Измерение осадок, сдвигов и кренов зданий и сооружений

Измерение осадок обычно производят в периоды, когда изменения нагрузки на основание достигают 25, 50, 75 и 100 % давления на грунт и конструкции. Всего должно быть проведено не менее четырех циклов наблюдений во время строительства. В эксплуатационный период наблюдения проводятся два раза в год и заканчиваются при затухании осадок.

Схема расположения осадочных марок и последовательность их нивелирования показана на рис. 48. Нивелирование выполняется замкнутыми ходами по программе II класса. Все 10 осадочных марок включены в замкнутый ход. Однако ожидаемая высотная невязка может быть уменьшена в два раза, если при повторном нивелировании наблюдения производить через одну марку (см. пунктирный ход).

Рис. 48. Схема размещения осадочных марок:
а – на фасаде; б – в плане с последовательностью нивелирования

В результате наблюдений составляют план марок, ведомость и график их осадок и другие документы, рекомендованные ППГР. К указанным документам прилагаются материалы и ведомости обработки измерений.

Измерение сдвигов частей зданий и сооружений выполняют способами створных измерений, линейно-угловых построений и фототеодолитной съемки. Наблюдения за деформационными знаками, закладываемыми ближе к основанию (для уменьшения влияния наклона), ведутся с неподвижных центров с точностью от 1 до 15 мм в зависимости от характеристики грунта и конструкции здания или сооружения.

Сроки назначения циклов наблюдений зависят от вида грунта, типа сооружения и ожидаемых деформаций. Однако наблюдения начинают только после закрепления знаков и начала действия горизонтальных усилий. Затем они проводятся после увеличения бокового давления на 25 % от проектного. В результате этого определяется промежуточная упругая и остаточная деформация основания.

После ввода зданий или сооружений в эксплуатацию наблюдения за сдвигами проводят с целью проверки их устойчивости два раза в год
(в весенний и осенний период). Наблюдения за сдвигами прекращаются, когда они затухают.

На рис. 49 показана наиболее простая схема расположения знаков при створных измерениях, где I и II – исходные (опорные) пункты; 1, 2, 3 – наблюдаемые точки; 1', 2', 3'– наблюдаемые после деформации точки.

Рис. 49. Способ створных измерений

При наблюдениях за горизонтальными сдвигами здания или сооружения отклонения точек 1', 2', 3' от створа определяются координатами: а_1¢, b_1¢, а_2¢, b_2¢, а_3¢, b_3¢ и т. д. (которые измеряются непосредственно или косвенно по малому углу g₁ и расстоянию а₁ и т. д.).

При отсутствии возможности закрепления створа на здании или сооружении и когда число наблюдаемых точек невелико (3...5), применяют способ направлений (рис. 50, а), способ триангуляции (рис. 50, б) или способ трилатерации.

В первом случае величина сдвига

где Db² = b₁ – b_1¢ – разность между горизонтальными углами, измеренными вначале, и последующими циклами наблюдений; d₁ – расстояние от опорного знака до наблюдаемой точки.

Во втором случае величину сдвига определяют по разности координат, т. е. x_1¢ – x₁ и y_1¢ – y₁, которые вычисляют как цепь треугольников после измерения углов или сторон (в способе трилатерации) начального и последующего циклов наблюдений.

При фототеодолитной съемке получают с помощью фототеодолита снимки наблюдаемых точек и по формулам фотограмметрии определяют величину сдвига.

Рис. 50. Способ линейно-угловых построений:
а – способ направлений: б – способ триангуляции

Измерение кренов зданий и сооружений определяют с помощью отвесов, оптических центриров, клинометров и геодезических построений.

При наблюдениях за кренами предельные погрешности измерений не должны превышать: для фундаментов под агрегаты и машины – 0,00001L; для производственных зданий – 0,0001H; для дымовых труб, башен, мачт – 0,0005H, где L и Н – соответственно длина фундамента и высота сооружения.

Отвесы применяют для определения кренов при высоте сооружения до 15 м. Для уменьшения колебания отвеса используют различные устройства – гасители.

Оптические центриры или приборы вертикального проектирования позволяют определять крены с погрешностью 1 мм при высотах до 100 м.

Клинометр– прибор, основной частью которого является точный уровень с измерительным винтом на одном из его концов. В зависимости от делений измерительного винта прибор позволяет определять наклон
в градусной или относительной мере.

Часто крен определяют теодолитом, применяя наклонное проектирование и другие подобные построения.

Способ наклонного проектирования основан на том, что на двух взаимно перпендикулярных плоскостях здания или сооружения, образующих ребро AA₁ закладывают на расстоянии d₁ » 1,5AA₁ и d₂ » 1,5AA₁ знаки в грунте Iи II (рис. 51).

