144

4.Как уравнивают превышения и вычисляют высоты точек при нивелировании по квадратам и по магистралям?

5.Какими способами можно построить горизонтали на плане?

6.Какие задачи решаются по плану с горизонталями?

7.Как определить высоту точки по отметкам горизонталей, между которыми она расположена?

8.Как определить угол наклона?

9.Как провести линию на плане с заданным уклоном?

ЛЕКЦИЯ 15. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЯХ

15.1Виды, задачи и современные методы инженерных изысканий.

15.2Геодезическое обоснование для топографических изысканий

15.3Понятие о способах геодезических наблюдений за деформацией и осадками сооружений, зданий.

15.4Геодезический контроль за соблюдением геометрических требований проектов сооружений.

15.1 Виды, задачи и современные методы инженерных изысканий

Проектирование, а в последующем и строительство инженерного сооружения, ведется на основе комплекса специальных работ, называемых инженерными изысканиями. Основные задачи инженерных изысканий – изучение природных и экономических условий района будущего строительства, составление прогнозов взаимодействия объектов строительства с окружающей средой, обоснование их инженерной защиты и безопасных условий жизни населения.

Каждая стадия изысканий должна обеспечивать материалами соответствующую стадию проектирования. В связи с этим различают изыскания: 1) предварительные - на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО) или технико-экономического расчёта (ТЭР); 2) на стадии проекта; 3) на стадии рабочей документации.

С целью определения экономической целесообразности строительства сооружения в конкретном месте с учётом обеспеченности его строительными материалами, сырьём, транспортом, водой, энергией, рабочей силой и т.п., проводят экономические изыскания. После этого проводят технические изыскания – для того, чтобы дать исчерпывающие сведения о природных условиях участка с целью наилучшего учёта и использования их при проектировании и строительстве.

Содержание и объёмы инженерных изысканий определяются типом, видом и размерами проектируемого сооружения, местными условиями и степенью их изученности, а также стадией проектирования. Различные виды сооружений, технология строительства которых имеет много общего и изыска-

145

ния для которых проводятся по сложной схеме, могут быть объединены в группы: площадные и линейные сооружения.

Порядок, методика и точность инженерных изысканий устанавливаются в основном в строительных нормах, например СНиП 11-02-96 и СНиП 11- 04-97.

Для оценки участка предполагаемого строительства комплексно проводят следующие изыскания: основные – инженерно-геодезические, инженер- но-геологические и гидрогеологические; гидрометеорологические, климатологические, метеорологические, почвенно-геоботанические и др.

Инженерно-геодезические изыскания включают проведение геодези-

ческой съёмки и получение топографо-геодезической информации о рельефе местности, о наличии зданий и планировке. Такая информация отображается на плане инженерных сетей и коммуникаций данной территории. Подлежит согласованию с управлением архитектуры и службами подземных коммуникаций. Топографическая съёмка действительна в течение трех лет, после чего необходимо ее обновление.

Инженерно-геологические изыскания включают в себя исследование грунтов, определение состава грунтовых вод. При выполнении геологических работ учитываются инженерно-геологические условия местности, в которой предполагается строительство. Проводится маршрутное изучение здания, горнопроходческие мероприятия, термометрические исследования и работа с грунтами.

Инженерно-экологические изыскания выявляют экологическую обста-

новку района, предотвращают её нарушение при строительстве объекта. Комплекс данных работ помогает сделать прогноз на возможные экологические изменение местности. В процессе выявляется уровень загрязнения среды, проводится ряд съёмок (чёрно-белая, многозональная, радиолокационная, тепловая и другие).

Инженерно-геофизические изыскания - это комплекс работ, включаю-

щий в себя наблюдение грунта, находящегося на территории строительной площадки, изучение геологического разреза, обнаружение сооружений, находящихся под землёй. Также в сферу инженерно-геофизических мероприятий входит изучение условий, связанных с водой и почвой. Таким образом, специалисты могут прогнозировать оползни, сильное промерзание земли и другие губительные для сооружения явления.

