7.6.4. Наблюдения за смещениями сооружений

При наблюдениях за смещениями сооружений используют опорные знаки и деформационные марки. Опорные знаки устанавливают вне зоны подвижек грунта. Они являются исходной основой, относительно которой определяют положение деформационных марок. Деформационные марки предназначены для закрепления наблюдаемых точек на конструкциях зданий и сооружений.

Опорный знак (рисунок 7.18 а) представляет собой железобетонный пилон 2, устанавливаемый в грунт на фундаментную плиту 5. Для защиты знака от повреждений его закладывают в колодец 3, заполненный теплоизоляционной засыпкой 4. Верхняя часть пилона имеет сферическую головку 1, центр которой закреплен насечкой на металле или отверстием небольшого диаметра. При наблюдениях за смещениями для установки прибора и закрепления точек используют наблюдательный столб (рисунок 7.18 б). Он представляет собой железобетонный столб 2 квадратного сечения, в верхней части которого имеется головка знака 1 и металлическая крышка на шарнире с запором. Для повышения устойчивости столба устраивают фундаментную плиту 3. Высота выступающей над землей части знака составляет 1,2 м.

Д еформационная марка (рисунок 7.18 в, г) представляет собой металлический диск 1, закладываемый в стену 3 или наклонную часть сооружения. Марка изменяет свое пространственное положение вместе со смещением конструкции сооружения. Для непосредственного визирования теодолитом марку раскрашивают двумя цветами с четким обозначением места наведения креста или нити зрительной трубы. Если марка предназначена для горизонтальной установки специальной измерительной линейки, то она или имеет специальные ушки 2 (рисунок 7.18 в) для упоров линейки или полусферическую головку 2 (рисунок 7.18 г) для установки пятки специальной рейки.

Наблюдения за смещениями конструкций осуществляют циклами. Нулевой цикл выполняют до появления горизонтальных нагрузок на конструкции. Например, до заполнения водохранилища водой или засыпки грунтом подземной части здания. Последующие циклы совмещают с этапами ожидаемого появления горизонтальных смещений, а после ввода сооружения в эксплуатацию – не реже двух раз в год до полной стабилизации сооружения.

Смещения сооружений или их элементов определяют различными методами. Наиболее распространенными являются: метод створных измерений, метод линейно-угловых построений и фотограмметрический метод.

Наблюдения за смещениями сооружений

методом створных измерений

Створные наблюдения применяют для определения смещений прямолинейных сооружений. Вне зоны подвижек грунтов закладывают опорные знаки, закрепляющие створную линию. От обозначенного створа периодически циклами определяют величины смещений деформационных марок, установленных на сооружении. Направление створа принимают за ось абсцисс, а направление смещений – за ось ординат. Для повышения точности измерений линию створа совмещают с точками деформационных марок, либо располагают на небольшом удалении от сооружения, примерно на 20-50 см.

Величины смещений можно определять способом подвижной марки или способом малых углов.

В способе подвижной марки величина смещения определяется непосредственно. Для этой цели подвижная марка (рисунок 7.19) снабжена микрометренным винтом 1, перемещающим визирную цель 2, и отсчет по шкале 3 дает величину горизонтального смещения точки, на которой установлена марка. При наблюдениях теодолит устанавливают над опорным знаком А (рисунок 7.20 а), приводят его в рабочее положение и наводят центр сетки нитей на опорный знак В, таким образом обозначив створ АВ. Подвижные марки устанавливают в точках 1, 2 и 3. Визирная цель марки микрометренным винтом передвигается до совпадения с центром сетки нитей теодолита, т.е. оси марки со створом АВ. Далее, как при боковом нивелировании, берут отсчеты n₀₁, n₀₂ и n₀₃ по шкалам подвижных марок. Эти измерения составляют нулевой цикл.

Смещение j деформационной марки в i цикле вычисляют по формуле

, (7.25)

где n_0j и n_ij – отсчеты по шкале j марки в нулевом и i циклах наблюдений.

Во втором и последующем циклах программа измерений остается неизменной, что позволяет исключать из результатов наблюдений ряд систематических погрешностей.

Результаты измерений и вычислений записывают в ведомость. Образец ведомости вычисления смещений приведен в таблице 7.2.

Результаты определения горизонтальных смещений выписывают на схему раздельно по каждому циклу наблюдений (рисунок 7.20 б), что позволяет более наглядно представить изменения смещений во времени.

В способе малых углов величина смещения определяется косвенно по измеренным углам и расстоянию до них. При наблюдениях теодолитом с опорных знаков А и В (рисунок 7.20 в) измеряют малые параллактические углы _1а, _2а, _3а (_1b, _2b _3b) между линией створа АВ (ВА) и направлениями на деформационные марки 1, 2 и 3 , а также расстояния d₁, d₂‚ d₃ и d. Эти измерения составляют нулевой цикл.

Таблица 7.2 – Ведомость вычисления смещений точек сооружения

Номер дефор- мационной марки	0 цикл	1 цикл		2 цикл
	12 июня 2008г.	30 августа 2008г.		20 декабря 2008г.
	Отсчет по шкале марки, м	Отсчет по шкале марки, м	Смещение, мм	Отсчет по шкале марки, м	Смещение, мм
1 2 3	187,5 194,0 188,0	192,0 191,0 186,5	-4,5 +3,0 -1,5	194,5 189,5 186,0	-7,0 +4,5 -2,0

Смещение j деформационной марки в i цикле вычисляют по формулам

, (7.26)

где c^а_ij и c^b_ij – смещения, определяемые соответственно на пунктах А и В.

Измерения расстояний обычно производят только в нулевом цикле и со сравнительно небольшой точностью. Общая методика наблюдений и обработки результатов сохраняется такой же, как в способе подвижной марки.

Метод створных измерений прост, не требует больших трудозатрат, дает достаточно точные результаты, но имеет следующие недостатки:

• горизонтальные смещения определяются только в направлении, перпендикулярном к створу АВ (рисунок 7.20);

• полученные результаты не отличаются высокой надежностью, так как расположение пунктов А и В вблизи сооружения не дает полной уверенности в неподвижности их в период наблюдений.

Наблюдения за смещениями сооружений

методом линейно-угловых построений

Линейно-угловые построения применяют в случае, когда величины смещений необходимо определять по координатам деформационных марок. Эти построения могут развиваться различными способами. Сети триангуляции, ходы полигонометрии, сети из вытянутых треугольников с измеренными сторонами и высотами применяют для протяженных сооружений криволинейной формы. Угловые и линейные засечки используют для определения смещений недоступных точек сооружения. Комбинированный метод наблюдений соединяет надежность метода триангуляции и простоту створного метода, когда, например, триангуляция используется для определения устойчивости исходных пунктов, с которых створным методом определяются смещения точек на сооружении. Применение того или иного вида построения зависит от характера сооружения и его геометрической формы, требуемой точности и условий измерений, организационных и других факторов.

Каждый из видов линейно-угловых построений обладает своими особенностями. Однако для всех видов характерным является постоянство схемы измерений и необходимость получения в конечном итоге не самих координат деформационных точек, а их изменений во времени, т.е. величины смещений получают по разностям координат в различных циклах.

В способе триангуляции опорные знаки А и В (рисунок 7.21 а) закладывают в устойчивом грунте на значительном удалении от наблюдаемого объекта. На сооружении, например плотине, закладывают наблюдательные столбы I, II, III и периодически (по циклам) методом триангуляции определяют их координаты. Для этого с высокой точностью светодальномером определяют длину базиса АВ и измеряют все углы во всех треугольниках.

В результате обработки триангуляции для каждого из циклов получают координаты наблюдаемых пунктов, а смещения наблюдаемых точек (столбов) по направлениям осей Х и У вычисляют как разности соответствующих координат между циклами и получают смещения х и у по осям координат.

Результаты определения смещений записывают на схемы по циклам наблюдений. Абсолютную величину общего смещения вычисляют как диагональ прямоугольника со сторонами х и у по формуле

. (7.27)

В способе угловых засечек (рисунок 7.21 б), когда на наблюдаемых точках конструкций, например, на стенах зданий, невозможно установить теодолит, углы измеряют только на опорных знаках А и В, а координаты деформационных точек 1, 2 и 3 вычисляют, как в угловых засечках. Способ угловых засечек не дает высокой точности, как триангуляция, но он менее трудоемок.

В рассмотренных случаях смещения точек определяются в направлении двух осей (в плоскости) и с достаточно высокой надежностью. Однако по сравнению с методом створов объем полевых измерений и обработки результатов существенно больше.