Рис. 51. Определение крена здания или сооружения теодолитом

На эти пункты устанавливают при наблюдениях теодолит и при двух положениях круга (КЛ и КП) проецируют верхнюю точку А' на рейку, расположенную в точке А, и определяют по ней q₁ и q₂. По правилу параллелограмма вычисляют величину полного крена:

. (16)

Направление крена определяют графически.

7.3. Контроль планово-высотного положения
при обследовании (на примере портовых сооружений)

Контроль планово-высотного положения сооружений необходимо выполнять в соответствии с требованиями ГОСТ 24846–2012, ГОСТ 22268–76, ГОСТ Р 8.563–2009. Работы следует начинать с рекогносцировки района работ, основной целью которой является: уточнение объема, состава и методов производства геодезических наблюдений; определение наличия и состояния опорных геодезических пунктов и деформационных марок; выбор мест установки новых реперов и марок взамен утраченных.

Контроль планово-высотного положения сооружений проводится геодезическими инструментальными методами и включает в себя: определение положения и размеров сооружения и его элементов; измерение деформаций (горизонтальные и вертикальные перемещения, наклоны); определение соответствия технического состояния элементов сооружения эксплуатационным характеристикам.

Планово-высотное положение и размеры сооружения определяют
в целях установления их соответствия проекту. Плановое положение определяют способами триангуляции (микротриангуляции), трилатерации и полигонометрии или их комбинациями. При определении высотного положения используют методы геометрического, тригонометрического или гидростатического нивелирования. Размеры сооружения и его элементов измеряют дальномерами или металлическими рулетками с сантиметровыми делениями.

Комплекс работ по измерению деформаций включает в себя измерения геодезическими методами вертикальных и горизонтальных перемещений, наклонов и прогибов элементов сооружений. При геодезических наблюдениях за деформациями определяют следующие параметры, характеризующие стабильность планового и высотного положения сооружений: плановые координаты деформационных марок; высотные отметки деформационных марок; наклон сооружения в поперечных сечениях, проходящих через деформационные марки.

При определении деформаций рекомендуется применять,
в зависимости от требуемого класса точности измерений, следующие методы или их комбинации: для измерения горизонтальных перемещений (сдвигов) – методы створных наблюдений, отдельных направлений, триангуляции, трилатерации, полигонометрии; для измерения вертикальных перемещений (осадок, подъемов) – методы геометрического, тригонометрического и гидростатического нивелирования; для измерения наклонов – механические способы с применением креномеров, прямых и обратных отвесов или методы проецирования, координирования и измерения углов или направлений с использованием теодолита. Для комплексного измерения перемещений и наклонов в отдельных случаях может использоваться фотограмметрический (стереофотограмметрический) метод.

Геодезические наблюдения за деформациями следует проводить отдельными циклами. Каждый цикл наблюдений должен включать в себя: рекогносцировку геодезической сети; изготовление и закладку новых геодезических знаков и деформационных марок; производство геодезических наблюдений; камеральную обработку результатов наблюдений и составление отчета.

Первый цикл наблюдений должен проводиться сразу же после завершения строительства сооружения. Сроки последующих циклов устанавливаются специализированной организацией при проведении первичного комплексного обследования сооружения в зависимости от геологических условий, величины ожидаемых деформаций и степени стабилизации.

В результате проведения двух или более циклов геодезических наблюдений за деформациями сооружений должны быть определены приращения их перемещений и наклонов, которые следует сопоставить
с допустимыми величинами. Для получения приращения перемещений какой-либо точки на сооружении за период между двумя циклами наблюдений должны быть вычислены разности соответствующих координат и отметок данной точки, установленных в каждом из циклов наблюдений. Для установления изменения положения всего сооружения в плоскости его поперечного сечения, проходящей через выбранную точку, за период между двумя циклами наблюдений следует дополнительно учитывать приращения наклона сооружения в той же плоскости за указанный период времени.

Геодезические наблюдения за деформациями рекомендуется проводить: на причальных сооружениях перед началом навигации или после ее окончания для сезонных портов и после завершения периода наиболее интенсивной эксплуатации для портов, работающих круглогодично; на оградительных и берегоукрепительных сооружениях после штормов с волнением более 5 баллов.

Измерения деформаций рекомендуется проводить ежегодно при периодических осмотрах сооружений в течение 5–10 лет после окончания их строительства. Измерения могут быть прекращены, если в трех последних циклах наблюдений их величина колеблется в пределах заданной точности измерений. Измерения необходимо возобновлять при появлении трещин в несущих конструкциях сооружений, а также при изменении режима эксплуатации (увеличение нагрузок). В состав элементов сооружения, технический контроль которых осуществляется с применением методов геодезических измерений, следует включать: элемент обрамления по линии кордона сооружения; подкрановые пути; покрытие территории.

Контролируемыми параметрами технологических элементов являются:

по линии кордона – прямолинейность лицевой (фасадной) кромки оголовка, высотное положение верхней поверхности оголовка;

для подкрановых путей – прямолинейность осей рельсов, высотное положение головок рельсов, расстояние между осями рельсов, зазоры
в стыках и смещение торцов рельсов в плане и по высоте;

для покрытия территории – высотное положение в поперечниках.

