Спостереження за опадами споруд

Спостереження за опадами споруд виконують способами геометричного й тригонометричного нівелювання, гідронівелювання, мікронівелювання, а також фото- і стереофотограмметричним способами.

Найбільше широко розповсюджений спосіб геометричного нівелювання. Він володіє рядом достоїнств, що роблять його практично універсальним. Це висока точність і швидкість вимірів, просте й недороге стандартне встаткування, можливість виконувати виміру в складних і стиснутих умовах.

Способом геометричного нівелювання можна визначати різниці висот точок, розташованих на відстані 5 - 10м, з помилкою 0,05 - 0,1мм, а на кілька сотень метрів - з помилкою до 0,5мм.

Залежно від необхідної точності визначення осад застосовуються різні класи нівелювання. Так, наприклад, при визначенні осад бетонних гребель гідровузлів застосовують I й II класи, які характеризуються середньої квадратичної помилки виміру перевищення на одна станція відповідно 0,3 й 0,4мм. При визначенні осад промислових і цивільних будинків найчастіше застосовують II й III класи, для яких середні квад-ратичні помилки виміру перевищення на станції відповідно рівні 4 й 0,9мм.

Позначки деформаційних точок у циклі вимірів визначають щодо вихідного опорного репера. Оцінку вихідного репера найчастіше приймають умовно, наприклад 100,000м, але вона постійна на весь період спостережень. Для передачі позначки від вихідного на всіх деформаційних реперів розробляють спеціальну схему (рис. 24.3).

При виконанні вимірів залежно від класу нівелювання застосовують спеціальну методику й відповідні прилади. Так, при вимірах високої точності використовують ретельно вивірені високоточні нівеліри типу Н-05, штрихові інварні або спеціальні малогабаритні рейки. Нівелір установлюють строго посередині між спостережуваними точками, відліки беруть по основній і додатковій шкалах рейок.

Нівелювання виконують при двох горизонтах приладу, у прямому й зворотному напрямках. Довжина візирного променя допускається до 25м, його висота над поверхнею землі або підлоги - не менш 0,5м. Нівелювання виробляється тільки при цілком сприятливих умовах видимості й при досить виразних, спокійних зображеннях штрихів рейок. Дотримують й інші запобіжні заходи, що забезпечують високу точність робіт.

Отримані результати ретельно обробляють, оцінюють фактичну точність і порівнюють неї із заданої, зрівнюють,

Рис.24.3. Схема нівелірних ходів для спостережень за осадами ТЕЦ

обчислюють позначки, а по різниці їх у циклах - опади, будують

графіки осад і т.д.

Спосіб тригонометричного нівелювання дозволяє визначати опади точок, розташованих на істотно різних висотах, у важкодоступних місцях. Такі випадки виникають при спостереженнях за високими будинками, вежами, греблями, при виробництві вимірів через перешкоди.

Найбільш висока точність порядку 0,1мм забезпечується при коротких (до 100м) променях візування із застосуванням високоточних теодолітів типу ЗТ2 і спеціальна методики вимірів, що дозволяє вимірювати зенітні відстані з помилкою порядку 5". Крім того, методика передбачає одноманітну у всіх циклах установку теодоліта і його ретельне дослідження, строгу вертикальність рейок, вибір часу й умов спостережень для зменшення впливу вертикальної рефракції й ряд інших заходів, спрямованих на ослаблення дій різних джерел помилок. Відстані до обумовлених точок повинні вимірятися з помилкою 3 - 5мм.

Гідронівелювання забезпечує таку ж точність, як і геометричне нівелювання, але стосовно до спостережень за опадами дозволяє створювати стаціонарні автоматизовані системи з дистанційним зніманням інформації.

При використанні гідростатичного нівелювання застосовують різні системи, конструкція яких залежить від умов проведення робіт, необхідної точності й від способу виміру положення рівня рідини щодо відлікових індексів вимірювальних посудин.

