Лекция1. Задачи и организация Геодезических работ при строительстве зданий и сооружений

Под натурными наблюдениями за деформациями сооруже­ний понимают комплекс измерительных и описательных меро­приятий по выявлению степени деформации сооружения или отдельных его частей и причин ее возникновения. Основную часть наблюдений составляют измерения величин деформаций, выполняемых в основном геодезическими методами.

Натурные наблюдения за деформациями сооружений произ­водят с целью:

1) определения степени деформации для оценки устойчиво­сти сооружения и принятия своевременных профилактических мер;

2) изучения законов деформаций, влияющие на нормальный режим технологического процесса;

3) натурной проверки расчетных данных;

4) изучения законов деформаций в различных условиях для разработки методики их прогнозирования.

Если в - первых двух случаях в основном преследуются прак­тические цели, связанные только с данным сооружением, то во - вторых двух - научно-исследовательские, результаты которых могут быть использованы для будущих проектных решений.

Для достижения указанных целей правильно организован­ные наблюдения начинаются одновременно с проектированием. На площадке будущего строительства, параллельно с опреде­лением несущей способности грунтов в основании сооружения, изучают влияние природных факторов на их деформации. В этот же период создают системы опорных знаков с тем, что­бы к моменту начала возведения сооружения была выявлена степень их устойчивости.

Наблюдения непосредственно за сооружением начинают с момента начала его возведения и продолжают весь строитель­ный период. Для большинства крупных инженерных сооруже­ний наблюдения за деформациями производятся и в эксплуата­ционный период. В зависимости от требований технического задания, характера сооружения, природных условий и т. д. наблюдения могут быть закончены при стабилизации деформа­ций, а могут продолжаться и весь период эксплуатации. По­следнее характерно для сооружений, особо чувствительных к деформациям с точки зрения нормального режима технологи­ческого процесса.

На каждой стадии возведения или эксплуатации сооруже­ния наблюдения за его деформациями производят периодиче­ски через определенные интервалы времени. Такие наблюдения, проводимые по календарному плану, называются система­тическими.

Вне зависимости от календарных сроков производства си­стематических наблюдений выполняют так называемые срочные наблюдения. Эти наблюдения производят, как правило, до и после проявления характерного фактора, приводящего к рез­кому изменению обычного хода деформации. К таким факто­рам относятся, например, резкое увеличение или снятие на­грузки на грунт основания, резкие изменения температуры среды, тела сооружения, грунтов и грунтовых вод, действие тектонических сил, строительство новых сооружений непосредственной близости от исследуемого объекта и др.

Для производства натурных наблюдений составляют специальный проект, который в общем случае включает в себя:

1) техническое задание;

2) общие сведения о сооружении, природных условиях и технологическом режиме его работы;

3) принципиальную схему наблюдений;

4) схему размещения опорных и деформационных знаков;

5) расчет и характеристику необходимой точности измере­ний на различных стадиях наблюдений;

6) методы и средства измерений;

7) рекомендации по методике обработки и инженерной ин­терпретации результатов наблюдений;

8) календарный план (график) наблюдений;

9) состав исполнителей и смету.

Виды деформаций

Смещение сооружений, т.е. движение их в горизонтальной плоскости, может быть также вызвано боковым давлением (воды, грунта, ветра и т.д.)

Для сооружений башенного типа характерно кручение, вызванное неравномерным нагревом или ветровым давлением.

Оценку состояния сооружения производят по величинам деформаций, наблюдаемых во времени для точек, фиксированных в характерных местах сооружения. Таким образом, вид и процесс деформации могут быть описаны изменением пространственного положения точек за выбранный интервал времени относительно принятого начального положения и начала счета времени.

Абсолютная или полная осадка S каждой отдельной точки сооружения вычисляется как разность отметок начального Н₀ и текущего Н_i циклов измерений, определенных относительно отметки исходной точки, принимаемой за неподвижную,

Н₀ - Н_i (1)

Средняя осадка Scp всего сооружения или отдельных его частей определяется как среднее арифметическое из суммы аб­солютных осадок всех (п) его точек:

Scp = (2)

Одновременно со средней осадкой для полноты общей ха­рактеристики указывают наибольшую Smax и наименьшую Smin осадки точек сооружения.

