Геодезический мониторинг деформации строений горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геодезический мониторинг деформации строений горных пород



ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Понятия о деформациях, характеристики деформаций

2. Описание объекта, экологическая оценка района работ, схема расположения знаков основы и деформационных знаков

3. Обоснование методики измерений, расчет точности

4. Результаты измерений, обработка результатов и оценка точности

5. Безопасные методы проведения инженерно-геодезических работ

6. Организационно-экономическая часть

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ



ВВЕДЕНИЕ

Значительное количество зданий и сооружений нуждается в достоверной информации о современном состоянии горных пород под ними, постоянном контроле (мониторинге) основных параметров конструкции, характеризующих их надежность, стабильность и эксплуатационную безопасность. К ним относятся многоэтажные жилые комплексы или административные здания, небоскребы, крытые спортивные или культурно-развлекательные комплексы, крупные инженерные объекты: мосты, туннели, дамбы или плотины, подземные сооружения.

В условиях современного города набор негативных факторов, влияние которых может вызвать значительные деформации или разрушение объекта недвижимости, постоянно меняется и расширяется.

Размещаясь в подземном пространстве города, системы его жизнеобеспечения (водопровод, энергоснабжения и теплоснабжение, линии метро, канализация, и т.д.) неизбежно вступают во взаимодействие с вмещающими породами. Эти горные породы: известняк, глина, суглинок, песок и гравий, насыпные грунты, служат естественным основанием всех фундаментов, возводимых зданий и сооружений. Они являются средой, в которой прокладываются линии метро, путепроводы, устраивают подземные хранилища, склады, убежища, гаражи и им подобные объекты.

Их функционирование неизбежно оказывает, особенно в случае аварийных утечек и сбросов, разрушающее воздействие на горные породы, в большинстве случаев приводя к необратимым изменениям свойств последних. Это предопределяет и порождает в свою очередь потерю прочности фундамента и, соответственно, надежности жилого, производственного или административного здания.

Приступая к строительству любого объекта, ремонту или реконструкции старого дома, необходимо выяснить источник, возможную первопричину этих нарушений, которые, как правило, являются следствием изменений, происходящих в породах подземного пространства под влиянием жизни города.

Для особо сложных объектов целесообразно установить приборы контроля (систему мониторинга) здания, сооружения, которые позволят контролировать его эксплуатационную безопасность, фиксировать зарождение деформаций, нарушений в основных элементах строительных конструкций в процессе функционирования. Для иных разработать программу инженерно-геодезического мониторинга деформации фундамента строящегося здания или сооружения.

В настоящей дипломной работе на примере строящегося здания административно-общественного центра в Красногорском районе Московской области, рассматривается проект организации наблюдений за деформациями фундамента. Для этих целей на участке строительства создается линейно-угловая опорная геодезическая сеть (ОГС). Она состоит из четырех планово-высотных исходных пунктов: №№7003, 7004, 7005, 7009, восьми высотных деформационных марок: №№ 314, 401, 501, 605, 607, 701, 709, 804 и восьми плановых деформационных марок. Плановые деформационные марки имеют такую же нумерацию, что и высотные марки.

Вертикальные осадки марок измеряются геометрическим нивелированием с помощью лазерного нивелира TRIMBLE DINI 22 в комплекте с инварными рейками по программе Ш класса нивелирования. По результатам измерений строятся графики вертикальных смещений для каждого цикла измерений.

Плановые смещения деформационных марок измеряются по программе 1 разряда полигонометрии тахеометром TRIMBLE 3305 DR. При этом для каждого цикла производится построение ОГС по программе 1 разряда от исходных грунтовых реперов: №№ 7005, 7004 , 7003, 7009. Затем координируются разрезы центров деформационных марок. По результатам измерений из 12 циклов строятся графики смещений, и оценивается точность [1].

1. Понятия о деформациях, характеристики деформаций

Слово деформация имеет французские корни и означает искажение, изменение формы. Мы же под деформациями зданий и сооружений понимаем изменение пространственного положения точек сооружения, его частей или всего сооружения в целом. Эти изменения происходят во времени под действием внешних и внутренних сил.

Здания и сооружения на грунтовых основаниях могут смещаться в горизонтальной плоскости, что называется сдвигом или смещаться по вертикали. Такие смещения, направленные вертикально вверх, называются подъёмами, а вниз - осадками. Кроме того, в результате неравномерно протекающих по периметру сооружения осадков его основные плоскости могут наклоняться. Такие наклоны называются кренами.

Причинами изменения пространственного положения сооружений являются упругие и неупругие деформации оснований, иначе говоря, грунтов под зданиями и сооружениями. Упругие деформации проявляются в виде изменения объёма и искажения форм твёрдых частиц пород, тонких плёнок воды, замкнутых пузырьков воздуха и прочее. Неупругие деформации - это уплотнение пород из-за уменьшения пористости, их набухание или разрушение структуры.

Более подробно деформации оснований подразделяются на:

-- осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

-- просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса, так и других факторов (замачивание грунта, оттаивание ледовых прослоек и т.п.);

-- набухания и усадки - деформации, связанные с изменением объёма некоторых грунтов при изменении их влажности и при замерзании воды и оттаивании льда;

-- оседания - деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстовыми процессами и т.п.;

-- горизонтальные перемещения - деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание;

-- провалы - деформации земной поверхности с нарушением целостности грунтов, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над карстовыми полостями или горными выработками.

Таким образом, видно, что деформации оснований сооружений прямо или косвенно связаны с физико-механическими свойствами грунтов, которые весьма разнообразны, зависят от их водонасыщенности, температуры и т.п. На песчаных грунтах, к примеру, осадки характеризуются большими скоростями в начальный период с последующим быстрым затуханием. На глинистых же грунтах осадки могут достигать значительных величин. Показателен пример Пизанской башни, которая оседает уже 800 лет, осадки достигли 300 см, а при высоте сооружения 45,5 м - крен достиг 4,5 м.