Найпростіша система, використовувана на гідротехнічних спорудах (рис, 24.4), складається з відрізків металевих труб, покладених на стрижнях, що зашпаровують у стіну. Відрізки труб з'єднуються

Рис 24 4 Стаціонарна гідростатична система відрізок металевої труби, 2 - стрижень, 3 - шланг, 4 - марка, 5 - вимірник

між собою шлангами. Над трубою в точках, між якими систематично визначаються перевищення, у стіну заставляються марки з посадковими втулками для переносного вимірника. При вимірах вимірник уставляється у втулку марки. Обертанням мікрометерного гвинта вимірника домагаються контакту вістря штока з рідиною, про що свідчить загоряння сигнальної лампочки. У цей момент береться відлік по барабані мікрометра. При прив'язці гідростатичної системи до опорної нівелірної мережі на марку замість вимірника встановлюється нівелірна рейка. Існують автоматизовані системи гідростатичного нівелювання, у яких зміна положення рівня рідини в посудинах визначається автоматично за допомогою електричних або оптико-електронних датчиків.

Застосування гідродинамічного нівелювання дозволяє розширити діапазон вимірів і значно спростити процес автоматизації спостережень за опадами. Система гідродинамічного нівелювання з поршневим пристроєм СГДН-ПУ (Вірменія), складається зі сполучених між собою робочих посудин з рідиною, установлюваних в обумовлених точках. У кожній робочій посудині є голчастий шток, зв'язаний проведенням із блоком керування й реєстрації (БУР). Посудини повідомляються також з поршневим пристроєм. При рівномірному переміщенні за допомогою електродвигуна поршня вниз і поршневому пристрої рідина в робочих посудинах рівномірно піднімається. При цьому в Буре спеціальний лічильник визначає переміщення поршня від початку його руху до моменту контакту голчастого штока з поверхнею рідини, що піднімається, у кожній робочій посудині. Поршень опускається доти, поки із всіх робочих посудин не надійде сигнал про контакт. Різниця вимірів між циклами вимірів буде відповідати осіданню обумовлених точок. Система дозволяє виконувати виміру із середньою квадратичною помилкою порядку 0,1мм.

Спосіб мікронівелювання застосовують при спостереженнях за взаємним висотним положенням близько розташованих на відстані 1 - 1,5м точок. Такі завдання виникають при вивченні осад і нахилів окремих конструкцій: фундаментів, балок, ферм, технологічного встаткування. Виміру виконують за допомогою мікронівеліра.

Фото- і стереофотограметричний способи передбачають застосування фототеодоліта для фотозйомки досліджуваного об'єкта. Визначення деформацій взагалі й зокрема осад цими способами полягає у вимірі різниці координат точок споруди, знайдених по фотознімках початкового (або попереднього) циклу й фотознімках деформаційною (або наступного) циклу.

Залежно від розв'язуваного завдання, умов фотозйомки, виду споруди й т.д. застосовують наступні способи фотограмметричний. Деформації визначаються в одній вертикальній площині ХОZ, тобто в площині, паралельній площині фотознімка;

стереофотографічний. Деформації визначаються по напрямках всіх трьох координат.

При фотограмметричному способі фотографування роблять із однієї точки при незмінному положенні фотокамери в циклах. При цьому площина прикладної рамки, по можливості, установлюють паралельно основної площини споруди. Для обчислення деформацій, крім виміру координат або паралаксів, на знімках необхідно знати стан фотокамери від об'єкта й фокусна відстань об'єктива фотокамери.

При стереофотограметричному способі фотографування об'єкта роблять у циклах із двох точок базису відомої довжини, у результаті чого одержують стереопару. Для обчислення деформацій вимірюють по знімках координати точок базису й горизонтальні паралакси.

В обох способах обробку знімків по координатах або зсувам роблять в основному на стереокомпараторі.

Ретельно виконані виміри й відповідний облік елементів орієнтування дозволяє визначати деформації споруд фотограмметричними способами із середньою квадратичною помилкою менше 1,0мм.

