Разработка методики наблюдений за деформациями сооружений - Реферат, страница 1

Разработка методики наблюдений за деформациями сооружений.

1. Общие сведения о деформациях сооружений

Деформации сооружений возникают в связи с воздействием различных природных и антропогенных (техногенных) факторов, как на основание, так и на само сооружение. В общем случае под деформацией понимают изменение формы объекта наблюдений.

Деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, называют осадками. Просадками называют деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительно с ними действующих факторов, таких, как, например, замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замёрзшем грунте и т.д.

Математическая характеристика осадок фундаментов выражается величинами вертикальных отрезков, опущенных с первоначальной плоскости, образованной подошвой фундамента, до пересечения с деформированной поверхностью основания. В случаях, когда эти отрезки равны, осадки равномерные, если отрезки не равны, - неравномерные.

С течением времени осадки от собственного веса сооружений прекращаются. При этом, как правило, на песчаных грунтах осадки характеризуются большими скоростями в начальный период с последующим быстрым затуханием. В глинистых грунтах, наоборот, осадки происходят с незначительными скоростями вначале и медленно затухают многие годы.

Совместная деформация основания и сооружения характеризуется следующими параметрами:

полной осадкой основания отдельного фундамента или строительного блока S ;

средней осадкой основания здания или сооружения в целом S_ср ;

Разностной (неравномерной) осадкой точек фундамента ?S ;

относительной неравномерностью осадок , т.е. отношением разности осадок двух точек фундамента к расстоянию l между ними.

наклоном фундамента i. т.е. отношением разности осадок ?S крайних точек фундамента к его ширине или длине. Наклон фундамента приводит к крену сооружения Q – отклонению его вертикальной оси от отвесного направления;

относительным прогибом – отношением стрелы прогиба фундамента к длине однозначно изгибаемого участка сооружения;

углом закручивания сооружения;

горизонтальным смещением сооружения.

Наблюдения непосредственно за сооружением начинают с момента начала его возведения и продолжают весь строительный период. Для большинства крупных сооружений наблюдения ведутся и в эксплуатационный период.

На каждой стадии возведения или эксплуатации сооружения наблюдения за его деформациями проводят через определённые интервалы времени. Такие наблюдения, проводимые по календарному плану, называют систематическими.

Результаты наблюдений за деформациями сооружений геодезическими методами должны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям в отношении их полноты, своевременности и точности.

Качество, полнота и однозначность выявления смещений во многом зависит от правильности размещения и количества знаков (марок). Места установки знаков должны намечаться геодезистом с участием специалистов по основаниям и фундаментам, гидрогеологов и группы генплана проектной организации. Из ряда возможных вариантов размещения марок выбирается наиболее благоприятный для производства геодезических работ.

Проект размещения марок на сооружении составляют с учётом конструкции фундамента, нагрузки на отдельные части основания, геологических и гидрогеологических условий. Осадочные марки стремятся установить на одном уровне, располагая их по углам зданий, вдоль продольных и поперечных осей фундамента; в местах, где ожидаются наибольшие осадки: на стыках соседних блоков, по сторонам усадочных и температурных швов, вокруг зон с наибольшей динамической нагрузкой и зон с менее благоприятными геологическими условиями.

2. Назначение геодезических измерений.

Главная цель наблюдений – это определение величин деформации для оценки устойчивости сооружения и принятия своевременных профилактических мер, обеспечивающих его нормальную работу. Кроме того, по результатам наблюдений проверяется правильность проектных расчетов, и выявляются закономерности, позволяющие прогнозировать процесс деформации.

Наблюдения за деформациями сооружений представляют собой комплекс измерительных и описательных мероприятий по выявлению величин деформаций и причин их возникновения.

Для сложных и ответственных объектов наблюдения начинают одновременно с проектированием. На площадке будущего строительства изучают влияние природных факторов и в этот же период создают систему опорных знаков с тем, чтобы заранее определить степень их устойчивости. Наблюдения непосредственно за сооружением начинают с момента начала его возведения и продолжают в течение всего строительного периода. Для крупных сооружений наблюдения продолжают и в период эксплуатации. В зависимости от характера сооружения, природных условий и т.д. наблюдения могут быть закончены при прекращении деформаций, а могут продолжаться и на протяжении всего эксплуатационного периода.