Фактические значения контролируемых параметров рекомендуется определять следующими методами:

прямолинейность – методом створных наблюдений (способ струны или оптического створа) или косвенных измерений (способы ломаного базиса, микротриангуляции, четырехугольника);

высотное положение – методом технического нивелирования (геометрическим, тригонометрическим, гидростатическим);

расстояние между осями рельсов подкрановых путей – методом непосредственных измерений (способ линейных измерений и механический способ) или косвенных измерений (способы ломаного базиса, микротриангуляции, четырехугольника);

зазоры между рельсами и смещения рельсов в стыках – методом непосредственных линейных измерений.

7.4. Требования к оформлению документации по обследованию
(на примере портовых сооружений)

Привязка дефектов, выявленных при обследовании сооружения, выполняется в прямоугольной системе координат. Оси Y и Z системы координат лежат в вертикальной плоскости, совпадающей с морской стороной лицевой стенки причала. Ось Y расположена вдоль линии кордона
с положительным направлением слева направо при взгляде на сооружение
со стороны акватории, ось Z – вертикально с положительным направлением вверх. За начало отсчета принимают: по оси Y – левую границу сооружения; по оси Z – отсчетный уровень моря. Ось Х перпендикулярна вертикальной плоскости YZ и направлена в сторону территории.

В отдельных случаях возможно применение нескольких систем координат с учетом особенностей конкретного сооружения.

План и фасад сооружения, как правило, помещают на одном листе
в проекционной связи и одинаковом масштабе. Фасад сооружения размещают над планом. На плане сооружения наносят базисную линию (ось Y), от которой производят все измерения и привязки, закрепляют пикеты и промерные профили с отметками в надводной и подводной частях сооружения и дна акватории.

Размеры сооружения и положение отдельных точек определяются значениями координат по осям Х, Y, Z в метрах c точностью до второго знака после запятой, с округлением, при необходимости, до целых значений метров и дециметров. Размеры повреждений указывают
в сантиметрах или миллиметрах. Допускается определение планового положения точек пикетами, а также привязка элементов сооружения
к осям координат размерными линиями.

В целях наиболее четкого изображения дефектов конструкции, обнаруженных в период обследования, необходимо:

по характерным местам разрушений, деформации либо других дефектов конструкций выполнять чертежи разрезов;

указывать на разрезах все значительные и критические дефекты конструкции (размеры каверн и подмывов, наклоны лицевых стенок, изгиб свай, разрушения в зоне переменного горизонта, просадки территории, выпоры грунта, размывы перед стенкой, смещение анкерных устройств и др.);

для оградительных сооружений из наброски либо берегоукрепительных сооружений, имеющих большую протяженность, количество разрезов или профилей выбирать таким образом, чтобы можно было не только оценить техническое состояние сооружения, но и подсчитать объемы восстановительных работ;

на основных разрезах сооружения указывать наименование и основные физико-механические свойства грунтов основания и засыпки, принятые по данным паспорта сооружения либо по данным инженерно-геологических отчетов (пример: Песок мелкозернистый; φ = 30°; С = 0,00 Па; γ = 1,8 т/м);

при существенных деформациях либо отклонениях от проекта при строительстве указывать на разрезах пунктирными линиями первоначальное либо проектное положение элементов сооружения.

При оформлении графической документации используют условные знаки для топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 по ГОСТ 21.204–93. На графиках необходимо помещать схемы пикетов, условные обозначения, не предусмотренные условными знаками ГУГК, и примечания, необходимые для правильного чтения и понимания документа.

Графики планово-высотного положения линии кордона, подкрановых и судовозных путей в зависимости от протяженности и их состояния следует составлять в масштабах: горизонтальный – 1:250, 1:500, 1:1000; вертикальный – 1:2,5; 1:5; 1:10. График изменения нормируемого параметра h при дополнительной проверке рельсов на разновысотность составляют в масштабах: горизонтальный – должен соответствовать горизонтальному масштабу графика планово-высотного положения подкранового пути данного причала; вертикальный – 1:1, 1:2, 1:5. Графики высотного положения поперечных и продольных профилей в зависимости от расстояния между пикетными точками рекомендуется составлять в масштабах: горизонтальный – 1:100, 1:200, 1:500, 1:1000; вертикальный – 1:1, 1:2, 1:5, 1:10.

Таблицу контролируемых параметров используют для сравнения их фактических значений с нормативными.

План промеров глубин при ширине полосы 20–50 м от внешней грани сооружения (назначается программой обследования) составляют в масштабе 1:500–1:100.

В состав приложений к Заключению о техническом состоянии сооружения по результатам обследования в общем случае должны входить план промеров глубин и результаты работ по определению планово-высотного положения элементов сооружения.