Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Кафедра «Технологии и организации строительства» БИТТУ

Черкозьянов А. Т.

Землянский А. А.

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ

Раздел 3. Геодезия в строительстве

Конспективное пособие для студентов специальности ПГС

всех форм обучения

г . Балаково - 2002

Тема 8. Инженерно-геодезические изыскания и проектирование

8.1. Общие сведения

Изыскания являются основой проектирования. Различают изыскания экономические и инженерно-строительные. Экономические изыскания выполняются в целях технико-экономического обоснования (ТЭО) строительства отдельных объектов в данном районе. На стадии ТЭО используются топографические карты мелких масштабов 1:25000 – 1:100000.

Инженерно-строительных изысканий несколько видов. Геодезические, геологические, гидрологические, метеорологические, почвенные, климатологические, изыскания местных строительных материалов и др.

Состав инженерно-геодезических изысканий: 1) составление топографических планов строительных участков; 2) составление продольных профилей линейных сооружений (подъездных путей, подземных и воздушных коммуникаций); 3) создание разбивочной основы; 4) согласование с другими организациями вопросов подвода воды, электроэнергии, газа.

Топографические планы являются основой горизонтальной и вертикальной планировки. Методика их составления изложена в 7.1 «Топографические съемки». Продольные профили линейных сооружений служат основой проектирования трасс по высоте. Линейные изыскания базируются на методике угловых, линейных и высотных измерений, тема 7 «Геодезические измерения». Разбивочная основа необходима для последующего переноса на местность проекта застройки. На строительных участках в основном плановая основа строится в виде теодолитных ходов, высотная основа – нивелирными ходами. Согласование вопросов с другими организациями носят юридический характер; в основном вопросы по отводу земель.

Масштабы съемок, полнота и точность съемок зависят от стадии проекта. Для разработки генерального плана, на котором размещаются все проектируемые сооружения и коммуникации, составляются топографические планы масштаба 1:2000 – 1:5000 (в зависимости от охватываемых строительством площадей). В дополнение к генплану составляется строительный генеральный план, на котором в пределах границ строительного участка показываются, кроме основных сооружений, все временные производственные здания, места складирования материалов и др. На стадии рабочих чертежей необходимы топографические планы в крупных масштабах: 1:500 – 1:1000. По этим планам составляются проекты вертикальной планировки.

По составленным рабочим чертежам и построенной разбивочной основе (координаты и высоты точек вычислены) производится подготовка данных для переноса проекта застройки на местность. Сущность подготовки – вычисление координат точек пересечения осей зданий, сооружений (осевых точек).

8.2. Геодезические работы при изысканиях сооружений линейного типа

Наиболее сложный комплекс геодезических работ выполняется при изысканиях автомобильных дорог. В промышленном и гражданском строительстве это подъездные пути к строительным площадкам (автомобильные дороги небольшой протяженности). В отличие от линий канализаций, водопроводов, связи, каналов, электролиний и др., при строительстве автомобильных дорог в углы поворота вписываются круговые кривые. Таким образом трасса автодороги это совокупность прямых и кривых участков. Поэтому в дальнейшем будут излагаться работы применительно к изысканиям и проектированию автодороги.

Трассойназывается ось линейного сооружения. Различаюткамеральное трассированиеиполевое трассирование. Камеральное трассирование выполняется по топокарте масштаба 1:10000. На карте намечаются углы поворота трассы, которые измеряются транспортиром. Длины линий – циркулем и линейкой.. Отметки точек трассы через каждые 100 м определяют графической интерполяцией по горизонталям. Обсчитывают объемы и стоимость работ. Намечают на карте три варианта. Оптимальный вариант переносят с карты на местность. Углы поворота трассы переносят на местность либо по координатам, либо привязкой к местным предметам и закрепляют столбами (трубами). И далее выполняют полевое трассирование.

