Внаслідок конструктивних особливостей, природних умов діяльності людини споруди в цілому і їх окремі елементи відчувають різного роду деформації.
Під постійним тиском від маси споруди грунти в підставі його фундаменту поступово ущільнюються (стискаються) і відбувається зміщення у вертикальній площині або осаду споруди. Крім тиску від власної маси, осаду споруди може бути викликана і іншими причинами: карстовими і зсувними явищами, зміною рівня грунтових вод, роботою важких механізмів, рух транспорту, сейсмічними явищами і т.п. При докорінній зміні структури пористих і пухких грунтів відбувається швидко протікає в часі деформація, звана осіданням.
У тому випадку, коли грунти під фундаментом споруди стискаються неоднаково або навантаження на грунт різна, осаду має нерівномірний характер. Це призводить до інших видів деформацій споруд: горизонтальним зміщенням, зрушень, перекосів, прогину, які зовні можуть проявлятися у вигляді тріщин і навіть розломів.
Зсув споруд у горизонтальній площині може бути викликано бічним тиском грунту, води, вітру і т.п.
Високі споруди баштового типу (димові труби, телевежі і т.п.) відчувають кручення і вигин, що викликаються нерівномірним сонячним нагріванням або тиском вітру.
Для вивчення деформацій в характерних місцях споруди фіксують точки і визначають зміна їх просторового положення за вибраний проміжок часу. При цьому певне положення і час приймають за початкові.
Для визначення абсолютних або повних осад S фіксованих на спорудженні точок періодично визначають їх позначки H щодо вихідного репера, розташованого в стороні від споруди і приймається за нерухомий. Очевидно, щоб визначити осадку точки на поточний момент часу щодо початку спостережень, необхідно обчислити різницю відміток, отриманих на ці моменти, тобто S = Hтек-Hнач. Аналогічно можна обчислити осадку за час між попереднім і наступним періодами (циклами) спостережень.
Середня осаду Sср всієї споруди або окремих його частин обчислюється як середнє арифметичне із суми осад всіх n його точок, тобто Sср = ΣS / n. Одночасно із середньою осадкою для повноти загальної характеристики вказують найбільшу Sнаіб і найменшу Sнаім опади точок споруд.
Нерівномірність опади може бути визначена по різниці осад ΔS будь-яких двох точок 1 і 2, т.е.ΔS1,2 = S2-S1.
Крен і нахил споруди визначають як різниця осідання двох точок, розташованих на протилежних краях споруди, або його частин уздовж обраної осі. Нахил в напрямку поздовжньої осі називають завалом, а в напрямку поперечної осі - перекосом. Величина крену, віднесена до відстані l між двома точками 1 і 2, називається відносним креном К. Обчислюється він за формулою K = (S2-S1) / l.
Горизонтальне зміщення q окремої точки споруди характеризується різницею її координат xтек, yтек і xнач, yнач, отриманих в поточному і початковому циклах спостережень. Положення осей координат, як правило, збігається з головними осями споруди. Обчислюють зміщення в загальному випадку за формулами qx = xтек-xнач; qy = yтек-yнач. Аналогічно можна обчислити зміщення між попереднім і наступним циклами спостережень. Горизонтальні зміщення визначають і по одній з осей координат.
Крутіння щодо вертикальної осі характерно в основному для споруд баштового типу. Воно визначається як зміна кутового положення радіуса фіксованої точки, проведеного з центру досліджуваного горизонтального перетину.
Зміна величини деформації за обраний інтервал часу характеризується середньою швидкістю деформації vср. Так, наприклад, середня швидкість осідання досліджуваної точки за проміжок часу t між двома циклами i і j вимірювань буде дорівнює vср = (Sj-Si) / t. Розрізняють середньомісячну швидкість, коли t виражається числом місяців, і середньорічну, коли t - число років, і т.д.
Спостереження за деформаціями будівель і споруд
Спостереження за опадами споруд виконують способами геометричного і тригонометричного нівелювання, гідронівелірованія, мікронівелювання, а також фото- та стереофотограмметрічеськие способами.
Найбільш широко поширений спосіб геометричного нівелювання. Він має ряд переваг, які роблять його практично універсальним. Це висока точність і швидкість вимірювань, просте і недороге стандартне обладнання, можливість виконувати вимірювання в складних і обмежених умовах.
Способом геометричного нівелювання можна визначати різниці висот точок, розташованих на відстані 5 - 10 м, з помилкою 0,05 - 0,1 мм, а на кілька сотень метрів - з помилкою до 0,5 мм.
