Курсовой проект на тему «Разработка методики наблюдений за осадами инженерных сооружений геодезическими методами».

Руководитель:                                                                          Выполнил:

ст.пр.Максимова М.В.                                                            Романенко М.К.

/­­­­­­­­­­­­­­­__________________/                                                  /­­­­­­­­­­­___________________/

Москва

2013г.

Содержание:

1. Общая часть:

1.1 Краткая характеристика объекта наблюдений…………………………4

1.2 Назначение геодезических измерений и технологические требования к точности их результатов…………………………………………………..8

1.3 Периодичность наблюдений……………………………….……………..8

1.4 Краткие сведения о применяемых методов за осадками……………….9

2. Проектирование геодезических измерений:

2.1. Размещение геодезических знаков на объекте………………………12

2.2. Проектирование схемы нивелирных ходов……………………………14

3. Разработка методики.

3.1. Оценка проекта схемы нивелирных ходов……………………………15

3.2. Разработка методики высокоточного геометрического нивелирования…………………………………………………………………20

3.3. Расчет рабочих допусков

3.4. Выбор конструкций геодезических знаков….

4. Рекомендации по внедрению.

4.1. Рекомендации по уравниванию и оценки точности…

4.2. Состав сопутствующих наблюдений.

4.3. Отсчетная документация.

5.Список литературы.

1. Общая часть:

Здания и сооружения проектируют и возводят из расчета длительного и бесперебойного срока эксплуатации. Ни одно из крупных строительств не обходится без проведения систематических наблюдений за состоянием сооружений. Причинами изменения пространственного положения сооружений являются упругие и неупругие деформации оснований, среди которых часто выделяют:

· Осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающаяся коренным изменением его структуры;

· Просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта, сопровождающаяся коренным изменением его структуры;

· Набухания и усадки – деформации, связанные с изменением объема грунтов при изменении их влажности и при замерзании воды и оттаивании льда;

· Оседания – деформации земной поверхности, связанные с разработкой полезных ископаемых;

· Горизонтальные перемещения – деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание;

· Провалы – деформации, образованные в следствие обрушения толщи грунтов.

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

Полнота результатов зависит от правильного выбора мест закрепления наблюдаемых точек на исследуемом сооружении (точки должны быть закреплены в местах возникновения опасных перемещений сооружений и их частей).

Своевременность получения информации о состоянии исследуемого объекта зависит от частоты наблюдений.

Точность результатов измерений зависит от двух факторов: методики измерений, характеризующейся ошибкой измерений, размера и качества схемы измерений, характеризующейся величиной обратного веса ее оцениваемого, в том числе и менее надежного определяемого элемента.

Основной исходный технический документ, на основании которого разрабатываются программа и метод наблюдений за деформациями, - это техническое задание, составляемое организацией. В рамках курсового проекта требуется разработать методику наблюдений за осадками инженерных сооружений, включающую описание объекта, особенности района работ, требуемую точность определения деформаций, периодичность, способ измерений, схемы размещения объектов, опорных пунктов и нивелирных ходов, оценку проекта схемы измерений, методику наблюдений, конструкции опорных пунктов, состав сопутствующих наблюдений и.т.д.

1.1. Краткая характеристика объекта наблюдений:

Наименование объектов наблюдений:

1) ГРЭС-4;

2) Административный корпус №5;

3) Административный корпус №7.

Рисунок размещения объектов наблюдений представлена на схеме в Приложении.

Физико-географического положение объекта наблюдений:

Расположение:Объект наблюдений расположен в г. Железнодоро́жный — городе областного подчинения Московской области. Площадь территории города составляет 2 555,1 гектаров. В городе ведётся активное жилищное строительство. Город протянулся с запада на восток на 7 км. Железнодорожный  состоит из девяти микрорайонов: Керамика, Купавна, Кучино, Ольгино, Павлино, Саввино, Центр, Центр-2, Лесной.

Рельеф: Железнодорожный находится в пределах Мещерской низменности и представляет собой песчано-галечную равнину ледникового происхождения с уклоном к востоку.

