ГЕОДЕЗИЯ-2005. С. И. Чекалин г е оде з и я москва 2005 ббк 26. 1 Удк геодезия Учебник
 Скачать 37.56 Mb.
|
|
§ 131. Периодичность наблюдений Периодичность наблюдений характеризуется числом циклов измерений в единицу времени. Единицей времени могут быть сутки, недели, месяцы и т.п. Частота наблюдений должна обеспечивать получение надежной картины поведения объекта. Несомненно, при большой частоте наблюдений картина деформаций получится достоверной, но при этом значительно возрастают материальные затраты, причем, возможно, и необоснованно. Наблюдения за деформациями строящихся зданий ведут сначала возведения фундамента. Обычно частота первоначальных наблюдений сравнительно высокая. Это часто объясняется необходимостью отработки схем измерений, установления их фактических качественных характеристик. Частота наблюдений зависит от физического состояния грунтов и типа возводимого сооружения, периода строительства, типа исследуемых деформаций и др. Часто периодичность наблюдений согласуют с параметрами изменения нагрузки на фундаменты. Например, обязательными являются наблюдения в периоды достижения нагрузки в 25, 50, 75 и 100% от 348 расчетной. Для сооружений, завершенных строительством, наблюдения в период эксплуатации проводят 1 – 2 раза в год до тех пор, пока не будут установлена стабилизация деформаций. Периодичность наблюдений часто устанавливают в зависимости от степени приближения деформаций к критическим их значениям, установленным для разных грунтов и типов сооружений. При оценках можно пользоваться следующими значениями критических (относительных) деформаций при наблюдениях за оползневыми процессами для горизонтальных смещений – 0,001 – 0,005; для вертикальных смещений – 0,01 – Другим показателем, определяющим необходимую периодичность наблюдений, является скорость изменения вертикальных смещений (табл. Таблица Скорость вертикальных смещений, мм/сутки 1 2 5 10 Периодичность наблюдений, дни 40 15 7 ежедневно При изучении уникальных сооружений и памятников архитектуры часто периодичность наблюдений определяют на основе поставленных научно- исследовательских задач. Например, исследование влияния морозного пучения на характер деформационных процессов сооружения. В этом случае необходимо получить информацию за период промерзания и оттаивания грунтов, а также в меженный период. Помимо установленной периодичности наблюдений могут быть и промежуточные (внеплановые) наблюдения, которые проводят после неожиданного воздействия природных и техногенных факторов 132. Наблюдения за вертикальными перемещениями При наблюдении за вертикальными перемещениями используют различные способы, среди которых следует выделить наиболее употреблямые в практике работ геометрическое и тригонометрическое нивелирование, микронивелирование, гидронивелирование, а также фото- и стереофотограм- метрические способы. Большими преимуществами обладает способ геометрического нивелирования (см. гл. 9). В первую очередь достоинства этого способа заключаются в возможности определения вертикальных перемещений с высокой точностью на сравнительно больших расстояниях между точками. Так, например, при расстояниях между точками 5 – 20 м возможно обеспечение точности измерения перемещений до 0,05 – 0,10 мм, при расстояниях до 1 км измерение вертикальных перемещений можно выполнить с точностью 0,5 – 1,0 мм. 349 Из других преимуществ данного способа следует отметить быстроту измерений, возможность поведения работ в стесненных условиях, при наличии помех, использование в работе стандартного оборудования, а также использование большого опыта проведения подобных измерений. Для высокоточного нивелирования используют нивелиры типа Нс микрометром в комплекте с инварными рейками, для точного – нивелиры типа Ни Нс инварными рейками, для работ сравнительно меньшей точности – нивелиры типа Н (без микрометра, Нс рейками соответствующего класса (цельные нескладные с делениями 5 и 10 мм). Тригонометрическое нивелирование используют в тех случаях, когда наблюдаемая точка находится на большой высоте ив случаях, когда по каким- либо причинам невозможно выполнить работы способом геометрического нивелирования (высокие здания, башни, наличие непреодолимых препятствий, в горных выработках большой высоты для установленных в кровле реперов и др. Высокая точность при тригонометрическом нивелировании достигается при коротких лучах визирования (дом) и при использовании высокоточных (Т) и точных (Т) теодолитов. Расстояния до точки от станции определяют стальными рулетками, обеспечивающими точность 1:20000 – 1:30000 (3 – 5 мм нам. Для тригонометрического нивелирования оборудуется специальная станция, на которой предусмотрено принудительное центрирование теодолита. Указанное нивелирование может выполняться как по непосредственному наблюдению рабочего репера, таки с использованием подвесной или постановочной