Залежно від необхідної точності визначення осад застосовуються різні класи нівелювання. Так, наприклад, при визначенні осад бетонних гребель гідровузлів застосовують I і II класи, які характеризуються середньою квадратичною помилкою вимірювання перевищення на одній станції відповідно 0,3 і 0,4 мм. При визначенні осад промислових і цивільних будівель найчастіше застосовують II і III класи, для яких середні квадратичні помилки виміру перевищення на станції відповідно рівні 0,4 і 0,9 мм.
Відмітки деформаційних точок і циклі вимірювань визначають щодо вихідного опорного репера. Позначку вихідного репера найчастіше приймають умовно, наприклад 100,000 м, але вона постійна на весь період спостережень. Для передачі позначки від вихідного на все деформаційні репери розробляють спеціальну схему (рис. 3).
Рис.3. Схема нівелірних ходів для спостережень за опадами ТЕЦ
При виконанні вимірювань в залежності від класу нівелювання застосовують спеціальну методику і відповідні прилади. Так, при вимірах високої точності використовують ретельно вивірені високоточні нівеліри типу Н-05, штрихові інварні або спеціальні малогабаритні рейки. Нівелір встановлюють строго посередині між що спостерігаються точками, відліки беруть по основної та додаткової шкалами рейок.
Нівелювання виконують при двох горизонтах приладу, в прямому і зворотному напрямках. Довжина візирного променя допускається до 25 м, його висота над поверхнею землі або підлоги - не менше 0,5 м. Нівелювання проводиться тільки при досить виразних, спокійних зображеннях штрихів рейок. Дотримуються і інші запобіжні заходи, що забезпечують високу точність робіт.
Отримані результати ретельно обробляють: оцінюють фактичну точність і порівнюють її із заданою, зрівнюють, обчислюють позначки, а по різниці їх в циклах - опади, будують графіки осад і т.д.
Спосіб тригонометричного нівелювання дозволяє визначати опади точок, розташованих на істотно різних висотах, в важкодоступних місцях. Такі випадки виникають при спостереженнях за високими будинками, баштами, греблями, при виробництві вимірювань через перешкоди.
Найбільш висока точність порядку 0,1 мм забезпечується при коротких (до 100 м) променях візування із застосуванням високоточних теодолітів типу 3Т2 і спеціальної методики вимірювань, що дозволяє вимірювати зенітні відстані з помилкою порядку 5 ». Крім того, методика передбачає одноманітну у всіх циклах установку теодоліта і його ретельне дослідження, строгу вертикальність рейок, вибір часу і умов спостережень для зменшення впливу вертикальної рефракції і ряд інших заходів, спрямованих на ослаблення дій різних джерел помилок. Відстані до визначених точок повинні вимірюватися з помилкою 3 - 5 мм.
Гідронівелірованіе забезпечує таку ж точність, як і геометричне нівелювання, але стосовно до спостережень за опадами дозволяє створювати стаціонарні автоматизовані системи з дистанційним зніманням інформації.
При використанні гідростатичного нівелювання застосовують різні системи, конструкція яких залежить від умов проведення робіт, необхідної точності і від способу вимірювання положення рівня рідини щодо відлікових індексів вимірювальних судин.
Найпростіша система, яка використовується на гідротехнічних спорудах (рис. 4), складається з відрізків металевих труб, покладених на стрижнях, що закладаються в стіну. Відрізки труб з'єднуються між собою шлангами. Над трубою в точках, між якими систематично визначаються перевищення, в стіну закладаються марки з посадочними втулками для переносного вимірювача. При вимірах вимірник вставляється у втулку марки. Обертанням мікрометренного гвинта вимірника домагаються контакту вістря штока з рідиною, про що свідчить загоряння сигнальної лампочки. У цей момент береться відлік по барабану мікрометра. При прив'язці гидростатической системи до опорної нівелірної мережі на марку замість вимірювача встановлюється нівелірна рейка. Існують автоматизовані системи гідростатичного нівелювання, в яких вимір положення рівня рідини в судинах визначається автоматично за допомогою електричних або оптико-електронних датчиків.