В состав геодезических работ для строительства входит комплекс мероприятий:

построение и развитие плановых и высотных съёмочных сетей;

топографическая съёмка и ее обновление в масштабах 1:100 - 1:5000;

съёмка подземных и надземных сооружений (инженерных коммуникаций) в масштабе 1:100 - 1:5000;

камеральное и полевое трассирование линейных сооружений;

геодезические работы, связанные с выносом в натуру и привязкой зданий

исооружений;

составление, обновление, размножение в графическом виде планов топографической съемки;

146

проведение комплекса работ по межеванию земель с установлением (восстановлением) на местности границ административно-территориальных образований;

проведение комплекса работ по межеванию земельных участков владельцев земли по единой государственной системе, оформление планов (чертежей) границ земельных участков, документов удостоверяющих право на землю и формированию межевого дела для сдачи в земельный комитет;

геодезические стационарные наблюдения за деформациями оснований зданий и сооружений, земной поверхности и толщи горных пород, в том числе проведение мониторинга за опасными природными и техногенными процессами.

Всовременных условиях инженерно-геодезические изыскания производятся при использовании светодальномеров, электронных теодолитов и тахеометров, спутниковых приёмников, обработка результатов производится при помощи специальных программных продуктов.

Результаты топографической съёмки показываются в виде цифровой модели местности (ЦММ) и рельефа (ЦМР). Разработаны программы для автоматизированной системы проектирования (САПР) трасс линейных сооружений, генеральных планов на основе ЦММ и т.п. На основе ЦММ также вычисляются объёмы водохранилищ и земляных масс.

При изучении поверхности и природных ресурсов Земли, для целей изысканий, применяются наземные методы, аэро- и космоснимки. Спек-

трозональные снимки высокого разрешения могут использоваться для проведения мероприятий по защите природного ландшафта и вод от загрязнения. Космические снимки используют для накопления информации о протяжен-

ных и площадных объектах (магистральных дорогах, трубопроводах, каналах, крупных торговых центрах и др.).

15.2 Геодезическое обоснование для топографических изысканий

Геодезическим обоснованием для топографических изысканий, выполняемых для землеустройства, гидромелиоративного строительства, лесного хозяйства, являются пункты государственных геодезических сетей всех классов, сетей сгущения 1 и 2 разрядов, пункты съёмочных сетей и нивелирные сети всех классов и разрядов.

В зависимости от масштаба съёмки и высоты сечения рельефа устанавливается следующая густота пунктов государственной геодезической сети.

Таблица 15.1 – Размещение пунктов ГГС

147

Государственную геодезическую сеть дополняют пунктами сетей сгущения и съёмочных сетей. При отсутствии государственной геодезической сети допускают производство топографических изысканий на основе геодезической сети сгущения на площадях не более 20 км2 - при масштабе 1:5000;

10 км2 - при масштабе 1:2000.

Ориентируют сети сгущения по географическому азимуту, определяемому по Солнцу. При этом способе находят направление географического меридиана. Известно, что направление из данной точки местности на самую высокую точку, занимаемую Солнцем в течение дня, совпадает с направлением меридиана. Непосредственно устанавливают момент, когда Солнце находится в зените, трудно, получаются значительные ошибки. Поэтому прибегают к следующему способу.

Теодолит тщательно приводят в рабочее положение над точкой М за 2- 3 часа до полудня, закрепляют лимб, наводят зрительную трубу на точку N местности (рисунок 15.1) и по горизонтальному кругу делают отсчет n. В 1011 часов по местному времени приступают к наблюдению Солнца. Для удобства наблюдения на окуляр одевают призму с темным стеклом. Зрительную трубу устанавливают так, чтобы Солнце расположилось в верхнем правом углу и поля зрения, и закрепляют трубу и алидаду горизонтального круга.

Руководствуясь движением Солнца и действуя наводящими винтами зрительной трубы и алидады горизонтального круга, фиксируют момент, когда Солнце займет положение А1. В журнал наблюдений (таблица 15.2) записывают время наблюдений t1, отсчёт по вертикальному кругу V1, отсчёт по горизонтальному кругу а1.

148

Проводят несколько таких наблюдений, вычисляют средние отсчеты и записывают в графу 6 журнала наблюдений. Вводят поправку на изменение склонения, находят исправленный отсчёт и определяют азимут линии MN:

При площадях съёмки до 5 км2 разрешается ориентировать сети сгущения по магнитному азимуту. В таблице 15.3 рассмотрим зависимость количества закреплённых опорных пунктов на 5 км2 площади от принятых масштабов.