нивелирной рейки, по шкале которой берут отсчет вместе со значением отсчета по вертикальному кругу теодолита. Наибольшая точность обеспечивается при тригонометрическом нивелировании из середины, поскольку в этом способе практически исключается погрешность из-за влияния кривизны Земли и рефракции атмосферы. Гидронивелирование (гидростатическое, гидродинамическое) практически обеспечивает такую же точность, которая достигается и при геометрическом нивелировании. Однако расстояния между наблюдаемыми точками сравнительно небольшие, что ограничивается длиной шланга между колбами гидронивелира. Преимуществом данного способа может считаться возможность оборудования стационарной станции наблюдений, что во многих случаях является весьма важным. Тем более, что сравнительно просто обеспечивается и автоматизация регистрации измерительной информации с дистанционным управлением процессом измерений. Отсчеты положения уровня жидкости получают не визуально, а по регистрации контакта жидкости с иглой измерительной системы. Точность измерений обеспечивается в пределах 0,1 – 0,2 мм. В системах гидростатического нивелирования рабочая жидкость находится в поле свободной силы тяжести, те. устанавливается на одном уровне во всех колбах. В системе гидродинамического нивелирования жидкость перемещается в сосудах под действием поршневого устройства. Поршневое устройство нагнетает жидкость в систему. Жидкость, перемещаясь, достигает контактной иглы, закрепленной в колбе. Устанавливается зависимость между 350 перемещением поршня и моментом контакта жидкости с иглой. При изменениях положения колбы, что будет связано с вертикальным перемещением рабочего репера, контакт может наступить позже или раньше относительно исходного измерения. Такие системы позволяют использовать их и при больших перепадах высот между рабочими реперами, те. позволяют расширить диапазон измерений. Микронивелирование используют на весьма малых базах – 1,0 – 2,0 мВ основном такие измерения выполняют для определения наклонов отдельных конструкций инженерных сооружений, технологического оборудования и т.п. Микронивелиры выпускаются только по заказу предприятия серией от одного до нескольких экземпляров. В конструкции микронивелира используют высокоточные цилиндрические или электронные уровни, а также приспособления с микрометрами и индикаторами часового типа. Фото- и стереофотограмметрический способы заключаются в использовании для получения информации о деформировании объекта фотоснимков, получаемых с помощью специального фототеодолита в различных циклах наблюдений. Деформации могут определяться как водной (вертикальной) плоскости (фотограмметрический способ, таки потрем координатам стереофотографический способ. При деформациях объекта на снимках двух последовательных циклов фотографирования определяются взаимные смещения точек либо в вертикальной плоскости, либо в пространстве. Измерение смещений точек на снимках выполняют на специальных приборах – стереокомпараторах. Наивысшая точность измерения деформаций при тщательном выполнении измерений составляет 1,0 – 2,0 мм 133. Наблюдения за горизонтальными смещениями Организация наблюдений за горизонтальными смещениями объектов намного сложнее, чем при наблюдении за вертикальными перемещениями. Чаще всего используют линейно-угловой, створный и стереофотограм- метрический способы, прямые и обратные отвесы. Стереофотограмметрический способ подобен рассмотренному способу при наблюдении за вертикальными смещениями. Линейно-угловые построения используются для определения смещений по двум координатам (рис. 14.1): микролокальные сети триангуляции и трилатерации, комбинированные сети, сети полигонометрии, угловые и линейные засечки и др. Использование тех или иных сетей и способов определяется условиями измерений, характеристикой объекта и его сложностью, а также заданной точностью измерений. На риса показана схема линейно-угловых построений для регистрации оползневых процессов на карьере с некоторых базисов. При этом следует иметь ввиду, что базисы сами могут смещаться, в связи с чем они должны входить в систему построений, опирающуюся на неподвижные исходные пункты. На рис. б показана схема микротриангуляции, в которой измеряют дополнительно расстояния, либо схема микротрилатерации, в которой дополнительно измеряют 351 углы. При небольших расстояниях между наблюдаемыми объектами обычно используют метод микротриангуляции. В сетях микротриангуляции и полигонометрических ходах горизонтальные углы измеряют с точностью 0,5" – 2,0", расстояния – с относительной погрешностью менее 1:20000. Полигонометрические ходы должны опираться на неподвижные точки с известными координатами. Если имеется возможность выполнения азимутальной привязки, то ее выполняют. Азимутальная привязка обеспечивает надежный контроль измерений, а также позволяет повысить точность исходных