Геология: Почвы в городе в основном песчаные, дерново-подзолистые, местами подзолисто-болотные.

Растительность: Железнодорожный окружают леса, в основном смешанные. С запада — елово-широколиственные, с востока — сосново-широколиственные.

Транспортные сети: В городе высоко развита дорожная сеть. Железнодорожный расположен на востоке от Москвы, в 7-ми километрах от Московской кольцевой автомобильной дороги, от которой до города можно добраться на машине по Носовихинскому шоссе. Также до станции Железнодорожная идут электропоезда Горьковского направления с Курского вокзала столицы.

Климат: Климат в городе — умеренно континентальный, сезонность чётко выражена; континентальность возрастает с северо-запада на юго-восток. Период со среднесуточной температурой ниже 0 °C длится 120—135 дней, начинаясь в середине ноября и заканчиваясь в конце марта. Самый холодный месяц — январь (средняя температура на востоке —11 °C). Зимой (особенно в декабре и феврале) часты оттепели, вызываемые атлантическими и средиземноморскими циклонами; они, как правило, непродолжительны, средняя длительность их — 4 дня. Снежный покров обычно появляется в ноябре, исчезает в середине апреля. Высота снежного покрова — 30—45 см. Почвы промерзают на 65—75 см.

Гидрология: В западной части города протекает полноводная река Пехорка.

Инфраструктура: В современном Железнодорожном ведущее место в экономике занимает строительная индустрия, представленная Кучинским комбинатом керамических и облицовочных материалов. Основные промышленные предприятия города: НИТИ им. Снегирева, деревообрабатывающий комбинат,ГЭС-3, хлопкопрядильная фабрика, керамический завод, НИИ строительной керамики, авторемонтный завод, завод теплоизоляционных материалов компании Rockwool. Действует железнодорожное депо.

Краткая характеристика исследуемых сооружений:

Первый объект представляет из себя бетонную водосливную плотину и встроенное в восточной части здание ГЭС-3,расположенные на реке Пехорка к западу от города Железнодорожный. На плотине находятся контрфорсы — вертикальные конструкции, представляющие собой либо выступающую часть стены, вертикальное ребро, либо отдельно стоящую опору, связанную со стеной аркбутаном. Предназначены они для усиления несущей стены путем принятия на себя горизонтального усилия распора от сводов. Внешняя поверхность контрфорса может быть вертикальной, ступенчатой или непрерывно наклонной, увеличивающейся в сечении к основанию, в нашем случае это непрерывно наклонная. Рядом с плотиной проходит шоссе с которого предполагается производить необходимые измерения. Высота плотины 550 м, длина секции 325 м.

Исходные координаты:

Х= 1800 м;Y= 300 м;

Н= 212,4 м; Α= 90°10`.

М 1:20000

 ГЭС-3.(рис.1)

Жилой массив состоит из семи кирпичных корпусов различной этажности от 6 до 12 этажей. Дом: кирпичный с каменной отделкой; год постройки 2012; количество подъездов: 3 в каждом доме; Количество квартир в доме 94; Количество нежилых помещений 1;Общая площадь жилых помещений в доме 5357,8 кв. м; Общая площадь нежилых помещений, не являющихся общим имуществом собственников помещений 74,7 кв. м;

Исходные координаты:

Х= 400 м; Н= 181 м.

Y= 1200 м;Α=0°00`

М 1:2000

Жилой массив.(рис.2.)

Административный корпус №6 является головным зданием, контролирующим работу ГЭС-3. Дом: кирпичный; Год постройки 2011; Этажность 6; Количество подъездов 3;. Количество офисных помещений 56; Общая площадь жилых помещений 3575,3 кв. м.Общая площадь встроенно-пристроенных помещений, не являющихся общим имуществом собственников помещений 1487,4 кв. м.При строительстве административного корпуса использовался ленточный фундамент.

Исходные координаты:

Х= 500 м; Н= 180 м.