При спостереженнях за опадами великих інженерних споруд, що відрізняються підвищеними вимогами до точності виробництв цих робіт, розробляється, як правило, спеціальна методика геодезичних вимірів. Вихідними даними для розробки методики вимірів служать величини помилок m_S визначення осад спостережуваних точок, обмірюваних щодо вихідного репера, помилок m_∆S різниці осад двох точок, розташованих на певній відстані друг від друга.

Зв'язок між необхідною точністю спостережень і помилкою одиниці ваги μ, що визначає методику вимірів, може бути представлена у вигляді

(24.2)

де Q_H — зворотна вага позначки найбільше слабко обумовленої точки; Q_∆H— зворотна вага перевищення між досліджуваними точками, до точності взаємного положення яких пред'являються підвищені вимоги.

При використанні способу геометричного нівелювання як помилка одиниці ваги μ зручно приймати середню квадратичну помилку перевищення h, обмірюваного на станції по двох шкалах у ході одного напрямку при обраної базової довжині D візирного променя,

При використанні тригонометричного нівелювання як помилка μ. одиниці ваги доцільно прийняти помилку перевищення, певного при зенітних відстанях від 85 до 95 , обмірюваних одним прийомом, і базовій відстані D_н=2 м.

У випадку застосування переносного гідронівеліра або мікронівеліра за помилку μ приймають помилку перевищення між двома суміжними точками, обмірюваного при зміні місцями гідростатичних голівок або при перекладанні мікронівеліра.

При проектуванні схеми вимірів варто прагнути до отримання найменшого значення зворотних ваг Q_H й Q_∆H, що при заданій помилці визначення опади приводить до більшої эффективності робіт за рахунок менш твердих вимог до вибору їхнього класу. Крім цього, до схеми вимірів пред'являються такі вимоги, як мінімальний обсяг робіт, забезпечення незалежного контролю результатів вимірів й одержання даних для достовірної позначки точності. У значній мірі цим вимогам відповідає побудова схеми у вигляді системи замкнутих полігонів малих розмірів і нівелювання при двох горизонтах приладу або в прямих і зворотних ходах.

Для випадку, коли на тому самому об'єкті доводиться виконувати різні по точності спостереження за опадами різних по чутливості до деформацій споруд, проектують двох- і трьохступінчасту схему або трохи не зв'язаних між собою схем, що опираються на самостійний або на один загальний вихідний репер.

Розрахунок величини зворотної ваги в обраній схемі роблять параметричним, корелатним способами, а також способом еквівалентної заміни.

Розглянемо в загальному виді приклад розрахунку необхідної точності вимірів для забезпечення заданої точності визначення осад основних споруд ТЭЦ. Допустимо, що в технічному завданні точність визначення осад заданий величиною m_S= 1,0мм, а, виходячи з умов, для провадження робіт обраний метод геометричного нівелювання.

У сутності завдання зводиться до визначення середньої квадратичної помилки одиниці ваги μ по першої з формул (24.2). По величині цієї помилки визначається клас нівелювання або необхідність розробки спеціальної методики вимірів, якщо вона виявиться менше тих помилок, які характеризують відомі класи, Оскільки при порівняно невеликих довжинах кількість станцій у ходах значно, те як одиниця ваги приймемо перевищення, обмірювана на одній станції. Тоді зворотна вага нівелірного ходу в замкнутому полігоні або між вузловими точками буде дорівнює числу станцій й у цьому ході. У прикладі число станцій у ходах показано на схемі (см. Рис. 24.3).

Для визначення зворотної ваги Q_H найбільше слабко обумовленої точки схеми скористаємося способом еквівалентної заміни. У цьому способі стосовно до розв'язуваного завдання необхідно шляхом послідовних перетворень загальну схему нівелірних ходів замінити одним еквівалентним ходом, що з'єднує шукану точку з вихідним репером.

За результатами розрахунків зворотна вага позначки слабко обумовленої точки Ек середині секції 11 - 13 виявився рівним Q_H =11,9. За формулою (24.2) з урахуванням необхідної точності визначення осаду та середня квадратична помилка одиниці ваги вийшла рівної

μ =1,0 мм/

Для забезпечення такої точності визначення перевищень на станції необхідно розробити спеціальну методику високоточних вимірів.