§ 81. Наблюдения за горизонтальными перемещениями геодезическими методами

При наблюдениях за смещениями устанавливают опор­ные знаки вне зоны подвижек грунта. Основное требование к этим знакам — неподвижность их иа весь период на­блюдений.

Опорный знак (рис. 117, а) представляет собой железо­бетонный пилон 2, устанавливаемый в коренных породах на фундаментную плиту 5. Для защиты знака от повре­ждений его закладывают в колодец 3, заполненный тепло­изоляционной засыпкой 4. Верхняя часть пилона имеет сферическую головку 1, центр которой закреплен насеч­кой на металле или отверстием небольшого диаметра.

При наблюдениях за смещениями для установки при­боров и закрепления точек используют наблюдательные столбы (рис. .117, б). Он представляет собойжелезобе­тонный столб 2 квадратного сечения с головкой знака 1 (со специальным цемтрировочным устройством для одно­образной установки теодолита и визирного знака во всех циклах наблюдений) и металлической крышкой на шар­нире с запором. При установке столба в грунт для по­вышения устойчивости используют фундаментную плиту 3. 330

Рис. 117. Знаки закрепления точек при наблюдениях за смещениями: а — опорный знак; б — наблюдательный столб; в ■— деформационная марка с ушками; г — деформационная марка с полусферической головкой

Высота выступающей над землей части знака обычно со­ставляет 1,2 м.

Для закрепления наблюдаемых точек на конструкциях зданий и сооружений применяют деформационные марки. Марка представляет собой металлический диск 1 (рис. 117, в, г), закладываемый в стену 3 или наклонную часть сооружения. Марка изменяет свое пространственное положение вместе со смещением конструкции сооруже­ния.

Для непосредственного визирования теодолитом марку раскрашивают двумя цветами с четким обозначением места наведения креста или нити зрительной трубы. Если марка предназначена для горизонтальной установки специаль­ной измерительной линейки, то она или имеет специальные ушки 2 (рис. 117, в) для упоров линейки или полусфери­ческую головку 2 (рис. 117, г) для установки пятки спе­циальной рейки.

Точность определения смещений зависит от типа соору­жения, вида основания, задач наблюдений и скорости протекания смещений. Для типовых зданий и сооружений, возводимых на скальном основании, погрешности опре­деления смещений не должны превышать 1,5 мм, для соору­жений на слабосжимаемых грунтах — 3 мм, для сооруже­ний иа сильносжимаемых грунтах — 7 мм.

Наблюдения за смещениями конструкций осуществляют циклами. Нулевой цикл выполняют до появления гори­зонтальных нагрузок иа конструкции. Например, до за­полнения водохранилища водой или засыпки грунтом под-

1А"'	Cl	с2	°3 #
ЧУ —

Phc_s 118. Створный метод наблюдений 'за горизонтальными смеще­ниями:

а— определение отклонений от створа с помощью измерительных линеек; б — измерительная лмнейкп; в — схема смещения точек; г — определение отклонений от створа с помощью измерения пираллактлчееких углов

земной части здания. Последующие циклы совмещают с этапами ожидаемого появления горизонтальных смеще­ний, а после ввода сооружения в эксплуатацию — не реже двух раз в год до полной стабилизации сооружения.

Наиболее широкое применение нашли следующие ме­тоды наблюдений.

Метод с т в о р н ы х и з м е р е н и й

В этом методе вне зоны подвижек грунтов закладывают опорные знаки А и В (рис. 118, а) и периодически (цик­лами) определяют отклонения c_lt с_а и с₃ деформационных марок 1, 2 и 3 па сооружении от створа АВ. Для повы- 332

шения точности измерений линию створа располагают иа небольшом удалении от сооружения (0,4—0,6 м).

При определении отклонений применяют следующие способы.

Определение о т к л о и е и и й с по­мощью измеритель и ых л и н е е к. В этом способе используют специальные измерительные линейки 3 с миллиметровыми делениями (рис. 118, б)., Линейка крепится иа раме 2, имеющей специальные упоры, ко­торые вставляются в ушки 1 деформационной: марки. В закрепленном иа марке положении измерительная ли­нейка занимает горизонтальное положение. :

При измерениях отклонений деформационные марок от створа над опорным знаком А устанавливают теодолит, приводят его в рабочее положение, наводят крест нитей иа визирную марку над опорным знаком В, и 'при за­крепленных лимбе и алидаде, последовательно, как при боковом нивелировании, берут отсчеты с_1а, с._2а и с_3а по измерительной линейке. Эти измерения составляют первый иолуприем.

Во втором иолуприеме теодолит устанавливают над опорным знаком В, визируют при другом положении круга на марку над пунктом А и берут отсчеты с_1Ъ, с._2Ь и с._лЪ по измерительным линейкам на деформационных марках. По полученным отсчетам вычисляют средние с?, =

= 0,5 {С\_а + Cift), С2= 0,5 (С2а Н~ Ф/;), С° = (СЪа "Ь Ы и выписывают их в ведомость вычисления смещений (табл. 19). Аналогичные измерения выполняют в следую­щем первом цикле, а результаты ^с1, cj и тоже выписы­вают в ведомость вычисления смещений.

Таблица 19. Ведомость вычисления горизонтальных смещений точек конструкций

Номер деформа­ ционной марки	0 цикл	I цикл		И цикл
	12 июня 1988 г.	.40 августа	1988 г.	20 декабря	1988 г.
	Отсчет по рейке, мм	Отсчет по рейке, мм	Смеще­ ние, мм	Отсчет по рейке, мм	Смеще­ ние, мм
1	187, 5	192,0	—4,5	194,5	—7,0
2	194,0	191,0	+ 3,0	189,5
3	188,0	186,5	-1,5	186,0	—2,0

Горизонтальные смещения А деформационных марок вычисляют как разность отклонений от створа в нулевом и текущем циклах

А* = с? — с}; А 2 = Са — Со; Аз = Сз — с3. (151)

Во втором и последующем циклах программа измерений остается неизменной, что позволяет исключать из резуль­татов наблюдений ряд систематических погрешностей.

Результаты определения горизонтальных смещений выписывают на схему раздельно по каждому циклу на­блюдений (рис. 118, в), что позволяет более наглядно представить изменения смещений во времени.

Определение отклонений с'■ по­мощью измерения параллактиче- с к и х у г л о в. В этом способе теодолитом с опорных знаков А и В (рис. 118, г) измеряют малые параллакти­ческие углы у_1а, 7_3а и у_1Ъ, VabvYab. расстояния d_lf d₂, d₃ и d, а отклонения i-ой деформационной марки вычисляют по формулам

Cia = di tg Via = di -Iff-; c_tb = (d-di)-^-,

где di — горизонтальное расстояние от опорного знака А до наблюдаемой деформационной марки; y_ia, у_1Ь — па­раллактические углы, измеренные на t-ую марку соответ­ственно на пунктах А и В.

Измерения расстояний обычно производят только в ну­левом цикле и со сравнительно небольшой точностью. Общая методика наблюдений и обработки результатов сохраняется такой же как в предыдущем способе.

Метод створных измерений прост, не требует больших трудозатрат, дает достаточно точные результаты, но имеет следующие недостатки:

горизонтальные смещения определяются только в на­правлении оси К (см. рис. 118, в), перпендикулярной к створу АВ;

полученные результаты не отличаются высокой на­дежностью, так как расположение пунктов А и В вблизи сооружения не дает полной уверенности в неподвижности их в период наблюдений.

Метод триангуляции

В этом методе опорные знаки Л и В (рис. 119, а) закладывают в устойчивом грунте на значительном удале­нии от наблюдаемого объекта; а на сооружении, например, 334

в Y

ж'

Ах^х_х I

^исп

\к=А/_ж-Ах£

N'

Л

\lx£

Шттй

'^сд^Х

3:

Рис. 119. Определение горизонтальных смещений методом триангу­ляции и комбинированным методом:

а ■— схема намерений и методе триангуляции; б — схема смещения наблюда­тельных столбов; в — схема иммерений способом направлений; г — схема измерений в комбинированном методе; д — схема определения поправок

плотине закладывают наблюдательные столбы /, //, III и периодически (по циклам) методом триангуляции опре­деляют их координаты. Для этого с высокой точностью, например, светодальномером определяют длину базиса А В н измеряют все углы во всех треугольниках.

