Методы гидростатического и гидродинамического нивелирования

Наибольшее применение они находят благодаря своим достоинствам:

- обращение с оборудованием и производство измерений не требуют высокой квалификации исполнителей;

- возможность определения осадок точек, доступ к которым затруднен и в некоторых случаях вообще отсутствует;

- при использовании гидростатических стационарных систем время и трудозатраты на непосредственное измерение осадок значительно меньше, чем при геометрическом нивелировании;

- возможность автоматизации процессов измерений;

- в благоприятных условиях точность гидростатического нивелирования может быть более высокой, чем при геометрическом нивелировании.

Гидростатические приборы и системы имеют и ряд серьезных недостатков, не позволяющих использовать их широко в практике контроля деформаций многих объектов промышленных предприятий. К ним относятся:

- колебание температуры, которое приводит к изменению плотности жидкости, а следовательно, и высот столбов жидкости, что не позволяет применять повсеместно гидростатический метод в производственных цехах, особенно это проявляется в системах с перераспределением жидкости;

- влияние вибрационных нагрузок от работающего оборудования на точность отсчитывания, что не позволяет применять этот метод на сооружениях
и оборудовании со значительными динамическими нагрузками;

- малый диапазон измеряемых превышений, что затрудняет работы по установке КИА и использование метода при больших осадках и деформациях;

- большие затраты на установку, проверку и обслуживание автоматизированных систем контроля, что выгодно только при непрерывном контроле или периодическом контроле с высокой частотой замеров;

- отсутствие общепринятых классов и методик гидростатического, гидродинамического нивелирования и приборов с перераспределением жидкости, что затрудняет метрологическое обеспечение геодезических работ на контролируемых объектах.

ВОПРОС 8. Обработка результатов наблюдений за осадками

Типовой набор документов по первичной обработке результатов измерений осадок включает:

- оформленные и проверенные полевые журналы или электронные носители первичной информации;

- результаты исследований нивелира и реек с актом метрологической аттестации;

- схемы размещения геодезической КИА со схемой нивелирования;

- материалы уравнивания нивелирования с оценкой точности результатов измерений и сравнительной характеристикой расчетной и фактически полученной точности;

- результаты оценки неподвижности исходных реперов;

- ведомость отметок и осадок марок.

Результаты измерения превышений из журнала выписываются на ра-бочую схему (как это мы делали на лабораторных занятиях).

Фактические невязки вычисляют по формуле

,

где - сумма превышений, подсчитанная в полигоне в одном направлении (как правило, по ходу часовой стрелки).

Допустимые невязки в полигонах вычисляют по формуле

, (2)

где - средняя квадратическая погрешность измерения превышения на одну станцию нивелирования для принятого класса нивелирования (см. табл. приложения 3); - число станций в полигоне.

Вычисления погрешностей производят по формулам

= ; = ; (3.30)

где - средняя квадратическая погрешность превышения на одну станцию нивелирования, полученная по невязкам полигонов;

- то же, полученная по поправкам из уравнивания;

- невязка в полигоне;

- число станций в полигоне;

- число полигонов;

P=1/n΄,где n΄ - число станций в ходе между узловыми точками;

N΄ - число ходов в сети;

r - число узловых точек в сети.

Анализ устойчивости исходных реперов является специфическим отличительным процессом контроля абсолютных осадок сооружений. Поэтому уделим ему особое внимание.

основные документы:

- ведомости или таблицы фактически полученных и допускаемых величин контролируемых геометрических параметров как отдельных конструкций, так
и объектов в целом – средних осадок объектов, относительных разностей осадок рам, прогибов, наклонов и т. п.; по ним путем простого сравнения устанавливают степень соответствия полученных осадок и деформаций установленным нормам;

- графики развития осадок фундаментов конструкций объектов во времени (рис. 4.2.3), по которым судят о степени развития процесса деформации каждого контролируемого элемента объекта во времени;

- графики линий равных осадок фундаментов объектов (рис. 4.2.4), по которым наглядно определяют места воронок оседания частей сооружения и основания и тем самым уточняют места поиска причин возникновения осадок;

- развернутые графики осадок фундаментов объектов (рис. 4.2.5), на которых наглядно изображают деформации рам каркасов зданий, вследствие неравномерных осадок фундаментов;

- материалы прогнозирования деформаций по данным геодезических измерений (в случаях больших отклонений от проектных величин).

