59

Лекции по геодезии

МТТ 3 курс

Геодезические работы при строительстве и эксплуатации мостов.

Литература

Основная

1. Инженерная геодезия: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Е.Б. Клюшин, М.И. Киселев, Д.Ш. Михелев, В.Д. Фельдман; под ред. Д.Ш. Михелева. – 8-е изд., стер. – М.: Изд. Центр “Академия”, 2008. – 480 с.

2. Федотов Г.А. Инженерная геодезия: учебник / Г.А. Федотов. – 4-е изд. стер. – М.: Высш. шк., 2007. – 463 с.

3. Новиков В.И. Геодезические измерения в строительстве: учеб пособие / В.И.Новиков, А.Б.Рассада. Саратов: РИЦ, СГТУ, 2010, 187 с

4. Новиков В.И. Геодезические съемки: учеб пособие / В.И.Новиков, А.Б.Рассада. Саратов: РИЦ, СГТУ, 2011, 136 с.

Дополнительная

5. Брайт П.И. Геодезические методы измерения деформаций оснований и сооружений. М.: Недра, 1965. - 298 с.

6. Левчук. Г.П. Курс инженерной геодезии. Основные виды инженерно-геодезических работ. Геодезические работы при изысканиях и строительстве транспортных и промышленных сооружений. М.: Недра, 1970. - 408 с.

7. Трунин А.Ф., Финаревский И.И., Чистяков С.В. Фототеодолитная съемка в крупных масштабах. Изд. 2, испр. и доп. М.: Недра, 1978. - 207 с.

8. Федоров В.И. Инженерная геодезия: Учебник для вузов. М.: Недра, 1990. - 357 с.

Геодезические работы при проектировании, строительстве и эксплуатации

мостовых переходов и транспортных тоннелей.

Введение.

Строительное производство связано с преобразованием природных ландшафтов. При этом создаются искусственные ландшафты, которые определяются видом сооруженного жилья (города и мегаполисы), сооружений жизнеобеспечения людей (тепловые и электрические станции), транспортных коммуникаций (железные и автомобильные дороги, мостовые переходы, тоннели аэродромы и др.), а также видом карьеров, разрезов и шахт по добыче строительных материалов и полезных ископаемых.

Размещение на земной поверхности различного рода объектов нуждается в определении их экономической необходимости, рациональной взаимной увязке местоположения, а также в определении влияния на параметры поверхностных и грунтовых вод, грунтово-геологические, экологические и другие параметры. Для определения этих параметров используются различного рода обследования и предварительный сбор данных. В результате обследования решаются принципиальные вопросы возможности размещения конкретного объекта на конкретном месте. Далее в процессе изысканий определяется местоположение и ориентирование объекта строительства на основе компромиссных решений о минимальном влиянии проектируемого объекта на состояние окружающей природной среды. Аналогично решаются вопросы об экономической целесообразности объекта строительства.

После решения принципиальных вопросов размещения объекта строительства приступают к его проектированию. Для проектирования объекта необходима соответствующая информация, которая появляется в результате экономических, экологических, метеорологических, геологических, гидрогеологических, морфометрических, и геодезических изысканий. Вся эта информация детально анализируется и в результате появляется согласованный документ об отводе конкретного земельного участка под строительство объекта и (или) согласованный документ о размещении трассы автомобильной дороги, створа мостового перехода, трассы тоннеля с определением точек его входного и выходного портала.

После завершения проектных работ необходимо на местности (в пространстве) определить местоположение запроектированных объектов. Эта работа выполняется специальными геодезическими методами в два этапа. На первом этапе устанавливают границы участка местности, расположение и ориентацию запроектированных объектов. На втором этапе устанавливают во взаимной увязке (с требуемой точностью) расположение в плане и по высоте элементов запроектированного сооружения.

Вынос на местность точек строящегося объекта имеет особенности.

1. Ключевые точки сооружаемого объекта, как правило, находятся в зоне работы землеройной техники (точки оси трассы пойменной насыпи, точки оси регуляционных сооружений, точки подходов к порталам тоннелей) и могут быть уничтожены. Другие точки могут находиться в зоне недоступной для непосредственного определения (на водной поверхности, в толще грунтового массива при проектировании тоннеля).

2. По мере возведения объекта появляется необходимость контроля правильности местоположения ключевых точек и направлений осей строящейся конструкции. Поэтому для восстановления периодически уничтожаемых точек и контроля правильности положения ключевых точек и направлений осей сооружения используются специальные геодезические способы или геодезическое сопровождение строительства.

После сооружения объекта и сдачи в эксплуатацию выполняют исполнительную съемку для контроля правильности возведения объекта строительства в целом и выявления отступлений от проекта. В последующий период на элементы конструкции оказывают воздействия различные факторы. Это факторы погоды: сезонные перепады температур, периодические изменения уровня паводковой воды, ветровая, ледовая нагрузка и др.; факторы условий эксплуатации: осадка фундаментов от действия веса конструкции, осадка (сдвиг) грунтового массива над тоннелем, общий и местный размыв грунта насыпей и у фундаментов опор. Воздействие этих факторов суммарно выражается в движении различных элементов конструкции. Здесь необходимо постоянно контролировать эти движения и путем анализа абсолютных величин и направлений деформаций устанавливать (прогнозировать) устойчивость всей конструкции в целом. Исходные данные для анализа движений элементов конструкции должны быть получены в период эксплуатации сооружения путем специальных геодезических измерений.

Таким образом, геодезические измерения являются необходимыми в период проектирования, строительства и эксплуатации объекта строительства. Для этих периодов путем геодезических измерений решаются следующие задачи:

В период проектирования:

• сбор исходной картографической информации для принципиального решения вопроса размещения объекта строительства;

• съемочные работы в крупном масштабе для детального проектирования элементов объекта строительства.

В период строительства:

• определение местоположения площадки строительства и пространственное размещение в плане и по высоте элементов запроектированного сооружения;

• геодезическое сопровождение строительства объекта для контроля правильности возведения конструкции в целом и взаимного расположения его элементов.

В период эксплуатации:

• исполнительная съемка для контроля правильности завершенного строительства и выявления отступлений от проекта;

• геодезические работы по определению эксплуатационных сдвигов объекта в целом и смещений его элементов для контроля и прогноза устойчивости конструкции.

1. Геодезические изыскания

1.1. Требуемый масштаб составляемого плана и

методы геодезических изысканий.

По заданию проектирующей организации выполняются геодезические изыскания, выражающиеся в составлении плана участка местности. Выполнение этой работы связано с определением на участке съемки местоположения существующих объектов и характера рельефа относительно принятой системы координат. Требуемый масштаб съемки определяется в зависимости от необходимой точности проектирования объекта (как правило, графическая точность). Знаменатель масштаба съемки (m) определяется отношением необходимой точности проектирования (выноса проекта на местность) (k) относительно сетки координат к точности составляемого плана. Точность плана выражается минимальным отрезком равным= 0,2 мм. Например, еслиk= 0,2 м = 200 мм, то необходимый и достаточный масштаб съемочных работ устанавливают по формуле:

, (1)

То есть для проектирования объектов требуется план участка местности в масштабе 1:1000, который является необходимым и достаточным.

На стадии определения границ участка местности, выделенного для проектирования объекта строительства, требуемая точность его размещения на местности составляет k= 10 м = 10000 мм. Следовательно, необходимый масштаб карты для этого будет равен (10000/0.2=50000) 1:50000.

Здесь необходимо различать необходимую точность выноса элементов конструкций относительно исходной системы координат и точность сопряжения элементов конструкций. См. ниже раздел “Геодезическое сопровождение строительства”.

Кроме плана участка местности для проектирования линейных объектов требуется составление различных профилей (разрезов) местности по трассе автомобильной дороги, морфологическим створам мостовых переходов с промерами глубин водного объекта или профиля по трассе тоннеля.

Геодезические изыскания по размещению объекта строительства (оси мостового перехода, трассы тоннеля) может быть выполнен двумя методами.