построений. Рис. 14.1. Линейно-угловые построения Створные наблюдения используют при определении горизонтальных смещений точек профильной линии склона, или горизонтальных смещений объектов, имеющих прямолинейную форму. Смещения в этом случае определяют только по одному направлению, перпендикулярному линии створа. Разность значений текущего и исходного положения точки сооружения называют нестворностью. Нестворность может быть определена как по отношению к начальному (исходному) циклу наблюдений, таки при сравнении положения точки в двух любых циклах. Створную линию задают либо стальной струной, концы которой закрепляют на неподвижных опорных реперах, либо оптическим способом, используя в качестве линии створа визирную ось зрительной трубы теодолита, нивелира и др. При оптическом задании створа прибор центрируют над неподвижным опорным репером, а на другом конце линии, также над опорным репером, центрируют визирную марку (цель. Чаще всего при измерениях используют способы подвижной марки и малых углов. Рис. 14.2. Створные способы а) способ подвижной марки б) способ малых углов Способ подвижной марки сравнительно легко реализуется струнным или оптическим методом. В исходной точке А (риса) центрируют прибор теодолит, нивелир и др, имеющий зрительную трубу большого увеличения более Хи визируют им на точку В другого конца створа. В исследуемой точках 1 и 2 устанавливают подвижную марку с горизонтальным отсчетным устройством (шкалой. В разных циклах наблюдений исследуемая точка будет смещаться относительно неподвижной линии створа, в результате чего по шкале марки будут наблюдаться отсчеты, разность которых в сопоставляемых циклах наблюдений определит величину нестворности. Малые углы α (рис. 14.2 б) характеризуют положение исследуемой точки относительно линии створа. Зная величину угла и расстояние от прибора до наблюдаемой точки, можно вычислить значение ƒ, определяющее отклонение точки от створа (или для малых углов РАД , (где РАД – значение малого угла в радианах. В этом случае горизонтальное перемещение Г точки в разных циклах 1 и 2 определится по формуле Г . (В зависимости от длины створной линии, условий измерений и др. наблюдения за горизонтальными смещениями выполняют по различным схемам общего, частного и последовательного створов (рис. Рис. 14.3. Схемы определения нестворности точек а) общий створ б) частные створы в) последовательные створы В схеме общего створа нестворности всех точек определяют относительно одной исходной линии АВ. В схемах частных створов может использоваться следующая программа измерений нестворность точки 1 определяется относительно створа А, точки 2 – относительно створа 1-3, точки 3 – относительно створа 2-4, точки n – относительно створа (n – 1) – В. В схеме 353 последовательных створов нестворность точек 1 и 3, например, определяется относительно створа АВ, а точки 2 – уже от створа В, далее, точки 10 - от створа А-В, а точки 11 – относительно створа 10 – В 134. Наблюдения за кренами Крен относят к деформациям сооружений башенного типа, у которых линейный размер основания значительно меньше высоты сооружения. Практически крен здания можно определить по значениям неравномерных вертикальных перемещений его точек, выбранных по углам. Число точек должно быть не меньше трех. Предположим (рис. 14.4), что в двух соседних циклах наблюдений произошли неравномерные вертикальные перемещения точек 1, 2, 3 и 4 (знак минус указывает направление перемещения вниз. Те. общая осадка отрицательная, при этом перемещения точек 1 и 2 больше, чем точек 3 и 4 примерно на 1,5 - 2,0 мм. Построим в изолиниях перемещения точек с сечением через 0,5 мм. Структура изолиний показывает, что крен здания происходит практически в направлении поперечной оси. Если получить максимальную разность осадок ( - 1,9 мм, то можно вычислить и угол наклона Рис. 14.4. Определение крена фундамента сооружения в межцикловый период а tg МАКС ∆ = ν (14.4) где МАКС – максимальная разность осадок a – размер сооружения в направлении максимального крена. Можно вычислить также и линейное отклонение t верха здания от вертикали, зная высоту Н сооружения, по формуле ν Нtg t = (Для малых значений углов в формулах (14.4) и (14.5) тангенс угла можно заменить на угол, выраженный в радианной мере. Для других сооружений, не относящихся к башенным, подобные расчеты могут быть применены при определении завалов и перекосов. Большое применение для определения крена сооружений находят способы вертикального проектирования (рис. 14.5). В простейшем случае могут использоваться нитяные отвесы с регистрацией их перемещений (острия отвеса) по линейной шкале или квадратной палетке. В последнем случае значение крена может быть определено по отношению к выбранным осям сооружения Рис. 14.5. Определение крена башенных сооружений а) способ вертикального проектирования б) с помощью теодолита