Учебники и пособия / Подшивалов В. П. Инженерная геодезия

Гидростатическое нивелирование. Нивелирование переносным шланговым прибором или стационарной гидростатической системой, устанавливаемой по периметру фундамента, применяется для измерения относительных вертикальных перемещений точек, труднодоступных для контроля другими методами, а также в случаях, когда нет прямой видимости между марками, или на месте производства измерительных работ невоз-

можно пребывание человека по условиям безопасности труда.

Горизонтальные перемещения зданий и сооружений. Перемещения измеряют методами створных наблюдений, полярным, угловой засечки, отдельных направлений, триангуляции, фотограмметрии или их комбинированием, сканирования. Метод измерений горизонтальных перемещений принимают в зависимости от необходимой точности результатов.

Способ створных наблюдений (рис. 8.47) следует применять для определения горизонтальных перемещений, перпендикулярных к створу АВ, например, перемещений плотин и других протяженных объектов. На сооружении закрепляют или маркируют деформационные знаки 1, 2, …, а вне его закладывают устойчивые створные знаки А, Е, К, В для установки над ними прибора (высокоточного теодолита или электронного тахеометра, например, в точке Е) и опорной марки в точке К. Знаки на сооружении могут отклоняться от створа на несколько сантиметров. Створ ЕК задают зрительной трубой, а боковые отклонения точек от створа (отклонение u1 точки 1) измеряют, например, с помощью передвижной визирной марки, оснащенной линейкой.

Способ малых углов заключается в измерении с помощью высокоточного тахеометра или теодолита малого горизонтального угла ε1 (см. рис. 8.47) между начальным направлением ЕК и изменившимся направлением Е1 на марку 1. Горизонтальное смещение марки вычисляется по формуле

u1 = l1 tg ε1 = l1ε1 / ρ″.

Рис. 8.47. Схемы определения горизонтальных смещений точек сооружения

340

Средняя квадратическая погрешность измерения малых углов при расстоянии от опорного знака до марки, равном 100 м и менее, не должна превышать 2″, при расстоянии 600– 1000 м – 0,5″.

Полярный способ осуществляется с помощью высокоточного электронного тахеометра, угловая приборная погрешность которого составляет 1″, погрешность светодальномера не более 1 мм + 1 ррm (см. формулу (5.17)). Прибор центрируют над постоянным знаком Т базиса РТ (см. рис. 8.47). На сооружении закрепляют постоянные или же съемные светоотражатели в точках 1, 2, …, 5. Наблюдая марку 2 в последовательных циклах, измеряют горизонтальный угол с, принимающий значения с1, с2 и определяют соответствующие расстояния D1, D2 и их углы наклона ν1 и ν2. В соответствии с меню программ тахеометра автоматически вычисляются дирекционные углы α1 = αТР + с1 и α2 = αТР + с2, а также горизонтальные проложения d1 = D1 cos ν1, d2 = D2 cos ν2 и координаты х2, у2 знака 2. Такие же наблюдения выполняют на пункте Р. Находят прямоугольные координаты точки 2 по каждому циклу и, решая обратные геодезические задачи, определяют величину и направление горизонтального перемещения u2 наблюдаемой точки 2.

Способ прямой угловой засечки реализуется с помощью высокоточного теодолита (угловая погрешность 1–2″) относительно базиса b, закрепленного пунктами Р и Т с известными координатами (см. рис. 8.47). Угол засечки γ деформационных знаков должен составлять не более 70°. Измеряются горизонтальные углы с1 и с3 в начальном цикле наблюдений точки 2. Вычисляются длины сторон d1 и d3 и их дирекционные углы α2 и α2, затем находят начальные прямоугольные координаты хО2 и уО2 точки 2 относительно пунктов Р и Т по формулам (8.54). В последующих циклах повторяют такие работы и по изменениям координат знака определяются величина и направление его перемещения.

Способ струны следует применять в защищенных от воздушных потоков зданиях и прямолинейных галереях сооружений для непосредственного получения величин горизонтальных смещений конструкций относительно створа, обозначен-

ного струной.

Крен здания или сооружения. Возникает преимущественно вследствие неравномерной осадки, т.е. крена фундаментов.