При строительстве автодорог небольшой протяженности сразу производится полевое трассирование. Обследуется местность, намечаются углы поворота трассы, закрепляются знаками. По закрепленной на местности трассе выполняются следующие геодезические работы.

У г л о в ы е и з м е р е н и я

Рис.8.1. Схема измерений углов поворота трассы

Теодолитом Т30 или Т15 измеряют углы  правые по ходу, рис.8.1, одним приемом. По угламвычисляют углы поворота трассы: правые углы поворота = 180 - , левые углы =  - 180. В начале трассы (НТ) определяют направление_о (либо привязкой к пунктам геодезической сети, либо ориентированием по Солнцу). По углам вычисляют дирекционные углы последующих направлений:₁ = _о + ₁ , ₂ = ₁ - ₂и т.д.

Длины линий измеряют лентой (рулеткой) в одном направлении. При измерении ленту удерживают на глаз горизонтально, получая непосредственно горизонтальное проложение. Через каждые 100 м горизонтального прложения отмечают точки – пикеты (ПК). ПК0 совмещают с НТ и далее ПК1,ПК2, …, в результате чего номер ПК обозначает число сотен метров от НТ (ПК5 = 500 м от НТ). Пикеты закрепляют колышками: один вровень с землей –точка, другой рядом на 25-30 см выше земли –сторожок. На сторожке пишется номер ПК. Этот процесс называетсяразбивкой пикетажа.

Характерные точки рельефа между пикетами (перегибы скатов) отмечают плюсовыми точками, рис.8.2, а. Плюсовые точки закрепляются также как и пикеты. На сторожке пишется номер заднего пикета и расстояние от него.

Рис.8.2. Схема разбивки пикетажа

а– разбивка плюсовой точки ПК1+60; б – разбивка ПК на наклонном участке

На затяжных уклонах ленту укладывают по наклонной поверхности и в результат измерения вводят поправку за наклон: D=d+dsin²(/2), D=d(1+sin²(/2)), рис.8.2, б. Угол наклона измеряют теодолитом.

При проходе трассы по косогору с поперечным уклоном более 0.2 на местности разбиваются поперечники – перпендикулярные к трассе линии. Поперечники разбивают на пикетах или плюсовых точках влево и вправо от оси трассы до 10-30 м, рис.8.3. По поперечникам строят поперечные профили, по которым вычисляют объемы насыпи (выемки) между смежными поперечниками.

Рис.8.3. Схема разбивки поперечника

Одновременно с разбивкой пикетажа ведется съемка ситуации местности шириной до 200 м в обе стороны от трассы способом перпендикуляров. Длины перпендикуляров до 20 м измеряют рулеткой, дальше – на глаз. Результаты разбивки пикетажа и съемки ситуации записываются в журнал, который называется пикетажным.

При строительстве автодорог прямые участки сопрягаются круговыми кривыми радиуса R, которые задают, исходя из условий местности и технических условий (ТУ) эксплуатации дороги. При подходе к вершине угла первого поворота (ВУ1) производится расчет и разбивка на местности первой кривой. Продолжение трассирования ведется от конца кривой.

Р а с ч е т и р а з б и в к а к р у г о в о й к р и в о й

Кривая на местности обозначается тремя главными точками: начало кривой (НК), середина кривой (СК), конец кривой (КК), рис.8.4.

Рис.8.4. Схема расчета и разбивки кривой

НК и КК построим, если от ВУ назад и вперед рулеткой отложить отрезок Т, называемым«тангенсом». СК определяется отложением рулеткой по направлению биссектрисы (ВУ – центр кривой О) отрезкаБ, называемым«биссектрисой». Направление ВУ-О определяется теодолитом построением угла 2. Разность хода по ломаной линии и по кривой называется«домером» Д=2T – К. ВеличиныТ, К, Б, Дназываютсяосновными элементами кривой. Вычисляются они по аргументамR и по формулам, которые легко выводятсяпорис.8.4:

T = R tg(/2); K = R ^РАД=R⁰/ ⁰; Б =R (1/cos(/2) – 1); (8.1)

 ⁰ = 57.2975⁰ – число градусов в одном радиане.