Разности осадок S двух точек i и j или двух (m-ого и n-ого) циклов наблюдений вычисляются соответственно по фор­мулам:

(3)

(4)

Послойная деформация грунтов основания или толщи тела сооружения мощностью z определяется как разность осадок точек, закрепленных в кровле и подошве слоя грунта

со­оружения:

(5)

Симметричный относительный прогиб f отдельных частей сооружения вычисляется по формуле

, (6)

где S_i и S_j - осадки точек i и j, фиксированных на краях прямолинейного участка сооружения длиной L;

Sк – осадка точки К, расположенной в середине между точками i и j.

Направление прогиба определяется знаками: плюс – при выпуклости вверх, мин – наоборот.

Крен или наклон сооружения определяется как разность осадок точек i и j, фиксированных на противоположных краях сооружения или его части, вдоль выбранной оси. Наклон в на­правлении продольной оси сооружения именуют завалом, а в направлении поперечной оси - перекосом. Для оценки устойчивости сооружения более наглядной является характери­стика крена, отнесенная к расстоянию L между точками i и j. Относительный крен К (соответственно — завал и пе­рекос) вычисляется по формуле

(7)

Горизонтальное смещение Q отдельной точки сооружения характеризуется разностью ее координат Хп, Уп и Хm, Уm со­ответственно в п-ом и m-ом циклах наблюдений. Положение осей координат, как правило, совпадает с главными осями со­оружения. Вычисляют смещения в общем случае по формулам

(8)

Кручение плоских элементов сооружения возникает в случае, когда их параллельные стороны испытывают противоположные по знаку деформации. Кручение сооружений башенного типа относительно вертикальной оси характеризуется изменением углового положения радиуса - вектора фиксированной точки, проведенного из центра исследуемого горизонтального сечения.

Изменение величины деформации за выбранный интервал времени характеризуется средней скоростью деформации Vср. Так, например, средняя скорость осадки исследуемой точки за промежуток времени между m-ым и п -ым циклами измерений будет равна

Vcp = (9)

Различают среднемесячную скорость, когда период t выра­жен числом месяцев, среднегодовую, когда t выражено числом лет, и т. д.

Осн.: [1], [5-9]

Доп.: [3], 276-270]

Контрольные вопросы:

1. Какие деформации сооружений бывают.

2. Когда возникает деформация зданий и сооружений.

3. Для чего измеряют величины деформаций зданий и сооружений.

4. Что включает в себя специальный проект.

5. Как вычислить горизонтальное смещение.

Лекция 2. Методы наблюдений оснований и сооружений

Для наблюдений за деформациями оснований и сооружений применяют как геодезические, так и негеодезические методы изме­рений. При этом между ними должна быть установлена самая тесная связь, так как только на основе их совместного примене­ния можно получить наиболее полные данные о смещениях или стабильности исследуемого объекта.

К негеодезическим относят такие методы и приборы, с помо­щью которых определяют взаимные перемещения в плане или по высоте двух соседних наблюдаемых марок объекта. Приборы, применяемые для подобных измерений, закрепляют вблизи соору­жения (глубинные реперы) либо непосредственно на сооружении или внутри него таким образом, чтобы они перемещались вместе с сооружением. К ним относят отвесы, клинометры, деформометры, измерители перемещений, щелемеры, микрокренометры, прогибомеры, уклономеры, стационарные гидростатические системы, скобы, маяки и всякого рода датчики, работающие дискретно или непрерывно в полуавтоматическом или автоматическом режимах и др.

Основными и широко применяемыми методами наблюдений за деформациями являются геодезические. Они позволяют одновре­менно охватить почти все наблюдаемые марки объекта. По ре­зультатам геодезических измерений можно определить как взаим­ное перемещение двух любых наблюдаемых марок основания и сооружения, так и смещение каждой марки в отдельности отно­сительно исходных координат практически стабильного опорного пункта или репера на объекте. Кроме того, геодезические методы измерений и специальные приемы математической обработки их результатов позволяют в пределах заданной вероятности контро­лировать и выявлять значимую нестабильность опорных пунктов и реперов.