Y= 400 м;Α=0°00`

М 1:2000

Корпус №6.(рис.3)

Координаты глубинных рэперов:

Таблица №1.

Координат объектов:

Таблица №2.

1.2. Назначение геодезических измерений и технологические требования к точности их результатов:

Геодезические измерения в данном проекте работ необходимы для определения и учета вертикальных смещений объектов т.к. под постоянным давлением от массы сооружения и технологического оборудования грунты в основании фундамента сооружения уплотняются и происходит его осадка. Кроме давления от собственной массы, осадка может быть вызвана и другими причинами: геологический характер местности (вибрация движущихся агригатов, сейсмичные работы), динамический воздействия и тд.

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. Отметим, что осадки, также их разности должны быть определены в пределах соответствующих заданных допусков точности, указанных, как правило, в технических условиях, составленных проектно-изыскательской организацией. Следовательно, требуемые допуски точности должны быть известны до начала разработки программы и метода наблюдений за осадками инженерных сооружений на данном объекте.

1.3. Периодичность наблюдений:

На каждой стадии возведения и эксплуатации сооружения наблюдения за его деформациями проводят через определенные интервалы времени. Такие наблюдения ,проводимые по календарному графику, называются систематическими. В случае проявления характерного фактора, приводящего к резкому изменению обычного хода деформации, выполняют срочные наблюдения. Выбор времени между циклами измерений зависит от вида сооружения, периода его работы, скорости изменения деформации и других факторов. Основная часть деформации приходится на строительный период (50-85%) из-за этого периодичность наблюдений проводят ежемесячно, а иногда и 2 -3 раза в квартал. При срочных наблюдениях их выполняют до и после появления фактора, резко изменяющий обычный ход деформации. После возведения сооружения  и стабильного изменения деформации измерения проводят 2-3 раза в год.

В соответствии с вышесказанным наблюдения на нашем объекте стоит производить не чаще, чем 3 раза в год.

Технические требования, предъявляемые к точности результатов:

Точность и периодичность измерений указываются в техническом задании: Величины осадок Si точек сооружений относительно отметки Hгр опорного репера определяются с точностью, характеризующиеся средней квадратической ошибкой m =1.8 мм; Величины разностей ΔS осадок S1 и S2 двух точек 1 и 2 закрепленных на сооружении, относительно друг друга определяются  с точностью, характеризующейся средней квадратической ошибкой m=1.3 мм.

1.4. Краткие сведения о применяемых методов за осадками:

В практике за наблюдениями за осадками применяют следующие геодезические и негеодезические методы:

1) геометрическое нивелирование (коротким лучом до 25 м);

2) тригонометрическое нивелирование (лучом до 100 м);

3) гидростатическое нивелирование переносными приборами или при помощи стационарной системы;

4)  фотограмметрическая или стереофотограмметрическая съёмки.

5) микронивелирование.

1. Геометрическое нивелирование:

В «Руководстве по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений» [1] измерение осадок предлагается выполнять нивелированием I, II ,и реже III класса.

Достоинства метода: высокая точность порядка 0,05 мм и быстрота измерений, стандартные приборы и оборудование, возможность выполнять измерения в сложных стесненных условиях. Способом геометрического нивелирования можно определять разности высот точек, расположенных на расстоянии 5-10 м с погрешностью 0,05-0,10 мм, а на несколько сотен метров –с погрешностью до 0,50 мм. Часто I класс нивелирования предназначен для измерения осадок сооружений, построенных на скальных и полускальных грунтах, а нивелирование II класса для сжимаемых грунтов. При измерениях высокой точности используют тщательно выверенные высокоточные нивелиры типа Н-05,штиховые инварные и специальные малогабаритные рейки.

Основные требования к нивелирному ходу I класса:

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

· неравенство плеч на станции – не более 0,2 м;

· накопление неравенства плеч в замкнутом ходе – не более 1,0 м;

· допустимая невязка в замкнутом ходе - 3 мм. L длина хода в км.

Основные требования к нивелирному ходу II класса:

· длина визирного луча – до 40 м;

· неравенство плеч на станции – не более 0,4 м;

· накопление неравенства плеч в замкнутом ходе – не более 2,0 м;

· допустимая невязка в замкнутом ходе - 5 мм. L длина хода в км.

2. Тригонометрическое нивелирование:

Достоинства: позволяет определять осадки точек, расположенных на существенно разных высотах, в труднодоступных местах. Такие случаи возника­ют при наблюдениях за высокими зданиями, башнями, плотина­ми, при производстве измерений через препятствия.

Недостатки: тригонометрическое нивелирование применяют в том случае, когда применение гидростатического и геометрического нивелирования затруднено, т.к. точность этого метода меньше в связи с сильным влиянием вертикальной рефракции на измерения  порядка  0,2-0,4 мм, а технология работ и сложнее[2].

Методика, позволяющая получить точность определения осадки около 1 мм , обеспечивается при коротких лучах визирования - 100м, с применением высокоточных теодолитов и специальной методики измерений, которая предусматривает однообразную во всех циклах установку теодолита и его тщательное исследование, строгую вертикальность реек, несоблюдение которых резко приводит к ошибочным измерениям.

Сравнивая геометрическое и тригонометрическое нивелирование, однозначно можно придти к выводу, что метод тригонометрического нивелирования сложнее реализуем на практике.

3. Гидронивелирование:

Достоинства: обеспечивает такую же точность, как и геометрическое нивелирование, но применительно к наблюдениям за осадками позволяет создавать стационарные авто­матизированные системы с дистанционным съемом информации порядка 0,01 мм точности.

Недостатки: при использовании гидростатического нивелирования особо необходимо учитывать влияние внешних условий т.к. при изменении температуры на территории объекта равномерно или скачкообразно меняются измерения в пьезометрах, которые при не учете этого фактора приводят к ошибкам высокого порядка.

Сравнивая геометрическое и гидронивелирование, отдадим предпочтение геометрическому в связи с тем, что на ГЭС часто происходит постоянное изменение температуры окружающей среды в результате теплового нагрева воды под влиянием солнечных лучей порядка 2°С, что повлияет на результаты измерений. В добавок установка пьезометров на плотине сложно реализуема на практике.

4. Метод микронивелирования:

Достоинства :применяют при наблюдениях за взаимным высотным положением близко расположенных на расстоянии 1,0-1,5 м точек. Такие задачи возникают при получении осадок и наклонов отдельных конструкций: фундаментов, балок, ферм, технологического оборудования. Измерения вы­полняют с помощью микронивелира.

Недостатки: ограниченные возможности применения, которые мешают нам выбрать его в качестве используемого.

5. Фото и стереофотограмметрический способы:

Достоинства: масштабность, информативность, использование ЭВМ.

Недостатки: метод предусматривает применение калиброванных цифровых камер для фотосъемки исследуемого объекта, что весьма затратно. Точность метода до 1мм.

В зависимости от решаемой задачи, условий фотосъемки, вида сооружения применяют следующие способы:

· фотограмметрический — деформации определяются в одной вертикальной плоскости XOZ, т.е. в плоскости, параллельной плоскости ости фотоснимка;

· стереофотограмметрический — деформации определяются по вправлениям всех трех координат.

·

При фотограмметрическом способе фотографирование произ­носят с одной точки при неизменном положении фотокамеры в циклах. При этом плоскость прикладной рамки, по возможности, устанавливают параллельно основной плоскости сооружения. Для вычисления деформаций, кроме измерения координат или параллаксов, на снимках необходимо знать расстояние фотокамеры и объекта и фокусное расстояние объектива фотокамеры.

При стереофотограмметрическом способе фотографирование съемку производят в циклах с двух точек базиса известной длиной, в результате чего получают стереопару. В обоих способах обработку снимков производят в основном на стереокомпараторе или на компьютере.

Анализируя все возможные методы и учитывая их недостатки, остановимся на методе геометрического нивелирования.

2. Проектирование геодезических измерений: