051 0.0041

[PVV]=0.6 [ PVV]д= 10.9 ET=2.40

r= 5 Mф= 0.35 Mобр=1.00



Таблица 7

Максимальные поправки в превышения

Начальн. точка	Конечн. точка	Превышение, m	М изм. mm	V mm	V/Vдоп.	-V/Dii mm
y3 y4 y2 y1 Rp9115 y2 y1	y4 Rp9115 Rp9115 y2 y1 y3 y4	0.1120 0.6340 0.9790 -0.2680 -0.7135 0.2405 0.0815	5.8 5.3 8.4 3.8 6.3 9.3 5.2	-2.0 -1.6 3.2 -0.2 -0.5 -0.7 0.1	0.22 0.20 0.19 0.05 0.04 0.03 0.01	5 4 -5 1 1 1 -0

9.3 Оформление отчетной документации

После выполнения полевых наблюдений за осадкой здания театра и уравнивания деформационной сети, необходимо составить отчетные ведомости и графики осадок:

· ведомость отметок и осадок марок (таблица)

· развернутые графики осадок;

· план фундамента с линиями равных осадок и др.

Таблица 8

Пример ведомости отметок и осадок

Марка	н, м	Цилк 2	Цикл 3
		дН,мм	дН,мм	дН,мм
1	12,3172	-1,0	-1,1	-2,1
2	12,4183	-3,0	-1,2	-4,2

Развёрнутые графики строят по основным осям сооружений или по маркам, расположенным по контуру сооружения (рис. 10). Для построения графика на горизонтальной линии в масштабе плана откладывают расстояния между марками, а по вертикалям, проходящим через полученные точки, величины осадок по данному циклу наблюдений.

Рисунок 11. Пример развернутого графика осадок

План фундамента с нанесением осадочных марок и линий равных осадок (рис. 12) даёт наглядное представление о состоянии деформаций фундаментов. [6]

Рисунок 12. Пример плана фундамента с линиями равных осадок



Заключение

При выполнении курсового проекта была запроектирована деформационная сеть для наблюдения за осадкой здания Выборгский замок. Исходными реперами в сети являются: стенной репер 303, стенной репер 339, стенной репер 7992 и стенной репер 9485. В деформационной сети было запроектировано 87 марки: 81 марки на внешнем объеме здания и 6 марок во внутреннем объеме здания. Ошибка превышения взаимного положения наиболее удаленных от исходных реперов марок 28 и 29 составила 0.6 мм.



Библиографический список

1. Официальный сайт Выборгского замка

2. Официальный сайт Федерального Государственного Учреждения «Северно-Западная дирекция по строительству, реконструкции и реставрации»

3. Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений/ НИИОСП им. Герсеванова. - М.: Стройиздат, 1975.

4. РД 34.21.322-94 «Методические указания по организации и проведению наблюдений за осадками фундаментов и деформациями зданий и сооружений строящихся и эксплуатируемых тепловых» / Москва 1997

5. Техническое обследование строительных конструкции, зданий и сооружений/ В.Т. Гроздов СПб 1998.

6. Прикладная геодезия. Наблюдения за деформациями инженерных сооружений / Санкт-Петербургский горный ин-т; Сост.: А.В. Зубов. СПб, 2011.25с

7. МДС 13-22.2009 «Методика геодезического мониторинга технического состояния высотных и уникальных зданий и сооружений» / ООО «Тектоплан» Москва 2010.

8. Предварительная обработка триангуляции и предрасчет точности геодезических сетей на персональном компьютере / Санкт-Петербургский горный ин-т; Сост.: А.В. Зубов И.С.Пандул СПб, 2007. 39с

9. Геодезические, картографические инструкции, нормы и правила/Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов/ЦНИИГАиК, Москва, 2003г.

Размещено на Allbest.ru

...