В практике наблюдений за деформациями наибольшее приме­нение находят следующие высокоточные инженерно-геодезические методы:

1) геометрическое нивелирование для определения вертикальных перемещений открытых и легкодоступных точек сооружений;

2) тригонометрическое нивелирование для определения верти­кальных перемещений открытых, но труднодоступных точек;

3) гидростатическое и гидродинамическое нивелирование для определения вертикальных перемещений закрытых труднодоступных точек, расположенных примерно на одном гори­зонте;

4) микронивелирование для определения вертикальных пере­мещений от легкодоступных точек прецизионных агрегатов и технологического оборудования, размещенных примерно на од­ном горизонте (±2 мм);

5) створные измерения для определения горизонтальных сме­щений открытых и доступных точек основания и сооружения, закрепленных вблизи створа, в направлении, перпендикулярном к створу;

6) метод угловой или линейно-угловой микротриангуляции (включая геодезические четырехугольники без диагоналей, угло­вые и линейно-угловые засечки) для определения горизонтальных смешений открытых труднодоступных точек;

7) метод полигонометрии для определения горизонтальных смещений открытых и легкодоступных точек оснований и сооружений и др.

Помимо наблюдений за деформациями, проводят исследования физико-механических свойств грунтов основания, из­мерения напряжений под подошвой фундамента и в узлах соору­жений, измерения температуры грунтов основания, фундамента и окружающей среды, уровня грунтовых вод и воды в верхнем и нижнем бьефах и т, п.

Данные физико-механических наблюдений необходимы для выявления характера деформаций оснований и сооружений и установления причин, порождающих опасные осад­ки и горизонтальные смещения.

Методы высокоточного инженерно-геодезического нивелирования

Высокоточное инженерно-геодезическое нивелирование выпол­няют в основном четырьмя методами:

а) геометрическим,

б) три­гонометрическим,

в) гидростатическим

г) микронивелированием.

Рисунок 1 - Методы высокоточного инженерно-геодезического нивелирования

Нивелирование названными методами, как известно, состоит в определении превышения h_1,2 одной точки 1 (рис. 1) над другой близкой к ней точкой 2. Согласно рисунку 1, вне зависимости от при­меняемого метода нивелирования из середины, превы­шение h_1,2, измеренное на станции, вычисляют по формуле

h_1,2 = З – П (10)

и схематически изображают линией, соединяющей точки 1 и 2, со стрелкой, указывающей направление передачи вы­соты.

В отличие от нивелирования из середины применяют и нивелирование вперед, при котором взгляд 3 назад заменяют измеренной или известной (постоянной) высотой v инструмента над задней точкой, и тогда

h_1,2 = v – П (11)

Входящие в формулы (10) и (11). взгляды 3 и П, свободные от угла наклона линии визирования, кривизны Земли, вертикаль­ной рефракции, вычисляют по специальным формулам в зависи­мости от применяемого метода нивелирования.

Гидростатическое нивелирование

Для гидростатического нивелирования применяется переносный шланговый гидронивелир проф. О. Мейссера (народное предприятие "Фрайберген Прецизионсмеханик" - ГДР) с диапазоном измерения 100 мм с ценой деления микрометрического винта 0,01 мм, с центральным подвешиванием, а также специальной штативной установкой, позволяющей производить измерения практически независимо от длины шланга.

Для исключения температурной погрешности вводят поправки, для чего в шланге под измерительной системой устанавливают специальный термометр, с помощью которого определяют температуру столба воды. Для облегчения работ во время процесса измерения контакт острия измерительного шпинделя с уровнем жидкости определяется по потуханию электрической лампочки.

Гидростатический уровень модели 115-1 завода "Калибр" предназначается для измерений превышений в диапазоне ±25 мм. В закрытых помещениях с постоянным температурным режимом уровень модели 115 обеспечивает измерение превышения на станции (одного штатива) со средней квадратической ошибкой около 5 - 8 мкм.

Для предохранения от нагрева головки гидронивелира модели 115-1 необходимо термоизолировать, а процесс измерений сокращать во времени.