Таблица 15.3 – Закрепление на местности опорных пунктов

Так для каждого объекта мелиорации независимо от их размеров и масштаба съёмки должно быть установлено не менее двух постоянных пунктов высотной и трёх пунктов плановой сети, имеющих взаимную видимость расположенных на территории объекта или не далее 2 км от него. Пункты планового и высотного обоснования, как правило, совмещают.

15.3 Понятие о способах геодезических наблюдений за деформацией и осадками сооружений, зданий

В геодезии под термином деформация понимают изменение положения объекта относительно его первоначального состояния. Постоянное увеличение массы сооружения приводит к уплотнению грунта под фундаментом и вблизи него и вертикальному смещению, или осадке, сооружения. Кроме давления массы сооружения, осадка может происходить от изменения уровня грунтовых вод, карстовых, оползневых и сейсмических явлений, от работы тяжелых механизмов и т.п. При уплотнении пористых и рыхлых грунтов происходит быстрая во времени деформация, называемая просадкой.

Если грунты под фундаментом сооружения сжимаются неодинаково или нагрузка на грунт различная, то осадка является неравномерной и приводит к горизонтальным смещениям, сдвигам, перекосам, прогибам, в результате появляются трещины и даже разломы.

Смещение сооружений в горизонтальной плоскости может происходить вследствие бокового давления грунта, воды, ветра т.п. Высокие сооружения башенного типа (телебашни, дымовые трубы и т.п) из-за неравномерного нагрева солнцем, давления ветра и других причин испытывают круче-

ние и изгиб.

149

Для изучения деформаций в характерных местах сооружения фиксируют точки и определяют изменение их пространственного положения за выбранный промежуток времени. При этом определенное положение и время принимают за начальное. Для определения абсолютных или полных осадок S используют периодически определённые отметки фиксированных точек сооружений:

где S – осадка сооружения, мм;

Нтек – отметка фиксированной точки на данный момент времени, м; Ннач – отметка фиксированной точки на начало наблюдений, м.

Средняя осадка Sср всего сооружения или отдельных его частей вычисляется как среднее арифметическое из суммы осадок всех n его точек.

150

какое-либо другое деление совмещают с меткой М1 (рисунок 15.2). Теодолитом из положения I при двух кругах наводят на верхнюю мет-

ку М1, проектируют на линейку и берут отсчеты q11 и q12, среднее из которых q1= 0,5(q11 + q12). Таким же методом со станции II определяют q2.

Суммарный крен q, учитывая перпендикулярность q1 и q2 вычисляют:

Направление крена определяют из выражения tgα = q1 /q2, где α - горизонтальный угол, отсчитываемый по часовой стрелке от оси А, т.е. от направления визирования с первой станции.

Угол между осью сооружения (колонны) и вертикальной линией:

где h - разность высот осевых отметок.

Если на сооружении нет отметок, то для определения крена используют его ребра, или грани.

Наблюдения за осадками сооружений выполняют способами геометрического и тригонометрического нивелирования.

Наиболее распространенным способом наблюдений за осадками является периодическое геометрическое нивелирование знаков, установленных на исследуемом сооружении. Эти знаки принято называть осадочными знаками. Марку закладывают в цоколь здания на цементном растворе. После закладки марок их привязывают к отдельным выступам зданий и составляют исполнительный план их размещения.

Высотной основой для измерения осадок сооружений является сеть фундаментальных реперов, устанавливаемых на некотором расстоянии от сооружения с таким расчетом, чтобы осадочные процессы зданий не оказывали влияния на их положение.

Наблюдения за осадками начинают из нивелирования опорных реперов. Для этой цели применяют метод высокоточного нивелирования. В дальнейшем измерение осадок сводится к проложению нивелирных ходов по заложенным в цоколе здания маркам между опорными реперами.

Наблюдения выполняют с начала возведения сооружения и продолжают в течение строительства, а в большинстве случаев и в течение всего периода эксплуатации. Наблюдения, выполняемые через определенные промежутки времени называют систематическими.

В нормативных документах точность определения осадок и горизонтальных смещений выражают средней квадратической ошибкой. Для многих практических задач среднюю квадратическую ошибку mg определения деформации можно вычислить по формуле:

где ∆Ф - величина деформации между циклами измерений.