3. Точность и периодичность наблюдений

От правильного решения задачи назначения или расчета точности измерений зависят выбор метода и средств измерений, затраты трудовых и материальных ресурсов, а также достоверность получаемых результатов. Точность измерений может быть указана в техническом задании на производство работ, в нормативной литературе или получена расчетным путем.

Согласно требованиям СНиП III-2-75 средние квадратические ошибки m_s определения осадок типовых зданий не должны превышать:

1 мм – для зданий и сооружений, возводимых на скальных и полускальных грунтах;

3 мм – для зданий и сооружений, возводимых на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах;

10 мм – на насыпных, просадочных и других сильно сжимаемых грунтах;

15 мм – для земляных сооружений. Для прецизионных и сложных сооружений требования к точности обосновываются специальными расчетами.

Необходимую точность измерения деформации довольно сложно установить расчетным путем. Целесообразно потребовать, чтобы средняя квадратическая ошибка определения критической величины деформации Ф_к не превосходила величины

где t_? – нормированный коэффициент, зависящий от вида распределения доверительной вероятности.

Как правило, закон распределения ошибок геодезических измерений близок к нормальному, а доверительная вероятность для подобного ряда ответственных работ принимается равной 0,9973. Тогда t_? =3, а .

Периодичность наблюдений зависит от вида сооружения, периода его работы, скорости изменения деформации и других факторов. Первый цикл наблюдений начинают после возведения фундамента, когда вес сооружения достигнет примерно ? его полного веса. Последующие циклы измерений осадок производят при достижении нагрузки в 50, 75, 100% полного веса сооружения. Для сооружений на мягких грунтах проводят дополнительные циклы наблюдений. Частота измерений осадок в период эксплуатации сооружения во многом зависит от качества прогнозирования осадок зданий.

4. Методы наблюдений за осадками.

Для наблюдений за осадками сооружений и их оснований применяют следующие геодезические методы:

геометрическое нивелирование (коротким лучом до 25 м);

тригонометрическое нивелирование (лучом до 100 м);

гидростатическое нивелирование переносными приборами или при помощи стационарной системы;

наземная фотограмметрическая или стереофотограмметрическая съёмки.

На прецизионных сооружения может использоваться метод микронивелирования.

Для большинства стандартных и типовых сооружений точность определения осадок фундаментов обеспечивается геометрическим нивелированием, выполняемым по методике I и II класса.

Основные требования к нивелирному ходу I класса 1.

Длина визирного луча – до 25 м (в подвальных помещениях – 15 м);

высота луча над поверхностью земли или пола – не менее 0,8 м (в подвальных помещениях 0,5 м);

угол i у нивелира – не более 20?;

разность длин плеч на станциях – не более 0,4 м;

накопление неравенства плеч в замкнутом ходе – не более 2м;

расхождения в превышениях, полученных из двух горизонтов инструмента, не должны превышать 0,3 мм.

предельная невязка ходов и полигонов не превосходит .

где n – число станций.

Нивелирование II класса производят для многих промышленных сооружений. Основные требования 1.

в висячем ходе допускается не более двух станций;

длина визирного луча – не более 30 м;

высота луча над поверхностью земли или фундамента – не менее 0,5 м;

неравенство расстояний от нивелира до реек – не более 1м;

накопления неравенства плеч в замкнутом ходе – не более 3-4 м;

предельная невязка в замкнутом полигоне или между пунктами I класса – .

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ОСАДКАМИ И ДЕФОРМАЦИЯМИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Другим основополагающим нормативным документом является Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. М. Стройиздат, 1975г.

Книга Брайта П. И. Геодезические методы измерения деформаций оснований и сооружений. М. Недра, 1965г. аналогична по содержанию с предыдущим документом, но она имеет статус технической литературы.

Основной особенностью данных документов является то, что они ссылаются на методику государственного нивелирования I и II классов. Данная ссылка не совсем корректна. Так как согласно Инструкции по нивелированию [ГКИНП (ГНТА)-03-010-03 ИНСТРУКЦИЯ ПО НИВЕЛИРОВАНИЮ I, II, III и IV классов ] нивелирование I класса выполняется по двум парам башмаков, а высокоточное нивелирование для наблюдений за осадками должно выполняться по стационарно закрепленным точкам для установки реек. Кроме того в рассматриваемой инструкции допустимые невязки рассчитываются исходя из длин ходов, на практике для расчета допустимых невязок более предпочтительней использовать формулы исходя из числа нивелирных станций.