341

При этом вертикальная ось монолитного башенного сооружения (дымовой трубы, телевизионной башни) принимает наклонное положение. Стены зданий получают наклон, измеряемый поперек и вдоль стены. Линейную и относительную величину крена определяют методами вертикальной плоскости, отвесного проецирования, координирования, измерения углов или направлений, фотограмметрическими и сканерными, механическими способами с применением кренометров, отвесов, а также их комбинированием. Крен фундаментов объекта, претерпевающего наклон, определяется нивелированием или с помощью кренометров.

Предельные абсолютные погрешности измерения крена в зависимости от высоты Н объекта, вида фундамента не должны превышать величин, для:

•гражданских зданий – 0,0001H;

•промышленных зданий, дымовых труб, доменных печей, башен и других сооружений − 0,0005H;

•фундаментов под машины и агрегаты – 0,00001H или 0,00001L (L – длина (ширина) фундамента).

Определение крена стен здания способом вертикальной плоскости (способом вертикального проецирования наклонным лучом теодолита) следует выполнять с двух опорных точек (станций I1 и I2 на рис. 8.48) по взаимно перпендикуляр-

Рис. 8.48. Определение крена стены здания способом вертикальной плоскости:

а – схема проецирования; б – определение полной величины крена

342

ным направлениям. При проецировании со станции I1 нивелирую рейку РНТ кладут в положение 1 у цоколя стены горизонтально и перпендикулярно к направлению на прибор. Вертикальную нить зрительной трубы теодолита наводят на угол стены в точке В1, характеризующей горизонтальное отклонение верха стены, затем трубу переводят вниз и по шкале рейки берут отчеты ав и ан – вертикальные проекции верхней и нижней угловых точек В1 и А1 стены, вычисляют составляю-

щую крена К1 = (ав – ан)1.

Со станции I2 точки В2 и А2 проецируют на рейку, уложенную в положение 2, вторую составляющую крена вычисляют по аналогичной разности отсчетов К2 = (ав – ан)2. В случае взаимно перпендикулярных направлений проецирования полный линейный крен данного угла сопряжения стен на высоте Н относительно точек А1 и А2 равен

Относительная величина крена i = К / Н.

Для измерения крена электронный тахеометр ставят, как и теодолит, на станциях I1 и I2 (см. рис. 8.48), на здании закрепляют светоотражатели измеряют соответственно расстояния D1 = I1В1, DА1 = I1А1 и D2 = I2В2, DА2 = I2А2, углы наклона νi

соответствующих линий Di, вычисляют составляющие крена.

При К1 = D2 cos ν2 – DА2 cos νА2 и К2 = D1 cos ν1 – DА1 cos νА1, затем полный крен по формуле (8.47).

Определение крена симметричных башенных сооружений

производится различными способами. Угломерный способ определения крена симметричного башенного сооружения рассмотрен в п. 8.11. Способ вертикальной плоскости описан пояснениями к рис. 8.48. Способ высокоточного геометрического нивелирования применяется, если башню можно отнести к практически абсолютно жесткой конструкции (дымовые железобетонные и кирпичные трубы, металлические каркасы вентиляционных труб и др.). Но способом нивелирования определяются лишь приращения крена, вызванные приращениями неравномерности осадки фундамента башни, поэтому способ применяется как контрольный.

Для определения приращений крена способом нивелирования используют, например, четыре осадочные марки 1, 2, 3, 4, расположенные на взаимно перпендикулярных радиусах

343

Рис. 8.49. Определение осадки и приращения крена дымовой трубы методом нивелирования:

а – схема приращения крена; б – схема графического определения приращения крена

приблизительно на одном уровне приземного сечения башни (рис. 8.49, а). Измеряют диаметр D данного сечения. По данным нивелирования марок с погрешностью измерения превышений mh ≤ ±0,5 мм вычисляют отметки и осадку Si каждой марки. Находят неравномерность осадки по диаметру 1–3: S1 = S1 – S3; по диаметру 2–4: S2 = S2 – S4. Линейные составляющие приращений крена К1 и К2, полное приращение крена Q башни на высоте Н = ОВ над марками вычисляют по следующим формулам:

При графическом определении приращения крена на чертеж вида рис. 8.49, б в крупном масштабе (1 : 2 или 1 : 5) наносят ориентированные по магнитному азимуту или дирекционному углу отрезки К1 и К2 и находят величину и направление полного приращения крена Q = ВВ1.

Ожидаемая погрешность m К определения приращений крена башни способом нивелирования должна быть оценена на допустимость. Находим m К по формуле

344

где mS – расчетная погрешность определения осадки марок. При mS = ±1 мм, Н = 100 м; D = 6 м оцениваем m К = ±33 мм

или в относительной мере m К/Н = 0,00033. Следовательно спо-

соб обеспечивает выполнение допуска (m К/Н) доп = 0,0005.

Крен фундаментов под оборудование. Определяют нивелированием контрольных точек, которые в проектном положении должны располагаться на определенных отметках или же в одной горизонтальной плоскости. Абсолютная величина крена фундамента К в направлении отрезка АВ = l определяется отклонением разности фактических отметок его контрольных точек А и В от разности проектных отметок, т.е.

К = (НАФ – НВФ) – (НАпр – НВпр). Относительная величина крена фундамента

Периодичность наблюдений за смещениями и деформациями зданий и сооружений. Периодичность наблюдений уста-

навливается проектными организациями и отраслевыми ведомствами, эксплуатирующими строительные объекты. Общие требования к проведению циклов наблюдений состоят в следующем.

В процессе строительства гражданских и промышленных зданий циклы нивелирных измерений осадки начинаются после завершения конструкций нулевого цикла и закладки осадочных знаков. Затем нивелирование проводится при возведении здания на 25, 50, 75 и 100% его высоты с точностью нивелирования II класса, обеспечивающей определение осадки с допустимой погрешностью ±2 мм на песчаных, глинистых, других связных грунтах основания. В дальнейшем по окончании строительства для уникальных, дорогостоящих зданий и сооружений в соответствии с заданием проектной организации измерения осадки производят поквартально или 2 раза в год с применением нивелирования I класса для измерения приращений осадки с погрешностью, не превышающей ±1 мм. При скорости осадки ниже 1 мм в год наблюдения могут быть прекращены.

Наблюдения за осадкой и креном действующих производственных зданий, дымовых труб промышленных предприятий, тепловых электростанций, сооружений атомных и гидроэлек-

345

тростанций, высоких антенных опор и других объектов производятся согласно ведомственным инструкциям с периодич-

ностью от 1 до 4 циклов в год.

Деформации крупногабаритных строительных конструкций (мостов, ферм, балок, оболочек) при их испытаниях пробными нагрузками определяют с помощью прогибомеров, индикаторов перемещений часового типа, а также геодезическими методами с помощью нивелиров, теодолитов, электронных тахеометров, лазерных рулеток.

8.14. Геодезические методы обмеров архитектурных и строительных объектов

8.14.1. Общие сведения

Обмеры памятников архитектуры (архитектурные обмеры) производятся с научными целями и для разработки проектнотехнической документации на их реставрацию или ремонт. Соответствующие обмеры производятся также при паспортизации существующих зданий и сооружений в случаях утраты их проектных данных. По материалам обмерных работ составляется комплект документов, включающий чертежи объекта и его архитектурных элементов, фотографические материалы, геодезические и другие данные.

Обмеры выполняют сотрудники специализированной группы проектной организации, разрабатывающей проект реставрации памятников архитектуры и других объектов. В состав группы входят специалисты, обладающие соответствующей подготовкой по геодезии, фотограмметрии, а также архитекторы, инженеры-конструкторы и другие специалисты, которые действуют в соответствии с техническим заданием на обмеры, принятыми методами обмерных работ и образцами оформления полевой и конечной документации.

При обмерах широко применяется фотографирование объекта и его архитектурных и художественных деталей, пространственное положение которых должно быть определено в геодезических координатах.

В практике геометрического изучения архитектурных памятников и других объектов используют следующие методы обмеров:

346

•непосредственные (выполняемые вручную с помощью несложных средств – рулетки, угольника, отвеса, уровня и др.);

•дистанционные (сканерный, моно- и стереофотографические, геодезические – выполняемые относительно геодезических опорных пунктов, расположенных вне и внутри объекта);

•комбинированные (предусматривающие сочетание дистанционных методов и непосредственных обмеров).

При непосредственных обмерах крупных объектов для доступа специалистов необходимо устраивать строительные леса или подмости. Такие конструкции препятствуют нормальному функционированию действующего объекта, громоздки при перебазировании, должны отвечать правилам безопасности труда. Дистанционные методы обмеров выполняются с меньшими затратами на организацию и проведение работ, но

спомощью сравнительно дорогостоящих приборов специалистами соответствующей квалификации.

От качества выполнения обмеров зависит качество и геометрическая точность проекта реставрации памятника архитектуры. Требования к точности и детальности обмеров различны и зависят от многих факторов: цели обмеров, архитектурноисторической ценности памятника архитектуры, его состояния, планов дальнейшего использования и т.д. Как правило, с наибольшей точностью выполняются обмеры давних памятников архитектуры для установления достаточно достоверных форм и размеров деталей фасадов и интерьеров, фиксирования признаков разрушений и следов более ранних перестроек.

В табл. 8.6 приведены показатели точности обмерных данных, рекомендуемые Международным комитетом по архитектурной фотограмметрии. Эти же показатели приемлемы для других видов дистанционных обмеров в масштабах от 1 : 20 до 1 : 500. Но на практике чертежи мелких деталей нередко требуется представлять в масштабах от 1 : 2 до 1 : 10, при этом требования к точности обмеров повышаются до 1–2 мм.

В общем случае точность обмерных методов должна быть достаточной для получения чертежей сооружения и его архи-

где М – знаменатель масштаба соответствующего обмерного чертежа.

347

Таблица 8.6

Рекомендуемые показатели точности фотограмметрических обмерных работ

Содержание методов обмеров и представление результатов обмеров. В процессе обмеров архитектурных сооруже-

ний определяют следующие геометрические данные: габаритные параметры объекта и пространственное положение его контуров (горизонтальность, вертикальность, ориентацию в геодезических координатах), размеры несущих конструкций объекта, связи между различными формами здания; особенности архитектурных деталей, в частности размеры и форму дверных и оконных проемов, опор, арок, куполов и др.).

Непосредственные обмеры в настоящее время целесообразно применять для получения подробных (детальных) планов и разрезов (интерьеров) небольших строений (павильонов, беседок), а также архитектурных деталей крупных сооружений в местах, оборудованных подмостями. Результаты обмеров записывают на соответствующих абрисах, составляемых в процессе работы, либо на заранее подготовленных фотосхемах. При необходимости абрисы дополняются соответствующими подробными фотоснимками. Окончательные обмерные чертежи можно затем составить вручную и с помощью компьютера для использования по назначению и архивного хранения. Все полевые материалы (абрисы) и фотоснимки тоже относятся к документам, подлежащим сохранению.

Результаты непосредственных обмеров – это главным образом чертежи, составленные в ортогональной проекции и

348

представляющие план объекта, отображения его фасадов и разрезов.

Дистанционные обмеры включают дистанционное определение координат опорных точек объекта – характерных и замаркированных точек на фасадах и внутри сооружения. Маркерными точками могут служить временные (съемные) знаки. Опорные точки необходимы для пространственного координирования контурных элементов обмерных чертежей или фотоизображений и приведения их к заданному масштабу, определения размеров конструкций и архитектурных деталей.

Понятие о сканерной съемке фасадов приведено в п. 7.4. Сущность аналоговой (на фотопластины или фотопленки) и цифровой моно- и стереосъемок изложена в п. 7.8. Для современного документально-обмерного фотографирования необходимо применять цифровые крупноформатные фотограмметрические фотокамеры кадровые или сканирующие, обеспечивающие высокую геометрическую точность центральной проекции. Любительские фотокамеры не обладают такой точностью и пригодны для получения вспомогательных фотоматериалов, например фотоабрисов, фотоиллюстраций.

По данным аналоговой и цифровой монофотосъемки составляются планы фасадов, а по данным аналоговой и цифровой стереофотосъемок (с учетом геодезических определений координат маркерных точек) или по данным сканерной съемки с помощью компьютера создается цифровая модель сооружения (ЦМС), а на ее основе – требуемые виды картирования объекта. По соответствующим программам с помощью компьютера получают его виртуальную демонстрационную модель в проекции на экран в различных ракурсах, выводят на печать аналоговые снимки фасадов в ортогональной или иной проекции, создают требуемые чертежи.

Архивные материалы давних аналоговых фотосъемок обладают соответствующей исторической значимостью и применяются для изучения изменений архитектурного облика сооружения во времени или же для воссоздания утраченного памятника. Имеющиеся архивные аналоговые стереопары сканируют и путем последующей их обработки цифровой фотограмметрической системой (ЦФС) получают цифровые отображения объекта, которые используют для пространственных иллюстраций его вида в прошлом и для требуемых камеральных обмеров и проектных решений.

349