Инженерное обеспечение строительства

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА

(ГЕОДЕЗИЯ)

Учебно-методическое пособие

Омск

СибАДИ

УДК 528

ББК 38.115

С - М 54

Рецензенты:

канд. техн. наук., доц. М.С. Цицикашвили (СибАДИ);

д.т.н., профессор. В.С. Прокопец (СибАДИ)

Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебно-методического пособия.

Синютина Т.П.

С–М54 Инженерное обеспечение строительства (геодезия): учебно-методическое пособие /Т.П.Синютина, Л.Ю.Миколишина, Т.В.Котова, Н.С.Воловник. – Омск: СибАДИ, 2012. – 95 с.

В работе излагается методика выполнения курсовой работы студентами строительных специальностей по дисциплине «Инженерное обеспечение строительства (геодезия)». Работа состоит из 4 частей, охватывающих материал всех разделов изучаемой дисциплины. Дается теоретический материал в объеме, необходимом для выполнения задания. Приводится подробный разбор одного из вариантов выполняемой работы с пояснениями. В приложении даются образцы выполненной работы для варианта, рассмотренного в учебно-методическом пособии.

Табл. 9. Ил. 31. Библиогр.: 18 назв.

© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2012

Введение

Материалы учебно-методического пособия разработаны в соответствии со стандартами 3-го поколения и в соответствии с рабочими программами по дисциплине «Инженерное обеспечение строительства (геодезия)».

Учебно-методическое пособие отражает все дидактические единицы излагаемого материала практических занятий по изучаемой дисциплине (раздел «геодезия»). В пособии рассмотрен практический материал, дополняющий теорию, излагаемую в лекционном курсе.

Практическое наполнение пособия содержит методологию математической обработки полевых измерений, выполняемых при создании планового и высотного съемочных обоснований, методику построения топографического плана. В разделах 3 и 4 изложены материалы по подготовке участка под горизонтальную плоскость и вынос проекта сооружения на местность. Изложенные в пособии материалы формируют знания, необходимые на производстве при подсчете объемов земляных работ, навыки чтения рабочих чертежей.

В учебно-методическом пособии в соответствии со стандартами 3-го поколения предусмотрена курсовая работа с изложением методики ее выполнения.

Курсовая работа состоит из 4 частей:

1 часть. Инженерно-геодезические изыскания для строительства площадных сооружений.

2 часть. Инженерно-геодезические изыскания для строительства линейных сооружений.

3 часть. Планировка участка под горизонтальную плоскость.

4 часть. Вынос проекта сооружения на местность.

Каждая часть сопровождается пояснительной запиской на 2–3 страницах.

Чертежи оформляются на отдельных листах по установленным размерам и в соответствии с данными полевых измерений и вариантом. Чертежи выполняются в карандаше в соответствии с требованиями, предъявляемыми к топографическим материалам.

Студенты, получившие положительную рецензию на курсовую работу, могут быть допущены к ее защите, а затем и к экзамену.

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПЛОЩАДНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Эта часть курсовой работы включает в себя:

1. Математическую обработку полевых измерений, выполняемых при создании планового съемочного обоснования.

2. Математическую обработку полевых измерений, выполняемых при создании высотного съемочного обоснования.

3. Математическую обработку полевых измерений, выполняемых при тахеометрической съемке.

4. Построение топографического плана.

Вначале студент выполняет подготовку исходных данных для выполнения работы в соответствии с номером зачетной книжки и фамилией студента. Затем на основании подготовленных данных производит обработку полевых измерений по созданию планово-высотного съемочного обоснования, обработку полевых измерений тахеометрической съемки, построение топографического плана.

Подготовка исходных данных

Задача 1. Вычисление исходных дирекционных углов.

Исходный дирекционный угол направления п/п85 – п/п84 для каждого студента берется в соответствии со шифром и фамилией студента: число градусов равно двузначному числу, состоящему из двух последних цифр шифра зачетки; число минут равно 15 плюс столько минут, сколько букв в фамилии студента; число секунд равно 30 плюс столько секунд, сколько букв в имени студента.

