6. Створные измерения
Створные измерения являются самыми распространенными способами определения горизонтальных смещений сооружения прямолинейных плотин благодаря своим достоинствам: простоте и быстроте полевых работ, малым затратам на камеральную обработку. Они могут применяться самостоятельно, если опорные пункты створа неподвижны; либо совместно в сочетании с другими методами, если неподвижность опорных пунктов створа не может быть обеспечена по грунтовым или иным условиям и воздействиям.
Створом принято называть вертикальную плоскость, в которой располагается прямая линия, проходящая через два опорных пункта. Опорные пункты фиксируют основные или смещенные оси сооружений, монтажные оси или базовые направления. Один из пунктов, например А (рис. 4.3.7), принимают за начальный, второй – т. е. пункт В, принимают за конечный.
Этот метод (рис. 1) применяют для наблюдений за горизонтальными смещениями сооружений прямолинейной формы по направлению, перпендикулярному створу. Для этого закрепляют на одной линии геодезические пункты Р1 и Р2 и контрольные точки. Смещения контрольных точек в направлении, перпендикулярном линии Р1Р2 определяют путем измерения теодолитом малых углов ε на каждую точку. Тогда линейная величина смещения q будет равна:
Отклонением от створа (в обиходе – нестворностью) называют длину перпендикуляра, опущенного из какой-либо точки на створную линию. В правосторонней системе координат нестворности точек, лежащих правее створной линии, считаются положительными, а для точек, лежащих левее створной линии, нестворности отрицательные.
Схема
расположения пунктов и измерения
нестворностей
Если нестворности определяются не с начального, а с конечного пункта, то знаки их меняются на противоположные.
Нестворности могут определяться относительно общего створа, например qc, qp, или qE, или его частей, например Lp, LE . В том случае, когда общий створ делят на части, относительно которых определяются частные нестворности Li, общая нестворность является функцией измеренных нестворностей qi = ф(L1, L2,…Li) где qi – общая нестворность точки I; iq
L – частные нестворности.
(Примечание. Ввиду того, что отклонения контрольных пунктов от створа на несколько порядков меньше расстояний между ними, направления нестворностей q и L практически совпадают.)
Отклонения точек от створа могут быть получены различными методами. В практике геодезических работ при контроле смещений гидротехнических сооружений наибольшее распространение получили механические и оптические методы и средства измерения.
Среди механических методов измерения большое распространение получил струнный метод.
7 Геометрическое нивелирование. Способ является самым распространенным для установки в натуре проектных высот. В зависимости от требуемой точности и выбранной схемы измерений применяют нивелирование того или иного класса, при этом стремятся иметь небольшие расстояния от инструмента до реек (до 25м). Техническое нивелирование обеспечивает передачу отметок на станции с ошибкой в среднем 2-Змм; высокоточное нивелирование - с ошибкой 0,1 -0,2мм. В последнем случае применяют нивелир с контактным уровнем и оптическим микрометром или точный нивелир с компенсатором и инварные рейки или специальные штриховые марки. При использовании высокоточного нивелира с ценой деления микрометра 0,05мм и штриховых реек с полусантиметровыми делениями отметки НРЕП и НПР надо выразить в полудециметрах и определить горизонт инструмента по формуле: Нj = НРЕП + а, где а - отсчет по основной шкале, Нj выражены в полудециметрах. Отсчёт по дополнительной шкале берётся только для контроля и в вычислении горизонта инструмента не участвует. Проектный отсчёт b по рейке в полудециметрах: b = Нj - НПР установив на головке микрометра вычисленный отсчёт, рейку поднимают до тех пор, пока в биссекторе нивелира не будет штрих основной шкалы. В этом случае пятка рейки будет соответствовать проектной отметке, которую фиксируют в натуре. Методом геометрического нивелирования можно определять разность высот двух точек, расположенных на расстоянии 10—15 м, со средней квадратической ошибкой 0,034-0,05 мм [5, 26].Разность высот точек, расположенных на расстоянии нескольких сотен метров одна от другой, определяется со средней квадратической ошибкой 0,1 -f-0,2 мм. Такая высокая точность достигнута в результате принятия ряда мер по ослаблению отдельных источников ошибок: 1) тщательный отбор приборов для нивелирования. Наибол шую точность обеспечивают уровенные нивелиры с плоскопараллельной пластинкой типа Н 1 и компенсационные Ni 007 и Ni 002; 2) тщательное определение цены деления головки микрометра на различных его участках с помощью измерительных микроскопов; 3) изготовление специальной прецизионной нивелирной подставки, позволяющей плавно менять высоту прибора и нивелировать при двух горизонтах инструмента; 4) использование специальных визирных целей, в наибольшей степени способствующих повышению точности отсчитывания; 5) защита нивелиров от теплового воздействия в условиях открытого воздуха специальным теплозащитным кожухом. Это позволяет более чем в два раза стабилизировать значение угла L. Программа работ: Зо По Пд Зд-симметричная схема Зо Зд По Пд – не семметричная. Разность hосновная от hдополнительная не более 0,2 мм f=+-0.3*(корень) n где n кол-во станции.
8. Веерообразный способ. Этот способ позволяет компенсировать ошибку за невыполнение главного условия нивелира, так как ошибки в превышениях между соседними точками постоянны и не зависят от порядкового номера точки, то есть та = mai - il/p , где / - расстояние между соседними точками. Недостатком способа является увеличение объема работ за счет сокращения длины контролируемого участка и двойного его нивелирования. При этом определение угла / между лазерным лучом и осью цилиндрического уровня можно выполнять одновременно с нивелированием одним из двух следующих способов. В первом способе лазерные визиры, установленные на противоположных концах рельса, можно поменять местами. Во втором способе визиры на противоположных рельсах поменять местами нельзя. Этот метод высотной съемки целесообразно применять для труднодоступных и недоступных путей, совмещая его с одновременным определением ширины колеи и непрямолинейности крановых рельсов различными косвенными способами. Геометрическое нивелирование. При измерениях прогибов несущих конструкций методом геометрического нивелирования применяют высокоточные и точные нивелиры и рейки. Наблюдения выполняют по рейкам, шарнирно подвешенным к точкам испытываемой конструкции или установленными вертикально над ними с небольшой длиной визирного луча относительно опорных реперов. Нивелир необходимо устанавливать на надежном основании в одном и том же месте во всех циклах наблюдений. Если наблюдению подлежат несколько точек конструкции, применяют так называемое веерообразное нивелирование. При этом способе инструмент устанавливают в точке 1, удаленной от оси конструкции на расстоянии d, и определяют отметки точек, расположенных на этой оси на расстоянии друг от друга. При неравенстве расстояний от инструмента до рейки возникает систематическая погрешность за наклон визирной оси. Для уменьшения действия систематических погрешностей необходимо нивелир устанавливать параллельно против точек с номером п и производить нивелирование ряда точек на участке Тогда кривая погрешностей переместится на полпериода, и среднее из превышений двойного нивелирования будет в значительной степени свободно от влияния систематических погрешностей. Максимальные остаточные погрешности будут в точках п и О, минимальные – в точках – погрешности в отметках точек из первого и второго наблюдений.
9 Способы установки и выверки конструкций
и оборудования по вертикали
Установку конструкций и оборудования в вертикальное положение производят различными способами в зависимости от требуемой точности: при помощи отвеса, проектированием наклонным лучом, используя оптическую вертикаль, боковое нивелирование и автоколлимацию. Способ отвесов применяется в основном для предварительной установки и при работах сравнительно невысокой точности. Обычно используют тяжелые отвесы, погруженные в жидкость (в воду или в масло) для уменьшения их колебаний. Погрешность этого способа характеризуется величиной 0,001 Л, где Л — высота конструкции. Для автоматизации и повышения точности измерений применяют электронный центрир, в котором вертикаль задается стальной струной, а отклонение от нее выверяемой конструкции измеряется при помощи индуктивного датчика, жестко связанного с этой конструкцией.
Способ проектирования наклонным лучом применяют при установке строительных конструкций. Выполняют его при помощи теодолита. Рассмотрим его на примере самого распространенного случая — вертикальной установки колонн здания. Пусть колонну, установленную в проектное положение в нижнем сечении необходимо установить по вертикали. Перед установкой колонны выполнена ее разметка, определяющая положение геометрической оси. По направлению, перпендикулярному одной из плоскостей колонны, устанавливают и нивелируют теодолит. Вертикальный штрих сетки нитей теодолита совмещают с риской в нижнем сечении колонны. Трубу теодолита поднимают до уровня верхней метки. Наклоняя колонну, добиваются
совмещения верхней риски с вертикальным штрихом сетки. Совмещение верхней и нижней меток с этим штрихом свидетельствует о вертикальности колонны. Аналогичные действия выполняют по другому направлению, перпендикулярному первому.
К числу основных источников погрешностей способа можно отнести: наклон вертикальной оси вращения теодолита; влияние погрешности визирования и нестворность установки теодолита. Наклон вертикальной оси вращения теодолита — наиболее существенный источник погрешностей, не устраняемый визированием при двух положениях вертикального круга. Способ оптической вертикали предусматривает применение различного рода оптических проектирующих приборов с уровнем или компенсатором.
Основными погрешностями способа оптической вертикали являются: погрешности центрирования прибора над исходным пунктом, приведения линии визирования в вертикальное положение, визирования на марку или отсчета по штрихам палетки, фиксирования точки, влияние внешних условий.
Из опыта установлено, что инструментальная точность приборов вертикального проектирования с компенсатором характеризуется средней квадратической погрешностью 0,5... 1,0 мм на 100м высоты.
Способ бокового нивелирования для разметки колонн был описан ранее. Для установки колонны по вертикали рейка устанавливается еще и в верхнем сечении. Колонну можно считать установленной по вертикали в случае совпадения отсчетов по рейкам в нижнем и верхнем сечениях. Очевидно, что для установки колонны в направлении, перпендикулярном створу оси АВ, необходимо переставить теодолит на 90° и выполнить аналогичные действия.
Точность установки колонны по вертикали способом бокового нивелирования будет в основном зависеть от погрешности неперпендикулярности рейки к направлению визирования теодолитом,
погрешности отсчета по рейке и погрешности за наклон вертикальной оси теодолита. В способе автоколлимации к устанавливаемой в вертикальное положение конструкции крепится хорошо шлифованное плоское зеркало 2. На
некотором расстоянии от зеркала устанавливают и приводят в горизонтальное положение нивелир J, снабженный автоколлимационным окуляром. Выверяемую конструкцию вместе с зеркалом наклоняют до тех пор, пока в поле зрения трубы нивелира не совпадут прямое и отраженное от зеркала изображения светового горизонтального индекса.
Для исключения погрешности за непараллельность плоскости
зеркала выверяемой плоскости конструкции зеркало поворачивают на 180° так, чтобы его опорные поверхности поменялись местами. После этого выверку вертикальности повторяют вновь.
10. В способе малых углов производят измерения на каждом из трех-четырех пунктов наблюдения малого горизонтального угла между направлениями на центр своего (для данного пункта) наиболее низкого пояса и центр верхнего пояса, а также зенитных расстояний этих направлений. При этом пункты наблюдений могут быть не связаны друг с другом. В отличие от предыдущего способа, за начальное направление при измерении малого угла принимают направление на центр своего нижнего сечения, так что установки ориентирных пунктов в данном случае не требуется. По результатам измерений малого угла между направлениями на центры верхнего и нижнего поясов и зенитных расстояний этих направлений вычисляют сначала величины частных и полных поперечных кренов, а затем значение полного крена из двух комбинаций по формулам.
Величину и направление полного крена по данным наблюдений способом малых углов можно определить расчетно-графическим путем при наличии плана территории масштаба 1 : 500 – 1 : 1 000. На план с показанным на нем сооружением наносят определенные линейкой или угловой засечкой от ближайших предметов и контуров (также показанных на плане) пункты наблюдения. От них проводят направления на центр основания сооружения. Способ малых углов целесообразно применять:
1) при летучем контроле сооружений (по точкам ствола сооружения), когда систематические измерения не производились;
2) при активном контроле по маркам, установленным на стволе сооружения (однако это часто невозможно из-за трудности их установки в процессе эксплуатации сооружения).