Рис.4. Стаціонарна гідростатична система:
1 - відрізок металевої труби;
2 - стрижень; 3 - шланг; 4 - марка; 5 - вимірювач
Застосування гідродинамічного нівелювання дозволяє розширити діапазон вимірювань і значно спростити процес автоматизації спостережень за опадами. Система гідродинамічного нівелювання з поршневим пристроєм СГДН - ПУ (Вірменія), складається з сполучених між собою робочих судин з рідиною, що встановлюються в певних точках. У кожному робочому посудині є голчастий шток, пов'язаний проводом з блоком управління і реєстрації (БУР). Судини повідомляються також з поршневим пристроєм. При рівномірному переміщенні за допомогою електродвигуна поршня вниз і поршневому пристрої рідина в робочих посудинах рівномірно піднімається. При цьому в бурі спеціальний лічильник визначає переміщення поршня від початку його руху до моменту контакту голчастого штока з поверхнею піднімається рідини в кожному робочому посудині. Поршень опускається до тих пір, поки з усіх робочих судин не надійшов сигнал про контакт. Різниця вимірів між циклами вимірів буде відповідати осаді визначаються точок. Система дозволяє виконувати вимірювання із середньою квадратичною помилкою порядку 0,1 мм.
Спосіб мікронівелювання застосовують при спостереженнях за взаємним висотним положенням близько розташованих на відстані 1 - 1,5 м точок. Такі завдання виникають при вивченні осад і нахилів окремих конструкцій: фундаментів, балок, ферм, технологічного обладнання. Вимірювання виконують за допомогою мікронівеліра.
Фото - і стереофотограмметрический способи передбачають застосування фототеодоліта для фотозйомки досліджуваного об'єкта. Визначення деформацій взагалі і зокрема осад цими способами полягає в вимірі різниці координат точок споруди, знайдених за фотознімками початкового (або попереднього) циклу і фотознімках деформаційного (або наступного) циклу.
Залежно від розв'язуваної задачі, умов фотозйомки, виду споруд і т.д. застосовують такі способи:
· Фотограмметричний, деформації визначаються в одній вертикальній площині XOZ, тобто в площині, паралельній площині фотознімку;
· Стереофотограмметрический, деформації визначаються за напрямками всіх трьох координат.
При фотограмметрична способі фотографування виробляють з однієї точки при незмінному положенні фотокамери в циклах. При цьому площина прикладної рамки, по можливості, встановлюють паралельно основній площині споруди. Для обчислення деформацій, крім вимірювання координат або паралаксів, на знімках необхідно знати отстояние фотокамери від об'єкта і фокусна відстань об'єктива фотокамери.
При стереофотограмметрічеськие способі фотографування об'єкта виробляють в циклах з двох точок базису відомої довжини, в результаті чого отримують стереопару. Для обчислення деформацій вимірюють по знімках координати точок базису і горизонтальні паралакси.
В обох способах обробка знімків за координатами або зсувам виробляють в основному на стереокомпараторі.
Ретельно виконані вимірювання та відповідний облік елементів орієнтування дозволяє визначати деформації споруд фотограмметричними способами із середньою квадратичною помилкою менш 1,0 мм.
При спостереженнях за опадами великих інженерних споруд, що відрізняються підвищеними вимогами до точності виготовлення цих робіт, розробляється, як правило, спеціальна методика геодезичних вимірювань. Вихідними даними для розробки методики вимірювань служать величини помилок ms визначення осад спостережуваних точок, виміряних щодо вихідного репера, помилок mΔS різниці осад двох точок, розташованих на певній відстані один від одного.
Зв'язок між необхідною точністю спостережень і помилкою одиниці ваги μ, що визначає методику вимірювань, може бути представлена у вигляді
(2)
де QH - зворотна вага позначки найбільш слабо обумовленої точки; QΔH - зворотна вага перевищення між досліджуваними точками, до точності взаємного положення яких пред'являються підвищені вимоги.
З використанням методу геометричного нівелювання в якості помилки одиниці ваги μ зручно приймати середню квадратичну помилку перевищення h, виміряного на станції за двома шкалами в ході одного напрямку при обраної базової довжині D візирного променя,
При використанні тригонометричного нівелювання в якості помилки μ одиниці ваги доцільно прийняти помилку перевищення, визначеного при зенітних відстанях від 85 до 95 °, виміряним одним прийомом, і базовому відстані DH = 2 м.
У разі застосування переносного гідронівеліра або мікронівеліра за помилку μ приймають помилку перевищення між двома суміжними точками, виміряного при зміні місцями гідростатичних головок або при перекладанні мікронівеліра.