Деформации могут возникать по причине воздействия внешних нагрузок на основание сооружения, но могут проявляться также в виде просадок и смещений грунтов от собственного веса.

2. Описание объекта, экологическая оценка района работ, схема расположения знаков основы и деформационных знаков

Участок работ расположен в пойме реки Москвы у д. Мякинино в Красногорском районе Московской области. Красногорский район - муниципальное образование на северо-западе Московской области РФ. Административный центр - город Красногорск. В 2005 году на территории района образовано четыре поселения: два городских - Красногорск и Нахабино, два сельских - Ильинское и Отрадненское. Площадь района составляет 21, 9 тыс. га.

Район граничит: на востоке с городом Москвой, на юге - с Одинцовским, на западе - с Истринским, на севере - с Солнечногорским и Химкинским районами области.

Красногорский район образован 20 ноября 1932 года. Ныне его население составляет свыше 156,7 тыс. человек, в том числе моложе трудоспособного возраста - 21,0 тыс., из них детей дошкольного возраста - 9,677 тыс., трудоспособного возраста - 98,2 тыс., старше трудоспособного - 34,0 тыс. человек. Численность городского населения составляет 131,2 тыс., сельского - 22 тыс. человек.

В районе 37 населенных пунктов: 1 город, 1 рабочий поселок, 35 сельских (9 поселков, 5 сел, 21 деревня). Через район протекают Москва-река, Истра. По территории района проходят Московско-Рижская железная дорога, автотрассы федерального значения «Балтия» и Ильинское шоссе, областного значения Волоколамское, Пятницкое шоссе. Внутрирайонная дорожная сеть вследствие высокого уровня автомобилизации нуждается в развитии. На территории района располагается множество исторических памятников культуры и старинных архитектурных сооружений, среди которых русские усадьбы, в том числе знаменитое «Архангельское», «Знаменское-Губайлово».

Красногорск, расположенный в северо-западной части лесопаркового "защитного пояса" столицы, в пойме Москвы-реки, считается одним из самых экологически благополучных городов, входящих в так называемый первый пояс Московской области. Более 60% территории Красногорского района занимают леса, парки и сады. Для сравнения: в Восточном, самом зеленом среди всех столичных округов, землями, которые ученые называют "средосберегающими" или "улучшающими экологическую ситуацию", занято лишь около 40% территории; а в Центральном и Южном - двух самых проблемных с точки зрения экологии округах Москвы-этот показатель едва приближается к 15%.

Экологическому благополучию Красногорска способствует и роза ветров: она направлена в сторону Москвы, так что столичный смог "кочует" на юго-восток и никогда не приносится ветрами сюда, на северо-запад.

В Красногорском районе практически полностью отсутствуют предприятия с вредным производством. Крупные промышленные предприятия в городе имеются, однако все они работают в высокотехнологичных и наукоемких отраслях. Яркий тому пример-АОЗТ "Красногорский завод", производящий фото и киноаппаратуру, оптические прицелы, медицинское оборудование, или завод по переработке лекарственного сырья.

Территория района характеризуется средней транспортной нагрузкой и средним объемом промышленных выбросов на единицу площади, невысоким среднесуточным содержанием пыли в воздухе. Наблюдается превышение ПДК в 6 раз содержания в атмосферном воздухе окиси углерода и фенола.

Самым сильным источником негативного воздействия на окружающую природную среду является автомобильный транспорт. За последние десятилетия автомобильный парк города вырос более чем в четыре раза, что существенно увеличило техногенные нагрузки на окружающую среду.

На территории района находятся несколько опасных с экологической точки зрения автомагистралей. Проезжая часть Волоколамского шоссе вплотную подходит к домам жителей города. Экологическая обстановка в районе шоссе не благоприятна - содержание токсинов в почве превышает все нормы.

Климат в Красногорском районе умеренно континентальный (характерна мягкая зима и умеренно тёплое лето), в целом идентичен климату Москвы.

Среднегодовая сумма осадков в Красногорском районе Московской области составляет 500-600 мм. Максимум выпадения осадков приходится на летний сезон, минимум - на зимний период. Так на июнь, июль и август приходится по 60 мм, а на январь и февраль - лишь по 20 мм. Примерно четверть, а в отдельные многоснежные годы почти и половина всех осадков выпадает в виде снега. Устойчивый снежный покров образуется к концу ноября и обычно держится до начала апреля.

Основанием для проведения мониторинга строящегося здания Административно - общественного центра в Мякининской пойме Москва-реки в Красногорском районе Московской области - служит письмо заказчика работ, техническое задание и договор.

Цель мониторинга -- слежение за состоянием плиты основания (фундамента) Административно-общественного центра (АОЦ) в ходе строительства и после его завершения в процессе благоустройства территории.

Рис. 2.1 Расположение зданий Административно-общественного центра

1. Административно-общественный центр (АОЦ) Московской области.

2. Башня губернатора. В круглой 17-этажной башне высотой 90 метров разместятся кабинеты и приемные руководителей правительственных министерств. На крыше вертолетная площадка. Вторая вертолетная площадка появится в парке, прямо перед деловым центром.

3. Здание областного суда.

4. Деловой центр.

5. Общественно-деловой центр. Две стеклянные трубы, соединенные разными переходами. В одной части 22 этажа, в другой - 26.

6. Выставочная зона. На нижних этажах здания правительства - выставочные и концертные залы.

7. Яхт-клуб.

8. Парки. Их два: верхний и нижний. Мякининская пойма как бы спускается к Москве-реке, и перепад высот здесь около 24 метров.

9. Подземный паркинг. Две многоуровневые парковки.

Высотные отклонения фундамента предусматривается определять путем наблюдения за стенными деформационными марками (рис.2.2) , установленными в цокольной части здания по всему его периметру. Деформационная марка ? жестко укрепленный на конструкции сооружения знак, изменяющий свое высотное и плановое положение вследствие смещений сооружений.

Рис. 2.2 Стенной нивелирный репер упрощенного типа

1. Стена или фундамент сооружения.

2. Цементный раствор.

3. Уголок 30 х 30 х 5 мм.

Горизонтальные (плановые) отклонения фундамента предусматривается определять путем наблюдения за стенными деформационными марками в виде наклеивающихся марок-катофотов, изображенных на рисунке 2.3.

Рис. 2.3 Отражатель пленочный самоклеющийся ОР-90

Всего предполагается вести наблюдения за восемью наружными стенными высотными деформационными марками и восемью плановыми. При выборе места заложения марок, учитывается следующее:

-- марки наблюдательной сети должны обязательно закладываться в тело сооружения в характерных точках, обеспечивающих наиболее полное отражение характера и размеров деформации;

-- знаки наблюдательной сети необходимо располагать через 5-20 м вдоль сооружения в зависимости от его жесткости;

-- места установки всех знаков опорной и наблюдательной сетей (реперов и марок) должны быть легкодоступны;

-- знаки опорной сети должны располагаться в стороне от транспортных

коммуникаций, мест складирования и перевалки грузов;

-- расстояния от знаков опорной сети до ближайших наблюдательных марок, расположенных на сооружении, не должны превышать 40-50 м;

-- знаки опорной и наблюдательной сетей устанавливаются с учетом возможной реконструкции и застройки территории исследуемого участка.

В случае утраты стенных марок в ходе строительства они могут быть заменены с установкой новых марок в местах, согласованных с Заказчиком или с проектной организацией (ЗАО «Курортпроект»).

Для наблюдения за стенными деформационными марками создается планово-высотная опорная геодезическая сеть (ОГС), состоящая из четырех планово-высотных исходных пунктов: №№7003, 7004, 7005, 7009. Геодезические работы по определению координат и высот пунктов опорной геодезической сети проводились фирмой-подрядчиком ООО «Геотехпроект». Работы производились с использованием приёмников спутниковой системы NAVSTAR GPS. Измерения выполнялись статическим методом двухчастотным 18-канальным приёмником фирмы Trimble модели 4000SSE, укомплектованным кинематической антенной и 2 приёмниками GPS System GX 1230 фирмы Leica от исходных пунктов Государственной геодезической основы сигнал Ниж. Ромашково 3 кл, Николо-Урюпино 2 кл, Захарково 2 кл и трех базовых станций Глобальной Спутниковой сети ITRF: Gaish- Государственный Астрономический Институт им. Штернберга, ZWE2- Обсерватория Института астрономии РАН и MDVJ - Пункт Глобальной Спутниковой сети ITRF (п. Менделеево, ВНИИФТРИ). Все приборы прошли метрологические поверки в Ростест-Москва. Координаты и отметки пунктов представлены в таблице 2.1.

Опорный знак геодезической сети (ОГС) ? практически неподвижный в горизонтальной плоскости знак, относительно которого определяются сдвиги и крены сооружений.

Для измерений I класса точности в качестве исходных знаков ОГС применяются глубинные реперы (металлические, биметаллические, биструнные), основания которых закрепляются в коренных скальных и других практически несжимаемых грунтах на глубину от 2 до 100 м [2].



Таблица 2.1

Координаты заложенных пунктов

№№ пунктов	Номера знаков	Разряд, класс	Тип закрепления	Координаты	Отметки
				X	Y
1.	7003	1 разряд II класс	Глубинный репер, h = 30 м	16494,369	-7154,620	158,248
2.	7004	1 разряд II класс	Глубинный репер, h = 30 м	16428.210	-7170.876	158.950
3.	7005	1 разряд II класс	Глубинный репер, h = 30 м	16519,332	-7286,496	153,900
4.	7009	1 разряд II класс	Глубинный репер, h = 30 м	16831,291	-7225,194	141,513

На данном объекте используется глубинный металлический, репер, заложенный с помощью бурения (рис. 2.4) до относительной отметки - 30,00 м.

Рис. 2.4 Глубинный репер, заложенный на территории АОЦ

1.крышка колодца; 2.головка репера; 3.труба стальная D = 80 мм, длина 30,00 м; 4. бетон; 5. колодец; 6. труба стальная D = 250 мм; 7. битум; 8. несжимаемые грунты.

Основные конструктивные элементы глубинного репера это реперная труба, реперная головка, защитная труба, колодец с люком и сальник из смолистых веществ.

Реперная труба состоит из стальных газовых или буровых труб диаметром от 70 до 90 мм. Для длительной сохранности трубу заполняют битумом или цементным раствором.

В верхний конец трубы ввинчивается или приваривается реперная головка из бронзы или нержавеющей стали.

Защитная труба предохраняет реперную трубу от возможных смещений, вызываемых сжатием или набуханием окружающего грунта. На защитную трубу надевается крышка.

Колодец предохраняет верхнюю часть репера от смещения вследствие температурных изменений, случайных повреждений или пучения грунтов от промерзания.

Сальник выполняется из стального цилиндра, заполняется тяжёлыми смазочными материалами или битумом и служит препятствием для проникновения ила между трубами.

Рис. 2.5 Кроки пунктов на территории АОЦ



На все заложенные грунтовые пункты и стенные деформационные марки составляются кроки пункта (рис 2.5) - описание местонахождения пунктов, с привязкой к характерным существующим точкам ситуации [3].

3. Обоснование методики измерения, расчет точности

Вертикальные перемещения оснований фундаментов измеряются одним из следующих методов или их комбинацией: геометрическим, тригонометрическим или гидростатическим нивелированием и методами фотограмметрии.

Методы измерения вертикальных перемещений принимаются в зависимости от назначенного класса точности измерений. Так методы геометрического и гидростатического нивелирования применяются для всех классов точности измерений (классы I-IV), но методы тригонометрического нивелирования и фотограмметрии только для II-IV классов точности измерений.

Метод геометрического нивелирования применяется в качестве основного метода измерения вертикальных перемещений. Приведём некоторые технические характеристики геометрического нивелирования при измерениях вертикальных перемещений Ш класса точности [2]:

-- для измерений вертикальных перемещений Ш класса точности должны применяться нивелиры Н - 3 или ему равноточные;

-- рейки применяются односторонние, штриховые с инварной полосой и двумя шкалами, типа РН-05;

-- длина визирного луча не более 50 м соответственно;

-- высота визирного луча над поверхностью земли не должна быть менее 0.5 м;

-- неравенство в расстояниях не должно превышать 2 м, накопление неравенств плеч в секциях - 5,0 м;

-- допускаемая невязка в замкнутом ходе для рассматриваемых классов нивелирования может быть подсчитана по формулам

± 3 мм и ± 5 мм

где L - длина хода в км [4].

Нивелирование I класса точности выполняется способом совмещений двойным горизонтом, замкнутым ходом или в прямом и обратном направлении.

Для II класса точности измерения перемещений геометрическим нивелированием выполняются способом совмещений одним горизонтом, замкнутым ходом. При выборе приборов следует отдавать предпочтение нивелирам с самоустанавливающейся линией визирования, позволяющим производить измерения по штриховым нивелирным рейкам, либо цифровым нивелирам соответствующей точности.

Метод тригонометрического нивелирования применяется при измерениях вертикальных перемещений объектов в условиях резких перепадов высот (глубоких котлованов, больших насыпей, косогоров и т.п.). Измерения выполняются короткими визирными лучами (до 100 м) высокоточными электронными тахеометрами [8].

Поскольку территория строительства не имеет резких перепадов высот, то вертикальные перемещения оснований фундамента АОЦ измеряются методом геометрического нивелирования, при этом используется лазерный нивелир TRIMBLE DINI 22 c 3-х метровыми инварными рейками фирмы NEDO.

Автоматические цифровые нивелиры TRIMBLE DINI предназначены для простой и производительной работы, особенно для создания обоснования или в инженерно-геодезических изысканиях. От обычного нивелирования до высокоточных методик слежения за деформациями - нивелиры TRIMBLE DINI предоставляют возможность осуществлять и записывать точные измерения высот за минимальное время.

Цифровой нивелир TRIMBLE DINI 22 создан для инженеров, использующих и контролирующих высоты. Он является экономичным решением тех задач, которые требовательны к точности. Среднеквадратические отклонения на 1 км двойного хода нивелирования - 1.3 мм со складной рейкой или 0.7 мм с точной инварной рейкой.

Более полный перечень характеристик нивелира TRIMBLE DINI 22 представлен в таблице 3.1.

Инварные рейки Nedo используются с высокоточными нивелирами для выполнения нивелирных работ I - II класса на современных стройплощадках где требуется высокая точность. По своей точности, инварные нивелирные рейки Nedo дают превосходные результаты.

Таблица 3.1

Технические характеристики нивелира TRIMBLE DINI 22

№	Параметр	Технические характеристики
1	Точность (Среднеквадратическое отклонение на 1 км двойного хода) Точная инварная рейка с кодовой разметкой Складная инженерная рейка, с кодовой разметкой	0.3 мм. 1.0мм.
2	Точность, расстояние Точная инварная рейка с кодовой разметкой Складная инженерная рейка, с кодовой разметкой	20 мм. 25 мм.
3	Диапазон измерений Электронные измерения Точная инварная рейка с кодовой разметкой Складная инженерная рейка, с кодовой разметкой	1.5 м - 100 м 1.5 м - 100 м
4	Увеличение зрительной трубы	32 х
5	Компенсатор Диапазон Точность установки	15' 0.2"
6	Дисплей	4 строки по 21 символу, графические возможности
7	Клавиатура	22 клавиши, контекстные функциональные клавиши (меню и диалоги)
8	Запись данных	PCMCIA карта (SRAM) опции для 256 Кб, 512 Кб, 1 Мб, 2 Мб, 4 Мб, 8 Мб
9	Источники питания	Комплект батареи NiMH: 6В, 1.1 Ач перезаряжаемая, время зарядки 1 час
10	Рабочие температуры	-20°С до +50°С
11	Масса инструмента	3.5 кг

Деления выгравированы с высочайшей аккуратностью, интерференционно направленным лазерным пучком, прямо на лакировке. Точность нанесения штрихов составляет менее ± 0,005 мм.

Характеристики инварных реек Nedo:

-- корпус инварной рейки сделан из прочного алюминиевого сплава с анодированной поверхностью;

-- сторона рейки с нанесенным делением лакирована желтым цветом. Оцифровка защищена полиэстеровым покрытием толщиной 0,1 мм;

-- инварная лента находится в пазу реечного профиля и натянута очень слабым пером - этим объясняется сбалансированный коэффициент растяжения реечного профиля;

-- коэффициент растяжения составляет < -- инварные рейки серийно оснащены пузырьковыми уровнями и выдвижными рукоятками;

-- дополнительно возможна комплектация со специальными дорожными футлярами и башмаками.

В качестве геодезической основы при наблюдениях за вертикальными перемещениями сооружений используется группа реперов (рис. 3.2). На рисунке

показана схема организации наблюдений за осадками здания АОЦ, в стены которого закладываются деформационные марки №№314, 401, 501, 605, 607, 701, 709, 804. Реперы геодезической основы №№Гр-7003, Гр-7004, Гр-7005, Гр-7009 размещаются вне зоны распространения давления от контролируемого сооружения и в стороне от подземных коммуникаций, вне пределов влияния осадочных явлений и подземных выработок. На схеме (рис. 3.2) по каждой линии хода геометрического нивелирования выписано количество установок (станций) нивелира[5].

Три репера №№Гр-7003, Гр-7004, Гр-7005 - образуют, так называемый куст из одинаковых по конструкции реперов, расположенных на расстоянии в 30-50 м друг от друга в вершинах треугольника таким образом, чтобы все превышения можно было получить с одной установки нивелира.

Если один из реперов куста изменит свою отметку, то превышения на этот репер изменятся, в то время как превышения между двумя другими останутся неизменными. Положение реперов в кусте можно считать стабильным, если превышения между ними не изменяются более чем на 0,3-0,4 мм.

Наблюдения за деформацией фундамента здания АОЦ в Красногорском районе Московской области, в соответствии с техническим заданием на производство работ, должны производиться два раза в месяц в течение 6 месяцев. Программой производства геодезических работ предусматривается анализ получаемых деформационных характеристик и возможность изменения периодичности в случае появления деформаций, превышающих предельно допустимые.

Методика производства измерений должна выбираться таким образом, чтобы средняя квадратическая ошибка определения высот в слабом месте схемы была не менее чем в 1,4 раза меньше заданной ошибки определения деформационных характеристик.

При отсутствии данных по расчётным величинам деформаций оснований фундаментов класс точности измерений перемещений устанавливается следующим образом:

-- I класс - для уникальных зданий и сооружений, длительное время (более 50 лет) находящихся в эксплуатации, а также для сооружений, возводимых на скальных и полускальных грунтах;

-- II класс - для зданий и сооружений, возводимых на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах;

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

-- IV класс - для земляных сооружений[6].

Поскольку в Техническом задании на производство работ не указан класс точности измерений величин деформации, назначим его ЙЙЙ классом точности, поскольку здание АОЦ возводится на насыпных, просадочных, заторфованных и других сильно сжимаемых грунтах.

Рис 3.2 Схема нивелирования Ш класса

Это, в свою очередь означает, что допустимая или средняя квадратическая ошибка измерения вертикальных перемещений в соответствии с ГОСТ 24846-81 не должна превысить 5 мм [6].

Естественно, точностные требования следует предъявлять к самой слабой точке (марке) нивелирного хода. Удовлетворив эти требования для слабой точки, можно быть спокойным за все остальные. Самой слабой точкой нивелирного хода является - деформационная марка №№804 - наиболее удалённая от исходных реперов, т.е. расположенная в середине замкнутого хода или хода, опирающегося на два репера.

Для нивелирования Ш класса среднеквадратическая ошибка измерения превышений на станции равна 0,92 мм [11]. А ошибка осадки марки в ее слабой точке (т.804 - самая слабая марка в ходе) равна:

, ( 3.2)

где n - общее число станций в ходе. Зная n и m_S, можно найти допустимую ошибку измерения превышения на станции и, иначе говоря, можно установить класс нивелирования, но задавшись классом нивелирования, можно найти ошибку осадки марки:

ms = 0,92 мм = 3,3 мм

где число 13 - количество станций в нивелирном ходе.

Следовательно, для обеспечения точности определения осадок деформационных марок в 5 мм нивелирование должно выполняться по программе III класса.

Показатели в нивелирных ходах должны соответствовать требованиям таблице 3.2. Производиться геометрическое нивелирование для наблюдения за деформацией фундамента здания АОЦ в Красногорском районе Московской области, будет в соответствии с «Инструкцией по нивелированию I, II, III, IV классов».

Таблица 3.2

№/пп	Показатели	III	IV
1.	Длина визирного луча, м	75	100
2.	Неравенство плеч на станции, м, не более	2	5
3.	Высота визирного луча над поверхностью земли, м, не менее	0,3	0,2
4.	Предельная невязка в ходах, мм, при среднем числе станций на 1 км хода: не более 15 более 15	10 мм 2,6 мм	20 мм 5 мм

Примечание: L -- длина хода в км, n -- число штативов в ходе [2].

При этом нивелирование III класса производится в прямом и обратном направлении. Переход от прямого хода к обратному делается только на постоянных знаках. Нормальную длину визирного луча принимается равной 75 м (т.к. в нивелире TRIMBLE DINI 22 увеличение 32х). Неравенство в расстояниях не должно превышать 2 м., а накопление в секциях - 5 м. Поскольку TRIMBLE DINI 22 имеет функцию измерения расстояния с точностью 20 мм. на 100 м., то измерения производятся по нивелиру. Высота визирного луча над почвой не должна быть менее 0.3 м. Наблюдения производятся при благоприятной видимости. При нивелировании прибор должен защищаться от прямых солнечных лучей геодезическим зонтом. Инварные рейки должны устанавливаться строго по круглому уровню на башмаках или прочно забитых в землю костылях. На каждой станции должен производиться контроль наблюдений. Во время проложения хода полученные результаты должны контролироваться по секциям и по ходу.

Горизонтальные перемещения фундаментов зданий и сооружений измеряются одним из следующих методов или их комбинированием:

-- методом створных наблюдений;

-- методом отдельных направлений (горизонтальных углов);

-- координатными методами (триангуляции, полигонометрии, спутниковыми методами и т.п.);

-- фотограмметрическими методами.

Допускается применение методов трилатерации, линейно угловых построений, а также сочетаний перечисленных методов.

Отдельные методы измерений горизонтальных перемещений могут применяться лишь для некоторых классов точности измерений. Так метод фотограмметрии применим только для II-IV классов точности, а метод полигонометрии лишь для III-IV классов точности.

Метод створных наблюдений при измерениях горизонтальных перемещений объектов применяется в случаях значительной вытянутости (прямолинейности) исследуемого объекта или его частей. Обеспечив устойчивость концевых опорных знаков створа (точки А, В, С и D, см. рисунок 3.3), измеряются отклонения Д деформационных марок М1, М2, М3 и т.д. от заданного створа различными способами. Нестворности Д1, Д2 и т.д. измеряются непосредственно. Для этих целей створ ВС задаётся на местности струной или лазерным лучом или визирной осью зрительной трубы тахеометра.

Если створ задаётся лазерным лучом или коллимированным световым потоком, то роль подвижной визирной цели должен осуществлять приёмник света с отсчётным приспособлением.

Если створ задаётся визирной осью зрительной трубы тахеометра, то измерения нестворностей выполняются на подвижные визирные цели при двух кругах теодолита в прямом и обратном направлениях, а число приёмов измерений должно удовлетворять расчётной точности измерений.

Рис 3.3 Метод створных измерений

Визирование на подвижную визирную цель, центрированную на деформационной марке, осуществляется точными и высокоточными теодолитами (тахеометрами), снабжёнными накладными уровнями[5].

Нестворности Д1, Д2 и т.д. вычисляются, если измерены расстояния s до деформационной марки и малые углы в:

. (3.2)

Расстояние s от пункта стояния до деформационной марки измеряется электронными тахеометрами. Число приёмов измерения расстояний и горизонтальных углов рассчитывается исходя из предписанной точности измерения перемещений.

Метод отдельных направлений применяется для измерения горизонтальных перемещений строительных объектов при невозможности закрепить створ или обеспечить устойчивость концевых опорных знаков створа. Для реализации способа за пределами зоны деформаций ряд опорных знаков (Т1, Т2 и т.д.) и неподвижные ориентирные пункты (ОРП) см. рис. 3.4.

Величина горизонтального перемещения Д деформационной марки М определяется с каждого опорного знака по расстоянию S, от опорного знака до марки и по изменению направления в, между ориентирным знаком и деформационной маркой в двух циклах измерений по формуле:

, (3.3)

где с - число секунд в радиане.

Марки выполняются в виде клеющейся светоотражательной плёнки (марки - катафоты), а наблюдения производятся электронным тахеометром. Точность и количество приёмов измерения горизонтальных направлений предварительно рассчитывается исходя из точности определения сдвига сооружения.

Рис 3.4 Метод отдельных направлений

Величину и направление горизонтального перемещения каждой марки можно определять также графически [8].

Координатные методы применяются для измерения горизонтальных перемещений объектов, которые возводятся в пересечённой или горной местности, а также при невозможности обеспечить устойчивость концевых опорных знаков створа. Величина и направление перемещения деформационной марки определяются по изменениям её координат за промежуток времени между циклами наблюдений. Система координат может быть принята условной, а координатные оси развёрнуты перпендикулярно или параллельно осям сооружения.

Линейно-угловые построения для координатных определений могут быть представлены в виде специальных сетей триангуляции и трилатерации, комбинированных сетей, угловых и линейных засечек, ходов полигонометрии, сетей из вытянутых треугольников с измеренными сторонами и высотами. Выбор способа геодезического построения зависит от формы сооружения, требуемой точности и условий измерений, организационных и других факторов.

Во многих случаях применяются комбинированные линейно-угловые построения, сочетающие трилатерацию и триангуляцию. В таких построениях обычно принято измерять все углы и все или часть сторон. Точность измерения угловых и линейных величин определяется на основе расчётов, исходя из требований точности определения величин смещений.

В расчётах используют формулы для оценки точности определения смещений по осям принятой системы координат X и Y.

, (3.4)

где м - средняя квадратическая ошибка веса (обычно ошибка измерения угла или направления); Q_x и Q_y - обратные веса определения координат наблюдаемых точек.

Линейно-угловые построения могут быть одноступенчатыми, когда в единую сеть включают исходные пункты, принимаемые за неподвижные, и деформационные марки на сооружении. При двухступенчатом построении сначала создают опорную сеть, которая может состоять из опорных и вспомогательных знаков. Повторные измерения в такой сети позволяют контролировать устойчивость опорных знаков и определять координаты вспомогательных знаков, относительно которых производят наблюдения за положением деформационных марок на сооружении.

Наблюдения за горизонтальными смещениями фундамента здания АОЦ в Красногорском районе Московской области, производятся с помощью электронного тахеометра TRIMBLE 3305 DR. Для этого на участке изысканий развивается комбинированная линейно-угловая сеть, в которую входят глубинные грунтовые реперы и стенные деформационные марки - катафоты ОР-90 №№314, 401, 501, 605, 607, 701, 709, 804 (рисунок 3.5). Для удобства название плановых деформационных марок совпадает с названием высотных деформационных марок.

Назначим класс точности наблюдения за плановым смещением деформационных марок -- III классом. Поскольку здание возводится на насыпных, просадочных и заторфованных грунтах, то допускаемая погрешность измерения в соответствии с ГОСТ 24846-81 не должна превысить ms 10 мм.

Так как полигонометрический ход замкнутый и опирается на две исходные стороны, то средняя квадратическая ошибка конечной точки будет равна:

(3.5)

где - общая длина сторон хода, n - количество сторон хода, - 5"- для 1 разряда полигонометрического хода, m_d - для тахеометра при расстояниях до 100 м можно принять равным 2 мм, тогда

m_s = 10,2 мм.

Следовательно, средняя квадратическая ошибка точки в середине хода после уравнивания составит ms/2 = 5,1 мм. Так как смещение для средней точки хода определяется как разность координат точки по двум циклам измерений, то средняя квадратическая ошибка смещения в середине хода будет в раз больше:

ms= 5 = 7,0 мм.

Это означает, что в принятой схеме измерений применяя для целей координирования деформационных марок способ полигонометрии 1 разряда, результаты определения горизонтальных смещений марок будут соответствовать точности измерений Ш класса.

Наблюдения за горизонтальными смещениями фундамента здания АОЦ в Красногорском районе Московской области будем вести тахеометром TRIMBLE 3305 DR. Они выполняются по программе развития ОГС 1 разряда. Исходными пунктами для развития триангуляции 1 разряда - пункты триангуляции и полигонометрии 1 разряда.

Тахеометр TRIMBLE 3305 DR выпускается с безотражательным дальномером. Безотражательные дальномеры во многом облегчают работу и позволяют проводить измерения до тех объектов, которые трудно или невозможно снять при использовании обычного дальномера, например, при съёмке воздушных линий электропередач, туннелей, мостов, фасадов зданий, карьеров и дорог. Электронный тахеометр TRIMBLE 3305 DR оснащен лазерным указателем, встроенным в зрительную трубу и спроецированным на центр сетки нитей.

Основные особенности TRIMBLE 3305 DR:

-- имеет развитое программное обеспечение: для топографии, выноса в натуру; приложения для решения задач координатной геометрии;

-- дальномер может работать, как в стандартном режиме при измерении на призму, так и в безотражательном режиме;

-- при включении безотражательного режима работы, включается видимый лазерный указатель; с лазерным указателем нет необходимости смотреть в зрительную трубу для наведения на объект; это свойство особенно удобно, когда производятся измерения в темноте или в туннеле при малой освещенности;

-- безотражательный (DR) режим позволяет проводить измерения до объектов которые могут быть не доступны, например, мосты, профиля туннелей, археологические раскопки, поверхность дорог; даже при сильном потоке транспорта могут быть закоординированы объекты, находящиеся на закрытых территориях или являющиеся опасными для присутствия человека;

-- пользователь получает возможность проводить точные измерения тех объектов, где обычно призму поставить невозможно, например фонарные столбы и углы зданий;

-- электронный тахеометр TRIMBLE 3305 DR прост в использовании: комбинация небольшой клавиатуры, графического экрана и удобного интерфейса пользователя позволяет легко освоить работу с прибором;

-- имеет эффективные функции сбора данных, позволяя измерять и автоматически записывать измерение на точку с сохранением ее номера и кода; инструмент может сохранять до 1900 точек;

-- прибор имеет малый вес и небольшое энергопотребление; одной зарядки аккумулятора хватает более чем на 1000 измерений или 8 часов непрерывной работы; технические характеристики прибора даны в таблице 3.3.

Таблица 3.3

Технические характеристики электронного тахеометра TRIMBLE 3305DR

№	Параметр	Технические характеристики
1	Точность измерения углов	5 секунд
2	Точность измерения расстояния	3 мм +2 мм/км (без отражателя), 2 мм + 2 мм/км по призме (100 м без отражателя, 800 м по рефлекторной марке, 3000 м по одной призме)
3	Увеличение зрительной трубы	26 х
4	Наименьшее расстояние визирования	1.5 м.
5	Компенсатор	Допускаемое СКО установки линии визирования - 1.5 секунд
6	Оптический центрир	2 х
7	Дисплей	4 строки по 21 символу в каждой (128 х 32 пиксела)
8	Клавиатура	7 кнопочная, различные программные клавиши
9	Программы	Большой выбор прикладных программ
10	Запись	Встроенная память на 1900 строк
11	Источник питания	Блок NiCd аккумуляторов 6В/1.3А
12	Диапазон рабочих температур	-20 / +50 °С
13	Вес прибора с аккумулятором и трегером	3.5 кг.

Сплошная сеть триангуляции должна опираться не менее чем на 3 исходных геодезических пункта и не менее чем на 2 выходные стороны. Цепочка треугольников должна опираться на два исходных геодезических пункта и примыкающие к ним 2 выходные стороны.

Триангуляция 1 и 2 разрядов должна удовлетворять основным требованиям, изложенным в таблице 3.4.

Таблица 3.4

Показатели	1 разряд	2 разряд
Длина стороны треугольника не более, км	5,0	3,0
Минимальная допустимая величина угла:
в сплошной сети	20°	20°
связующего в цепочке треугольников	30°	30°
во вставке	30°	20°
Число треугольников между выходными сторонами или между исходным пунктом и выходной стороной не более	10	10
Минимальная длина выходной стороны	1 км	1 км
Предельное значение средней квадратической ошибки угла, вычисленной по невязкам в треугольниках	± 5"	± 10"
Предельная допустимая невязка в треугольнике	± 20"	± 40"
Относительная ошибка выходной (базисной) стороны	1:50000	1:20000
Относительная ошибка определения длины стороны в наиболее слабом месте не более	1:20000	1:10000

Проект триангуляции 1 и 2 разрядов разрабатывается на топографических картах масштабов 1:10000-1:25000.

Проектирование завершается детальной рекогносцировкой, при которой уточняется проект сети и намечаются места установки пунктов.

Углы в триангуляции 1 и 2 разрядов измеряются круговыми приемами теодолитами: Т2, Theo-010, T5 или другими им равноточными инструментами числом приемов и с соблюдением допусков (таблица 3.5)[8].

Таблица 3.5

Показатели	Т2 и Т5 ,Тhео-010 и им равноточные	Т5 и ему равноточные
	1 разряд	2 разряд	1 разряд	2 разряд
Число приемов	3	2	4	3
Замыкание горизонта	8"	8"	0,2'	0,2'
Колебание значения направления, полученного из разных приемов	8"	8"	0,2'	0,2'



Рис 3.5 Схема полигонометрии 1 разряда

Угловые невязки в теодолитных ходах не должны превышать

_, (3.5)

где п - число углов в ходе [7].

Теодолитные ходы должны прокладываться по местности, удобной для линейных измерений. Поворотные точки выбираются так, чтобы обеспечивались удобство постановки инструмента и хороший обзор для ведения съемки. Теодолитные ходы не должны пересекать линии полигонометрии и должны иметь, по возможности вытянутую форму.

Углы в теодолитных ходах измеряются теодолитами точностью не менее 0,5' одним полным приемом с перестановкой лимба между полуприемами на величину 90°. Колебания значений углов, полученных из двух полуприемов, не должны превышать 0,8'. При привязке теодолитных ходов к опорным пунктам измеряются два примычных угла. Сумма измеренных примычных углов не должна отличаться от значения жесткого примычного угла более чем на 1'.

4. Результаты измерений, обработка результатов и оценка точности

Наблюдения за вертикальным смещением фундамента здания АОЦ в Красногорском районе Московской области, в соответствии с техническим заданием производятся два раза в месяц в течение 6 месяцев.

Для этого все высотные измерения производятся в соответствии с инструкцией по программе нивелирования III класса. После того, как с момента закладки глубинных исходных пунктов ОГС прошло время, необходимое для стабилизации планового и высотного положения можно, приступить к мониторингу.

Наблюдения производятся лазерным нивелиром TRIMBLE DINI 22 с использованием 3-х метровых инварных реек. Поскольку нивелир имеет функцию измерения расстояния с точностью до 2 см, что существенно облегчает работу по выбору места стояния, то измерение расстояния производятся по нивелиру. Так как увеличение прибора 32 х, то длина визирного луча должна быть 75 метров, неравенства в расстояниях не более 2 метров, а максимум накопление плеч по секции не более 5 метра.

Рейку при измерении устанавливается строго вертикально по круглому уровню на башмаки или забитые колья. В качестве башмаков используется арматура диаметром 10 мм. Нивелир устанавливается так, чтобы высота визирного луча над поверхностью земли была не менее 0,3 м. Измерения производятся в ясную погоду, при этом нивелир закрывается геодезическим зонтом, что бы свести влияние солнца на прибор к минимуму.

Нивелирование III класса производится в прямом и обратном направлениях «способом совмещения». Поскольку инварные рейки односторонние, то измерения производятся при двух горизонтах прибора, при этом разность не должна быть более 3 см.

На каждой станции выполняется контроль наблюдений.

После выполнения нивелирования по секции сравниваются между собой значения превышения, полученные из прямого и обратного ходов; расхождение между этими значениями не должно превышать 10 мм[2].

При привязке к стенным деформационным маркам вместо подвесной рейки используется обыкновенная проверенная металлическая линейка с миллиметровыми делениями. Расстояние по вертикали от центра отверстия марки до проекции нитей измеряется проверенной стальной рулеткой или линейкой. Прежде чем вычислить превышение на станции, отсчеты в делениях линейки или рулетки переводятся в систему делений на рейке. Проверка линейки и рулетки проводится по делениям на рейке. Наблюдения на станции, выполняемые этими способами, осуществляются дважды; перед повторными наблюдениями высота нивелира изменяется не менее чем на 3 см.

После производства полевых изысканий производится камеральная обработка результатов измерений. Уравнивание нивелирного хода производится в программном комплексе CREDO DAT 3.0 (производство Беларусь). На программный комплекс у ООО «Базис» есть лицензия №3325/6.

После уравнивания нивелирного хода в CREDO DAT 3.0 (таб. 4.1) - определяются отметки деформационных марок. По результатам 12 циклов измерения в течение 6 месяцев определяется величина абсолютной осадки S, которая вычисляется как разность высот точки в нулевом (начальном) цикле наблюдений, Но и текущем Нi:



( 4.1)

где Нi - отметка марки в текущем цикле,

Но - отметка марки в нулевом цикле.

Характеристика нивелирных ходов из CREDO DAT 3.0.

Таблица 4.1

№6192, Административно-общественный центр в Красногорском районе Московской области. Характеристика нивелирных ходов

Ход	Класс	Пункты	Штативы	Длина	N	Fh факт.	Fh доп.
1	2	3	4	5	6	7	8
1	3-класс	Гр-7005, 607,..., Гр-7009	13	605,710	10	0,0011	0,0062
2	3-класс	Гр-7005, Гр-7003,401, ..., Гр-7009	9	405,825	4	-0,004	0,0045

После уравнивания нивелирного хода в программном комплексе CREDO DAT 3.0 (таб.4.1) видно, что фактические невязки не выходят за пределы допустимых невязок нивелирного хода, и он соответствует Ш классу.

мониторинг знак деформация фундамент



Величину планового (горизонтального) смещения фундамента строящегося здания АОЦ в Красногорском районе Московской области, в соответствии с техническим заданием, производится также два раза в месяц в течение 6 месяцев. При этом для каждого цикла производится построение ОГС по программе 1 разряда для полигонометрии от исходных глубинных пунктов основы Гр-7003, Гр-7004, Гр-7005, Гр-7009. При этом измерение углов и длин линий производится с помощью электронного тахеометра TRIMBLE 3305 DR трёхштативной системой, при которой, штатив с прикрученным и отцентрированным отражателем устанавливается на одну станцию, а другой штатив с тахеометром на другую. При этом углы измеряются тремя полными приемами методами измерения круговых приемов или измерения отдельных углов. Значения отдельного направления в приемах должно составлять соответственно: 0?0', 60?0', 120?40'. Длины линий между станциями, измеряются одним приемом в прямом и обратном направлении на неподвижный отражатель, установленный на штативе[5].

Обработка результатов измерения выполняется после каждого цикла наблюдений.

Результаты измерений обрабатываются и уравниваются в программном комплексе CREDO DAT 3.0(таблица 4.2). На основании результатов вычислений...