Геодезический контроль монтажа, съемка и рихтовка подкрановых путей

Контроль монтажа подкрановых путей состоит из следующих операций: нивелировка консолей колонн каркаса; перенесение осей подкрановых балок на консоли; контроль горизонтальности и прямолинейности подкрановых балок; контроль горизонтальности, прямолинейности и параллельности подкрановых рельсов.

Нивелирование консолей обычно ведется косвенным путем по высотным рискам колонн на уровне пола цеха. При этом используется геометрическое нивелирование. В связи с большим неравенством плеч в нивелирах должна быть проверена параллельность визирной оси и оси уровня.

Перенесение осей балок на консолях осуществляется от смещенных осей колонн при помощи теодолита, При отсутствии видимости на все консоли теодолит устанавливают в промежуточных точках смещенных осей. Совмещением осевых рисок торцов балок и консолей обеспечивается высокая точность монтажа.

При нивелировании подкрановых балок нивелир обычно устанавливают на самой балке, специальной консоли, прикрепляемой к колонне, на платформе крана и т. п. Нивелирование можно выполнять на каждой балке в отдельности или совместно. Однако во всех случаях для взаимной увязки отметок левой и правой балок устраивают перемычки между станциями в двух точках - на левой и правой балках. Это особенно важно для конечной стадии - монтажа подкрановых рельсов. Наверх отметка передается от рабочего репера в начале и в конце пути (на длинных путях контроль осуществляется по частям длиной 300 - 500 м). По максимальной отметке (минимальному отсчету) для обеих балок определяют толщины подкладок под рельсы, чтобы они были горизонтальны.

При контроле прямолинейности балок проверяют, чтобы элементы крепления рельсов располагались на оси балки. После крепления рельсов осуществляется окончательная выверка их горизонтальности, прямолинейности и параллельности. Горизонтальность проверяют путем нивелирования головок рельсов по схеме, аналогично балкам.

По результатам нивелирования составляют исполнительный профиль в горизонтальном масштабе 1: 100 (1: 200) и вертикальном - 1: 10. Чаще всего, для наглядности, составляют совмещенный профиль пути, показывая на нем высотное положение обоих рельсов. При этом, графу «Фактические отметки» делят на две части: левый рельс и правый рельс. По разности фактических отметок рельсов в одном пролете определяют места с недопустимым поперечным уклоном. Основные требования, предъявляемые СНиП к монтажу подкрановых путей для железобетонных и стальных конструкций, приводятся в табл. 1

Таблица 15

Наименование отклонений	Допустимые отклонения
Смещение оси подкранового рельса с оси подкрановой балки	15
Отклонение оси подкранового рельса от прямой	15 на участке длиной 40 м
Отклонение расстояний между осями подкрановых рельсов одного пролета	10
Разности отметок подкранового рельса на соседних колоннах (расстояние между колоннами L)	L/1000, но не более 15
Разности отметок головок подкрановых рельсов в одном пролете	20
Взаимное смещение торцов смежных подкрановых рельсов в плане и по высоте	2

 

Для контроля прямолинейности и параллельности рельсов производят исполнительную съемку от двух в общем случае непараллельных створов и (рис. 151). Начальные и конечные точки створов выбирают произвольно на концах обследуемого участка подкрановых путей. Чаще всего их совмещают с осью рельса. При помощи теодолита, лазерного визира или струны, ориентированных по линии створов, способом бокового нивелирования измеряют отклонения и осей рельсов от своих створов, где i - номер текущей точки пути или створа (i=1,2,...,n); n-число точек одного створа. Измеренным отклонениям присваивают знаки: "+", если ось рельса смещена вправо от створа, и "-", если ось рельса смещена влево. Для простоты отсчитывания отклонений рационально использовать специальную накладную марку со шкалой, имеющей сантиметровые деления.

Для обеспечения прямолинейности и параллельности путей производят их выравнивание с определением оптимальных элементов рихтовки (смещений). Задача решается по методу наименьших квадратов. Для равномерно расположенных точек створа положение выравнивающей прямой левого рельса определяется ординатами начальной и конечной точек:

где -расстояния между створами в начале и конце пути; - проектное расстояние между осями рельсов; - множитель.

Выравнивающая прямая правого рельса определяется ординатами:

соответственно для его начальной и конечной точек. Ординаты промежуточных точек выравнивающих прямых определяются путем интерполирования по формулам:

Знаки ординат аналогичны знакам отклонений.

Элементы рихтовки, т.е. величины смещений искривленных рельсов для придания им проектного положения, равны:

Правильность вычислений контролируют по формуле

Рисунок 151 - Схема съемки и рихтовки подкрановых путей.

Если величина положительна, то рельс смещается вправо от своего положения, а если отрицательна, то влево. Контроль смещений при рихтовке осуществляется по “маяку” - передней плоскости колонны - при помощи контрольной линейки путем измерения удалений рельса до рихтовки и после нее. Необходимость рихтовки определяют по величине отклонений рельса от прямой линии и по отклонению расстояний между фактическими осями рельсов от проектных (см. табл. 16). Это расстояние определяют по формуле:

Пример расчета элементов рихтовки дан в табл. 16.

