Разработка методики геодезических наблюдений за осадками инженерных сооружений

    В зависимости от решаемой задачи, условий фотосъемки, вида сооружения 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 расстояние фотокамеры от объекта и фокусное расстояние объектива фотокамеры.

    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 обработку снимков по координатам или смещениям производят в основном на стереокомпараторе или на компьютере.

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

    При наблюдениях за осадками крупных инженерных сооружений, отличающихся повышенными требованиями к точности производства этих работ, разрабатывается, как правило, специальная методика геодезических измерений. Исходными данными для разработки методики измерений служат величины погрешностей m_s определения осадок наблюдаемых точек, измеренных относительно исходного репера, и погрешностей m∆_s разности осадок двух точек, расположенных на определенном расстоянии друг от друга.

    Связь между требуемой точностью наблюдений и погрешностью единицы веса μ, определяющей методику измерений, может быть представлена в следующем виде:

          μ< = m_s /2QН   μ< = m∆_s /2Q∆Н  

       О_н - обратный вес отметки наиболее слабо определяемой точки;

  Q∆Н - обратный вес превышения между исследуемыми точками, к точности взаимного положения которых предъявляются повышенные требования.

    При использовании способа геометрического нивелирования в качестве погрешности единицы веса д. удобно принимать среднюю квадратическую погрешность превышения h, измеренного на станции по двум шкалам в ходе одного направления при выбранной базовой длине D визирного луча,

    hD=0.5(h осн+h доп)

h осн и h доп- превышения по основной и дополнительной шкале соответственно.

4. Периодичность и цикличность наблюдений

 

Периодичность наблюдений за осадками сооружений в  строительный период определяется по признаку роста нагрузок на основание. Первый цикл измерений осадок производится после возведения фундаментов до приложения горизонтальной нагрузки к сооружению (например, до заполнения пазух котлована грунтом). Число циклов измерений осадок после нулевого цикла должно быть не менее четырех (при 25, 50, 75 и 100% нагрузки на основание).

После достижения полного веса сооружения периодичность наблюдений за осадкой  изменяется в зависимости от вида грунта, на который опирается сооружение: на связных грунтах (глины, суглинки, илы) через 3-4 месяца; на несвязных грунтах (пески) через 5-6 месяцев; на просадочных грунтах - до трех месяцев.

Наблюдения  за осадкой продолжаются до полной стабилизации основания сооружения, т.е. до тех пор, пока изменение осадки сооружения в последних трех циклах наблюдений будет равна нулю (в пределах точности наблюдений).  

5.  Проектирование схемы нивелирных ходов 

     Определение весовых характеристик превышений

     За  вес P пр

     инимают величину :

       

     где, -средняя квадратическая ошибка превышений, - средняя квадратическая ошибка единицы веса.

     Исследования  показали , что  . При незначительном влиянии систематических ошибок для нивелиров класса Н-1.

       

     D- длина визирного луча в метрах, - средняя квадратическая погрешность взгляда, мм.

     Величина  - средняя квадратическая ошибка единицы веса определяется как при значении величины D в системе ходов.  

     

;

     

        

 

Вычисления превышений для секций приведены в таблице 1 и 2. 

                                                                                                   Таблица 1

Длина плеча D,м	Погрешность		Обратный  вес,
	mвзгл.	m взгл.
5	0,021	0,00044	0,25
10	0,028	0,00078	0,44
15	0,035	0,00123	0,69
20	0,042	0,00176	1,00
25	0,049	0,00240	1,36
30	0,56	0,00314	1,78
35	0,63	0,00397	2,25
40	0,070	0,00490	2,78

 

      

Вычисление  превышений секций                     Таблица 2

№	Неравноточные измерения									Равноточные превышения								П секц.
	Длина плеча, м									Длина плеча, м								од	дв
	5	10	15	20	25	30	35	40	в	5	10	15	20	25	30	35	40
1	1	2	1	2	2	1	3	2	14	0,25	0,88	0,69	2	2,72	1,78	6,75	5,56	20,63	10,32
2	4	12							16	1	5,28							6,28	3,14
3	4	9							13	1	3,96							4,96	2,48
4	4	9							13	1	3,96							4,96	2,48
5			2	4	2	2		2	12			1,38	4	2,72	3,56		5,56	17,22	8,61
6	2	4	1	2	1		1		11	0,5	3,52							8,56	4,28
7	2	8							10	0,5	3,52							4,02	2,01
8		8							8		3,52							3,52	1,76
9		10							10		4,4							4,4	2,2
10	3	1	2	2	4		1	2	15	0,75	0,44	1,38	2	5,44		2,25	5,56	17,82	8,91
11	3	5	4	3	3	3	3	2	26	0,75	2,2	2,76	3	4,08	5,34	6,75	5,56	30,44	15,22

 
 
 
 

6. Метод эквивалентной замены

     При этом способе систему нивелирных ходов путем последовательного  преобразования заменяют одиночным  эквивалентным ходом, соединяющим  искомую точку Е, с исходным репером  С. Длину такого эквивалентного хода выражают числом pэкв превышений, вес которых принят за единицу.

     Применение  способа эквивалентной замены для  вычисления имеет ряд преимуществ, (задача решается наглядно; Формулы  для вычисления простые; местоположение слабой точки Е определяется однозначно; можно определить pсе до всех точек в любой секции), но для сложных сетей этот способ может оказаться трудоемким. Прежде всего, надо предположить ориентировочно в каких секциях располагаются слабо определяемые точки. И промежуточный ход не следует заменять эквивалентным до самого последнего преобразования, иначе реальное положение точки Е будет утрачено и решение задачи станет неопределенным. Так как контроль вычислений в этом способе отсутствует, их необходимо производить очень тщательно.

     Применительно к схеме нивелирных ходов могут быть использованы следующие преобразования.

     Для нивелирного хода, опирающегося одним  концом на исходный репер С по схеме (рис.4) 

     

           Рис. 4

         

     для замкнутого полигона опирающегося на опирающегося на исходный репер С по схеме (рис. 5). 

     

     Рис. 5

     для любой точки J:

     Поскольку однозначно определить слабую точку  Е невозможно, то определяют значение pсе для нескольких наиболее удаленных марок хода. Из сопоставлений значений pсе находим самую слабую точку сети. pсе для этой точки максимальное. Подставим найденное значение в формулу 

     

 

     В связи с тем, что перед наблюдениями поставлена дополнительная задача - определение  разности DS1,2 осадок возникает необходимость дополнительной проверки формулы сети: будет ли обеспечена заданная точность mDS1,2.

     Она будет обеспечена в том случае, когда интересующие нас марки Ns и N1 окажутся на концах нивелирного хода, весовая характеристика которого не превышает допустимого значения: 

     

 

     Если  марки N1 и N2 находятся в разных секциях  одного и того же замкнутого полигона с периметром [p], допустимый периметр вычисляется: 

     

 

     Сравниваем  допустимый периметр с запроектированным, если допустимый периметр меньше проектного необходимо устранить недостаток схемы. Для этого проектируют: введение дополнительных перемычек, разделяющие большой полигон на несколько меньших. После этого оценку проекта схемы повторяют до тех пор, пока величина mh не обеспечит получение заданных допусков ms и mDS. Проложение в интересующих секциях нивелирных ходов в прямом и обратном направлениях при двух горизонтах. Применение в различных частях схемы разных классов нивелирования, одну для обеспечения ms, другую для обеспечения mDS.

     Оценка  качества проекта схемы изм

     ерений.

     Нахождение слабой точки сети:

     p 3-4 = 1,24

     p 2-3-4 = 0,88

     p 7-8 = 0,94

     p 7-8-9 = 0,6

     p М14 = 12,9

     p М56 = 15,35

     p Грп.3 = 15,13

     Марка 56 является слабой точкой в сети p СЕ = 15,35

     Определяем  предельное значение погрешности превышения mh, что позволит сделать выбор методики (класса) нивелирования:

     ms= 2,0 мм 

       mDs= 1,2 мм

         mh =0.39

     Чтобы обеспечить такую точность необходимо провести нивелирование II класса.