ВОПРОС 9. Прогнозирование осадок. Общие принципы прогноз-я.

Прогнозирование есть научно-обоснованное предсказание повторения процесса или явления при определенных идентичных условиях. Оно невозможно без знания закономерностей изучаемого явления.

Методы прогнозирования в науке и технике, в том числе и осадок сооружений и их оснований:

1) Метод экспериментирования основан на компрессионных испытаниях грунтов (по пробам грунта определяют его сжатие и по известным зависимостям делают прогноз осадки сооружения);

2) Метод физического моделирования основан на создании физической модели объекта и модели процесса, изменением параметров добиваются желаемого результата, а затем внедряют в производство (например, на уменьшенной модели плотины, определяют будущие смещения и осадки ее в целом и отдельных частей).

3) Метод экстраполяции - зная базу экстраполяции, прогнозируют по определенным законам поведение объекта в будущем.

Рассмотрим применение указанных методов для прогнозирования осадок сооружений и их оснований.

При прогнозировании осадок используют кривые, графики которых имеют горизонтальную асимптоту.

Общего метода для подбора наиболее лучшего вида зависимости не существует.

1) Сначала строят графики осадок во времени по данным измерений и определяют общий вид функции. Для этого необходимо иметь для сравнения графики различных функций (обычно это показательная функция, степенная функция, парабола).

2) Когда подбор кривой сделан, приступают к нахождению коэффициентов функциональной зависимости, после чего по подобранному уравнению вычисляют предполагаемые осадки сооружения в будущем.

ВОПРОС 10. Контроль горизонтальных смещений сооружений.

ВОПРОС 11. Точность и сроки наблюдений горизонтальных смещений.

ВОПРОС 12. Составление проектов контроля перемещений. Размешение знаков

ВОПРОС 13. Измерение смещений гидротехнических сооружений высокого напора

ВОПРОС 14. Контроль кренов высоких сооружений. Выбор объектов.

ВОПРОС 15. Методы измерения кренов сооружений и оборудования: механиче

ВОПРОС 16. Контроль деформаций строительных конструкций зданий и соор.

Технология геодезического контроля деформаций строительных конструкций здания состоит из трех основных процессов что и при контроле осадок, кренов и горизонтальных смещений. (см. аналогичные технологии, рассмотренные выше):

1) проектирование технологии контроля,

2) проведение контроля деформаций конструкций на объекте,

3) обработка и анализ результатов измерений.

Исполнительные съемки конструкций зданий и сооружений промышленных предприятий разделяют на плановые и высотные.

Плановые и высотные исполнительные съёмки позволяют обеспечить сплошной контроль вертикальных и горизонтальных элементов здания и получить прогибы и отклонения колонн от осей, а высотные – прогибы и наклоны горизонтальных элементов.

Технология плановой исполнительной съёмки конструкций поперечных рам при сплошном контроле состоит из трех основных процессов:

1. Съёмка отклонений Y_i осей или граней колонн от прямой линии на каждом горизонте

2. Размещение в характерных пространствах рядов колонн отвесов.

3. Измерение расстояний между осями колонн нижнего горизонта по крайним осям блока.

ВОПРОС 17. Наблюдения за трещинами. Организация наблюдений

В зависимости от причин возникновения, трещины подразделяются:

1) усадочные, которые возникают при изготовлении ж\б конструкций (остывания после выемки из пропарочной камеры или при недостаточном утеплении остывающей монолитной конструкции). Это поверхностные небольшие по размерам трещины, имеющие волосяной характер и разные направления. Они не опасны для работы конструкции и сооружения в целом.

2) Осадочные, которые наступают в результате неравномерных осадок, прогибов, сдвигов частей сооружения. Они распространяются на всю глубину конструкции. Нарушается целостность сооружения или элемента, что может привести к аварии.

3) Температурные и температурно-влажностные трещины, которые возникают вследствие действия температур и влаги на материал сооружения, появляются когда неправильно запроектированы температурно-осадочные швы (например, газоход на омской тэц 3). В результате конструкции разрываются и образуются свои температурные швы, но нарушается целостность конструкции, что может привести к аварии. Возникают также при нарушении или невыполнении гидроизоляции.

4) Эксплуатационные или конструктивные трещины, которые наступают вследствие перегрузок конструкций, от вибрации и т.п. Они влияют на работу конструкций и оборудования.

По характеру развития трещины классифицируются на:

1) прогрессирующие или активные – со временем скорость их раскрытия увеличивается;

2) стабилизирующиеся или имеющие тенденцию к затуханию – со временем скорость их раскрытия уменьшается;

3) периодические или неактивные – скорости то нарастаю, то затухают.

Изучение и измерение раскрытий трещин осуществляется маяками, щелемерами и деформометрами.

Маяки (гипсовые, алебастровые, стеклянные, шкаловые и др.) устанавливают на трещины в самый начальный период обнаружения трещины в местах наибольшего раскрытия и в местах схода трещины на нет. На маяке пишут его номер и дату. Схему установки маяков с расположением трещин зарисовывают. Маяк, как правило, служит для фиксации процесса развития трещины и замера раскрытия ее с небольшой точностью (оценка на глаз, через лупу, замером по миллиметровой линейке). Если процессы деформации опасны для объекта и нужно знать скорости раскрытий, применяют специальные устройства – щелемеры и деформометры. Как правило, для сооружений применяют щелемеры, которые дают погрешность порядка 0,1-0,2 мм; для оборудования применяют более точные и дорогостоящие устройства – деформометры, которые дают погрешность порядка 0,005-0,05 мм.

ВОПРОС 18. Наблюдения за оползнями. Организация работ.

Наблюдения за вертикальными и горизонтальными движениями грунта одна из задач инженерной геодезии. Такие виды работ встречаются в оползневых районах, а также при исследовании разломов земной коры и исследованиях деформаций бортов крупных водохранилищ.

Оползень есть сложное физико-геологическое явление, представляющее собой движение земляных масс вниз по склону под влиянием силы тяжести и природных и техногенных воздействий.

В районах активных оползней с активной хозяйственной деятельностью создаются оползневые станции. В их состав как правило входят геодезисты, геологи и гидрологи.

Совместными усилиями они решают следующие задачи:

1. Картирование в масштабе 1:5000 всего района, изучаемого оползневой станцией, а также картирование в масштабах 1:500 - 1:2000 отдельных оползней с составлением геологических разрезов.

2. Установление границ активных оползней, скоростей их движения.

3. Изучение причин и закономерностей образования, развития и прекращения оползневого процесса.

4. Разработка методов прогноза оползневой деятельности.

5. Учпстие в разработке противооползневых сооружений, проверка эффективности их работы.

ВОПРОС 19 .Размещение и конструкция КИА для измерения движений оползней.

Роль геодезических наблюдений – обнаружение и систематическое определение направления, скорости и характера движения оползней. Для этого на активных оползнях измеряют и картируют трещины, ставят маяки на сооружениях, измеряют деформации сооружений.

Исходные (опорные) знаки закладывают вне зоны оползня, различной конструкции, но с якорем, расположенным ниже глубины промерзания. В качестве опорных пунктов используют имеющиеся в данном районе реперы и знаки высотных и плановых сетей и только в случаях необходимости их сгущают.

В качестве контролируемых высотных и плановых знаков и реперов (оползневых марок), расположенных на теле оползня, используют как геодезические центры и знаки (при точных работах), так и местные предметы (валуны, постройки, деревья др)

Геодезические наблюдения за смещениями оползней выполняют следующими методами:

1. Продольных и поперечных створов (в случае знания направления смещения оползня). К ним относятся – способ линейных промеров по прямой линии между знаками, установленными вдоль движения оползня

2. Плановые методы, которые в сочетании с высотными методами дают полную картину смещения оползневых точек в пространстве. К ним относятся – способ полярных координат, способ прямой и обратной угловой засечки с измерением расстояний.

3. Пространственные методы. К ним относятся наземная стереофотограмметрическая съемка, а также для больших площадей используют материалы аэро- и космических съемок.

ВОПРОС 20. Применение фотограмметрии в инженерном деле.

Фотограмметрический метод используют в тех случаях, когда необходимо определить положение точек сооружений в одной плоскости, параллельно которой обычно устанавливается плоскость снимка. Съемку выполняют с одной фотостанции, если объект фотографируют несколько раз (для изучения деформаций), то такую съемку называют съемкой с нулевым базисом.

Стереофотограмметрический метод используют в тех случаях, когда необходимо определить пространственное положение точек сооружения по осям X,Y,Ź. В этом случае съемку выполняют с двух точек, расстояние между которыми называют базисом фотографирования.

При СКП измерения координат и смещений стереокомпаратором на снимке m = 0.01 мм и широко известных фототеодолитов реальная относительная точность получения координат точек на местности составляет 1:5000 – 1: 10 000 от отстояния, не считая точности исходной геодезической основы.

Преимущества:

1) большая оперативность, позволяющая применять фототеодолитную съемку при изучении быстрых процессов;

2) документальность и богатство информационным содержанием материалов;

3) возможность рационального сочетания с другими видами съемок

4) возможность эффективного использования материалов для различных видов изысканий и проектирования.

Недостатки:

1) ограниченность его применения горными условиями рельефа;

2) зависимость выбора масштаба съемки от отстояний фотографирования

3) возможность возникновения “мертвых пространств”;

4) дороговизна оборудования.

Наземная фотограмметрическая съемка применяется:

1) для определения объемов карьеров, котлованов, земляных плотин, а также объемов угля, камня, песка и т.п. (Экибастузские и Итатские ГРЭС);

2) для контроля положения свайных фундаментов (металлургический комбинат – ЗапСиб);

3) для контроля положения надземных коммуникаций (на нефтеперерабатывающих заводах);

4) для обмерных работ в архитектуре;

5) для контроля положения надфундаментных конструкций сооружений;

6) для исполнительной съемке генплана промышленных предприятий.

Вопрос 21. Применение фотограмметрических методов измерений и лазерных сканирующих приборов для изучения деформаций.

Деформации сооружений и конструкций с успехом могут быть измерены методом наземной фотограмметрической съемки, который имеет то преимущество, что смещения большого числа исследуемых точек определяются одновременно вдоль двух или трех координатных осей и, кроме того, имеется возможность в любое время документально проверить результаты наблюдений путем повторных измерений фотоснимков.

В этом методе наблюдаемое сооружение маркируют и фотографируют в начальный период и затем – периодически через установленный промежуток времени, причем местоположение и точное ориентирование фотокамеры при всех этих съемках остаются неизменными.

Трехмерные лазерные сканеры типа CYRAX 2500, по точности и возможностям близки к наземным фотограмметрическим методам измерений. Они позволяют очень быстро (1000 точек в секунду) произвести съемку интересующего объекта с большой плотностью точек. Такой сканер соединен с портативным компьютером, позволяющем записывать и обрабатывать всю информацию о снятом объекте. Не смотря на сравнительно невысокую точность (5-6 мм при дальностях 50 м), подобные сканеры могут применяться для контроля деформаций объектов, находящихся в аварийном состоянии, когда необходимо принимать срочно решение об их судьбе. Сканер может быть также использован при контроле деформаций объектов, для которых его точностные возможности соответствуют точностным требованиям контроля параметров.

Вопрос 22 . Организация инженерно-геодезических работ.

Проектирование и производство геодезических работ осуществляется на основе НД, самым основным из которых является СНиП 3.01.03-84 “Геодезические работы в строительстве”.

Согласно этого документа, в состав геодезических работ, выполняемых на строительной площадке, входят:

1) создание геодезической разбивочной основы для строительства, включающей построение разбивочной сети строительной площадки и вынос в натуру основных или главных разбивочных осей зданий и сооружений, магистральных и внеплощадочных линейных сооружений, а также для монтажа технологического оборудования;

2) разбивка внутриплощадочных линейных сооружений или их частей, временных зданий;

3) создание внутренней разбивочной сети здания на исходном и монтажном горизонтах и разбивочной сети для монтажа технологического оборудования, а также производство детальных разбивочных работ;

4) гео дезический контроль точности геометрических параметров зданий и исполнительные съемки с составлением исполнительной геодезической документации;

5) геодезические измерения деформаций оснований, конструкций зданий и их частей, если это предусмотрено проектной документацией, установлено авторским надзором или органами государственного надзора.

Под геодезической службой понимаются входящие в состав самостоятельного подразделения или числящиеся в составе других подразделений работники, занятые геодезическим обеспечением строительно-монтажных работ.

Работники геодезической службы в необходимых случаях осуществляют производственные функции во взаимодействии с инженерно-техническим персоналом других подразделений и служб строительно-монтажной организации.