Вертикальная нить отвеса может быть воспроизведена оптическим способом с помощью специального прибора вертикального проектирования (риса, визирная ось которого устанавливается принудительно или автоматически в вертикальное положение. Прибор центрируют непосредственно у основания сооружения, либо внутри него, если позволяют условия наблюдений, и отклонение верха сооружения от вертикали в двух направлениях регистрируют по квадратной палетке с миллиметровыми или двухмилли- метровыми делениями, наблюдаемой в зрительную трубу прибора. Палетка размещается в верхней части сооружения. Вертикальное проектирование может быть осуществлено по схеме, изображенной на рис. 14.5 б. На местности в точках Аи В оборудуют станции, на которых центрируют теодолит. Визирные оси теодолита практически перпендикулярны друг другу и направлены вдоль осей сооружения. Расстояния от теодолита до сооружения выбирают с учетом высоты башни – примерно высоты. На стене сооружения на его основании закрепляют шкалы Ш и Ш с миллиметровыми делениями, а в верхней части отмечают или устанавливают точки, на которые выполняют визирование. В процессе измерений получают отсчеты а о и о в начальном и аи в текущем циклах. Разности отсчетов аи и их знаки указывают величину отклонения верха сооружения и направление этого отклонения. Часто сооружение бывает недоступно для непосредственной работы у его основания. В таких случаях используют способ горизонтальных углов, который заключается в разбивке двух опорных пунктов на взаимно перпендикулярных осях сооружения и измерении горизонтального угла между направлениями на опорные пункты и направлениями на точки 1 и 2, находящиеся в верхней части сооружения (рис. 14.6). При известных расстояниях S разности горизонтальных углов для каждой из точек характеризуют перемещение исследуемых точек в направлениях, перпендикулярных соответствующей визирной оси. По формулам малых углов можно определить линейные 355 величины смещений, полное смещение и его направление, а также определить величину крена сооружения. Рис. 14.6. Способ горизонатальных углов Рис. 14.7. Способ координат Аналогичную схему сравнительно легко применить ив способе координат (рис. 14.7). Вокруг сооружения прокладывают замкнутый полигонометрический ход А-В-С-D и сего пунктов угловой засечкой получают координаты исследуемых точек 1 и 2. Разности значений координат в сопоставляемых циклах наблюдений укажут направление крена и его величину. На небольших базах крен измеряют с помощью клинометров с цилиндрическим уровнем, имеющем точность не более 5", либо с помощью микро- нивелиров. § 135. Наблюдения за деформациями земной поверхности Здесь имеются ввиду наблюдения за оползнями и деформациями в мульдах сдвижения. Оползневые явления и деформации земной поверхности в мульдах сдвижения происходят как в вертикальном, таки в горизонтальном направлениях. В связи с этим наблюдательные станции чаще должны обеспечивать возможность определения плановых координат точек и их высот, те. обеспечивать пространственные (трехмерные) измерения В некоторых случаях задача определения трех координат не ставится, а проектируются только, например, осевые (одномерные, плановые (двумерные) и высотные смещения. Для определения смещений точек земной поверхности используют различные методы, краткие пояснения по которым приведены ниже. Осевые методы используют в тех случаях, когда направление движения грунтов известно. Они могут быть реализованы тремя способами расстояний риса, створов (рис. 14.8 б ), горизонтальных углов (рис. 14.8 в). В первом способе измеряют расстояния S между точками на линии створа последовательно, начиная от неподвижной точки Аи заканчивая на неподвижной точке В створа Рис. 14.8. Осевые методы наблюдений за оползнями а) способ расстояний б) способ створов в) способ горизонтальных углов В способе створов линию створа располагают перпендикулярно к направлению движения грунтов. Измерения здесь выполняют различными известными методами, рассмотренными выше. Способ горизонтальных углов используется в тех случаях, когда существует опасность нахождения человека непосредственно в зоне сдвижения грунтов игорных пород. Горизонтальные углы на исследуемые рабочие реперы измеряют относительно исходного направления. При известных линейных расстояниях от станции до точки определяют перемещения последних вдоль оси оползня. Пространственные смещения определяют чаще в мульдах сдвижения с использованием плановых и высотных способов. Для измерения вертикальных перемещений применяют способы геометрического и тригонометрического нивелирования, для определения плановых смещений – методы триангуляции, трилатерации, полигонометрии, засечек и т.п., рассмотренные выше в этом и других разделах учебника. Для определения пространственного смещения точек земной поверхности используют стерео- фотограмметрический способ. |