Таблица 16.

№ ряда колонн		Изме-ренные откло-нения рель-сов от ство-ра, мм	Изме-ренные откло-нения рель-сов от ство-ра, мм			Орди-наты выравнивающих пря- мых, мм	Орди-наты выравнивающих пря- мых, мм	Эле- менты рих- товки рель- сов, мм	Эле- менты рих- товки рель- сов, мм
						0.8	-1.2	0.8	-1.2
	0.167	-9		-3	-0.50	4.1	-3.7	13.1	-9.7
	0.333	-19			1.66	7.4	-6.2	26.4	-30.2
	0.500	-14			2.00	10.8	-8.8	24.8	-26.8
	0.667	-10		-6	-4.00	14.1	-11.3	24.1	-15.3
	0.883				11.66	17.4	-13.8	15.4	-25.8
	1.000					20.7	-16.3	20.8	-16.3
	3.500	-	-	-	10.82	-	-	125.4	-125.3

 

При затруднениях в рихтовке рельсов, вызванных ограничением перемещения рельса на балке, требуется рихтовка и балок. Такие случаи встречаются, как правило, в процессе эксплуатации промышленных зданий. Здесь рационально также находить оптимальные элементы рихтовки балок и рельсов, используя метод математического программирования - линейного или квадратичного.

В основу решения берут систему ограничений на перемещение рельса в пределах подкрановой балки, балки в пределах консоли, а также крано - проходной габарит мимо передней грани колонны.

 

Литература:

1. Баран П.И., Шелест В.П. Оптимизация рихтовки подкрановых балок методом линейного программирования. - Инженерная геодезия, Киев, 1975, вып.18.

2. Баран П.И., Шелест В.П. Оптимизация рихтовки подкрановых рельсов методом линейного программирования. - Инженерная геодезия, Киев, 1976, вып.19.

3. Баран П.И., Шелест В.П. Совместное определение оптимальных элементов рихтовки подкрановых балок и рельсов методами математического программирования. -Инженерная геодезия, Киев, 1975, вып.19.

 

 

1.5. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ

1.5.1. Общие сведения о геодезических методах измерения деформаций оснований зданий и сооружений

Наблюдение за деформациями сооружений занимают значительное место в современной практике инженерно-геодезических работ. Достаточно сказать, что ни одно строительство крупных сооружений не обходится без деформационных измерений, а для сооружений, где от величины происходящих деформаций зависит их устойчивость и особенно нормальный режим технологического процесса, наблюдения, начатые в период строительства, могут продолжаться и весь период эксплуатации. При этом объем и сложность наблюдений, а также требования к точности их производства из года в год возрастают.

Так, если для строительства конструкций допустимые ошибки измерения выражаются единицами миллиметров, то для технологического оборудования они могут быть ограничены десятыми и даже сотыми долями миллиметра.

Для обеспечения современных требований разрабатываются специальные методы и средства измерений, основанные на последних достижениях науки и техники. Специфика наблюдений за деформациями позволяет, а порой и требует применения автоматизированных систем и приборов.

Для оценки и инженерной интерпретации результатов наблюдений широко применяются методы математической статистики.

В настоящее время накоплен большой опыт в области теории и практики геодезических измерений деформаций сооружений.

1.5.2. Классификация деформаций оснований и сооружений.

Деформации оснований сооружений происходят за счет взаимного перемещения частиц грунта и их сжимаемости. Основными факторами, влияющими на сжимаемость грунта являются:

¨ пористость и величина сжимаемой толщи;

¨ вес, размеры, форма и конструктивная жесткость фундамента;

¨ конструктивная жесткость, распределение давления по подошве фундаментов;

¨ тип и материалы несущих надфундаментных конструкций;

¨ природные факторы (способность горных пород к просадкам, пучение при замерзании и оттаивании водо-насыщенных пород, изменение влажности пород и уровня грунтовых вод и т.д.) и др.

Грунты основания (для жилых зданий) по степени сжимаемости условно делят на следующие виды:

- слабо сжимаемые (модуль сжатия Е>=200 кг/см.кв., или когда средняя измеренная осадка здания Sср.<=5 см.);

- средне сжимаемые (Е<=200 кг/см.кв., или Sср.=5-15 см.);

- сильно сжимаемые (Е<=75 кг/см.кв., или Sср>15 см).

Для наглядного представления явления осадки следует предположить, что все фундаменты сооружений заложены на одной горизонтальной плоскости, соответствующей проектной отметки. В результате сжатия грунта точки, лежащие на этой плоскости, могут смещаться от начального положения и образовывать некоторую деформируемую поверхность. При этом точки могут перемещаться как вниз и вверх в вертикальной плоскости, так и в стороны.