При проектуванні схеми вимірювань слід прагнути до отримання найменшого значення зворотних ваг QH і QΔH, що при заданій помилку визначення опади призводить до більшої ефективності робіт за рахунок менш жорстких вимог до вибору їх класу. Крім цього, до схеми вимірювань пред'являються такі вимоги, як мінімальний обсяг робіт, забезпечення незалежного контролю результатів вимірювань і отримання даних для достовірної оцінки точності. Значною мірою цим вимогам відповідає побудова схеми у вигляді системи замкнутих полігонів малих розмірів і нівелювання при двох горизонтах приладу або в прямих і зворотних ходах.
Для випадку, коли на одному і тому ж об'єкті доводиться виконувати різні за точністю спостереження за опадами різних по чутливості до деформацій споруд, проектують дво- і триступеневу схему або декілька не пов'язаних між собою схем, що спираються на самостійний або на один загальний вихідний репер.
Розрахунок величини зворотного ваги в обраній схемі виробляють параметричних, коррелатним способами, а також способом еквівалентної заміни.
Розглянь в загальному вигляді приклад розрахунку необхідної точності вимірювань для забезпечення заданої точності визначення осад основних споруд ТЕЦ. Припустимо, що в технічному завданні точність визначення осад задана величиною mS = 1,0 мм, а, виходячи з умов, для виконання робіт обраний метод геометричного нівелювання.
По суті завдання зводиться до визначення середньої квадратичної помилки одиниці ваги μ по першій з формул (2). За величиною цієї помилки визначається клас нівелювання або необхідність розробки спеціальної методики вимірювань, якщо вона виявиться менше тих помилок, які характеризують відомі класи. Оскільки при порівняно невеликих довжинах кількість станцій в ході значно, то в якості одиниці ваги приймемо перевищення, виміряний на одній станції. Тоді зворотна вага нівелірних ходу в замкнутому полігоні або між вузловими точками буде дорівнює числу станцій n в цьому ході. У прикладі число станцій в ходах показано на схемі (див. Рис. 3).
Для визначення зворотного ваги QH найбільш слабо визначається точкою схеми скористаємося способом еквівалентної заміни. У цьому способі стосовно до розв'язуваної задачі необхідно шляхом послідовних перетворень загальну схему нівелірних ходів замінити одним еквівалентним ходом, що з'єднує шукану точку з вихідним репером.
За результатами розрахунків зворотна вага позначки слабо обумовленої точки Е в середині секції 11 - 13 виявився рівним QH = 11,9. За формулою (2) з урахуванням необхідної точності визначення осад mS середня квадратична помилка одиниці ваги вийшла рівною μ = 1,0 мм / √2 * 11,9 = 0,2 мм.
Для забезпечення такої ж точності визначення перевищень на станції необхідно розробити спеціальну методику високоточних вимірювань.
висновок
Деформації будівель і споруд виникають під дією певних природних факторів, геологічних явищ, технологічних чинників, тому будь-який об'єкт, що будується відчуває ці дії і деформується.
Проектування і будівництво повинно здійснюватися таким чином, щоб звести ці деформації до величинам, що не порушує експлуатацію будівель і споруд. Оскільки при проектуванні будівництва все чинники складно врахувати практично, то для перевірки вдосконалення і перевірки очікуваних деформацій, а так само при застосуванні нових технологій при будівництві в складних умовах (грунти, сейсмічні райони, підземні споруди: кріпосні споруди, метро), необхідно проводити геодезичні натурні спостереження за деформаціями в процесі будівництва і експлуатації споруди. Це дозволяє за результатами спостережень визначити величини деформації, динаміку їх розподілу в просторі ..
Аналіз результатів спостережень дозволяє удосконалювати технічні процеси в будівництві, своєчасно усувати наслідки виникнення деформації, удосконалювати методи передрозрахунку деформації і отримувати додаткові детальні відомості про геологічну будову масивів, на яких зводиться споруда.
Список використаної літератури
1. Киселев, М.І. Геодезія: Підручник для середовищ. проф. освіти / М.І. Кисельов, Д.Ш. Міхел. - М .: Видавничий центр «Академія», 2004
2. Фельдман, В.Д. Основи інженерної геодезії / Д.В. Фельдман,
Д.Ш. Міхел. - М.: Вища. шк., 2001..
3. Клюшин, Є.Б. Інженерна геодезія / Є.Б. Клюшин, М.І. Кисельов,
Д.Ш. Міхел і ін. - М .: Вища. шк., 2002.
4. http://www.geoteck.ru/publications/public3/F_6.htm
5. http // www.yondi.ru / inner_c_article_id_974.phtm
Date: 2015-10-18; view: 969; Порушення авторських прав
Сподобалось сторінка? Лайкні для друзів: