Предмет геодезии и ее значение

Схему разбивки сетки квадратов и плюсовых точек вычерчивают на бумаге (рис. 78). На схеме стрелками показывают характерные линии рельефа и направления, по которым можно проводить интерполирование горизонталей. Она служит абрисом горизонтальной съемки местности, которая производится одновременно с разбивкой квадратов. Основным способом съемки является способ перпендикуляров; применяют также способ линейных засечек (при малых размерах квадратов).

При съемках слабо выраженного рельефа с высотой сечения h=0,25 м нивелируют точки через 10 - 40 м на местности, а при h=0,5 м - через 50 - 100 м.

При нивелировании квадратов могут встретиться три случая.

1) Стороны квадратов более 100 метров.

2) Стороны квадратов менее 100 метров, рельеф средней сложности.

3) Стороны квадратов менее 100 метров, рельеф спокойный.

В зависимости от этого нивелируют каждый квадрат отдельно, несколько квадратов с одной станции, все квадраты с одной станции.

1 случай: нивелир устанавливают приблизительно в центре квадрата и берут отсчеты в четырех вершинах и плюсовых точках. Форма журнала соответствует схеме сети квадратов. Отсчеты записываются возле каждой вершины или плюсовой точки. Сначала нивелируют ряды квадратов, расположенных по внешней границе участка. Внутренние квадраты нивелируют через один. Контроль: суммы накрест лежащих отсчетов или разность горизонта инструмента соседних квадратов должны быть равны с точностью ±5 мм.

а1+в1=а2+в2 или в1-а1=в2-а2.

2 случай: при нивелировании с одной станции группы квадратов сначала выбирают связующие точки между станциями так, чтобы они образовали замкнутый ход. Отсчеты вначале берут на связующие точки по двум сторонам рейки. Вершины квадратов и плюсовые точки нивелируют как промежуточные по черной (основной) стороне рейки. Запись измерений производится в обычный нивелирный журнал или на схему сети квадратов. На схеме обязательно показывается, какая группа квадратов, с какой станции нивелируется.

Контроль: превышения между связующими точками, определенные по черной и красной стороне рейки, не должны отличаться более чем на ±5 мм.

3 случай: при нивелировании всех квадратов с одной станции нивелир устанавливают приблизительно в середине участка и берут отсчеты на все вершины и плюсовые точки по одной стороне рейки. Вершина, с которой начинают нивелирование, должна быть хорошо закреплена и сохранена до окончания работ.

Контроль: в процессе работ периодически, после нивелирования нескольких точек, берут отсчет на начальную точку. Он должен оставаться постоянным в пределах точности ±5 мм.

После производства нивелирования и привязки сети квадратов к опорной геодезической сети (плановой и высотной) для камеральной обработки поступают два документа: полевая схема разбивки квадратов и съемки ситуации и журнал нивелирования. В камеральных условиях после контроля полевых документов обрабатывают журнал нивелирования. Составляют план местности, вычерчивают ситуацию и рельеф. Оформляют план в соответствии с условными знаками.

12.5 Фототопографические съемки

Основой фототопографических съемок является процесс определения размеров, формы и взаимного положения предметов местности по их фотоизображениям. Специальная дисциплина, изучающая способы измерения фотоизображений, называется фотограмметрией (измерительной фотографией).

В зависимости от места положения фотографирующего устройства различают космическую, воздушную или аэрофотосъемку и наземную или фототеодолитную съемки (рис. 79).

Аэрофототопографическая съемка

Этот вид съемки выполняется путем фотографирования местности с самолета (вертолета и т.д.) специальным фотоаппаратом (см. рис. 80). Прикладная рамка его ограничивает формат аэроснимка, а имеющиеся на ней координатные метки определяют начало и направление координатной системы аэроснимка. Пересечение оптической оси фотокамеры с плоскостью называется главной точкой снимка, которая характеризуется отсутствием искажений в ней и обычно совпадает с началом координат х0=0; у0=0. В случае ровной местности масштаб аэроснимка выражается

1:N=l:z=fк:H =,

где Н - высота фотографирования, ав - расстояние между двумя какими - либо точками на снимке, АВ - расстояние между этими же точками на местности, М - знаменатель масштаба карты (если масштаб снимка определяют по топографической карте). Фотографирование осуществляется при вертикальном положении оптической оси аэрофотоаппарата (±3є). В этом случае получают плановые фотоснимки с постоянным масштабом. В случае отклонения от вертикали и при наличии пересеченной местности масштаб снимка различен в различных его частях (перспективный снимок).

После фотографирования для измерения аэроснимков и дальнейшего их преобразования в план или карту используют два способа: комбинированный (фотограмметрический) и стереофотограмметрический. При первом способе контуры на плане получают по аэроснимкам, а рельеф снимают в поле способом мензульной съемки.

Стереофотограмметрический метод основан на измерении пары снимков, взаимно перекрывающихся и полученных с конечных точек некоторого базиса В (см. рис. 81). Базисом воздушного фотографирования называется расстояние, пролетаемое самолетом между двумя экспозициями аэрофотоаппарата (расстояние, пролетаемое между двумя фотографированиями). Его можно вычислить по следующей формуле:

В=N·в,

где N - знаменатель масштаба снимка, в - расстояние в мм между главными точками двух снимков.

Самолет выполняет параллельные залеты. При этом пара соседних снимков имеет продольное и поперечное перекрытие. Продольное перекрытие снимков - общая часть фотографируемой местности на предыдущем и последующем снимках (см. рис. 82). Вычисляют продольное перекрытие по следующей формуле:

Р=%..,

где ?п - общая перекрывающаяся часть снимков, ? - длина стороны снимка. Величина его не должна быть менее 60% - в этом случае снимки образуют стереопару, по которой в дальнейшем получают план или карту местности. Совместное измерение пары снимков позволяет получать пространственное расположение точек рельефа или объекта. Стереофотограмметрический метод съемки включает три этапа.

1. Летно-съемочные и фотолабораторные работы.

2. Полевые геодезические работы.

3. Камеральные работы.

Ввиду того, что для стереофототопографического способа обработки снимков необходимы два соседних снимка с общей снятой площадью, то в процессе аэросъемки во время движения самолета по прямому направлению (по маршруту) фотографирование местности происходит через определенные интервалы (интервалометр), обеспечивающие перекрытие снимков не менее 60% в направлении (вдоль) маршрута (рис. 82). Это перекрытие называется продольным. Если съемка не маршрутная, а площадная, то предусматривается перекрытие соседних маршрутов не менее 30%, которое называется поперечным.

Полевые работы кроме летно-съемочных работ включают также дешифрирование и привязку отпечатанных снимков.

Дешифрирование снимков имеет целью расшифровать ситуацию, то есть распознать изображенные на снимках предметы и контуры местности, и может быть камеральным и полевым. Камеральное дешифрирование выполняют при помощи специальных приборов: стереоскопов и стереокомпараторов, которые позволяют получить стереоскопическое (объемное) изображение снятой местности.

Привязка снимков служит для определения положения их относительно общегосударственной системы координат и заключается в определении координат точек, хорошо видимых на снимках и на самой местности. Привязка может быть выполнена проложением теодолитных ходов, аналитических сетей или в камеральных условиях методом фототриангуляции и фотополигонометрии.

Камеральные работы при аэрофотосъемке, кроме фотолабораторных работ, включают трансформирование и стереофотограмметрическую обработку снимков.

Трансформирование - это преобразование полученных аэроснимков к заданному масштабу, постоянному по всей поверхности снимка. Оно производится по полученным после привязки снимков опорным точкам сгущения плановой основы (не менее 4-х на снимок) и выполняется на фототрансформаторах. Для трансформирования негатив помещают в кассету ФТ, на экране укрепляют чертеж с изображением в заданном масштабе опорных точек плановой геодезической основы, экран смещают и поворачивают так, одноименные опорные точки на чертеже и спроектированные с негатива совпали, заменяют чертеж фотобумагой, экспонируют ее, проявляют, фиксируют и получают плановый снимок в ортогональной проекции. Из таких снимков можно монтировать фотоплан (накидной монтаж).

Стереофотограмметрическую обработку аэроснимков можно выполнить двумя способами - универсальным и дифференциальным.

При универсальном методе по двум аэроснимкам, составляющим стереопару, на специальных стереофотограмметрических приборах (стереопроектор Романовского и стереограф Дробышева) создается пространственная геометрическая модель местности. Наблюдатель, воспринимающий эту модель объемно, может осуществить визирование на любую точку ее поверхности и отсчитать или зафиксировать все пространственные координаты точки х, у, z.

В результате обработки аэроснимков универсальным методом непосредственно получают графический план местности с контурами и рельефом.

При дифференциальном методе процесс создания плана делится на два основных этапа.

Первый этап - определение превышений точек аэроснимков или изображение на них рельефа горизонталями. Второй этап - получение контурной части карты в виде фотоплана или графического плана.

К основным приборам дифференциального метода, помимо трансформатора, относятся стереокомпаратор и топографический стереометр.

Стереокомпаратор служит для измерения прямоугольных координат точек по аэроснимкам.

Топографический стереометр Дробышева СТД-2 предназначен для рисовки рельефа по нетрансформированным аэроснимкам.



13. Элементы теории ошибок измерений

13.1 Классификация и свойства ошибок геодезических измерений

Восприятие органами чувств явлений окружающего мира происходит у человека неполно и неточно (расстояние и вес "на глаз"). Поэтому для уточнения и расширения представлений о мире он использует различные инструменты и приборы (определение формы и размеров Земли - космические аппараты, измерение углов - теодолит, расстояний - дальномер и т.д.). Но и такие измерения не идеальны. Поэтому истинное значение измеренных величин, за редким исключением, нам неизвестно, хотя к нему мы все время приближаемся по мере совершенствования приборов и навыков. Определением величины ошибок и их свойств занимается специальная дисциплина "Теория ошибок геодезических измерений".

В практике различают 3 вида ошибок:

а) грубые - получаются в результате грубых просчетов и неисправности приборов (просчет количества лент в длине линии, ошибка в отсчете десятков градусов на лимбе или числа дециметров на рейке). Они могут быть обнаружены и исключены путем повторного измерения величины.

б) систематические - проявляются регулярно, обязательно в каждом измерении и обязательно одинаковы по модулю и знаку, действуют по одному принципу. Они вызваны в основном плохой юстировкой или неисправностью инструментов и приборов (20-ти метровая лента короче на 1см, коллимационная ошибка в теодолите, угол i (величина х) в нивелире и др.). Исключаются из результатов измерений введением поправок и специальной методикой измерений (углы в при КП и КЛ, при нивелировании плечи делают равными, в длины линий вводят поправки за компарирование).

в) случайные - являются следствием несовершенства органов чувств человека и недостаточной точности применяемых инструментов и приборов. Они не могут быть исключены из результатов измерений, но их влияние может быть ослаблено на основе изучения их свойств.

Если Х - истинное значение измеряемой величины, ? - измеренное значение, то случайная ошибка ? выражается формулой

?=?-Х.

Если одна и та же величина измерена несколько раз, то и количество ошибок будет большим. Получается ряд ошибок. Если измерения производятся приборами одинаковой точности, наблюдателями одинаковой квалификации, в одинаковых окружающих условиях, то они называются равноточными. При нарушении указанных условий измерения называются неравноточными.

В основу изучения случайных ошибок положено 4 их свойства, выведенных из изучения рядов ошибок равноточных измерений.

1) При данных условиях измерений случайные ошибки не могут превосходить по абсолютной величине известного предела (свойство ограниченности).

2) Одинаковые по абсолютной величине положительные и отрицательные случайные ошибки равно возможны, одинаково часто встречаются в ряду измерений.

3) Чем больше абсолютная величина случайной ошибки, тем реже такая ошибка встречается в ряду измерений.

4) Среднее арифметическое из случайных ошибок равноточных измерений одной и той же величины имеет тенденцию стремиться к 0 при неограниченном возрастании числа измерений (свойство компенсации). Математически это записывается так

; - знак гауссовой суммы

n> ?

Если соблюдены все четыре свойства в ряде ошибок, то говорят о "нормальном распределении".

5) Если

?1 ?n - 1-й ряд измерений

?1' ?n' - 2-ой ряд измерений,

то 4-ое свойство распространяется и на сумму попарных произведений, то есть

.

n> ?

Средняя квадратическая, предельная и относительная ошибки

Для суждения о степени точности ряда измерений нужно иметь среднее значение ошибки. Среднее арифметическое из измерений нельзя брать, так как из-за разных знаков ряд с отдельными крупными ошибками может оказаться точнее ряда с меньшими ошибками:

25,5; 24,5; 25,0 - mср.=0 Х=25м

25,04; 24,97; 25,04 - mср.=0,02 м

Если взять ошибки по абсолютной величине, то два ряда измерений с одинаковыми по абсолютной величине средними ошибками могут быть ошибочно приняты равноточными и наличие крупных ошибок не будет отражено:

Поэтому в качестве критерия для оценки точности ряда измерений используют не зависящую от знаков отдельных ошибок и рельефно показывающую наличие крупных ошибок среднюю квадратическую ошибку. Квадрат этой ошибки принимают равным среднему арифметическому из квадратов отдельных случайных ошибок, то есть

-

формула Гаусса, где Д - истинная ошибка измерения.

По теории вероятностей подсчитано, что при большом количестве измерений случайная ошибка одного измерения превосходит m

?>1m - в 32 случаях из 100 измерений

?>2m - в 5 случаях из 100 измерений

?>3m - в 3 случаях из 1000 измерений.

Поэтому утроенную среднюю квадратическую ошибку считают предельной

?lim=3m.

Часто точность произведенных измерений лучше оценивается относительной ошибкой, то есть отношением абсолютной ошибки к измеряемой величине, выражаемой правильной дробью с числителем, равным 1. Эта ошибка характеризует в основном линейные измерения и измерения площади участков. Например, в замкнутом полигоне теодолитного хода линейные измерения оцениваются относительной ошибкой

; где -

абсолютная ошибка, Р - периметр полигона.

Средняя квадратическая ошибка функции измеренных величин

а) Функция общего вида

.

Пусть аргументы измерены с ошибками ?x1, ?x2,…; ?y1, ?y2,…; ?w1, ?w2…

Тогда

Так как ошибки ?x, ?y, ?w малы, то функцию можно разложить в ряд Тейлора, ограничившись членами первой степени:

Отсюда составим систему уравнений случайных ошибок:

Но

?x, ?y…имеют бесконечное число измерений каждая и характеризуются средними квадратическими ошибками. Поэтому можно составить бесконечное число уравнений, аналогичных выше приведенному:

Возведем равенства в квадрат, сложим и разделим на n.

0 n>?

Отсюда

>

Квадрат средней квадратической ошибки функции общего вида равен сумме квадратов произведений частных производных по каждому аргументу на средние квадратические ошибки соответствующих аргументов.

б) Функция вида

z=x+y (суммы ) mz=?

Дано: х - измерено несколько раз с ошибками ?х1; ?х2,… ?хn

у - измерено несколько раз с ошибками ?у1, ?у2,… ?уn

z - будет вычислено несколько раз с ошибками ?z1, ?z2,… ?zn.

;

Эта же формула справедлива для функции вида z=x-y, так как после выше приведенных рассуждений перед последним членом будет знак (-). Но он все равно стремится к нулю.

Поэтому можно сделать вывод, что квадрат средней квадратической ошибки алгебраической суммы двух аргументов равен сумме квадратов средних квадратических ошибок слагаемых.

Если

mх=mу=m, то mz=±.

Пусть

, перепишем

. Тогда можно записать:

, но , поэтому

.

Если , то при n слагаемых

,

то есть квадрат средней квадратической ошибки суммы аргументов равен сумме квадратов средних квадратических ошибок слагаемых.

Средняя квадратическая ошибка алгебраической суммы измеренных с одинаковой точностью величин в раз больше средней квадратической ошибки одного слагаемого.

в) Функция вида (произведения).

k - постоянное число безошибочное.

х - измерено несколько раз с ошибками ?х1, ?х2,… ?хn.

z - будет вычислено несколько раз с ошибками ?z1, ?z2,…, ?zn.

отсюда

или ,

то есть средняя квадратическая ошибка произведения постоянного числа на аргумент равна произведению постоянного числа на среднюю квадратическую ошибку аргумента (измеряемой величины).

Арифметическая середина и ее свойства

Пусть ?1, ?2,… ?n - ряд измерений некоторой величины Х. За наилучшее приближение к значению неизвестной величины принимают арифметическую середину ?0, то есть среднее арифметическое значение:

Арифметическая середина обладает рядом свойств, из которых можно выделить следующие:

1-е свойство: при неограниченном увеличении числа измерений n арифметическая середина ?0 стремится к истинному значению Х, то есть является наиболее вероятнейшим значением измеряемой величины.

+ просуммируем уравнения и разделим на n

..................

¦ 0=?0-Х.

v

0



по свойству компенсации

Поэтому

,

2-е свойство: сумма отклонений дi измеренных значений ?i от арифметической середины ?0 тождественно равна нулю.

+ Это вероятнейшие случайные ошибки.

но поэтому

3-е свойство: средняя квадратическая ошибка М арифметической середины в раз меньше средней квадратической ошибки результата отдельного измерения m.

Рассматривая эту формулу как функцию общего вида, найдем:

Так как измерения равноточные и

то



13.2 Оценка точности ряда измерений по вероятнейшим ошибкам

Истинные случайные ошибки ? обычно остаются неизвестны. Поэтому для оценки точности используют вероятнейшие ошибки, то есть отклонения отдельных результатов измерений от арифметической середины.

Составим уравнения истинных и вероятнейших случайных ошибок:

Ур-я ист. сл. ош. Ур-я вероятн. сл. ош.

- , где

И ?i - измеренные значения; ? - истинное значение измеренной величины; ?0 - арифметическая середина.

Из первой системы вычтем вторую:

- представляет собой слу-

чайную ошибку арифметической середины.

Перепишем равенства:

2

+ Возведем равенства в квадрат и сложим их:

||

0 по второму свойству арифметической середины.

Разделив на n полученное равенство, имеем

Учтем, что

Тогда



14. Задачи инженерной геодезии в строительстве. Специальная часть

Геодезические работы в строительстве регламентируются следующими основными документами:

1. СНиП 3.01.03-84 Правила производства и приемки работ. Геодезические работы в строительстве. В этом нормативном документе содержатся требования к геодезической разбивочной основе, разбивочным работам, контролю точности выполнения строительно-монтажных работ и определяются условия обеспечения точности геодезических измерений.

2. СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства.

3. СП 11-104-97 Инженерно-геодезические изыскания для строительства.

В них содержатся сведения о требованиях, предъявляемых к инженерно-геодезическим изысканиям: плотность пунктов геодезической основы, методы ее создания, требования к точности измерений и т.д.

Кроме того, в практике производства геодезических работ в строительстве используются нормативные документы, ГОСТы, связанные с применением геодезических приборов, терминологии, технологией измерений.

Промышленное и жилищное строительство, реконструкция и благоустройство промышленных предприятий и населенных мест осуществляется по следующим стадиям.

1. Изыскания.

2. Проектирование

3. Строительство.

4. Эксплуатация сооружения.

На стадии изысканий геодезические работы заключаются в получении планов или карт территории строительства путем топографических съемок местности различными способами. Задача - дать качественную топографическую основу для проектирования строительства.

Геодезическими работами на стадии проектирования являются: вертикальная планировка территории горизонтальной или вертикальной плоскостями под строительство какого - либо сооружения, построение продольного профиля трассы и поперечных профилей при проектировании сооружений линейного типа, подготовка разбивочных данных для выноса проекта сооружения на местность и т.д. Все материалы проекта планировки оформляются графически на топографической основе в масштабах 1:5000 - 1:10000. К проекту прилагается пояснительная записка.

При строительстве крупных и сложных объектов составляются генеральные планы на каждый отдельный элемент: генеральный план благоустройства, генеральный план подземных сооружений и т.д. Генеральным планом строительного объекта называют основной чертеж (масштаб 1:500, 1: 2000), представляющий собой изображение на бумаге границ объекта, всех зданий, подземных, наземных и воздушных сооружений и устройств, составляющих комплекс проектируемого объекта, проектируемого озеленения и сохраняющейся существующей растительности, проектируемого вновь и сохраняющегося естественного рельефа. Он является неотъемлемой частью стадий проектирования и строительства, отражает сущность проекта и является основой для воплощения последнего в натуре.

При составлении генеральных планов производится увязка существующих и проектируемых объектов в смысле их правильного размещения друг относительно друга в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Все работы, связанные с выявлением наиболее рационального расположения проектируемых объектов, их взаимной ориентировкой в горизонтальной плоскости, отвода под застройку участка определенных размеров, называют горизонтальной планировкой. В отличие от нее вертикальная планировка есть размещение элементов строительного объекта по высоте. Горизонтальная планировка всегда предшествует вертикальной, но неразрывно связана с ней. Расчет горизонтальной планировки может вестись либо графоаналитическим способом (при отсутствии существующих капитальных сооружений), либо аналитическим. В последнем случае относительно зданий и сооружений, положение которых в процессе планировки площадки не изменяется, аналитически рассчитывается положение красных линий. Красной линией застройки называется граница между улицей и кварталом. Параллельно красной линии на расстоянии 6 метров - для магистральных улиц и 3 метра для жилых улиц, располагается линия регулирования застройки, за пределы которой не должны выступать здания и сооружения. Промежуток между красной линией и линией регулирования застройки используется для озеленения и прокладки подземных инженерных сетей. В стесненных условиях эти линии совмещают.

В натуре красные линии закрепляются знаками, на которые передаются координаты и абсолютная отметка. В последствии эти знаки используются для выноса сооружения в натуру

Все здания и сооружения на генеральном плане, а затем и в натуре, задаются характерными линиями, называемыми осями. Различают три вида осей: главные, основные и дополнительные (см. рис. 83).

Главные оси - это взаимно перпендикулярные прямые линии, относительно которых здание или сооружение располагается в основном симметрично. Основные оси - это прямые линии, образующие внешний контур здания или сооружения в плане. Это самый распространенный в строительстве вид осей. Взаимное расположение главных и основных осей должно быть определено с высокой точностью, так как они служат основой детальной разбивки всего сооружения. Дополнительные оси - это прямые линии, образующие очертания частей и элементов зданий и сооружений, оси фундаментов технологического оборудования и др.

При выносе осей в натуру соблюдается основной принцип геодезических работ - переход от общего к частному. Разбиваются сначала главные и основные оси, затем дополнительные, и только потом разбиваются запроектированное здание или сооружение.

Подготовка разбивочных данных для выноса проекта сооружения в натуру может быть выполнена одним из трех способов: аналитическим, графическим и графо-аналитическим. Рассмотрим графо-аналитический способ.

Пусть требуется подготовить разбивочные данные для выноса в натуру точки А проектного сооружения (рис. 84). Вначале определяют графически на генеральном плане координаты точки А с учетом деформации бумаги.

Фрагмент генерального плана

Измеряют в сантиметрах расстояния а, в, с, е - от точки до линий сетки, затем выражают их в метрах в масштабе плана и подставляют в формулы.

ХА=хi +а;

УА=уi+.