Лучшим документом, по мнению автора, освещающим методику наблюдений за осадками зданий и сооружений является работа Карлсона А. А. Измерение деформаций гидротехнических сооружений. – М. Недра, 1984г. Автор данной работы Артур Августович Карлсон в институте Гидропроект им. С.Я. Жука много лет курировал наблюдения за осадками и деформациями гидротехнических объектов. В руководстве, в отличие от выше рассмотренных документов, введены понятия высокоточного (аналог нивелирования I класса), точного (аналог нивелирования II класса) и нивелирования повышенной точности (аналог нивелирования III класса) и учтены особенности высокоточного нивелирования на сооружениях. Перечислим эти особенности.

1) Нивелирование выполняется по стационарным точкам установок реек.

2) В каждом цикле измерений соблюдается полная идентичность нивелирных ходов.

3) Опорой нивелирования являются кусты опорных реперов.

Рассмотрим несколько примеров конструкций контрольных марок, схем установки марок и опорных реперов для наблюдений за осадками высотных зданий. Организация наблюдений за осадками на современных высотных зданиях сопряжена с рядом конструктивных сложностей. В большинстве зданий несущие бетонные поверхности не сопрягаются с наружным воздухом. Эти здания оснащаются термоизоляцией, толщина которой достигает 200мм. Установить контрольные марки в строительный период и использовать их в период эксплуатации крайне сложно. В этом случае приходится организовывать измерения в два периода. Один в период строительства, второй – в период эксплуатации. При переходе в режим эксплуатации зданий марки строительного периода заменяются марками эксплуатационного периода. Образцы марок, схемы измерений и опорный репер показаны на рис. 1-5.

Геодезические наблюдения за деформациями зданий и сооружений

Название работы: Геодезические наблюдения за деформациями зданий и сооружений

Предметная область: Архитектура, проектирование и строительство

Описание: Определение крена вертикальной оси. Определение крена вертикальной оси Геометрическая сущность измерения крена сводится к определению взаимного положения двух точек сооружения которые по техническим условиям проекта должны лежать на одной отвесной линии. Определение крена с помощью измерения линейной величины. Определение крена по вертикальной нити теодолита.

Дата добавления: 2014-12-23

Размер файла: 890 KB

Работу скачали: 35 чел.

Геодезические наблюдения за деформациями зданий и сооружений.

1. Виды деформаций сооружений и их причины.
2. Наблюдение за деформациями зданий, сооружений.
3. Геодезические методы определения горизонтальных смещений.
4. Определение крена вертикальной оси.

I вопрос. Виды деформаций сооружений и их причины.

Деформация сооружение (ДС) – изменение относительно положения всего сооружения или отдельных его частей, связанных с пространственным перемещением или изменением его формы.

Осадка – перемещение фундамента и всего сооружения вниз

Подъем - перемещение фундамента и всего сооружения вверх

Крен – отклонение сооружения от проектного положения в вертикальной плоскости.

Сдвиг – перемещение сооружений в сторону (горизонтальный сдвиг)

Основные причины деформаций (ДС)

- увеличение давления воздвигаемого сооружения

- колебания уровня грунтовых вод

- температурные сезонные явления

- перемещение частиц грунта и его сжимаемость

II вопрос. Наблюдение за деформациями сооружений.

Величину деформаций устанавливают, в основном, путем геодезических измерений.

Контрольные измерения проводятся с неподвижных опорных пунктов по точкам наблюдений. (марки, закреп. на сооружении; осадочные марки).

Расположение неподвижных опорных точек.

1. Опорные точки располагают на устойчивых грунтах вне зоны строительных работ и возможно ближе к объекту измерения.
2. Количество опорных точек не менее 3-х на объект
3. Опорный пункт, как правило, – железобетонный монолит в кирпичном (бетонном) колодце.

1. Координаты опорных точек определяют после их установки и уточняют в начале наблюдений.

Расположение осадочных марок (контрольные марки)

1. Осадочные марки располагают, как правило, на

- стыках капитальных стен

- в зонах наибольших напряжений конструкций

- интервал расположения 10 – 15 м.

1. Осадочные марки, как правило, бывают двух видов:

Марка общего назначения в стене (фундаменте) сооружения

Марка специального назначения. например, для изучения сжатия грунтов, величины подъема для котлована и т.д.