Различают следующие виды деформаций:

¨ перемещение фундаментов и всего сооружения вниз называют осадкой;

¨ набухания и усадки - деформации, связанные с изменением объема некоторых глинистых грунтов с изменением влажности и температуры;

¨ оседания - деформации земной поверхности, вызванные разработкой полезных ископаемых или изменением гидрогеологических условий;

¨ перемещение фундаментов и всего сооружения вверх называют подъемом или выпучиванием;

¨ перемещение в сторону - горизонтальным смещением или сдвигом сооружения.

Математическая характеристика осадок выражается величинами перпендикуляров, опущенных с начальной горизонтальной плоскости, образованной подошвой фундамента, до пересечения с деформированной поверхностью. В тех случаях, когда отрезки этих перпендикуляров равны, осадки называются равномерными, когда отрезки не равны, осадки называют неравномерными (рис. 152).

Таким образом, равномерные осадки могут происходить лишь в тех случаях, когда давление, вызываемое весом сооружения, и сжимаемость грунтов во всех случаях основания под фундаментом одинаковы.

Рисунок – 152: а) равномерные осадки; б) неравномерные осадки.

Неравномерные осадки происходят, прежде всего, в результате различного давления частей сооружения и неодинаковой сжимаемости грунтов под фундаментом, что в свою очередь вызывает разного рода перемещения и деформации в надфундаментальных конструкциях.

В действительности равномерных осадок на сжимаемых грунтах почти не бывает, так как геологическое строение основания и в вертикальном и в горизонтальном направлениях даже на незначительных площадях неоднородно.

Равномерные осадки не снижают прочности и устойчивости сооружений, но большие по величине равномерные осадки могут вызвать при эксплуатации сооружения осложнения и способствовать появлению новых нежелательных деформаций. Предположим, на предприятии здания имеющие равномерные, но разных размеров осадки связаны между собой каким-либо технологическим процессом, тогда это приведет к нарушению их нормальной эксплуатации.

Неравномерные осадки являются более опасными по вызываемым ими последствиям для сооружений. Например, даже незначительный наклон высокого сооружения может вызвать нарушения при эксплуатации лифта или привести к перенапряжениям в несущих конструкциях. Опасность тем больше, чем значительнее разность осадок частей сооружений и чем чувствительнее к ним его конструкции.

В том случае, когда сжимаемость грунтов под фундаментом неодинаковая или нагрузка, приходящаяся на грунт, различная, возникают деформации- смещения, кручение, которые внешне могут проявляться в виде трещин и даже разломов.

В соответствии со СНиП вертикальные деформации оснований зданий и сооружений подразделяются на осадки и просадки.

Осадки - деформации (уплотнение грунтов под нагрузкой в связи с уменьшением их пористости), вызывающие вертикальное перемещение всего сооружения вниз под воздействием его веса.

При расчете осадок следует различать конечную(стабилизированную) осадку, соответствующую полному уплотнению грунта основания, и нестабилизированную осадку, изменяющуюся во времени и соответствующую незавершенному процессу уплотнения грунтам основания.

Просадки - деформации, носящие провальный характер и вызываемые коренным изменением сложения грунта (например, уплотнением мелкопористого грунта при его замачивании, уплотнение рыхлых песчаных грунтов вследствие сотрясения, оттаиванием мерзлых грунтов, выпиранием грунта из-под сооружения и т.д.).

Деформации основания характеризуются:

1) Абсолютной (полной) осадкой отдельных точек фундамента, определяемой измерениями. Абсолютная или полная осадка S каждой отдельной точки сооружения вычисляется как разность отметок начального Hо и текущего Hi циклов измерений, определенных относительно отметки исходной точки, принимаемой за неподвижную,

S=H₀ – H_i.

2) Средней осадкой здания или сооружения Sср, определяемой вычислением по данным фактических осадок не менее чем трех отдельных фундаментов, расположенных в пределах здания или сооружения (вычисляется только при мало изменяемой сжимаемости основания)

где n- кол-во точек.

Одновременно со средней осадкой для полноты общей характеристики указывают наибольшую Smax и наименьшую Smin осадки точек сооружения.

3) Разности осадок двух точек i и j или двух (m-го и n-го) циклов наблюдений вычисляются соответственно по формулам:

4) Послойная деформация z грунтов основания или толщи тела сооружения мощностью z определяется как разность осадок точек, закрепленных в кровле и подошве слоя грунта сооружения:

.

5) Перекосом конструкций (для относительно жестких зданий и сооружений), измеряемым максимальной разностью неравномерных осадок двух соседних опор, отнесенной к расстоянию между ними.

6) Креном (для абсолютно жестких зданий и сооружений), представляющим наклон или поворот основных плоскостей всего сооружения в результате неравномерных осадок, без нарушения его цельности и геометрических форм. В строительной практике различают крен сооружения, который характеризуется отклонением его вертикальной оси от отвесной линии и выражается в угловой, линейной или относительной мере, и крен фундамента, понимаемый как отклонение плоскости его подошвы от горизонта и выражаемый в линейной или относительной мере. Для оценки устойчивости сооружений более наглядной является характеристика крена, отнесенная к расстоянию L между точками i и j. Относительный крен K (соответственно - завал и перекос) вычисляется по формуле:

.