Главные точки кривой закрепляются, как и пикеты или более надежно – деревянными столбами. Вычисляются их пикетажные значения по формулам, вытекающим из рис.8.4,

НК= ВУ – Т, КК = НК + К, КК = ВУ + Т – Д -контроль, (8.2)

которые подписываются на сторожках.

Часты случаи, когда на кривые попадают пикеты. Возникает задача разбивки пикетов на кривых.

Р а з б и в к а п и к е т о в н а к р и в ы ы х

Обычно разбивка производится методом прямоугольных координат, рис.8.5.

Рис.8.5. Схема разбивки пикета на кривой способом прямоугольных координат

Вычисляют прямоугольные координаты хиуразбиваемого пикета ПКn в системе координат НК, если пикет располагается до СК, и в системе координат КК, если пикет находится за СК. Значениехоткладывают от НК (или от КК) по направлению на ВУ и по перпендикуляру - значениеу. Формулы вычисленияхиулегко выводятся из рис.8.5:

x = R sin; y = R (1 – cos), (8.3)

где  ⁰ = ( k / R)  ⁰ , k = ПК n - НК (или k = КК – ПК n ).

Вычисления по формулам 8.1- 8.3 в полевых условиях проще вести на МК.

При выполнении строительных работ кривые детально разбиваются через заданный интервал, например, через 10 м. Детальная разбивка производится преимущественно способом прямоугольных координат. Расчет хиудля к=10, 20, 30 и т. д. м ведется по формулам (8.3).

Закончив разбивку первой кривой, ведут дальнейшее трассирование от КК до следующей ВУ, на которой выполняют аналогичные разбивочные работы. По пикетным значениям НК и КК смежных кривых вычисляют длины прямых вставок Р:

Р_i = НК_i – КК_i-1 . (8.4)

При строительстве автодорог длины Р_i должны быть больше 50 м. ПриР_i  50м изменяют значениеR и производят новый расчет.

Н и в е л и р о в а н и е т р а с с ы

После плановой разметки трассы на местности производят техническое нивелирование обозначенных точек. Нивелирный ход прокладывают либо разомкнутый между двумя реперами с известными отметками, либо прямо и обратно , образуя замкнутый ход, если отметки точек вычисляются в частной системе высот. В первом случае невязку в превышениях вычисляют как f_h =  h – ( H_{Рп 2} - H_{Рп 1} ) , во втором случае -

f_h = (  h )_ПР + (  h )_ОБР. (Знаки превышений прямого и обратного ходов противоположны). Допустимую невязку в ходах рассчитывают по формуле доп. f_h = 50 мм L , гдеL – число км в ходе. При двойном нивелировании

L = L_ПР + L_ОБР . ЕслиL_ПР = L_ОБР, тоL = L_ТР2, гдеL_ТР - число км трассы.

Связующими точками при нивелировании служат пикеты, плюсы, х – точки. Иксовые точки в качестве связующих используют при нивелировании крутых скатов, когда с одной станции невозможно измерить превышение между пикетами, рис.8.6. Точки х выбирают произвольно (на х расстоянии от пикета и не обязательно в створе трассы) и закрепляют одним колышком.

Рис.8.6. Схема нивелирования крутых скатов

При двойном нивелировании трассы в прямом ходе нивелируют все точки трассы, в обратном ходе – только связующие точки.

Поперечники могут нивелироваться одновременно с нивелированием точек трассы. При крутых поперечных скатах по поперечникам прокладывают свои нивелирные ходы, включающие точки трассы как исходные для последующих вычислений.

Вычислительную обработку нивелирования трассы ведут по правилам п.5.3 «Нивелирные ходы». По данным нивелирования составляют продольный и поперечные профили.

С о с т а в л е н и е п р о д о л ь н о г о и п о п е р е ч н ы х п р о ф и л е й

Горизонтальный масштаб продольного профиля 1:5000 (один пикет – 2 см) для незастроенных территорий с равнинными формами рельефа с небольшим количеством плюсовых точек, 1:2000 (один пикет - 5 см) в пересеченной местности с большим количеством плюсовых точек, 1:1000 (один пикет – 10 см) для застроенных территорий. Вертикальный масштаб во всех случаях в 10 раз крупнее горизонтального.

Под основанием профиля строится профильная сетка. Вид ее зависит от типа проектируемого линейного сооружения. Для автодорог – один вид сетки, для каналов – другой вид, для линий подземных коммуникаций – третий и т.д.

Поперечные профили строят в одном масштабе для горизонтальных и вертикальных расстояний. Обычно в масштабе 1:200.

Б е с п и к е т н ы й с п о с о б т р а с с и р о в а н и я

Трассирование с разбивкой пикетажа является трудоемким процессом. Необходимо заготовить много колышков; забивка колышков в твердый грунт, песчаный грунт проблематична. Процесс расчета кривых в полевых условиях даже на МК трудоемок. При Р_i 50 м необходим перерасчет кривой и даже пере разбивка предыдущей кривой. Существенное сокращение объемов полевых работ и вычислений дает беспикетныйспособ трассирования.

На местности закрепляют столбами вершины углов поворота. По ним прокладывают теодолитный ход. Измеряют углы поворота и длины линий. Применение светодальномеров позволяет существенно упростить процесс линейных измерений при высокой их точности. Намечают радиусы круговых кривых. Далее, в вычислительном центре на ЭВМ производят в автоматическом режиме полный плановый расчет трассы. Если на каком-то участке трассы появится Р_i 50 м, то изменяют радиусы

кривых и новый расчет.

В поле по данным планового расчета разбивают начала и концы кривых, которые закрепляют знаками. Они будут обозначать створ трассы. Если длина прямой вставки больше 500 м, то в ее створе устанавливают дополнительный знак. По обозначенной створными знаками трасе прокладывают нивелирный ход. Нивелируют только характерные точки рельефа. Можно устанавливать нивелир в створе трассы и расстояние от него до реек определять нитяным дальномером. Можно устанавливать нивелир вне створа трассы и тогда расстояния между связующими и промежуточными точками измерять рулеткой. Нивелируемые точки обозначаются расстояниями от начала трассы. Например, задняя точка 340 м, передняя точка 455 м, промежуточные точки 382 и 431 м.

В связующих точках рейки устанавливают на переносные костыли (железнодорожный костыль с кольцом из проволоки), забиваемым вровень с землей. После взятия отсчетов костыль вместе с рейкой переносят в следующую точку. В промежуточных точках рейку устанавливают непосредственно на землю.

Вычислительную обработку нивелирного хода выполняют на ЭВМ. По вычисленным отметкам H_i точек трассы и их расстоянияX_i от начала трассы строят аппроксимирующийкубический сплайн. Кубический сплайн это построение по конечно мерному вектору бесконечно мерного вектора по способу наименьших квадратов. Подбирают функцию_Н(х), описывающую рельеф местности в створе трассы, при условии минимизации суммы квадратов ее вторых производных:

_Н(х))²dx = min (8.6)

Вторая производная характеризует кривизну функции. Сплайн, построенный при условии (8.6), дает наименьшее искривление из всех возможных искривлений. Такой сплайн прекрасно описывает рельеф по трассе. По построенному сплайну интерполяцией определяют отметки пикетов. Построение сплайна и интерполяция отметок по нему производится на ЭВМ в автоматическом режиме по программе «splin». Дальнейшее построение профиля, как и при трассировании с разбивкой пикетажа.