151

Согласно ГОСТ 24846 - 81 допустимые погрешности определения осадок не должны быть более:

1мм - для уникальных зданий, длительное время (более 50 лет) находящихся в эксплуатации, а также на скальных грунтах;

2мм - для зданий и сооружений на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах;

5мм - для зданий и сооружений на насыпных, просадочных и других сильно сжимаемых грунтах;

10мм - для земляных сооружений.

Промежуток времени между циклами измерений зависит от вида сооружений, скорости изменения деформации и др. В строительный период систематические наблюдения в среднем выполняют 1 - 2 раза в квартал, в пе-

риод эксплуатации 1 - 2 раза в год. При срочных наблюдениях их выполняют до и после выявления факторов, резко изменяющих обычный ход деформации.

Правильный выбор конструкции и мест размещения геодезических знаков существенно влияет на качество результатов наблюдений. Размещаемые при этом геодезические знаки делятся на:

опорные, являются исходной основой, относительно которой определяют положение марок; их размещают и закрепляют с условием стабильности и длительной сохранности;

вспомогательные, через которые передают координаты и высоты от опорных знаков к деформационным;

деформационные, их закрепляют на исследуемом сооружении, перемещаясь с ним, они показывают изменение его положения в пространстве.

Для плановых опорных знаков широко используют трубчатые конструкции; стальная труба диаметром 100 - 300мм, которую заглубляют и бетонируют в грунт не менее 1м ниже верхней границы твердых коренных пород. К верхнему концу (фланцу) крепят головку знака. Вокруг основной трубы помещают защитную трубу, пространство между ними заполняют битумом, а в верхней части - легким теплоизоляционным материалом, знак закрывают крышкой.

Для опорных высотных реперов также применяют трубчатые конструкции, для учёта температурных деформаций используют две трубы: стальную и дюралевую, такой репер называют биметаллическим.

Для определения деформаций промышленных и гражданских зданий применяют свайные знаки и реперы с поперечным сечением 180 - 250мм. Опорные знаки размещают ближе к сооружению, но вне зоны возможных деформаций. Число опорных знаков не менее трёх, должно обеспечивать взаимный контроль за их устойчивостью.

Деформационные знаки для определения горизонтальных смещений промышленных и гражданских зданий располагают по периметру не реже

152

чем через 15 – 20 м, по углам и по обе стороны осадочных швов. На плотинах гидроузлов знаки устанавливают в галереях и по верху плотины не менее двух марок на секцию. На причальных и подпорных стенках реперы размещают через 30 м. Высотные знаки (марки) на зданиях устанавливают по углам, по периметру через 10 -15 м и по обе стороны деформационных швов, на колоннах, в примыкании продольных и поперечных стен, на причальных и подпорных стенах - через 15 – 20 м. На дымовых трубах, доменных печах, башнях и т.п. устанавливают несколько ярусов деформационных знаков.

15.4Геодезический контроль за соблюдением геометрических требований проектов сооружений

Геодезический контроль за технологическим процессом выполнения проекта сооружения, объекта осуществляется в ходе исполнительных съёмок. Основное назначение исполнительных съёмок – установить точность выноса проекта сооружения в натуру и выявить все отклонения от проекта, допущенные в процессе строительства. Это достигается путём определения фактических координат характерных точек построенных сооружений, размеров их отдельных элементов и частей, расстояний между ними и других данных. Исполнительные съёмки подразделяются на текущие и окончательные.

Текущие исполнительные съёмки отражают результаты последова-

тельного процесса возведения отдельного сооружения, начиная с котлована и заканчивая этажами и монтажом технологического оборудования. Результаты этих съёмок содержат данные для корректирования выполненных на каждом этапе работ и обеспечения качественного монтажа сборных конструкций. При этом особое внимание обращается на элементы сооружения, которые после завершения строительства будут недоступны для измерений (забетонированы, засыпаны грунтом и т.д.).

Окончательная исполнительная съёмка выполняется для всего объ-

екта в целом и используется при решении задач, связанных с его эксплуатацией, реконструкцией и расширением. При окончательной съёмке используются материалы текущих съёмок, а также съёмок подземных и надземных коммуникаций, транспортных сетей, элементов благоустройства и вертикальной планировки.

По результатам этой съёмки составляется исполнительный генеральный план. Методы съёмки и исполнительного генплана должны обеспечивать графическую точность соответствующего масштаба. Поэтому средняя квадратическая ошибка m контрольных измерений должна быть не более 0,2 величины отклонений , допускаемых проектом:

m 0,2 .