Глубинная марка конструкции Брайта.

Для определения величины подъема дна котлована.

Периодичность и точность измерения деформаций

Периодичность наблюдений в общем случае:

1-ое в начале строительства

2-ое когда все сооружения 25%

3-е когда все сооружения 50%

4-е когда все сооружения 75%

5-е когда все сооружения 100%

Периодичность наблюдений при строительстве крупнопанельных зданий

- после закладки фундамента

- после монтажа 2-го этажа

- после монтажа коробки здания

- перед сдачей объекта в эксплуатацию.

Промежутки между наблюдениями могут быть уменьшены

- при возрастании скорости осадок

- при появлении трещин, недопустимых кренов.

Наблюдения за деформациями прекращают, когда скорость осадки в год не превышает 1-2мм.

Ошибки измерений осадок не должны превышать допустимую величину осадки за 1 год.

После окончания каждого цикла наблюдений составляют

- ведомость отметок нивелирных марок

- график изменения осадок во времени.

Методы измерения осадок.

- геометрическое нивелирование (высокоточное)

Используемые приборы: - нивелир Н-1 t = 0,05 мм

- нивелирные рейки с инварными полосками. Цена деления = 5мм

Принципиальная схема нивелирования

1. исходная основа не менее 2-х глуб.реперов.
2. осадочные марки расположены на одном уровне.
3. длина визирного луча 3 – 25 м (в среднем 10 – 15 м).
4. разность в плечах нивелирования ±10 см.
5. высота визирного луча не менее 30 см.
6. нивелирование выполняют замкнутыми ходами при двух установках горизонта инструмента.
7. нивелирование проводят в большинстве случаев с использованием 1-ой рейки.
8. предельная разность в мм прямого и обратного хода не более ±0,3v n мм.

1. при повторном нивелировании инструмент устанавливается на одних и тех же точках.

Гидростатическое нивелирование – основано на свойстве жидкости устанавливаться в

сообщающихся сосудах на одном уровне.

m – отсчеты по шкалам a 1 = l 1 – m 1

b 1 = l 2 – m 2

h = (l 1 – m 1 ) – (l 2 – m 2 )

Принципиальная схема нивелирования

- сосуды прибора подвешивают на осадочные марки и устанавливают в отвесное положение по уровню

- измерительными винтами берут отсчеты по уровню жидкости

- измерения повторяют при переставленных местах сосудов

( точность измерения осадок 0,05 – 0,1 мм)

Модернизация метода с использованием установленной по периметру фундамента стационарной гидростатической системы.

(Разность отсчетов в стеклянных трубках характеризует величину осадки между циклами

Тригонометрическое нивелирование (высокоточное) используется при определении осадок труднодоступных точек.

Сущность тригонометрического нивелирования заключается в определении превышений h между двумя точками с помощью наклонного луча визирования и отвесной рейки.

m n на 100 метров ? 3 см.

- для ослабления ошибок: - использовать высокоточные теодолиты

- уменьшать расстояние наблюдения

- нивелирование в прямом и обратном направлениях.

Фотографический метод – позволяющий определить все три координаты ( X. Y. H ) наблюдаемой точки.

Общая схема работ:

- фотографирование объекта с помощью специальных приборов – фототеодолитов.

- измерение координат точек на снимках на специальных приборах – стереокомпараторах

- определение координат точек и вычисление величины осадок по разности координатв предыдущем цикле.

III Вопрос. Геодезические методы определения горизонтальных смещений, сдвигов.

- метод створных наблюдений

- полигонометрический высших классов точности

Сущность заключается в измерении величины отклонения наблюдаемых точек от створа опорных пунктов.

1. измерить расстояние S между опорными пунктами
   1. измерить теодолитом углы
   2. рассчитать величину отклонения l

1. расчет величины отклонения

(створная линия близко к точке М)

-установить на створной линии штатив с треножником и рейкой перпендикулярно створной линии

-снять отсчеты по рейке

(от латинского слова треугольник). Его сущность состоит в периодическом определении координат осадных марок (опорных знаков), включенных в триангуляционную сеть.

- измеряются все внутренние углы в триангуляционной сети и измеряется длина базисной стороны.

- вычисление координат опорных знаков (1,2,3)

- определение разности координат в смежных циклах, которые характеризуют сдвиг сооружения.