Для измерения осадки и деформаций фундаментов турбоагрегатов, дымовых труб, башен градирен могут устанавливаться простейшие стационарные гидростатические системы. Простейшая гидросистема состоит из проложенных по периметру сооружения шланга или трубы, имеющих в наблюдаемых точках выходы (пьезометры) в виде стеклянных водомерных трубок с делениями. Измерительные сосуды (пьезометры) в гидростатических системах могут иметь последовательное соединение - разомкнутое и замкнутое. Замкнутая гидроситема во всех случаях предпочтительна, так как каждый сосуд имеет двойную связь с другим и, кроме того, при изменении высоты отдельных сосудов жидкость значительно быстрее приходит в состояние статического равновесия.

Сосуды (пьезометры) гидросистемы закрепляются на сооружении. В каждом цикле наблюдений берется отсчет уровня жидкости в сосудах. Разность отсчетов, взятых в различных циклах, характеризует значения осадки сосудов и, следовательно, сооружений.

Для устранения изменения начальной отметки уровенной поверхности жидкости вследствие вертикальных смещений отдельных сосудов в гидростатическую систему вводится компенсатор-резервуар значительного объема.

При измерении осадок и деформаций фундаментов турбоагрегатов ТЭС, где имеются большие тепловыделения в качестве рабочей жидкости, должна применяться жидкость с малым коэффициентом расширения, а также предусматриваться теплоизоляция и термостабилизация рабочей жидкости.

Осн.: [1], [16-25]

Доп.: [2], [39-41]

Контрольные вопросы:

1. Какие методы высокоточного инженерно-геодезического нивелирования бывают.

2. В чем состоит метод нивелирования.

3. Какие методы относятся не к геодезическим методам определения деформации.

4. Какие приборы используют при негеодезических методах измерения осадок сооружения.

1. Из чего состоит простейшая гидросистема.

Лекция 3. Метод исследования осадок и деформаций

Метод обладает рядом существенных положительных отличий от всех других методов определения осадок и деформаций сооружений. Прежде всего-это объек­тивность получаемых результатов; возможность измерений на значительной площади объекта в единый физический момент времени; возможность определения положения любого количе­ства точек, включая и недоступные для непосредственных из­мерений; относительная простота и достаточно высокая точ­ность измерений. Кроме того, фотограмметрический метод по­зволяет хранить всю полученную информацию по данному объ­екту с возможностью в любой момент времени восстановления изображения его пространственной модели. В отличие от мно­гих других методов — фотограмметрический позволяет на один и тот же момент времени определять смещения точек по трем координатам.

Сущность фотограмметрического метода определения оса­док и деформаций заключается в вычислении разности коор­динат точек сооружения, измеренных по фотоснимкам нуле­вого (или предыдущего) цикла и фотоснимкам деформацион­ного (текущего) цикла.

В зависимости от поставленной задачи могут применяться два способа: фотограмметрический (способ нулевого базиса) для определения деформаций в одной плоскости и стереофотограмметрический — для определения деформаций по любому направлению.

Фотограмметрическим способом определяют деформации в плоскости XZ, параллельной плоскости фотоснимка (плоскости прикладной рамки фотокамеры). Фотографирование произво­дят с одной точки при неизменном положении фотокамеры для сохранения во всех циклах одних и тех же элементов ориенти­рования. По измеренным на снимках координатам х_m, z_m и X_k, Z_k точек в циклах с номерами т и k, измеренному в натуре отстоянию Y от фотокамеры до объекта, и известному фокус­ному расстоянию фотокамеры f вычисляют деформации ∆Х (боковые сдвиги) и ∆Z (осадки, прогибы) по формулам

∆Х = (Y/f)( х_k- х_m) = M∆Х_{m, k} (12)

∆Z = (Y/f)( z_k- z_m) = M∆Z_{m, k}

Величины ∆Х_m,k и ∆Z_m,k могут быть также определены не­посредственным измерением, если снимки, полученные в цик­лах т и k, обрабатывать совместно. Например, установив на левую кассету стереоприбора снимок цикла m, а на правую — цикла k. При этом, для точек, получивших смещение, обнару­живается стереоэффект, и смещения ∆Х_m,k и ∆Z_m,k будут, соот­ветственно, равны продольному р и поперечному q параллак­сам.

