Наблюдение за осадками зданий при реконструкции

Введение

Выбранная тема является актуальной, так как анализ результатов наблюдений позволяет совершенствовать технические процессы в строительстве, своевременно устранять последствия возникновения деформации, совершенствовать методы предрасчета деформации и получать дополнительные детальные сведения о геологическом строении массивов, на которых возводится здание.

Предметом исследования является процесс наблюдения за осадками зданий, а объектом – процесс реконструкции здания.

Целью исследования является изучить особенности процесса наблюдения за осадками зданий при реконструкции, это достигается путем решения следующих задач:

• изучить методы наблюдений за осадками зданий и зданий;
• выявить особенности наблюдения за осадками зданий при реконструкции.

В данном исследовании используются следующие методы: изучение и анализ научной литературы, сравнение различных точек зрения, а также ознакомление со статистическими данными и их анализ.

В ходе написания контрольной работы автор изучил фундаментальные научные исследования отечественных и зарубежных ученых по обозначенной теме.

Методы наблюдений за осадками зданий и зданий

Под влиянием различных причин здание и его отдельные конструкции изменяют свое положение по высоте. В этом случае говорят, что происходит осадка здания.

Для определения осадки в наблюдаемое здание закладывают осадочные мерки и через определён промежутки времени (циклы) определяют отметки. Осадку s осадочной марки вычисляют как разность отметок Hⁱ в текущем и нулевом циклах s=Hⁱ – H⁰

Различают равномерную и неравномерную осадку. При равномерной осадке оформляющая плоскость фундамента (плоскость раздела фундамента от наземной части здание) опускается параллельно самой себе. Осадку считают равномерной если разности измерения высот отдельных точек фундамента отличаются друг от друга не более чем на 3m, где m – средняя квадратическая погрешность определения осадок.

При неравномерной осадке могут возник 3 случая:

1) происходит наклон оформляющей плоскости фундамента;

2) происходит деформация фундамента (прогиб, выгиб или скручивание);

3) вместе с общим наклоном оформляющей плоскости происходит деформация фундамента [3, c.29].

Основным методом определения осадок является периодическое высокоточное нивелирование.

Высотной основой служат фундаментальные реперы, устанавливаемые вне зоны действия осадок. В зависимости от треб точн применяют: обычные типы реперов, заложенные ниже глубины промерзания, или специальные глубинные знаки.

Марки устанавливают вдоль продольных и поперечных осей здания для определения прогибов и перекосов, а также в местах, где ожидаются наибольшие осадки: на стыках строительных конструкций, по сторонам усадочных швов, в зонах больших динамических нагрузок и неблагоприятных геологических условий и пр.

Наблюдения за осадками зданий выполняют способами геометрического и тригонометрического нивелирования, гидронивелирования, микронивелирования, а также фото- и стереофотограмметрическим способами.

Наиболее широко распространен способ геометрического нивелирования. Он обладает рядом достоинств, делающих его практически универсальным. Это высокая точность и быстрота измерений, простое и недорогое стандартное оборудование, возможность выполнять измерения в сложных и стесненных условиях.

Способом геометрического нивелирования можно определять разности высот точек, расположенных на расстоянии 5 - 10 м, с ошибкой 0,05 - 0,1 мм, а на несколько сотен метров - с ошибкой до 0,5 мм.

В зависимости от требуемой точности определения осадок применяются различные классы нивелирования. Так, например, при определении осадок бетонных плотин гидроузлов применяют I и II классы, которые характеризуются средней квадратической ошибкой измерения превышения на одной станции соответственно 0,3 и 0,4 мм. При определении осадок промышленных и гражданских зданий чаше всего применяют II и III классы, для которых средние квадратические ошибки измерения превышения на станции соответственно равны 0,4 и 0,9 мм [4, c.400].

Отметки деформационных точек и цикле измерений определяют относительно исходного опорного репера. Отметку исходного репера чаше всего принимают условно, например 100,000 м, но она постоянна на весь период наблюдений. Для передачи отметки от исходного на все деформационные реперы разрабатывают специальную схему.

При выполнении измерений в зависимости от класса нивелирования применяют специальную методику и соответствующие приборы. Так, при измерениях высокой точности используют тщательно выверенные высокоточные нивелиры типа Н-05, штриховые инварные или специальные малогабаритные рейки. Нивелир устанавливают строго посередине между наблюдаемыми точками, отсчеты берут по основной и дополнительной шкалам реек.

Нивелирование выполняют при двух горизонтах прибора, в прямом и обратном направлениях. Длина визирного луча допускается до 25 м, его высота над поверхностью земли или пола - не менее 0,5 м. Нивелирование производится только при достаточно отчетливых, спокойных изображениях штрихов реек. Соблюдают и другие меры предосторожности, обеспечивающие высокую точность работ.

Полученные результаты тщательно обрабатывают: оценивают фактическую точность и сравнивают ее с заданной, уравнивают, вычисляют отметки, а по разности их в циклах - осадки, строят графики осадок и т.д.