Координаты двух пунктов М и N строительной сетки берут в качестве исходных, и решают обратные геодезические задачи для направлений МА, NА, МN. В результате решения получают длины (горизонтальные проложения этих направлений) и их дирекционные углы - б.. Затем по разностям дирекционных углов вычисляют разбивочные углы вМ и вN.

вМ= бМN- бМА;

вN= бNА- бNМ.

Составляют разбивочный чертеж в масштабе плана. На нем подписывают все значения линейных и угловых разбивочных данных для вынесения проекта на местность разными способами - прямоугольных координат, линейных и угловых засечек, полярных координат.

Подготовка разбивочных данных аналитическим способом аналогична предыдущему, отличается тем, что все исходные данные (в том числе проектные координаты) имеются в проекте. При подготовке графическим способом все разбивочные данные получают графически с плана. Погрешность линейных измерений составляет при этом 0,2 мм в масштабе плана, а угловых 20'.

Стадия строительства включает:

· Подготовительный период - геодезические работы обеспечивают правильное расположение на территории строительства мест складирования стройматериалов и элементов конструкций, временных сетей водопровода, освещения и т.д.

· Начальный период (нулевой цикл) - заключается в перенесении осей сооружения в натуру, контроль за возведением подземной части.

· Период строительства - контроль за соблюдением геометрических форм сооружения, предусмотренных проектом.

· Завершающий период - исполнительные съемки.

Геодезические работы начинают с выноса проекта сооружения в натуру, то есть на местность. Такие работы называют разбивочными.

14.1 Способы перенесения проектных углов, точек, линий и плоскостей с плана на местность

Всякое строящееся здание или сооружение характеризуется определенными углами, точками, линиями и плоскостями, которые должны занимать в пространстве строго определенное положение. Определить положение этих элементов можно иногда путем обозначения их на местности. Поэтому знание способов переноса проектных элементов в натуру весьма важно.

Построение на местности угла заданной величины

Построение угла заданной величины производится относительно линии между пунктами геодезической сети (строительной сетки) или съемочного обоснования, например А и В на рисунке 85. В практике встречаются два случая: когда точность построения угла не превышает точности отсчетного устройства угломерного прибора и когда требуется построить на местности угол с точностью, превышающей точность отсчитывания.

В первом случае работы производятся в следующем порядке:

1. Устанавливают теодолит над точкой, которая является вершиной угла, и приводят его в рабочее положение.

2. При закрепленном лимбе горизонтального круга вращением алидады наводят зрительную трубу теодолита на вторую исходную точку (В) (при построении угла против часовой стрелки) или на точку (А) (при построении против часовой стрелки). Берут отсчет по лимбу горизонтального круга.

3. Вычисляют отсчет: складывают взятый отсчет со значением проектного угла, если угол строят по ходу часовой стрелки; вычитают проектный угол из взятого отсчета, если строят последний против хода часовой стрелки.

4. Устанавливают вычисленный отсчет на лимбе горизонтального круга вначале при одном положении вертикального круга, затем при другом, каждый раз фиксируют шпилькой или колышком на земле перекрестие сетки нитей СКЛ и СКП.

5. Окончательное направление закрепляют колышком, забивая его посередине между двумя полученными точками.

6. Измеряют построенный угол, чтобы убедиться в правильности построения.

Если на местности необходимо построить угол с повышенной точностью (рис. 86), то поступают следующим образом.

1. При любом положении зрительной трубы откладывают проектный угол одним полуприемом и закрепляют точку С'. Полученный угол в' не точен, так как при его построении неучтена коллимационная ошибка и точность его построения соответствует точности отсчетного устройства применяемого теодолита.

2. Полученный угол ВАС' измеряют с повышенной (заданной) точностью несколькими приемами. Число приемов n рассчитывается, исходя из требуемой точности построения угла в и точности отсчитывания t угломерного прибора. Если принять среднюю квадратическую ошибку измерения угла одним полным приемом равной t, то средняя квадратическая ошибка угла, измеренного n приемами, будет

М=± откуда n=.

3. Находят разность

?в=в'-впр.

между n раз измеренным и проектным углами.

4. Вычисляют величину смещения

С'С=АС'·Дв.

Построение проектного угла с повышенной точностью

5. На перпендикуляре к АС' откладывают вычисленный отрезок СС' и получают искомую точку С, а следовательно и угол, с требуемой точностью.

6. Построенный угол измеряют для контроля построения.

Для повышения точности построения углов в любом случае необходимо стремиться выбирать, возможно, более длинные расстояния АВ и АС, а визирование осуществлять на шпильки или гвозди, вбиваемые в колышки.

Перенесение в натуру линии заданной длины

На топографических планах все линии представляют собой проекцию на горизонтальную плоскость. Следовательно, любая проектная длина на генеральном плане выражается ее горизонтальным проложением. Местность, на которую переносят линию проектной длины, в подавляющем большинстве случаев наклонна. Кроме того, на точность работ влияют погрешности мерного прибора и условия измерений. Поэтому перенос линий заданной длины в натуру осуществляется с учетом указанных факторов.

От начальной точки А (см. рис. 87) в направлении точки В откладывают компарированной лентой или рулеткой проектное расстояние и отмечают его точкой В'. После этого измеряют температуру воздуха, угол наклона линии АВ' или превышение между точками А и В' и вычисляют поправки в длину.

Поправка за компарирование Под компарированием понимают сравнение мерного прибора (ленты, рулетки), которым производят измерение в настоящий момент, с эталоном. вычисляется по формуле

ДК=nдК,

n-число лент, уложенных в данной длине,

дК - поправка за компарирование в одну ленту, то есть разница между длиной ленты и эталоном.

Обычно для каждого мерного прибора записывают его уравнение. Например, для двадцатиметровой ленты (20-0,006) м поправка будет дК=-0,006 м. Если лента короче эталона, то поправка вводится со знаком "минус", если длиннее - со знаком "плюс". При ДК ?3 мм, она не вводится.

Поправка за температуру вводится в том случае, если температура воздуха во время измерений отличается более чем на 8є от температуры, при которой производилось компарирование. Вычисляется она по формуле

Дt=б•d •(tвозд.-tкомп.),

где б - коэффициент линейного расширения материала, из которого сделан мерный прибор.

Поправку за наклон местности целесообразно вводить при углах наклона ее больших 2є. Если измерен угол наклона линии АВ', то поправку вычисляют по формуле:

Дн=D-Dcosн=2Dsin2.

Если измерено превышение h между точками А и В', то применяют формулы

Дн= для h?1,5 м

Дн= для h>1,5 м.

В обоих случаях принимают D?d. Поправка за наклон вводится последней и всегда со знаком "плюс", так как наклонная длина всегда больше всего горизонтального проложения.

Таким образом, с учетом всех поправок на местности будет отложена линия длиной (см. рис. 87)



D=d±ДК±Дt+Дн,

горизонтальное проложение которой будет равно проектной длине d, полученной по генеральному плану.

D=?(ДК+Дt+Дн)

Схема перенесения в натуру линии заданной длины

Перенесение в натуру проектных точек в плане

Для решения этой задачи существует несколько способов, применяемых в зависимости от требуемой точности и местных условий.

Способ перпендикуляров относительно сторон строительной сетки Более детально вопрос о строительной сетке рассмотрен в следующем разделе. основан на том, что имея координаты проектной точки (например, А или В на рис. 88) в системе строительной сетки, вычисляют, а затем откладывают на местности отрезки ДхА, ДуА или ДхВ, ДуВ, получая тем самым положение проектных точек А или В (рис. 89). При выносе проектных длин отрезков учитываются все поправки, рассмотренные выше.

При значительном удалении проектных точек от точек геодезической опоры или строительной сетки применяется способ угловых засечек. Для этого на плане и на местности необходимо иметь как минимум две опорные точки, с которых известны направления на определяемую точку. На рисунке видно, что для получения проектной точки С в натуре использованы горизонтальные углы в1 и в2 соответственно при опорных точках А и В. Порядок построения этих углов уже был рассмотрен. Положение искомой точки получают в пересечении бечевок или тросиков,

протянутых по направлениям, полученным в результате откладывания углов. Для повышения точности разбивки необходимо определять положение точки тремя и более засечками.

Способ прямоугольных координат (перпендикуляров)

Способы разбивки проектных точек в плане

Способ линейных засечек применяется при коротких расстояниях, не превышающих длину мерного прибора, между проектными и опорными точками. В этом случае два исполнителя удерживают концы двух лент или рулеток нулевыми делениями над точками А и В, а третий, отложив на одной ленте проектный отрезок а, на другой в, соединяет концы этих отрезков вместе, хорошо натягивает ленты и отмечает на местности искомую точку С. Для повышения точности используют линейную засечку с трех и более опорных пунктов.

Полярный способ (см. рис. 89) выноса точек в натуру является наиболее маневренным и потому наиболее используемым.

Проектная точка получается на местности после построения горизонтального угла в относительно известной линии АВ и откладывания проектной длины а вдоль полученного направления.

В случае большой застроенности участка и невозможности использования геодезической опоры применяют способ перпендикуляров от постоянных предметов и капитальных сооружений на местности, имеющихся также на генеральном плане (см. рис. 90). Этот способ отличается простотой и быстротой, но недостаточно точен.

Применение способа перпендикуляров на застроенной территории

14.2 Вынесение на местность проектных точек, линий и плоскостей по высоте

Перенесение на местность точек с заданной отметкой

См. раздел 14.4.6 Вынос нулевого горизонта.

Разбивка в натуре линии заданного уклона

Эту задачу можно решить при помощи нивелира. Рассмотрим два способа: разбивка горизонтальным и наклонным лучом визирования.

В случае с горизонтальным лучом визирования (рис. 91) производят отсчет а0 по рейке, установленной в начальной точке прямой, вынесенной в натуру описанным выше способом. По величине проектного (заданного) уклона iпр., расстояниям d1 и d2…от промежуточных точек до начальной и по начальному отсчету вычисляют отсчеты, которые должны быть установлены на рейке:

а1=а0+id1

а2=а0+id2

………...

Закрепив промежуточные точки высокими колышками, забивают их до тех пор, пока в зрительную трубу нивелира не увидим отсчеты а1, а2…по рейке на соответствующих точках. Линия, проходящая по верху колышков, будет иметь заданный уклон.

Если на местности вынесены начальная и конечная точки линии с заданным уклоном, то для получения промежуточных точек можно использовать наклонный луч визирования (рис. 92). Нивелир устанавливают посередине между точками А и В таким образом, чтобы направление его двух подъемных винтов было параллельно линии АВ. Приводят визирную ось зрительной трубы в

а3 iпр.

а0 а1 а2

В

А

Рис. 91. Разбивка горизонтальным лучом визирования



строго горизонтальное положение, а затем подъемными винтами, направленными вдоль линии АВ, наклоняют трубу до тех пор, пока отсчеты по рейкам в точках А и В станут равными. В этом положении визирный луч параллелен проектной линии, имеющей заданный уклон. После этого забивают промежуточные колышки, отсчеты на которых должны быть равны отсчетам в точках А и В.

Эту же задачу можно решить с помощью визирок, если требования к точности невысоки. В точках А и В закрепляют постоянные визирки одинаковой (проектной) высоты, а на промежуточные колышки устанавливают ходовую визирку такой же высоты и забивают колышки до положения, когда прорезь ходовой визирки окажется на линии, соединяющей прорези постоянных визирок, то есть на визирной линии.

iпр.

а0 iпр.

а0 а0

а0

В

А

Рис. 92. Разбивка наклонным лучом визирования

Если в натуре задается линия определенного уклона, для последующей отрывки траншей, каналов, кюветов с помощью землеройных машин, то задачу соблюдения проектного уклона дна можно автоматизировать. Например, используя лазерные приборы или электронно-оптический прибор управления лучом ПУЛ-3 (см. раздел 9.2). Этот прибор включает в себя два блока: передающий и приемный.

Передающий блок устанавливают в центре строительной площадки над точкой с известной высотой, а приемный - на рабочем органе землеройной машины (например, на ковше экскаватора).

Исследования показали, что применение этих приборов повышает производительность землеройных машин на 20-70%, сокращает в 2-3 раза нивелирные работы и обеспечивает точность соблюдения проектного уклона ±5 см на расстоянии до 800 метров.

Построение на местности горизонтальной и наклонной плоскости

Участок местности, подлежащий планировке, разбивают на квадраты со сторонами 10-20 м и вершины закрепляют колышками (рис. 93). Для построения горизонтальной плоскости выносят на местность одну точку с проектной отметкой, равной отметке плоскости. Затем устанавливают нивелир в середине участка (два подъемных винта по направлению одной диагонали участка, один - по другой) и горизонтальным лучом визируют на рейку, устанавливаемую поочередно в каждую вершину квадратов, и добиваются, чтобы отсчеты по ней были равны отсчету на исходной вынесенной точке. Если в камеральных условиях были вычислены рабочие отметки вершин квадратов, то построение проектной плоскости сводится к записи на каждом колышке соответствующей рабочей отметки.

Плоскость заданного уклона можно построить путем разбивки в натуре нескольких параллельных линий (профилей) с уклоном, равным заданному уклону плоскости. При этом каждая линия разбивается описанным выше способом. Начальные точки профилей должны быть заданы на генеральном плане.

Задать в натуре наклонную плоскость можно и с помощью наклонного луча визирования. В этом случае по проекту вертикальной планировки (см. РГР №3) определяют направление линии АВ с нулевым уклоном и переносят это направление на местность. Затем из любой точки С на прямой АВ восстанавливают перпендикуляр СД и устанавливают точку Д на такой отметке, чтобы уклон линии СД был равен проектному. В точке С устанавливают нивелир и вращением подъемного винта наклоняют зрительную трубу до тех пор, пока отсчет по установленной в точке Д рейке не станет равным высоте инструмента. В этом положении визирный луч будет параллелен линии СД и иметь проектный уклон. Отсчеты по рейке, установленной на забитые под проектную отметку колышки, во всех точках запроектированной наклонной плоскости будут одинаковыми и равными высоте инструмента. Количество вынесенных в натуру проектных точек может быть произвольным.

Следует отметить, что работы, связанные с получением на местности точек, углов и линий в горизонтальной плоскости, называют работами по переносу в натуру проекта горизонтальной планировки. Все необходимые данные для расчетов и выноса берут с генерального плана.

1 2 3 4 5

а1 а1 а1 а1 а1

6 7 8 9 10

а1 а1 а1 а1 а1

3

11 12 1 13 14 15

а1 а1 а1 а1 а1

2

16 17 18 19 20

а1 а1 а1 а1 а1

21 22 23 24 25

а1 а1 а1 а1 а1

Рис. 93. Построение на местности горизонтальной плоскости



Работы, связанные с заданием на местности проектных точек, линий и плоскостей по высоте, называют выносом в натуру проекта вертикальной планировки. Необходимые данные получают с генерального плана и с проекта вертикальной планировки.

14.3 Развитие плановой и высотной геодезической основы на строительной площадке

В предыдущих разделах уже отмечалось, что плановым обоснованием геодезических съемок, по результатам которых составляют топографическую основу для генеральных планов в масштабах 1:500-1:5000, служат пункты триангуляции, полигонометрии и трилатерации. Высотным обоснованием служат марки и реперы нивелирной сети.

Для нормальных условий на 10 га предполагаемого участка строительства должен приходиться один пункт триангуляции или полигонометрии. На участках площадью до 50 км2 плановой съемочной основой могут служить полигонометрические ходы повышенной точности и 1 разряда или аналитические сети соответствующей точности.

Затем от опорных точек развивают рабочее обоснование и производят съемки.

Высотная опорная сеть создается методами геометрического или тригонометрического нивелирования в зависимости от требуемой точности. Она подразделяется на основную и дополнительную. В качестве основной сети служат пункты нивелирования 2 и 3 классов, в качестве дополнительной - пункты 4 класса и технического нивелирования, а также нулевые точки Нулевая точка или нулевой горизонт это отметка чистого пола первого этажа, принимаемая за нулевую отметку для данного здания или сооружения., отмечаемые на стенах зданий.

Наряду с понятием "съемочная опорная сеть" существует понятие "разбивочная опорная сеть". Все работы по переносу проекта в натуру называют разбивочными или просто разбивками.

Сеть пунктов, с которых производилась разбивка, называется разбивочной опорной сетью или основой. В зависимости от масштабов строительства, характера рельефа и ситуации, от назначения строительного объекта в качестве плановой разбивочной основы могут быть:

-строительная координатная сетка;

-пункты съемочного обоснования (городская полигонометрия, теодолитные ходы);

-угловые пункты красных линий кварталов, сгущаемых створными знаками;

-линии и пункты границ отвода земельного участка;

-существующие на местности здания и сооружения.

Густота пунктов разбивочной основы не всегда может быть равномерной из-за застроенности территории, рельефа и по другим причинам. Однако, учитывая, что геодезическая основа строится в виде сплошных сетей со средней длиной стороны 200 м, густота пунктов должна составлять примерно 1 пункт на 3 га площади.

В качестве высотной разбивочной основы используются пункты геодезического высотного обоснования съемок, а также дополнительно закладываемые на строительной площадке рабочие реперы или марки, называемые строительными.

Строительная сетка

Строительная сетка представляет собой сеть квадратов или прямоугольников со сторонами 400, 200 и 100 м, параллельными основным осям сооружения, проездам и красным линиям застройки. Для генерального плана строительная сетка служит системой координат и поэтому называется еще координатной сеткой. Все элементы генерального плана (оси, углы зданий и т.д.) определяются плоскими прямоугольными координатами в системе строительной координатной сетки. Вертикальная планировка осуществляется также от вершин квадратов или прямоугольников сетки, на которые передается отметка. Поэтому, чтобы перенести все элементы проекта в натуру, необходимо в натуре иметь такую же систему отсчета (координат), что и в проекте, т.е. на местности необходимо разбить строительную координатную сетку, в системе которой разработан генеральный план. В последующем эта сетка является основой разбивочных работ. Относительно нее разбивают главным образом основные оси зданий и сооружений. Создание строительной сетки весьма ответственный вид работ, который поручают высококвалифицированным геодезистам. Современное строительство требует точности построения сетки не ниже 1:10000 (точность полигонометрии 1 разряда), а высот вершин квадратов не ниже точности нивелирования 3 и 4 классов. Процесс создания строительной координатной сетки предполагает следующие последовательно выполняемые этапы:

1) проектирование;

2) предварительная разбивка сетки на местности;

3) определение координат пунктов предварительно разбитой на местности сетки;

4) корректирование (редуцирование); передача отметок на вершины квадратов строительной сетки.

Проектирование строительной сетки осуществляется на генеральном плане, выполненном на качественной топографической основе. При проектировании необходимо руководствоваться следующими требованиями: 1) линии сетки должны быть параллельны основным осям зданий и проходить настолько близко к контурам сооружений, чтобы обеспечивались максимальные удобства выполнения основных разбивочных работ; 2) основные возводимые здания должны размещаться по возможности внутри фигур сетки, чтобы не нарушать видимость вдоль линий сетки; 3) пункты строительной сетки должны быть размещены с расчетом долговечной сохранности максимального их числа, в зависимости от горизонтальной и вертикальной планировки строительной площадки; 4) расположение пунктов сетки должно обеспечивать удобство угловых и линейных измерений при разбивке их в натуре.

Предварительная разбивка строительной сетки ведется по принципу перехода от общего к частному, от более точного к менее точному. Для этого на генеральном плане выбирают основные точки и линии сетки, которые переносят в натуру с наибольшей точностью. Затем путем решения обратных геодезических задач привязывают эти точки к пунктам съемочной геодезической основы, имеющейся на местности. С пунктов съемочной основы методом засечек выносят в натуру основные точки строительной сетки. Каждый пункт должен быть определен не менее чем 2-3 засечками.

От основных пунктов путем провешивания, линейных измерений и откладывания углов 90є строят все остальные фигуры строительной сетки, закрепляя вершины временными знаками в виде деревянных столбов 0,5-1,0 м, забиваемых почти вровень с землей.

Определение координат пунктов предварительно разбитой на местности сетки преследует цель - определить величину отклонения в положении пунктов местности от их проектного положения. Наиболее распространенным методом определения координат вершин сетки является метод полигонометрии.

Редуцирование (исправление) строительной сетки выполняется в процессе закладки постоянных знаков и заключается в смещении временных знаков по осям абсцисс и ординат на величину вычисленных разностей координат.

Передача абсолютных отметок на вершины фигур строительной сетки осуществляется в последнюю очередь. С этой целью по направлению ходов полигонометрии повышенной точности и 1 разряда прокладываются нивелирные ходы 3 класса, по остальным - 4 класса.

После этого сетка может быть использована для разбивочных работ. Как уже упоминалось, разбивка сооружений на местности относительно строительной сетки производится способом перпендикуляров. Величина перпендикуляров определяется обычно как разность координат выносимой в натуру точки и координат ближайшей вершины квадрата, в котором эта точка расположена.

14.4 Разбивочные работы на строительной площадке в подготовительный период

Подготовительный период строительства характеризуется рядом строительных работ: инженерная подготовка площадки - предварительная планировка, прокладка наружных инженерных сетей, устройство водостоков и дорог и общеплощадочные работы.

Нулевой цикл строительства и геодезические работы

Нулевой цикл строительства включает целый ряд строительных работ: разработка котлованов и траншей под фундамент, постройка фундаментов и стен подвальной части, монтаж надподвального перекрытия, устройство полов, приямков и лестниц в подвале, отделка подвального помещения и образование в нем санитарно - технических и электрических устройств, укладка подкрановых путей и монтаж кранов.

Естественно, геодезические работы должны обеспечить надлежащий контроль при выполнении любого вида строительных работ. Первым видом геодезических работ при нулевом цикле является вынос в натуру осей зданий и сооружений.

Главные и основные оси переносят в натуру либо от пунктов строительной сетки (способом перпендикуляров), либо от пунктов съемочного обоснования (способом засечек и полярным) и закрепляют на местности створными знаками по два с каждой стороны. В качестве створных знаков применяют монолиты с металлическими пластинками в верхней части. Створные знаки закладывают в местах, где обеспечивается их сохранность на весь период строительства.

Порядок получения в натуре и закрепления точек осей такой же, как и при разбивке строительной сетки.

От закрепленных на местности основных осей разбивают границы котлована.

Для удобства обслуживания работ нулевого цикла оси сооружений закрепляют на обноске, специальном ограждении. Ее назначение - фиксировать оси сооружения в процессе производства земляных работ, возведения фундамента и др. Обноска должна быть расположена не ближе 3-х метров к внешней бровке котлована.

Сплошная обноска закрепляется на вкопанных строго в створе столбах. Доски с помощью нивелира или плотницкого уровня крепят к ним таким образом, чтобы верхний край доски был горизонтален.

Обноска скамеечного типа устраивается не по всему контуру здания, а только в местах прохождения осей и применяется при строительстве небольших сооружений. Она крепится также на столбах, доски крепятся горизонтально.

Со створных знаков теодолитом оси переносят на горизонтальные доски и обозначают их гвоздями. Нити или проволоки натянутые по соответственным гвоздям, будут представлять в натуре оси здания или сооружения. В точках пересечения проволок подвешивают отвесы и закрепляют точки, проектируя таким образом оси на дно неглубоких котлованов.

...