-точность определения исходной стороны триангуляции 1. 600 000

- длина сторон треугольников триангуляции 0,5 – 2,0 км

- средняя кв. ошибка определения угла ±0,6”

Сущность метода полигонометрии (измеряю многоугольник) заключается в том, что по исследуемому сооружению прокладывают ходы высокоточной полигонометрии и определяются координаты опорных знаков включенных в полигонометрический ход.

Точностные характеристики ходов

-относительная погрешность измерения длины стороны 1:400 000

-средняя кв. ошибка измерения ±0,4”

- длины сторон 0,25 – 2 км.

Сущность метода трилатерации (трехсторонний) заключается в определении координат опорных знаков, включенных в трилатерационную сеть, состоящую из цепи треугольников, в которых измерены длины всех сторон.

Характеристики приборов для измерения расстояний

IV Вопрос. Определение крена вертикальной оси

Геометрическая сущность измерения крена сводится к определению взаимного положения двух точек сооружения, которые по техническим условиям проекта должны лежать на одной отвесной линии.

Определение крена с помощью измерения линейной величины.

1-й вариант. Определение крена по вертикальной нити теодолита.

Снос положения наблюдаемой точки на основание.

- подготовить теодолит над опорным знаком

- визируют на осадочную марку (А) и проектируют ее положение к основанию. При КП и КЛ.

-разность между штрихами предыдущего цикла измерений дает величину крена.

Крены стен зданий измеряют с двух сторон.

- определить частные приращения крена с первой станции q 1 (аналогичными действиями при сносе положения наблюдаемой точки на основание)

- определить частное приращение крена со второй станции q 2

- рассчитать полное приращение крена по правилу параллелограмма

- на схеме указать направление меридиана для характеристики крена по отношению к странам света.

2-й вариант. Определение крена с помощью измерения горизонтальных углов.

- установить теодолит в т.А в створе одной из стен и на удалении 20-50 м

- измерить угол ? между маркой В и ориентиров С

- аналогичными действиями измерить угол ? 1

- для перехода от градусов к линейным величинам используем формулу

- полное приращение крена определяется как равнодействующая из частных кренов по правилу параллелограмма.

Фотограмметрический метод измерения деформаций

Сущность метода заключается в периодической фототеодолитной съемке сооружений и в сравнении координат его точек в периода предыдущего и текущего циклов наблюдений

I Съемка: - фототеодолиты

- с двух точек ( X. Y. H ) с соблюдением (выдержкой) требуемого перекрытия

II Измерение снимков: - стереокомпараторы

III Вычисление координат:

из подобия треугольников Т Т" S п и t " л t п S п

Из подобия треугольников Т Т' S л и S л t л О л

Из подобия треугольников Т Т' S л и t л t л ' S л

IV Вычисление величины деформации

Точность метода 1:1000 – 1:10 000 от расстояния до объекта.

Достоинство метода: позволяет определять одновременно пространственное положение значительного числа точек, в том числе и недоступных.

Недостаток: высокая стоимость.

Определение крена вертикальной оси способом трехстворных наблюдений

NM ' – верт. ось сооружения

M ' M – отвесная линия

NM – линейная величина крена

A 1 B 1 C 1 – станции наблюдения

d 1 d 2 d 3 – расстояния от станций A 1 B 1 C 1 до основания сооружения

? 1 ? 2 ? 3 – угловые величины крена относительно станций АВС

? 12 ? 23 – угловые смещения между станциями наблюдения

q 1 q 2 q 3 – компоненты линий

l 1 l 2 l 3 – величины крена

Требования при выборе станций

d 1 d 2 d 3 должны быть больше высоты сооружения

? 12 ? 23 должны быть порядка 120?

- измерение углов ? 12 ? 23

- измерение углов ? 1 ? 2 ? 3 с фиксацией направления отклонения крена (л, п). л - левые створа наблюдений, п – правые створа наблюдений)

- измерение d 1 d 2 d 3

1. Вычислить частные компоненты линейной величины крена

2. Графическое определение общей величины крена

1. Нанести точку М и провести направление АМ
2. Отложить ? 12 и провести направление ВМ
3. Отложить ? 23 и провести направление СМ
4. Отложить от направлений АМ,ВМ,СМ частные линейные величины крена по створам от станций А,В,С q 1. q 2. q 3 (пунктирные линии)
5. Измерить общую линейную величину крена: - NM

- направление крена ? относительно створа АМ.