В результате обработки триангуляции (§ 46) для каж­дого из циклов получают координаты наблюдаемых пунк­тов, например:

Цикл О / II

Пункт/ А'5, У$ *;,у; X¹/, У¹/

Смещения наблюдаемых точек (столбов) по направле­ниям осей X и У вычисляют как разности соответствую­щих координат между циклами, например:

Цикл I U

Результаты определения смещений выписывают на схемы по циклам наблюдений. Абсолютную величину об­щего смещения вычисляют как диагональ прямоугольника со сторонами Да' и Ау, (рис. 119, б), т. е. Д = У Ах^1, -|- Д if.

Если на наблюдаемых точках конструкций, например, на стенах зданий, невозможно установить теодолит, то применяют способ направлений (рис. 119, в). В этом спо­собе углы измеряют только на опорных знаках А и В, а координаты определяемых пунктов 7, 2 и 3 вычисляют, как в угловых засечках. Этот способ не дает такой вы­сокой точности как в триангуляции, но, он менее тру­доемок.

В рассмотренных случаях смещения точек определя­ются в направлении двух осей (в плоскости) и с достаточ­но высокой надежностью. Однако по сравнению с методом створов объем полевых измерений и обработки резулыатЬв существенно больше.

Комбинированный метод

В этом методе на значительном удалении от объекта в устойчивых грунтах закладывают опорные знаки А и В (рис. 119, г), а на небольшом удалении от объекта уста­навливают наблюдательные столбы / и //, образующие створ /-//. В сооружение закладывают деформационные марки 1, 2 и 3.

При наблюдениях в нулевом цикле методом триангу­ляции определяют координаты столбов Х°/, К?, и Xq, Yn, ,а со столбов измеряют отклонения с?, с\ и с° дефор­мационных марок 1, 2 и 3 от вспомогательного створа 1-П.

Во втором цикле наблюдения повторяют в той же по­следовательности, определяют координаты наблюдатель­ных столбов X}, Y]; Хц; Y^l_n и измеряют отклонения с\, со и с¹₃ деформационных марок от створа.

Если смещения наблюдательных столбов Ах) = X¹/ ~

• X/ и Ах¹ц — Х°ц — X)i по оси X не превышают по­грешностей определения координат в триангуляции, то смещения деформационных марок определяют как в створном методе по формуле (151). Если смещения Ах) и Ах¹ц больше погрешностей определения координат в триангуляции, то в результаты измерения отклонений от створа cl, cl и сз вводят поправки.

336

Для определения поправок рассмотрим рис. 119, '<5. Пусть в данном цикле наблюдательный столб / получил смещение Ах_т и из точки / переместился в точку /'; а наблюдательный столб II получил смещение Ах_п и из точки II переместился в точку 11'. В этом случае исправ­ленные значения отклонений деформационных марок можно вычислить по формулам:

С[ псп — СI -|- 6 / J С‘2 исп " ^2 “|~ $2 И С’з _исп = ~|~ 63. (152)

Каждая из поправок б₁₍ и 8_а, как это видно из ри­сунка, состоит из постоянной части Алг = Ах}/ — Ах) и переменной части, зависящей от величины к ~ Ах), —

• Ас и расстояний d_u d_a, d₃ и d. Сообразуясь с рисун­ком, запишем

$1 = Ах/ --|—-j- di, б а = Ах / -|—-j- cL; б_;( — Ах\ ~|—d_;i.

(153)

Подставляя значения б из (153) в (152), получаем С[ _исп — С[ -(- Ах/ -j d{\

псп — ^С2 ~Ь Ах/ -|

с-А псп ^ Сз Н~ Ах j -| d<$.

Используя исправленные значения отклонений с\ „_сп по формуле (151) можно вычислить смещения деформацион­ных марок.

Комбинированный метод наблюдений соединяет надеж­ность метода триангуляции и простоту створного метода. По сравнению с методом триангуляции в нем значительно сокращается объем измерений (особенно при большом числе деформационных марок), а по сравнению со створ­ным методом значительно повышается надежность за счет определения смещений точек створа / и II,