Способ тригонометрического нивелирования позволяет определять осадки точек, расположенных на существенно разных высотах, в труднодоступных местах. Такие случаи возникают при наблюдениях за высокими зданиями, башнями, плотинами, при производстве измерений через препятствия [1, c.196].

Наиболее высокая точность порядка 0,1 мм обеспечивается при коротких (до 100 м) лучах визирования с применением высокоточных теодолитов типа 3Т2 и специальной методики измерений, позволяющей измерять зенитные расстояния с ошибкой порядка 5». Кроме того, методика предусматривает однообразную во всех циклах установку теодолита и его тщательное исследование, строгую вертикальность реек, выбор времени и условий наблюдений для уменьшения влияния вертикальной рефракции и ряд других мероприятий, направленных на ослабление действий различных источников ошибок. Расстояния до определяемых точек должны измеряться с ошибкой 3 - 5 мм.

Гидронивелирование обеспечивает такую же точность, как и геометрическое нивелирование, но применительно к наблюдениям за осадками позволяет создавать стационарные автоматизированные системы с дистанционным съемом информации.

При использовании гидростатического нивелирования применяют различные системы, конструкция которых зависит от условий проведения работ, требуемой точности и от способа измерения положения уровня жидкости относительно отсчетных индексов измерительных сосудов.

Нивелирный ход прокладывают таким образом, чтобы строго выдерживались расстояния от нивелира до осадочных марок и промежуточных точек.

Применение гидродинамического нивелирования позволяет расширить диапазон измерений и значительно упростить процесс автоматизации наблюдений за осадками. Система гидродинамического нивелирования с поршневым устройством СГДН - ПУ (Армения), состоит из сообщающихся между собой рабочих сосудов с жидкостью, устанавливаемых в определенных точках. В каждом рабочем сосуде имеется игольчатый шток, связанный проводом с блоком управления и регистрации (БУР). Сосуды сообщаются также с поршневым устройством. При равномерном перемещении с помощью электродвигателя поршня вниз и поршневом устройстве жидкость в рабочих сосудах равномерно поднимается. При этом в БУРе специальный счетчик определяет перемещение поршня от начала его движения до момента контакта игольчатого штока с поверхностью поднимающейся жидкости в каждом рабочем сосуде. Поршень опускается до тех пор, пока со всех рабочих сосудов не поступил сигнал о контакте. Разность замеров между циклами измерений будет соответствовать осадке определяемых точек. Система позволяет выполнять измерения со средней квадратической ошибкой порядка 0,1 мм [3, c.28].

Способ микронивелирования применяют при наблюдениях за взаимным высотным положением близко расположенных на расстоянии 1 - 1,5 м точек. Такие задачи возникают при изучении осадок и наклонов отдельных конструкций: фундаментов, балок, ферм, технологического оборудования. Измерения выполняют с помощью микронивелира.

Фото - и стереофотограмметрический способы предусматривают применение фототеодолита для фотосъемки исследуемого объекта. Определение деформаций вообще и в частности осадок этими способами заключается в измерении разности координат точек сооружения, найденных по фотоснимкам начального (или предыдущего) цикла и фотоснимках деформационного (или последующего) цикла.

В зависимости от решаемой задачи, условий фотосъемки, вида сооружений и т.д. применяют следующие способы:

·фотограмметрический, деформации определяются в одной вертикальной плоскости XOZ, т.е. в плоскости, параллельной плоскости фотоснимка;

·стереофотограмметрический, деформации определяются по направлениям всех трех координат.

При фотограмметрическом способе фотографирование производят с одной точки при неизменном положении фотокамеры в циклах. При этом плоскость прикладной рамки, по возможности, устанавливают параллельно основной плоскости сооружения. Для вычисления деформаций, кроме измерения координат или параллаксов, на снимках необходимо знать отстояние фотокамеры от объекта и фокусное расстояние объектива фотокамеры [5, c.111].

При стереофотограмметрическом способе фотографирование объекта производят в циклах с двух точек базиса известной длины, в результате чего получают стереопару. Для вычисления деформаций измеряют по снимкам координаты точек базиса и горизонтальные параллаксы.

В обоих способах обработка снимков по координатам или смещениям производят в основном на стереокомпараторе.

Тщательно выполненные измерения и соответствующий учет элементов ориентирования позволяет определять деформации сооружений фотограмметрическими способами со средней квадратической ошибкой менее 1,0 мм.

Для случая, когда на одном и том же объекте приходится выполнять разные по точности наблюдения за осадками различных по чувствительности к деформациям сооружений, проектируют двух- и трехступенчатую схему или несколько не связанных между собой схем, опирающихся на самостоятельный или на один общий исходный репер.

Расчет величины обратного веса в выбранной схеме производят параметрическим, коррелатным способами, а также способом эквивалентной замены.

Наблюдение за осадками зданий при реконструкции

Особенности наблюдения за осадками зданий, цель которого состоит в сборе материалов для создания плана реконструкции или укрепления зданий и зданий, заключаются в следующем:

1. Выполнение наблюдений производится в условиях площадки с уже сформировавшейся застройкой и рельефом. Благодаря этому в течение многих циклов наблюдений достигается максимальная точности измерений, сохраняются изначальные структуры теодолитных и нивелирных ходов. Также при этом обеспечивается максимальная сохранность деформационных знаков.

2. Как правило, к периоду наблюдений практически все деформации завершаются, поэтому для правильной оценки скорости их появления и протекания необходима максимальная точность наблюдений; но при этом время проведения работ ограничено.

3. Сроки проведения работ обычно определяются сроками проведения инженерно-геодезических изысканий. Они не зависят от состояния здания или здание. Средняя длительность составляет от квартала до полугода, а количество циклов обязательно должно быть более трех [5, c.99].

4. Наблюдения часто начинается позже начала постройки здания или здание, поэтому общее значение деформации может быть установлено только сравнением действительного положения здание с плановым.

При наблюдении за осадками зданий нужно иметь ввиду, что в период проведения строительных работ может произойти повреждение участка высотной наблюдательной сети. Также, при изменении поверхности планировки, определенное количество осадочных марок станет труднодоступным, в следствие чего понизится точность определения их положения. Поэтому нужно предусмотреть в таких местах возможность дублирования марок путем размещения их на разных уровнях. Еще необходимо помнить, что при увеличении нагрузки на фундамент имеется вероятность возникновения опасности потери устойчивого положения основания и образования валов выпирания. Цель наблюдений – вовремя установить начало этого процесса, для чего на поверхности грунтового основания в участке застройки и за его границами устанавливаются поверхностные марки.

Заключение

Анализ результатов наблюдений позволяет совершенствовать технические процессы в строительстве, своевременно устранять последствия возникновения деформации, совершенствовать методы предрасчета деформации и получать дополнительные детальные сведения о геологическом строении массивов, на которых возводится здание.

Наблюдения за осадками сооружений выполняют способами геометрического и тригонометрического нивелирования, гидронивелирования, микронивелирования, а также фото- и стереофотограмметрическим способами.

Наиболее широко распространен способ геометрического нивелирования. Он обладает рядом достоинств, делающих его практически универсальным. Это высокая точность и быстрота измерений, простое и недорогое стандартное оборудование, возможность выполнять измерения в сложных и стесненных условиях.

При наблюдении за осадками зданий нужно иметь ввиду, что в период проведения строительных работ может произойти повреждение участка высотной наблюдательной сети. Также, при изменении поверхности планировки, определенное количество осадочных марок станет труднодоступным, в следствие чего понизится точность определения их положения. Поэтому нужно предусмотреть в таких местах возможность дублирования марок путем размещения их на разных уровнях. Еще необходимо помнить, что при увеличении нагрузки на фундамент имеется вероятность возникновения опасности потери устойчивого положения основания и образования валов выпирания. Цель наблюдений – вовремя установить начало этого процесса, для чего на поверхности грунтового основания в участке застройки и за его границами устанавливаются поверхностные марки.

Список использованных источников

1. Максименко, Л. А. Наблюдения за осадками зданий в эксплуатационный период / Л. А. Максименко // Интерэкспо Гео-Сибирь. – 2012. – Т. 4. – С. 193-196. – EDN PCRJTH.
2. Мухамадеев, Р. Р. Наблюдение за осадками зданий / Р. Р. Мухамадеев, О. В. Данченко // Безопасность - 2014 : Сборник научных трудов XIX Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием, Иркутск, 22–25 апреля 2014 года / Иркутский национальный исследовательский технический университет. – Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2014. – С. 332-333. – EDN XDWEVL.
3. Новиков, Ю. А. Геодезические наблюдения за осадками здания в рамках проведения геотехнического мониторинга / Ю. А. Новиков, А. Н. Краев // Вестник СГУГиТ (Сибирского государственного университета геосистем и технологий). – 2019. – Т. 24. – № 1. – С. 28-41. – DOI 10.33764/2411-1759-2019-24-1-28-41. – EDN ZCHEFF.
4. Соколова, В. А. Особенности производства геодезических работ по наблюдению за осадками здания / В. А. Соколова, С. А. Морковская, В. И. Куштин // Транспорт и логистика: стратегические приоритеты, технологические платформы и решения в глобализованной цифровой экономике : сборник научных трудов III международной научно-практической конференции, Ростов-на-Дону, 01–02 февраля 2019 года. – Ростов-на-Дону: Ростовский государственный университет путей сообщения, 2019. – С. 398-401. – EDN OENXSV.
5. Стародубцев, В. И. Инженерная геодезия: учебник / В. И. Стародубцев, Е. Б. Михалсико, Н.Д. Беляев. — Санкт-Петербург ; Москва ; Краснодар : Лань, 2021. — 239 с. — (Средиее профессиональное образование). — 18ВМ 978-5-8114-8176-7. — Текст : непосредственный.