1. Определение ключевых точек трассы подходов дороги к мостовому переходу и морфоствора или трассы дороги на подходах к порталам тоннеля и точек входного и выходного портала непосредственно в полевых условиях опытным специалистом. При этом выполняется трассирование и разбивка пикетажа непосредственно в поле, а также съемка узкой полосы прилегающей к трассе подходов и морфоствору мостового перехода. Варианты трассы не назначаются. В этом случае не исключены ошибки в определении положения трассы, так как отсутствует необходимый обзор больших площадей местности. Однако этот метод сравнительно дешевый.

2. Топографическая съемка больших площадей и составление плана в крупном масштабе. При этом может быть назначено десятки конкурирующих вариантов размещения морфоствора мостового перехода или трассы проектируемого тоннеля. После выбора одного из вариантов выполняют проектирование плана трассы с определением координат ключевых точек объекта. По этим координатам запроектированный вариант выносят на местность. Однако здесь высокая стоимость изыскательских работ.

1.2. Методы создания планово-высотного обоснования съемки местности

При первом методе проектирования, когда назначена трасса подходов к мостовому переходу и морфоствор или трасса подходов к тоннелю и трасса тоннеля, то в полевых условиях определяют плановое положение ключевых точек трассы (начало и конец трассы, вершины углов поворота, морфоствор, или точки входного и выходного порталов тоннелей). Эти точки назначаются опытным специалистом (главным инженером проекта) непосредственно в поле. При этом руководствуются картографическим материалом, на котором нанесена трасса и ее ключевые точки. Определение положения этих точек на местности устанавливается относительно существующей местной ситуации. Положение точек трассы в целом определяется, как правило, визуально. В сомнительных случаях и при необходимости используются методы: линейной засечки, прямой и обратной угловой засечки, створных измерений. После определения положения ключевых точек выполняют трассирование с разбивкой пикетажа, поперечников и закруглений. Причем на кривые выносят, только пикеты. По трассе выполняют полный комплекс нивелировочных работ и на сложных участках трассы выполняют тахеометрическую съемку (переходы через овраги, примыкания и пересечения с различными коммуникациями, пойму реки в районе морфоствора или в районе порталов тоннеля). Тахеометрическую съемку выполняют с пикетных точек трассы. Ключевые точки трассы привязывают к единой государственной сети координат для выполнения детальной последующей разбивки элементов запроектированного объекта. По результатам съемочных работ составляется план участков местности и профиль трассы, которые передаются для дальнейшего проектирования. Кроме того, определяются участки грунтовых резервов для отсыпки насыпи, на которых выполняются съемочные работы и геологические изыскания. Причем съемочные работы должны быть выполнены в одной системе координат со съемочными работами на трассе.

При втором методе проектированияпо карте устанавливаются границы участка местности, на котором будет проектироваться объект (подходы к мостовому переходу, мостовой переход, транспортная развязка, тоннель). Изыскателям выдается задание на съемочные работы в принятом масштабе и в установленных границах.

В этом случае съемочные работы выполняются в соответствии с инструкцией по съемке местности в масштабах 1: 500 – 1: 5000. Съемочное обоснование выполняется путем создания сети теодолитных и нивелирных ходов. Причем, в зависимости от условий местности (открытая, закрытая – залесенная, при наличии застройки и т. п.) и категории рельефа съемочное обоснование может строиться различными методами.

Застроенная территория.В городах строятся городские транспортные развязки, для проектирования которых выполняются съемочные работы в масштабе 1: 500. В городском отделе архитектуры хранятся планшеты, на которых в этом масштабе составлен план города. Для проектирования городской транспортной развязки устанавливаются границы участка города и заказывается копия плана. На этом участке проводится топографическая съемка текущих изменений. В случае если изменений застройки на участке более 40 %, то съемочные работы выполняются заново. В любом случае (съемка текущих изменений или съемка заново) съемочное обоснование привязывается к имеющимся пунктам полигонометрии и высотным реперам.