При стереофотограмметрическом способе фотографирование объекта производят с двух точек - с некоторого базиса длиной В, в результате чего получают пару перекрывающихся сним­ков. По снимкам, полученным с одного и того же базиса, в циклах m и k измеряют координаты х_m, z_m и x_k, z_k, а также продольные параллаксы р_m и р_k.

При определении деформаций стереофотограмметрическим способом по измерениям смещений измеряют сначала фотоснимки m и k циклов, полученные при фотографировании с ле­вого конца базиса, и находят значения координат Хл, Zл и сме­щений ∆ Хл, ∆ Zл так же, как это выполняется при фотограммет­рическом способе. Затем измеряют фотоснимки m и k циклов, полученных с правого конца базиса, и определяют координаты Хп, Zп и смещения ∆ Хп, ∆ Zп. Измерение величин Zп, ∆ Zп повы­шает точность определения осадок.

Деформации, подсчитанные по формулам (12), выражены в плоской прямоугольной системе координат, параллельной аналогичной системе координат снимка, началом которой слу­жит точка пересечения осей х и z снимка.

Для определения по фотоснимкам пространственных коор­динат и деформаций точек объекта необходимо знать положе­ние фотоснимков или стереопар фотоснимков в пространстве в момент съемки. Положение фотоснимка при фотограмметриче­ском способе определяется девятью основными параметрами - тремя элементами внутреннего и шестью элементами внешне­го ориентирования. Элементы внутреннего ориентирования определяют положение центра проектирования (задней узловой точки объектива) относительно фотоснимка. К ним относятся фокусное расстояние f фотокамеры и координаты х₀, z₀ глав­ной точки фотоснимка. Элементы внешнего ориентирования определяют положение фотоснимка относительно принятой про­странственной системы координат.

Линейными элементами внешнего ориентирования являются координаты центра проек­ции X_s, Y_s, Z_s, которые определяются в пространственной фо­тограмметрической или в условной геодезической системах ко­ординат. Угловые элементы внешнего ориентирования в зави­симости от принятой системы координат могут иметь различ­ный вид.

В фотограмметрической системе в качестве угловых элемен­тов могут быть взяты углы:

- угол поворота фотоснимка в горизонтальной плоскости вокруг оси z;

- угол наклона фо­тоснимка (вращение вокруг оси х);

- угол разворота фото­снимка в своей плоскости (вращение фотоснимка вокруг опти­ческой оси фотокамеры).

В геодезической системе вместо угла берется угол A₀ - дирекционный угол направления оптиче­ской оси фотокамеры, отсчитываемый от положительного на­правления оси X.

Положение стереопары фотоснимков, полученных одной фо­токамерой, определяется 15 элементами ориентирования: 3 - внутреннего и 12 - внешнего. Обычно для стереопары исполь­зуют систему элементов внешнего ориентирования, исключаю­щую координаты центра проекции фотокамеры при установке ее на правом конце базиса. В этом случае в качестве элемен­тов внешнего ориентирования принимают:

Xs_л, Ys_л, Zs_л - координаты левого центра проекции;

А - дирекционный угол базиса;

_л - горизонтальный угол между базисом и оптиче­ской осью левой камеры;

_л - угол наклона оптической оси фотокамеры на левом конце базиса;

_л - угол разворота лево­го фотоснимка в своей плоскости;

В - горизонтальное проложение базиса;

В_г - превышение правого центра проекции отно­сительно левого;

- угол конвергенции - горизонтальный угол между оптическими осями фотокамеры при установке на левом и правом концах базиса;

_п - угол наклона оптической оси фотокамеры на правом конце базиса;

- угол разворота пра­вого фотоснимка в своей плоскости.

Вследствие неизбежных погрешностей в установке и опре­делении элементов внутреннего и внешнего ориентирования возникает необходимость во введении соответствующих попра­вок в измеренные значения координат и смещений. Поправки за влияние погрешностей элементов ориентирования вводятся по измерениям на контрольных точках, по контрольным на­правлениям и т. п.

В зависимости от точности установки линейных элементов ориентирования при фотосъемке деформационного цикла мож­но выделить три случая.