7) Относительный прогиб (или перегиб) фундамента, представляющим частное от деления величины стрелы прогиба на длину изогнувшейся части здания или сооружения. Симметричный относительный прогиб f отдельных частей сооружения вычисляется по формуле:

где S_i и S_j -осадки точек i и j, фиксированных на краях прямолинейного участка сооружения длиной L;

S_k - осадка точки K, расположенной в середине между точками i и j. Направление прогиба определяется знаками: плюс - при выпуклости, минус - при вогнутости.

8) Кручением здания, представляющим сложную деформацию-поворот его параллельных поперечных сечений вокруг продольной оси в разные стороны и на разные углы.

9) Горизонтальное смещение Q отдельной точки сооружения характеризуется разностью ее координат Xn, Yn, Xm, Ym соответственно в n-ном и m-ом циклах наблюдений. Положение осей координат, как правило, совпадает с главными осями сооружений. Вычисляют смещения в общем случае по формулам:

10) Трещинами, представляющими разрывы в отдельных конструкциях сооружения и возникающими вследствие неравномерных осадок и дополнительных напряжений.

1.5.3. Основные причины деформаций

Основные причины осадок и деформаций можно разделить на две группы:

1. 0бщие причины, связанные с особенностями инженерно-геологических и гидрогеологических условий и физико-механических свойств грунтов.

К ним относятся:

а) способность грунтов к упругим и пластическим деформациям (просадкам, оползням, карстовым явлениям и т. п.) под влиянием нагрузки;

б) неоднородное геологическое строение основания, приводящее к неравномерному сжатию и перемещением грунтов под воздействием веса сооружения;

в) пучение при замерзании водо-насыщенных и оттаивание мерзлых льдо-насыщенных грунтов;

г) изменение гидротермических условий, связанных с сезонными и многолетними колебаниями температуры и уровня грунтовых вод.

2. Частные причины, связанные с погрешностями, возникающими при изысканиях и проектировании, с особенностями производства строительных работ, эксплуатацией сооружений и т. п.

К ним относятся:

а) недостаточно правильная планировка участка, плохой дренаж атмосферных и паводковых вод;

б) неточности, допущенные при проведении инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий;

в) искусственное понижение или повышение уровня грунтовых вод при проведении строительных работ;

г) увлажнение лессовидных и оттаивание мерзлых грунтов;

д) ослабление основания подземными разработками, приводящее к смещению всей толщи напластований над выработками или к выносу частиц грунта в выработанное пространство;

е) возведение (в непосредственной близости) новых крупных сооружений;

ж) изменение давления, вызванное надстройкой, переменной загрузкой и т. п.;

з) неравномерное распределение давления сооружения по подошве фундамента (ступенчатые надфундаментные конструкции);

и) форма, размеры и конструктивная жесткость фундамента;

к) вибрация фундаментов, вызываемая работой всевозможных машин или интенсивным движением транспорта.

1.5.4.Геодезические знаки, используемые для измерений осадок сооружений методом геометрического нивелирования

 

1.5.4.1. Общая классификация знаков

Для измерения деформаций оснований и сооружений при производстве строительных работ и научных исследований, в зависимости от целей наблюдений, а также геологических и гидрогеологических условий, используются следующие геодезические знаки:

1. Реперы - исходные знаки высотной основы.

Глубинные (незаиляемые трубчатые, свайные и др.), фундаментальные (железобетонные, трубчатые, скальные и др.), грунтовые или рабочие (бетонные, трубчатые и др.) и стенные (из литья, изготовленные в мастерских и др.).

2. 0садочные марки - для наблюдений за осадками фундаментов зданий, промышленных и гидротехнических сооружений.

Стенные закрытые, шкаловые, магнитные, плитные, цокольные, боковые, кордонные, трубомарки, поверхностные, временные, стенные открытые и др.

3. Глубинные марки - для измерения деформаций в основаниях земляных и бетонных сооружений.

Трубчатые, железобетонные плиты-марки, металлические плиты -марки, камерные, закладные (укороченные) и др.

4. Поверхностные марки - для измерения осадок и просадок дневной поверхности. Грунтовые, поверхностные временные и др.

1.5.4.2. Количество и размещение геодезических знаков

Исходные высотные знаки (реперы)

Измерение осадок зданий и сооружений производится путем периодического нивелирования высотных знаков, закладываемых согласно проекту, составляемому при организации наблюдений.

К проекту прилагается схема нивелирных ходов с указанием размещения закладываемых реперов и осадочных марок. Установка высотных знаков обычно осуществляется строительной организацией при участии специалистов, наблюдающих за осадками.

При измерении осадок сооружений к исходным высотным знакам предъявляются следующие требования:

1) длительное сохранение неподвижности;

2) надежный контроль за устойчивостью;

3) возможность передачи с них отметок на марки, заложенные м сооружения (при помощи одной или двух установок инструмента).