Теодолитные хода прокладываются так, чтобы съемку зданий и сооружений можно было выполнить методом перпендикуляров. Причем линии теодолитных ходов измеряют стальной 20-и метровой лентой и стремятся эти линии проложить как можно ближе к фасаду зданий улицы, тем самым, уменьшая длину перпендикуляров. Для крупных зданий и сооружений применяют метод координирования их углов способом прямой угловой засечки или способом висячей линии. Используют, как правило, разомкнутые теодолитные хода (рис. 1), привязанные к пунктам полигонометрии, аналитическим сетям или триангуляции.

Уравнивание углов и приращений координат выполняют по следующим формулам:

Угловая невязка

. (2)

где - сумма измеренных углов;_к,_н– дирекционные углы соответственно конечной и начальной линий теодолитного хода (см. рис. 1);

n– количество измеренных углов в теодолитном ходе.

В

1

C

C

d_в-1

α_н

n

D

β₁

α_к

β_в

d_1-2

d_i-(i+1)

d_n-C

2

С

β_n

А

β₂

β_C

Рис. 1. Разомкнутый теодолитный ход

Линии А – В и С – Dначальная и конечная линии теодолитного хода с известными дирекционными углами_н, _к

Точки В и С начальная и конечная точки теодолитного хода с известными координатами

Допустимая угловая невязка равна

, (3)

где t– коэффициент значимости. При надежности 95 %t= 1.962.00,

m– среднеквадратическая погрешность измерения углов теодолитом. Для теодолитных ходов используется теодолит Т30, поэтомуm= 30= 0.5.

Поправки в измеренные углы вводятся поровну, то есть .

Линейные невязки определяются по формулам:

(4)

где- сумма приращений координат соответственно по координатамXиY;X_к,Y_к– координаты конечной точки теодолитного хода;

X_н,Y_н– координаты начальной точки теодолитного хода;d_i– сумма расстояний (горизонтальных проложений) между точками теодолитного хода.

В связи с ограничением длины хода между твердыми (имеющими координаты) точками (требования инструкции) может возникать система ходов с узловыми точками. В этом случае выполняется уравнивание ходов с использованием методов математической обработки геодезических измерений.

Высотное обоснование. Для высотной съемки застроенной территории выполняют нивелирование точек теодолитных ходов, привязывая нивелирные хода к реперам, имеющим отметки из нивелирования высоких классов. Для съемочных работ выполняют нивелирование пятого класса. При этом высотное обоснование строится в виде одиночных разомкнутых ходов, а также в виде сети таких ходов с одной или несколькими узловыми точками. Высотная съемка выполняется путем нивелирования застроенной территории при готовом плане горизонтальной ситуации.

Уравнивание одиночного разомкнутого нивелирного хода выполняют по следующим формулам:

Фактическая невязка в нивелирном ходе равна:

(5)

Допустимая невязка для пятого класса нивелирования устанавливается по формуле:

, (мм) (6)

где L– длина нивелирного хода в км.

Незастроенная территория.При проектировании на незастроенной территории транспортных развязок, мостовых переходов, путепроводов, тоннелей и других сооружений, масштаб съемки определяется по формуле (1). Плановое съемочное обоснование может строиться следующими методами:

• одиночный разомкнутый теодолитный ход, проложенный между твердыми (имеющими известные координаты) точками (см. рис. 1);

• свободная сеть полигонов, когда имеет место не более одной линии с известным дирекционным углом и не более одной точки с известными координатами или полное отсутствие таких линий и точек (рис. 2);

• несвободная сеть полигонов, когда имеет место одна или несколько линий с известным дирекционным углом и две и более точек с известными координатами (рис. 3);

• сеть треугольников (сплошная, центральная система, рис. 4, цепочка, рис. 5а и геодезический четырехугольник рис. 5б). Такая сеть может быть свободной или несвободной;

В сети полигонов (свободной или несвободной) выполняют измерения всех углов и расстояний между точками. Точность измерений должна соответствовать точности составляемого плана участка местности.

В сети треугольников выполняют измерения одной или двух сторон принятых за базисы и всех углов (микротриангуляция) или всех сторон и углов в одном или двух треугольниках.

3. Применение электронной геодезической техники и спутниковые методы геодезических измерений