1.Фотосъемка деформационного цикла выполняется практически при полной стабильности положения центров проекций (при фотосъемке со специальных монолитных столбов или труб, при фотосъемке быстро протекающих процессов без изменения положения штативов и т.д.) или при сравнительно малых изменениях положения центров проекции (при фотосъемке со штативов, устанавливаемых с допустимой погрешностью в положение, которое они занимали при фотосъемке ну­левого цикла, и т. д.).

2.Фотосъемка деформационного цикла выполняется с то­чек стояния, находящихся примерно вблизи точек стояния фо­токамеры при фотосъемке нулевого цикла (когда уничтожены центры точек стояния нулевого цикла, и установка штативов производится примерно в прежнее положение).

3.Фотосъемка деформационного цикла выполнена с точек, находящихся на значительном удалении от точек стояния, с ко­торых выполнена фотосъемка нулевого цикла.

Во всех трех случаях определение деформаций может быть выполнено как по измерениям координат, так и по измерениям смещений. Однако более целесообразно в двух первых случа­ях определять деформации по способу смещений, как обеспечи­вающему более высокую точность.

В третьем случае при больших изменениях в положении центров проекций деформации целесообразно определять по способу координат, обеспечивающему в этом случае более про­стую математическую обработку при примерно равной точности результатов. Кроме того, измерения таких фотоснимков по спо­собу смещений часто затруднено, а иногда и невозможно из-за больших взаимно - перспективных и масштабных искажений. В двух первых случаях координаты контрольных точек не определяются даже при измерении фотоснимков по способу координат. При необходимости координаты контрольных точек могут быть определены из фотограмметрических измерений по фотоснимкам нулевого цикла.

В третьем случае координаты контрольных точек должны быть определены из геодезических измерений с достаточно высокой точностью.

Во всех случаях, если между нулевым и деформационным циклами положение контрольных точек может измениться, определяются их координаты, как при нулевом, так и при деформационных циклах.

На рисунке 2 показано применение фотограмметрического способа на примере определения крена сооружения башенного типа

Рисунок 2 - Схема определения крена сооружения фотограм­метрическим способом

Перед фотографированием на сооружении отмечены мар­ками контрольные точки 1, 2 и деформационные точки 3 и 4. Фотографирование выполнено с базиса АВ. На фотоснимке соо­ружение изобразилось симметрично относительно оси

На стереокомпараторе выполняется измерение места нулей МО_x MO_Z и координат х, г точек 1-4. Результаты записываются в журнале измерений, затем по формулам вычисляют величины деформаций.

Осн.: [2], [219-235]

Доп.: [5], [97-152]

Контрольные вопросы:

1. Какими способами можно определить деформацию сооружений.

2.Какие плоскости используют при стереофотограмметрическом способе измерения деформации.

3.Сколько раз фотографируется объект при определении деформации.

4.Что необходимо измерять при фотограмметрическом способе.

5.Как производят фотографирование объекта при стереофотограмметрическом способе.

Лекция 4. Классификация основных типов геодезических знаков и их размещение

Классификация знаков и требования к их конструкции

При исследовании деформаций сооружений используют раз­личные по конструкции типы знаков в зависимости от их на­значения, условий закрепления и наблюдений. По основному назначению знаки разделяют на опорные, деформационные и вспомогательные, а также на плановые, высотные и планово-высотные. Знаки могут быть глубинными, грунтовыми, поверх­ностными. В названии типа применяемых знаков обычно со­держится как его целевое назначение, так и основные конст­руктивные особенности.

Опорные знаки служат для закрепления в схеме изме­рения деформаций тех пунктов, положение которых принима­ется на протяжении всего периода исследований неизменным в пределах заданного допуска, назначаемого в зависимости от точности наблюдений.

Пунктов, закрепляемых опорными знаками, может быть несколько, но лишь один из них принимается в качестве исходного для определения величин деформаций. Наличие не­скольких опорных знаков позволяет осуществлять контроль за устойчивостью их положения. Конструкция опорных знаков должна обеспечивать как их длительную сохранность для неизмененности схемы измерений во всех циклах наблюдений, так и максимальную стабильность положения в плане и по высоте для надежного определения величин деформаций.

Наибольшая стабильность положения знаков достигается закреплением их в практически несжимаемых скальных грун­тах, к которым относятся изверженные (гранит, базальт, диа­баз и др.), метаморфические (кристаллические сланцы, гнейсы,, кварциты и др.) и осадочные (кремнистые песчаники, известня­ки, доломиты, глинистые песчаники и др.) породы. Они нередко располагаются на большой глубине и в этом случае знаки ста­новятся глубинными. Достаточно надежное закрепление знаков; возможно и на небольших глубинах в полускальных породах - различных глинистых отложениях (аргиллитах, алевритах, мергелях и др.).

Повышенной устойчивостью должны обладать знаки для ис­следования микросмещеиий грунтов на площадке прецизион­ных сооружений, а также для наблюдений за деформациями.

Деформационные знаки закладываются непосред­ственно на исследуемом сооружении, составляя с ним одно це­лое. По наблюдениям за положением марок судят о деформа­циях сооружения в различных его частях, поэтому надежность закрепления их на элементах сооружения является важным условием. Размещение и количество деформационных знаков должно быть таким, чтобы наиболее полно выявить деформа­ции сооружения, иметь возможность включить их в схему на­блюдений и производить предусмотренные этой схемой геоде­зические измерения в благоприятных условиях. Они должны быть расположены в характерных точках сооружения и мес­тах, где ожидаются наибольшие деформации. Но число знаков не должно быть особенно большим, так как это может привес­ти к увеличению объема измерений и времени производства од­ного цикла наблюдений. Фактор времени при наблюдениях за деформациями имеет важное значение. Во время цикла наблю­дений происходящие деформации не должны влиять на точ­ность выполняемых измерений. Выбор местоположения знаков зависит также от конструктивных особенностей сооружений, включающих фундаменты, значительное число сопряженных между собой несущих строительных конструкций, взаимосвя­занных элементов технологического оборудования.

Конструкция деформационных знаков, также как и опорных, определяется их целевым назначением (какие виды деформа­ций измеряются), способом крепления, возможностью установ­ки на них измерительного оборудования. Они бывают плано­выми, высотными и планово-высотными и отличаются многооб­разием конструкций.

Вспомогательные знаки служат для закрепления дополнительных пунктов в случае невозможности расположить опорные вблизи исследуемого сооружения. В схеме измерения они являются связующими для передачи координат и высоты от опорных пунктов к деформационным знакам. Стабильность их положения требуется лишь на период цикла наблюдений, поэтому требования к закладке знаков в грунтах менее жест­кие. Они могут, в случае необходимости, находиться в зоне воз­можных деформаций и закрепляться в верхних, менее устойчи­вых, чем глубинные, мягких грунтах, но ниже границы промер­зания.

Плановые знаки предназначены для определения гори­зонтальных смещений сооружений.

Конструкция верхней части (головки) опорных и вспомога­тельных знаков должна соответствовать применяемой методике измерений, предусматривающей центрирование на знаке с за­данной точностью угломерного инструмента, визирных марок или других измерительных приборов и оборудования.

Знаки закрытого типа, закладываемые на уровне земной поверхности, рассчитаны на использование штатива и центри­рование измерительных приборов и оборудования при помощи оптического центрира. Головку знаков открытого типа распола­гают на удобной для наблюдателя высоте над поверхностью и снабжают специальным устройством, центрирующим инстру­менты непосредственно на знаке. Такого типа знаки обеспечи­вают большую точность измерений. Для предохранения знака от динамических воздействий повреждений верхняя его часть изолируется колодцем или защитной трубой. Головка знака защищается в период между измерениями съемной крышкой.

Наиболее широкое распространение получили плановые опорные и вспомогательные знаки в виде металлических труб и железобетонных столбов или пилонов. Оригинальностью конст­рукции отличаются плановые опорные знаки в виде обратного отвеса, принцип устройства которого основан на вертикальном натяжении проволоки при помощи специальной поплавковой системы.

Плановые деформационные знаки имеют различные конст­рукции. Они могут представлять собой визирные марки или другие устройства для наблюдений, закрепляемые на сооруже­нии или оборудовании непосредственно или при помощи посто­янных и съемных кронштейнов. Центры деформационных зна­ков могут быть в виде полой втулки, в которую вставляются визирная цель, снабженная цилиндром или шариком, и вкла­дыш для линейных измерений.

Высотные знаки служат для наблюдений за осадками и другими видами деформаций, определяемыми по изменениям высот точек сооружения.

В качестве опорных высотных знаков применяют глубинные реперы в виде столбов, труб, натянутых струн, закрепляемых одним концом в скважине на глубине скальных пород. Верхняя часть реперов оформляется в виде сферической головки, несу­щей отметку, шкалой, реже оконтуренной плоскостью. Конст­рукция репера должна обеспечивать стабильность его положе­ния по высоте при возможных колебаниях температуры или позволять учитывать изменения его длины из-за изменения тем­пературы. Чтобы репер обладал минимальной чувствитель­ностью к изменениям температуры, он должен быть изготовлен из материала с очень малым температурным коэффициентом линейного расширения, например, инвара, карбопласта и т. п.

Наиболее широкое применение находят реперы с инварной струной, а также реперы, в которых удлинение вследствие из­менения температуры учитывается на основе использования принципа биметалла.

Точки на сооружении, по которым ведутся наблюдения за осадками, закрепляются высотными деформационными знака­ми - осадочными марками. Конструкция марок должна обес­печить надежное закрепление их на сооружении, длительную сохранность и возможность идентичной установки нивелирной рейки во всех циклах наблюдений. Многие осадочные марки имеют сферическую головку, на которую рейку устанавливают или подвешивают. Удобна для наблюдений осадочная марка в виде нивелирной шкалки. Размещение марок на сооружении зависит от его вида и конструктивных особенностей. По ряду причин выгодно закреплять все марки на одном уровне - гори­зонте нивелира.

Во многих случаях, например, при исследованиях микросме­щений грунтов на площадке, плановые и высотные знаки целе­сообразно совмещать в единой конструкции. Большинство изве­стных в настоящее время опорных знаков являются планово-высотными и могут быть использованы для комплексных иссле­дований деформаций.

При исследованиях деформаций широко применяют трубча­тые консольные знаки, заглубляемые в твердые коренные по­роды или закрепляемые непосредственно на фундаменте соору­жения в случае наблюдений деформаций технологического обо­рудования. К ним относятся знаки с жесткой консолью, которые, благодаря небольшой (до 6 м) высоте кон­соли, обладают незначительной чувствительностью к боковым воздействиям, что позволяет устанавливать геодезические при­боры на головку знака.

В зависимости от назначения знаков определяются и требо­вания к их конструкции.

К опорным знакам предъявляются следующие требования.

1. Долговечность или длительная сохранность на весь воз­можный период наблюдений. Обеспечивается она применением для изготовления знаков таких материалов, как железобетон, металл и т. д., а также предохранением знаков от коррозии, блуждающих токов и механических повреждений.

2. Устойчивость, обеспечивающая постоянство пространст­венного положения фиксированных точек знаков в заданных пределах. С этой целью выбирают соответствующие места и устанавливают надлежащую глубину закладки знаков, а также предусматривают специальные конструктивные мероприятия.

3. Возможность установки и центрирования с требуемой точностью приборов и приспособлений для измерений. При необходимости проведения высокоточных измерений знак должен быть оборудован для принудительного центрирования.

4. Удобство работы на знаке или привязки к нему. Определяется соответствующей высотой знака и фиксированных точек, внешним оформлением, возможностью перемещения вокруг зна­ка, наличием необходимых видимостей со знака на знаки т. д.

5. При необходимости установки знака в проектное положение он должен быть снабжен устройством, обеспечивающим микрометренное перемещение его фиксированных точек.

В зависимости от условий, характера и необходимой точно­сти выполняемых измерений к конструкции опорного знака могут быть предъявлены и другие специфические требования.

Для вспомогательных знаков существенно облегчаются первые два требования, а остальные остаются теми же, что и для опорных знаков.

Деформационные знаки должны быть в первую очередь же­стко связаны с исследуемым сооружением или его элементом. Для этой группы знаков также требуется наличие видимостей, удобство подходов, долговечность, возможность установки соот­ветствующего измерительного оборудования и ряд других тре­бований, отвечающих решаемой задаче.

Осн.: [1], [16-25]

Доп.: [2], [39-41]