Опыт показывает, что исходными высотными знаками для наблюдений за осадками наиболее ответственных сооружений могут служить глубинные реперы той или иной конструкции. При этом количество реперов на строительной площадке должно быть достаточным для того, чтобы можно было взаимно контролировать их устойчивость и чтобы возможная ошибка измерения высотного положения осадочных марок не выходила за пределы +-1.0 мм. Пример размещения глубинного репера относительно сооружения представлен на рис. 153.

Вновь установленные реперы привязываются не ранее чем через один месяц к знакам местного высотного обоснования, от которых производилась съемка данного участка или выполнялись разбивочные работы. 0 выполненной привязке составляется акт с приложением схемы размещения знаков, разреза их конструкции и краткой характеристики грунтов, в которых они заложены.

Периодическая проверка высотного положения реперов, установленных для измерений осадок сооружений, выполняется в каждом цикле наблюдений сравнением взаимных превышений.

 

Рисунок 153 - Минимальное удаление глубинного репера от сооружаемого здания:1-глубинный репер, 2-график дополнительного (к природному) давления в грунтах, 3-изобары в долях давления (р), 4-практическая граница сжимаемой толщи, 5-график природного давления, 6-плоскость, проведенная от грани фундамента, 7-ширина ленточного фундамента, Рбz’- природное давление на глубине z’, Рz’- дополнительное к природному давление на той же глубине.

Осадочные марки

Ценность и полнота наблюдений осадок во многом зависит от количества, правильного размещения и сохранности осадочных марок.

В практике измерений иногда стремятся общее количество осадочных марок довести до возможно большего числа, полагая, что избыточное количество их поможет в дальнейшем избежать грубых ошибок, так как величины осадок соседних марок в известной степени будут контролировать друг друга.

Такое стремление следует считать неправильным, ибо излишнее число марок увеличивает время, необходимое для проведения измерений, что влечет за собой увеличение невязки в полигонах за счет вертикальных смещений узловых осадочных марок. Вместе с тем недостаточное количество марок не может отразить в полной мере характер перемещений и деформаций фундамента.

При составлении проекта размещения нивелирных марок необходимо учитывать конструктивную схему здания или сооружения, его размеры в плане, давление на отдельные части фундамента, геологические и гидрологические особенности строительной площадки, а также и создание благоприятных условий для проведения измерительных работ.

Количество марок должно быть таким, чтобы с его помощью можно было полнее отразить величины осадок, кренов и прогибов частей сооружения. Марки должны размещаться по всему фундаменту, полностью обеспечивая выявление мест наибольшей осадки сооружений. Пример размещения марок представлен на рис. 154.

На основании действующих указаний по наблюдению за осадками фундаментов на гражданских зданиях марки следует размещать по их контуру через 10 - l2 м. При этом необходимо устанавливать их на углах зданий, в местах примыкания продольных и поперечных стен и у осадочного шва (по обе его стороны). При ширине здания более 15 м марки необходимо устанавливать также в лестничных клетках и на продольной внутренней стене.

На промышленных и сборно-каркасных гражданских зданиях марки устанавливаются на несущих колоннах и на фундаментах наиболее ответственных агрегатов, а также по контуру здания и внутри его, причем расстояние между марками должно быть не более 10 м.

 

Рисунок 154 - Размещение марок на зданиях с резкими переходами по высоте

Марки необходимо устанавливать также на всех углах здания, по обеим сторонам осадочных швов, а для определения величины прогиба - на несущих конструкциях по продольной и поперечной осям здания (от 3 до 7 марок).

Для многоэтажных зданий или промышленных сооружений, имеющих сплошную фундаментную плиту, марки следует размещать на разбивочных поперечных и продольных осях плиты и по ее контуру из расчета одной марки на каждые 100 м². площади. Причем общее размещение марок должно обеспечивать возможность проведения линий равных осадок сечением через 5 - 10 мм.

Для всех зданий и сооружений нивелирные марки следует закладывать в местах наибольших ожидаемых осадок и в местах изменения высоты сооружений (рис. 154).

В связи с этим для крупных и сложных сооружений местоположение осадочных марок должно согласовываться со строителями, чтобы участки с наибольшими напряжениями были полностью обеспечены марками. Нельзя устанавливать марки в перегородках и любого типа заполнениях.

На абсолютно жестких сооружениях (фундаменты дымовых труб, доменных печей, турбогенераторов, мостовых быков, силосов, элеваторов и т. п.) допускается установка четырех марок по их периметру. Это обстоятельство позволяет весьма просто контролировать высотное положение центральной части фундамента (как среднее из отметок его углов).

На выстроенных зданиях и сооружениях с явными признаками деформаций количество марок надлежит увеличивать, особенно насыщая ими зоны трещин.

Рисунок 155 - Размещение марок на колоннах и углах здания

Размещение марок должно предусматривать свободный доступ к ним и возможность установки рейки на знаки так, чтобы всякого рода выступы не мешали держать ее отвесно. Кроме того, при закладке марок в сплошные ж/б плиты или внутренние несущие стены подвала необходимо учитывать будущее расположение дверей, дополнительных перегородок и пр., которые могут впоследствии закрыть марку.

Размещение марок на колоннах внутри здания и снаружи по его периметру приведено на рис. 155. Следует подчеркнуть, что марки на углах здания надлежит устанавливать на биссектрисах, как, например, марка М-10 на линии l-l.

Для производства нивелирования следует предусматривать установку необходимого количества связующих марок вместо переходных башмаков. Сохранности марок должно быть уделено особое внимание; всякое повреждение или неоправданная перестановка их вызывает дополнительную ошибку в последующем определении их нового положения. Вместе с тем практика показывает, что перестановки некоторой части марок все же избежать не удается. Примеры размещения марок на консолях или уступах фундамента представлен на рис. 156; пример размещения марок на крупнопанельных зданиях – на рис. 157.

Рисунок 156 - Размещение марок на консолях или уступах фундамента:

1-марка на уступе обреза фундамента, 2-первый ряд облицовки, 3-цоколь, 4-фундамент бутовый, 5-железобетонная плита, 6-марка на консоли железобетонной плиты, 7-облицовка, 8-цоколь, 9-фундамент железобетонный.

Рисунок 157 - Размещение осадочных марок на крупнопанельных зданиях: а) над каркасом; б) с поперечными несущими стенами; в) с продольными несущими стенами.

В таких случаях при перестановке стремятся к тому, чтобы все вновь установленные марки располагались либо на старых местах, либо на тех же вертикалях, над которыми находились старые марки.

1.5.5. Измерение осадок фундаментов зданий и сооружений методом нивелирования III класса

1.5.5.1. Общие сведения

Одним из распространенных методов для массовых измерений вертикальных перемещений фундаментов на сильно сжимаемых, оттаивающих и просадочных грунтах является нивелирование III класса.

Этот метод может с успехом применяться во всех случаях и для любого сооружения, если средняя скорость осадки его превышает 5 мм в месяц. При меньшей скорости осадок, которая обычно бывает в эксплуатационный период, этот метод по точности себя не оправдывает.

Измерение осадок фундаментов состоит в периодическом повторном нивелировании марок, установленных на сооружении, от исходных (практически неподвижных) реперов.

Процесс организации и измерения осадок фундаментов нивелированием III класса складывается из следующих этапов:

1. Размещение и установка знаков высотной основы.

2. Выбор геодезических инструментов.

3. Производство нивелирования III класса.

4. Упрощенные наблюдения за скоро протекающими просадками.

5. Камеральная обработка результатов нивелирования.

1.5.5.2. Размещение и установка знаков высотной основы

Для измерения осадок зданий или сооружений на их частях устанавливают осадочные марки.

В качестве марок применяют штыри или болты с полусферической головкой, отрезки из стали углового профиля или закрытые марки.

Марки закладывают в уступах фундамента или в несущих стенах, цоколях и колоннах каркаса зданий и сооружений.

В качестве исходных высотных знаков для нивелирования могут служить две группы грунтовых реперов, закладываемых в 50 - 70 м по разные стороны от воздвигаемого сооружения. В случае невозможности установить грунтовые реперы можно обойтись двумя группами стенных реперов, закладываемых на старых зданиях (со стабилизировавшейся осадкой).

1.5.5.3. Выбор геодезических инструментов

Для измерения осадок фундаментов можно применять все типы нивелиров, обеспечивающих точность нивелирования III класса, т. е. нивелиры со зрительными трубами, имеющими 30 - 35-кратное увеличение, и с уровнями (при трубе), имеющими цену деления 12 - 15" на 2 мм дуги. Для контактных уровней цена деления может быть понижена до 30" на 2 мм дуги.

Рейки 1-, 2- и 3-метровой длины должны быть двухсторонними, шашечными (желательно с полу сантиметровыми делениями) и с уровнями. Могут также применяться штриховые рейки с двумя шкалами.

Погрешности в нанесении дециметровых штрихов и в положении пятки рейки не должны превышать +-0,5 мм.

Перед началом работ нивелир должен быть проверен, а рейки исследованы при помощи контрольного метра.

Величину угла i у нивелира определяют двойным нивелированием в первые дни работы ежедневно, при ее постоянстве это определение выполняют через 3 - 5 дней. Круглые уровни при рейках проверяют по отвесу ежедневно.

1.5.5.4. Производство нивелирования III класса

Как правило, нивелирование III класса выполняют по инструкции. Специфические особенности, отличающие нивелирование для измерения осадок фундаментов от общегосударственного нивелирования:

1. Нивелирование для измерения осадок выполняется короткими лучами при расстояниях от нивелира до рейки от 4 до 30 м; при этом инструмент устанавливают в середине так, чтобы высота визирного луча над почвой или над препятствиями была не менее 0,3 м.