Пример.

Сас Владислав ПГСб – 01-65 α_{п/п 85-п/п 84}=65⁰18^/39^//

(Мои данные)

Рис. 1.1. Схема вычисления дирекционных углов смежных сторон

На рис 1.1 приведена схема для вычисления дирекционного угла направления п/п83–п/п82. Измеренные правые по ходу углы в точках п/п84 и п/п83 у всех вариантов равны

;

.

Дирекционные углы вычисляют по правилу: дирекционный угол последующей стороны равен дирекционному углу предыдущей стороны плюс 180º и минус горизонтальный угол при общей точке, справа по ходу лежащий:

;(1.1)

. (1.2)

Например, для Иванова И. дирекционный угол направления п/п84–п/п83 будет равен

.

.

Если при вычислении дирекционный угол получается отрицательным, то кроме 180º к дирекционному углу предыдущей стороны необходимо прибавить 360º. Если дирекционный угол получается больше 360º, то из него вычитают 360º.

Задача 2. Вычисление координат точки п/п83, если координаты точки п/п84 известны и известны длина линии п/п84–п/п83 и ее дирекционный угол.

Координаты точки п/п84 вычисляются для каждого студента в соответствии с его вариантом:

; (1.3)

, (1.4)

где Nз – последние две цифры шифра зачетки.

Горизонтальное проложение линии п/п84–п/п83 равно для всех вариантов 158,98 м, а дирекционный угол α_{п/п84–п/п83} берут из предыдущей задачи.

Таблица 1.1

Участка местности

Исходные данные. Для съемки участка на местности проложен высотно-теодолитный ход между двумя пунктами полигонометрии п/п84 и п/п83. Схема сети и результаты полевых измерений выдаются преподавателем и являются общими для всех вариантов. Для примера, рассмотренного в учебно-методическом пособии, схема сети приведена на рис. 1.3. В ходе измерены длины линий и горизонтальные углы, лежащие справа по ходу. Результаты измерения горизонтальных углов и длин линий для сети, изображенной на рис. 1.3, приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Теодолитного хода

Обработка ведется в специальной ведомости (табл. 1.4) в следующей последовательности:

1. В графе 4 записывают исходный дирекционный угол начальной стороны α_{п/п85 – п/п84}и исходный дирекционный угол конечной стороны α _{п/п83 – п/п82}.

Исходные дирекционные углы выделены жирным шрифтом. Для рассматриваемого примера ; . Студент исходные данные своего варианта берет из задачи 1 подраздела 1.1.

2. Вычисляется сумма измеренных углов в ходе (значения измеренных углов записаны в графе 2) – . Для рассматриваемого примера .

Если через и обозначим дирекционные углы в начале и конце теодолитного хода, которые заданы как неизменные и безошибочные, то в этом случае должно выполняться равенство

, (1.11)

где n – число вершин, на которых измерялись углы.

Если это равенство переписать для , то полученное выражение можно использовать для вычисления теоретической суммы углов в ходе. Отсюда

= . (1.12)

Таблица 1.4

Вершин теодолитного хода

Номера точек	Измерен- ные углы bi	Исправлен- ные углы bиспр	Дирекцион- ные углы ai	Румбы ri
° ' ''	° ' ''	° ' ''	назв.	° ' ''
п/п85	-	-
50 21 34	СВ	50 21 34
п/п84	202 48 00	202 48 20
27 33 14	СВ	27 33 14
	199 12 30	199 12 51
8 20 23	СВ	8 20 23
	70 10 00	70 10 20
118 10 03	ЮВ	61 49 57
	106 46 30	106 46 51
191 23 12	ЮЗ	11 23 12
п/п83	194 39 00	194 39 20
176 43 52	ЮВ	03 16 08
п/п82

Окончание табл. 1.4

Горизон-тальное проло- жение	Приращения координат, м	Координаты, м
вычисленные	исправленные
d, м	+ -	Δx	+ -	Δy	+ -	Δx	+ -	Δy	x	y
607,50	1062,50
68,74	+	-0,02 60,94	+	+0,01 31,80	+	60,92	+	31,81
668,42	1094,31
190,36	+	-0,06 188,35	+	+0,03 27,61	+	188,29	+	27,64
856,71	1121,95
104,18	-	-0,03 49,18	+	+0,01 91,84	-	49,21	+	91,85
807,50	1213,80
110,05	-	-0,03 107,88	-	+0,02 21,73	-	107,91	-	21,71
699,59	1192,09
м
м м м м

Для рассматриваемого примера .

В нашем примере ; .

Вследствие ошибок измерений углов практическая сумма измеренных горизонтальных углов не равна теоретической сумме горизонтальных углов, разность между ними называют угловой невязкой.

3. Вычисляется угловая невязка хода. Разница между и и составляет угловую невязку в разомкнутом теодолитном ходе.

= (1.13)

Полученную невязку сравнивают с допустимой, которая вычисляется по формуле

(1.14)

где n – число измеренных углов.

В нашем примере . Если выполняется неравенство , то делят на количество углов и получают величину поправки, которую вводят в каждый измеренный горизонтальный угол с обратным знаком:

. (1.15)

Поправки вычисляются до целых секунд. Должно выполняться равенство _. К измеренным углам прибавляют поправку со своим знаком, результат записывают в графу 3.

. (1.16)

Контролем правильности исправления углов служит равенство

. (1.17)

После уравнивания углов вычисляют дирекционные углы всех сторон хода по формуле

(1.18)

Дирекционный угол последующей стороны равен дирекционному углу предыдущей стороны плюс 180º и минус правый (исправленный) угол хода, образованный этими сторонами.

Пример.

Для нашего хода вычисления ведут в следующей последовательности:

Вычисленный должен быть точно равен исходному . Результаты вычислений записывают в графу «Дирекционные углы».

Если при вычислении дирекционный угол получается отрицательным, то кроме 180º к дирекционному углу предыдущей стороны необходимо прибавить 360º. Если дирекционный угол получается больше 360º, то из него вычитают 360º.

4. Производят уравнивание линейных измерений. Обработка линейных измерений начинается с вычисления приращений координат для всех сторон теодолитного хода по формулам

, (1.19)

где d – горизонтальное проложение стороны хода; – дирекционный угол этой же стороны.

Вычисленные приращения координат ( и ) записывают в графы 9 и 11 табл. 1.4, находят их суммы , и приступают к их уравниванию.

Зная координаты начальной точки и и приращения, можно вычислить координаты всех точек теодолитного хода:

; ;

; ;

; ;

; ,

где п – число измеренных сторон хода.

Из последней строки системы определим и :

; . (1.20)

Или в общем виде ; .

Эти формулы справедливы тогда, когда приращения координат не имеют погрешностей. Поэтому суммы данных приращений называют теоретическими и обозначают через и , т.е.

; (1.21)

Для нашего примера

Так как измерения длин сторон имеют погрешности, то суммы вычисленных приращений ( , ) координат отличаются от теоретического значения. Разности этих величин называютневязками приращений.

(1.22)

Невязки и показывают отклонение вычисленных координат конечной точки от её теоретического положения соответственно по осям и .

Для оценки точности используют линейную невязку, т.е. расстояние меж ду этими точками (рис. 1.4). Линейную величину невязки определим как гипотенузу прямоугольного треугольника с катетами и .

(1.23)

Наилучшим образом точность измерений в ходе характеризует относительная невязка, т.е. величина линейной невязки, отнесённая ко всему периметру полигона.

, (1.24)

где

, (1.25)

здесь п – число измерений сторон хода; Р – длина хода.

Относительную невязку принято записывать в виде дроби с единицей в числителе, что облегчает сравнение двух или нескольких значений. Качество измерений в теодолитном ходе считают удовлетворительным, если .

Если полученная относи-тельная невязка не превышает допустимого значения, то невязки и распределяют между приращениями координат.

Примеры в задании подобраны так, чтобы относительная невязка получилась допустимой. Если относительная невязка оказалась недопустимой, то в вычислениях допущены ошибки.

Дирекционные углы сторон хода вычислены по исправленным значениям горизонтальных углов . Следовательно, появление невязок вызвано погрешностями измерения длин сторон хода. Кроме того, погрешность измерения стороны хода пропорциональна её длине (т.е. чем больше длина стороны, тем большая вероятность появления погрешности в её измерении), поэтому невязки в приращениях координат распределяют пропорционально длинам сторон, для этого в каждое приращение вычисляют поправку по формулам

; . (1.26)

Контролем правильности распределения поправок являются равенства ; . Далее вычисляют исправленные значения приращений координат

. (1.27)

Контролем вычислений служит выполнение равенства

; . (1.28)

Для разомкнутого теодолитного хода

, (1.29)

следовательно,

(1.30)

Вычисление координат точек теодолитного хода производят по формулам

; ; ……………………… ;

; ; ………………………. .

Получение x_п/п83и y_п/п83, равных исходным значениям, служит контролем правильности вычисления координат точек теодолитного хода.

Нивелирования

Тригонометрическое нивелирование – это определение превышения одной точки над другой по углу наклона и горизонтальному проложению между этими точками.

При тригонометрическом нивелировании над точкой с известной высотной отметкой Н устанавливают теодолит (рис. 1.5) и измеряют высоту инструмента i (расстояние по вертикали между точкой и осью вращения зрительной трубы), а в другой точке устанавливают рейку. Зрительную трубу наводят на один и тот же отсчет по рейке при «круге лево» и «круге право» и берут отсчеты по вертикальному кругу КЛ и КП соответственно. Все измерения заносят в журнал. Туда же записывают высоту инструмента i, горизонтальное проложение d и отсчет по рейке l, на который наводилась зрительная труба. Превышение вычисляется по формуле

, (1.31)

где

, . (1.32)

Рис. 1.5. Схема тригонометрического нивелирования

Обычно при тригонометрическом нивелировании превышения определяют дважды (в прямом и обратном направлениях), и за окончательное значение принимают среднее арифметическое модулей превышения, но со знаком прямого превышения.

h_ср=(|h_прям|+|h_обр|)/2. (1.33)

Контролем правильности определения превышения служит: во-первых, постоянство МО на станции при измерении, во-вторых, превышения h_прям и h_обр должны быть с разными знаками, расхождение их абсолютных величин не должно превышать 4 см на 100 м длины линии.

||h_прям| – |h_обр|| ≤ 4 см на 100 м.

После вычисления средних превышений всех сторон хода производят их уравнивание в ведомости вычисления высот (табл. 1.5.)

Таблица 1.5

Подготовка исходных данных

Общими исходными данными, которые одинаковы для всех вариантов заданий, являются:

- схема расположения трассы в плане (рис. 2.1);

- пикетажные значения вершин углов поворота трассы:

ВУ1=ПК2+30,63 м; ВУ2=ПК7+18,70 м;

- результаты нивелирования (табл. 2.1);

- пикетажный журнал (прил. 3).

Рис. 2.1. Схема расположения трассы

	Нтр

Таблица 2.1

Журнал нивелирования трассы от Rp1 до Rp2

Стан-ция	Пикеты	Отсчеты по рейке, мм	Превышения, мм	Отметки	Пикеты
h	hср	hиспр	H, м
задней	перед-ней	пром.
	Rp1-				-1201	-1202			Rp1
	ПК0				-1203
	ПК0-								ПК0
	ПК1
	ПК1-								ПК1
	ПК2
	ПК2-								ПК2
	Х
	Х-								Х
	ПК3
	ПК3-								ПК3
	ПК4
	пк3+10								пк3+10
	пк3+26								пк3+26
	пк3+50								пк3+50
	пк3+66								пк3+66
	ПК4-								ПК4
	ПК4+60
	ПК4+60-								ПК4+60
	ПК5
	ПК5-								ПК5
	Х
Продолжение табл. 2.1
	Х-								Х
	ПК6
	ПК6-								ПК6
	ПК7
	л+10								л+10
	л+25								л+25
	п+10								п+10
	п+25								п+25
	ПК7-								ПК7
	ПК8
	ПК8-								ПК8
	ПК9
	л+25								л+25
	п+25								п+25
	ПК9-								ПК9
	Рп2
	пк10								ПК10
									Rp2
Постр.контроль
				Сумма: hср	=Σh(практ.)=	мм
					Σh(теор.)=	мм
		Невязка практическая	fh(мм)=	мм
		Невязка допустимая	fh(доп.)=	мм
			Длина хода =	км

Индивидуальные исходные данные для каждого студента вычисляются по шифру студента и его фамилии:

1) румб исходного направления r_исх (ПК0–ВУ1, см. рис. 2.1) – для студентов с шифром:

от 0 до 25 r_исх=СВ : ;

от 26 до 50 r_исх=ЮВ : ;

от 51 до 75 r_исх=ЮЗ : ;

от 76 и выше r_исх=СЗ : ,

где N_З – две последние цифры в номере зачетной книжки;

2) значения углов поворота трассы (правого φ₁ и левого φ₂):

.

(количество букв в фамилии + количество букв в имени);

3) значения радиусов вписываемых кривых R₁ и R₂:

;

,

где n – число букв в фамилии студента.

Отметка репера 1: .

Отметка репера 2: ,

где N_з – номер шифра (две последние цифры в зачетке).

Если шифр больше 50, то

.

Данные для нанесения на продольный профиль проектной линии^*:

на ПК0 запроектирована насыпь 0,5 м;

на участке ПК3+10 запроектирована насыпь 1 м;

на участке от ПК3+10 до ПК4 запроектирована горизонтальная площадка;

на ПК7 проектная отметка равна отметке земли;

от ПК7 до ПК10проектный уклон равен 0,004.

Индивидуальные исходные данные для примера, рассматриваемые в учебно-методическом пособии, будут следующие:

r_исх= ЮВ 47º20^´; φ₁ =18º20; R₁ =660 м; φ₂=25^º05^´;R₂ =860 м.

Далее детально рассматривается процесс выполнения этого задания.

___________________________________________________

^*В условиях производства проектирование ведут на основе норм и технических условий, установленных для данного вида сооружений. В этом учебном задании элемент самостоятельного проектирования отсутствует, так как целью выполнения задания является освоение пока лишь геодезической стороны проектирования, поскольку студент еще не обладает знаниями специальных дисциплин.

Круговых кривых

Основными элементами круговой кривой являются (рис. 2.2):

1. Угол поворота φ – угловая величина отклонения трассы от первоначального направления.

2. Радиус кривой R, определяющий кривизну сопряжения в плане.

3. Тангенс Т – расстояние от вершины угла поворота ВУ до точек начала кривой НК или конца кривой КК.

4. Длина кривой К – длина дуги между началом и концом кривой.

5. Домер Д – линейная разность между суммой двух тангенсов и длиной кривой.

6. Биссектриса Б – расстояние по биссектрисе внутреннего угла от вершины угла поворота до точки середины кривой СК.

Рис. 2.2. Основные элементы и главные точки

круговой кривой

В производственных условиях угол поворота трассы измеряется на местности, а значение радиуса указывается в проекте. Остальные элементы круговой кривой являются зависимыми от первых двух и вычисляются по следующим формулам:

T=R·tq(φ /2);(2.1)

К=φπR/180º; (2.2)

Д=2Т–К;(2.3)

Б=R[1/соs(φ /2) – 1],(2.4)

где Т – тангенс; R – радиус вписанной круговой кривой; φ – угол поворота трассы; К – кривая; Д – домер; Б – биссектриса.

Используя численные значения радиусов и углов поворота (см. индивидуальные исходные данные), находим величины элементов вписываем