2. Нивелирование можно выполнять в любое время дня и ночи. Работы следует прекращать только при сильном ветре и дожде, в жаркую погоду, порождающую конвекционные токи воздуха, и в сильный мороз (- и ниже).

3. В первом цикле нивелирование выполняют дважды, при этом второй (дублирующий) цикл производят немедленно вслед за первым.

Расхождения в отметках, полученных из двух таких нивелировок одноименных марок, не должны превышать 3 мм.

Как правило, нивелирование ведут замкнутыми ходами или в прямом и обратном направлениях при двух горизонтах инструмента по маркам и переходным башмакам. В качестве последних лучше применять специальные штыри или гвозди с полусферической головкой (диаметром 15 - 20 мм), забиваемые в твердое покрытие тротуаров, проездов или в швы кладки. При производстве нивелирования особое внимание должно быть обращено на устойчивость инструмента.

4. Нивелирование в каждом цикле наблюдений выполняют по одним и тем же направлениям, в связи с чем на строительной площадке фиксируются постоянные места установки инструмента.

5. Начало каждого цикла нивелирования желательно приурочивать к окончанию определенного этапа строительных работ (кладка цоколя, стен по этажам и т. п.).

6. Одновременно следят за возможными деформациями сооружений (трещины, перекосы, сдвиги и пр.), которые фотографируют или зарисовывают, и в журнале наблюдений отмечают даты их появления, величину и ход развития во времени. В нивелирных журналах отмечают давление на грунты основания, выраженное в кг/см² (или в процентах от общего веса сооружения), а также обстоятельства, которые могут дополнительно повлиять на величину осадки (колебание уровня грунтовых вод, возникновение рядом нового строительства, забивка свай и т. п.).

1.5.5.5. Упрощенные наблюдения за скоро протекающими просадками

В практике измерений может встретиться случай, когда скорость просадки фундаментов весьма велика (>5 мм/сутки), а времени на организацию наблюдений недостаточно. Тогда могут быть рекомендованы два следующих упрощенных и быстрых способа наблюдений:

А) 1-ый способ. Выбирают и отмечают мелом хорошо выраженные точки для установки реек на базах колонн внутри здания, по периметру цоколя, на строительных уступах, порогах, оконных или дверных проемах и т. п., и производят их нивелирование по методике III класса.

Через 1 - 3 дня нивелирование повторяют и по разностям превышений первой и второй нивелировок определяют наиболее устойчивые точки фундамента, т. е. точки с минимальным значением относительной осадки. В последующих наблюдениях нивелирование производят от этих точек фундамента, как от реперов. От них вычисляют условные отметки и относительные осадки остальных точек здания или сооружения.

Б) 2-ой способ. При отсутствии указанных хорошо выраженных точек на элементах несущих конструкций относительные осадки можно определять следующим образом. С одной (выбранной для всех нивелировок) станции последовательно наводят зрительную трубу нивелира на неустойчивые части сооружения, проектируют на их вертикальные плоскости горизонтальную нить, отмечают на этих плоскостях ее положение карандашом и рядом с отметкой горизонта записывают дату. При последующих наблюдениях нивелир устанавливают на том же месте и примерно на той же высоте, а на стенах или колоннах здании снова карандашом отмечают горизонт инструмента. После этого линейкой измеряют разности между двумя отмеченными горизонтами в двух циклах наблюдений.

Наименьшую из измеренных разностей условно принимают за исходную и последовательно вычитают ее из всех других разностей. В результате получают относительное приращение осадок каждой колонны или участка стены.

1.5.5.6. Камеральная обработка результатов нивелирования

После уравнивания высотной сети (например, по способу Попова В.В.) вычисляют отметки (высоты) осадочных марок и определяют следующие характеристики:

1) величину осадки между двумя последними циклами наблюдений:

где n- очередной цикл наблюдений;

2) определяют суммарные осадки марки с начала наблюдений:

3) определяют неравномерность осадок фундаментов в текущем цикле:

где 1,2 - номера осадочных марок;

4) определяют наклон фундаментов:

5) вычисляют величину относительного прогиба 2f вдоль оси фундамента:

где S₁,S₃ - осадки точек 1 и 3, фиксированных на краях фундамента,

S₂ - осадка точки 2, расположенной между точками 1 и 3,

l - расстояние между точками 1и 3;

6) определяют скорость деформации:

где t - период наблюдений,

Sn - осадка некоторой марки n.

Для наглядности деформации составляют следующие графические материалы:

¨ профили осадок;

¨ план кривых равномерных осадок;

¨ графические осадки оснований во времени;

¨ графики наклона фундаментов по линии марок.

Примеры графических материалов представлены на рисунке 158.

 

1.Профили осадок

 

2. План кривых равных осадок

 

 

3. График осадок оснований во времени

 

 

4. График наклона фундаментов по линии марок

Рисунок 158 – Примеры графических материалов

1.5.5.7. Точность геодезических наблюдений за осадками

При изучении деформаций инженерных сооружений геодезическими методами возникает необходимость определения (или назначения) точности измерений. Важность этого вопроса несомненна, т.к. от его решения зависит выбор метода и инструментов для измерений и, в конечном счете, затраты времени и денежных средств на их производство. Однако во многих случаях точность измерения задается или принимается без достаточного обоснования. Кроме того, для наблюдений, охватывающих различные по характеру периоды, или для различных по режиму объектов одного и того же сооружения принимается одинаковая точность и соответственно методика измерений.

Хотя для всех случаев практики на сегодняшний день строгого математического решения этого вопроса дать нельзя, однако, возможно установить принципы обоснования точности. Для этого необходимо исходить из целей наблюдений.

Надлежащая точность измерений определяется в первую очередь теми задачами, которые должны быть решены на основе анализа фактических величин осадок сооружений; при этом необходимо разграничивать требуемую точность наблюдений для практических и для научно-исследовательских целей.

Применение современных отечественных приборов и целесообразной методики измерений могут обеспечить определение осадок сооружений с точностью до десятых и сотых долей миллиметра. Эта практически достижимая точность измерений в настоящее время может считаться достаточной для работ с научно-исследовательскими целями.

Точность измерения осадок сооружений для целей строительной практики в каждом отдельном случае устанавливается самостоятельно, в первую очередь в зависимости от чувствительности конструкций к неравномерным осадкам, характера залегания грунтов в основании сооружения и от конкретных условий, в которых будут проводиться измерения. Другим фактором, влияющим на установление точности измерения осадок фундаментов, является скорость осадок, определяемая кратковременностью или значительной длительностью периода предстоящих наблюдений. В первом случае определение вертикальных смещений производится с более высокой степенью точности, так как только тогда можно будет относительно быстро и уверенно установить величину и закономерность хода осадок.

Во втором случае, при более длительных наблюдениях, требования к точности измерений могут быть несколько снижены, так как на относительно большом промежутке времени величина осадки будет более ощутимой.

Если речь идет об измерениях осадок уникальных и крупных сооружений, создающих в основаниях значительные давления, а также об измерениях для расчета скоростей осадок, тогда такие измерения выполняются с максимально возможной точностью.

Когда необходимую точность измерений устанавливают в зависимости от неравномерности осадок, то заранее определяют предельные значения деформаций оснований зданий и сооружений по второй графе нормативной таблицы 17. Чтобы обеспечить взятое предельное значение деформации S_пред. надлежащей точностью нивелирования, следует использовать третью графу той же таблицы, где приведены предельные ошибки _пред, измерения превышений на одной станции.

Вопрос установления предельной ошибки _пред. измерений превышений на станции для каждой конкретной задачи в настоящее время недостаточно разработан. Поэтому предельные ошибки измерения превышений, помещенные автором в третьей графе таблицы, имеют эмпирический характер и представляют собой условно взятые величины - десяти процентные части соответствующих значений предельно допустимой деформации основания.

Как показал опыт, принятое количественное соотношение между двумя нормируемыми величинами практически обеспечивает точность измерения осадок +-1 мм. Изложенный подход к установлению точности измерения превышений оправдан еще и тем, что расчет деформаций и основных несущих конструкций зданий и сооружений обычно выполняется округлением до миллиметров.

 

Таблица 17

Наименование   нормируемых   величин	Предельные деформации оснований песчаных и глинистых грунтов, Sпред.	Предельные ошибки измерения превышений на одной станции, в зависимости от расстояний между марками, +- пред
1. Разность осадок фундаментов колонн зданий: а) для железобетонных и стальных рамных конструкций; 6) для крайних рядов колонн с кирпичным заполнением фахверка; в) для конструкций, в которых не возникает дополнительных усилий при неравномерной осадке фундаментов (l-расстояние между осями фундаментов в м) 2. Относительный прогиб (перегиб) несущих стен многоэтажных зданий (в долях от длины изгибаемого участка стены): а) крупнопанельных бескаркасных; б) крупноблочных и кирпичных неармированных; в) крупноблочных и кирпичных, армированных железобетонными или армокирпичными поясами 3. Относительный прогиб (перегиб) стен одноэтажных промышленных зданий (и им подобных) 4. Крен сплошных или кольцевых фундаментов высоких жестких сооружений: дымовых труб, водонапорных башен, силосных корпусов и т. п. (Н - высота в м)	0,002l 0.0007l -0.0010l 0.005l     0.0005 - 0.0007   0.0007- 0.0010   0.0010 - 0.0013     0.001   0.004H	0,0002l   0.00007l - 0.0001l   0.0005l   0.00005 - 0.00007   0.00007- 0.00010   0.00010 - 0.00013     0.0001   0.0004H

Для равномерных осадок, если имеем S_i=H_i-H₁ то:

Пусть тогда

Пусть S_кр -критическая осадка для сооружения, тогда

где t - нормированный коэффициент (t =2,3,4).

Тогда

Для неравномерных осадок если имеем то

Пусть тогда

Пусть - критическая величина неравномерной осадки, то