Лекция 2. Методы наблюдений оснований и сооружений

Для наблюдений за деформациями оснований и сооружений применяют как геодезические, так и негеодезические методы изме­рений. При этом между ними должна быть установлена самая тесная связь, так как только на основе их совместного примене­ния можно получить наиболее полные данные о смещениях или стабильности исследуемого объекта.

К негеодезическим относят такие методы и приборы, с помо­щью которых определяют взаимные перемещения в плане или по высоте двух соседних наблюдаемых марок объекта. Приборы, применяемые для подобных измерений, закрепляют вблизи соору­жения (глубинные реперы) либо непосредственно на сооружении или внутри него таким образом, чтобы они перемещались вместе с сооружением. К ним относят отвесы, клинометры, деформометры, измерители перемещений, щелемеры, микрокренометры, прогибомеры, уклономеры, стационарные гидростатические системы, скобы, маяки и всякого рода датчики, работающие дискретно или непрерывно в полуавтоматическом или автоматическом режимах и др.

Основными и широко применяемыми методами наблюдений за деформациями являются геодезические. Они позволяют одновре­менно охватить почти все наблюдаемые марки объекта. По ре­зультатам геодезических измерений можно определить как взаим­ное перемещение двух любых наблюдаемых марок основания и сооружения, так и смещение каждой марки в отдельности отно­сительно исходных координат практически стабильного опорного пункта или репера на объекте. Кроме того, геодезические методы измерений и специальные приемы математической обработки их результатов позволяют в пределах заданной вероятности контро­лировать и выявлять значимую нестабильность опорных пунктов и реперов.

В практике наблюдений за деформациями наибольшее приме­нение находят следующие высокоточные инженерно-геодезические методы:

1) геометрическое нивелирование для определения вертикальных перемещений открытых и легкодоступных точек сооружений;

2) тригонометрическое нивелирование для определения верти­кальных перемещений открытых, но труднодоступных точек;

3) гидростатическое и гидродинамическое нивелирование для определения вертикальных перемещений закрытых труднодоступных точек, расположенных примерно на одном гори­зонте;

4) микронивелирование для определения вертикальных пере­мещений от легкодоступных точек прецизионных агрегатов и технологического оборудования, размещенных примерно на од­ном горизонте (±2 мм);

5) створные измерения для определения горизонтальных сме­щений открытых и доступных точек основания и сооружения, закрепленных вблизи створа, в направлении, перпендикулярном к створу;

6) метод угловой или линейно-угловой микротриангуляции (включая геодезические четырехугольники без диагоналей, угло­вые и линейно-угловые засечки) для определения горизонтальных смешений открытых труднодоступных точек;

7) метод полигонометрии для определения горизонтальных смещений открытых и легкодоступных точек оснований и сооружений и др.

Помимо наблюдений за деформациями, проводят исследования физико-механических свойств грунтов основания, из­мерения напряжений под подошвой фундамента и в узлах соору­жений, измерения температуры грунтов основания, фундамента и окружающей среды, уровня грунтовых вод и воды в верхнем и нижнем бьефах и т, п.

Данные физико-механических наблюдений необходимы для выявления характера деформаций оснований и сооружений и установления причин, порождающих опасные осад­ки и горизонтальные смещения.

Методы высокоточного инженерно-геодезического нивелирования

Высокоточное инженерно-геодезическое нивелирование выпол­няют в основном четырьмя методами:

а) геометрическим,

б) три­гонометрическим,

в) гидростатическим

г) микронивелированием.

Рисунок 1 - Методы высокоточного инженерно-геодезического нивелирования

Нивелирование названными методами, как известно, состоит в определении превышения h_1,2 одной точки 1 (рис. 1) над другой близкой к ней точкой 2. Согласно рисунку 1, вне зависимости от при­меняемого метода нивелирования из середины, превы­шение h_1,2, измеренное на станции, вычисляют по формуле

h_1,2 =З – П (10)

и схематически изображают линией, соединяющей точки 1 и 2, со стрелкой, указывающей направление передачи вы­соты.

В отличие от нивелирования из середины применяют и нивелирование вперед, при котором взгляд 3 назад заменяют измеренной или известной (постоянной) высотой v инструмента над задней точкой, и тогда

h_1,2 = v – П (11)

Входящие в формулы (10) и (11). взгляды 3 и П, свободные от угла наклона линии визирования, кривизны Земли, вертикаль­ной рефракции, вычисляют по специальным формулам в зависи­мости от применяемого метода нивелирования.

Гидростатическое нивелирование

Для гидростатического нивелирования применяется переносный шланговый гидронивелир проф. О. Мейссера (народное предприятие "Фрайберген Прецизионсмеханик" - ГДР) с диапазоном измерения 100 мм с ценой деления микрометрического винта 0,01 мм, с центральным подвешиванием, а также специальной штативной установкой, позволяющей производить измерения практически независимо от длины шланга.

Для исключения температурной погрешности вводят поправки, для чего в шланге под измерительной системой устанавливают специальный термометр, с помощью которого определяют температуру столба воды. Для облегчения работ во время процесса измерения контакт острия измерительного шпинделя с уровнем жидкости определяется по потуханию электрической лампочки.

Гидростатический уровень модели 115-1 завода "Калибр" предназначается для измерений превышений в диапазоне ±25 мм. В закрытых помещениях с постоянным температурным режимом уровень модели 115 обеспечивает измерение превышения на станции (одного штатива) со средней квадратической ошибкой около 5 - 8 мкм.

Для предохранения от нагрева головки гидронивелира модели 115-1 необходимо термоизолировать, а процесс измерений сокращать во времени.

Для измерения осадки и деформаций фундаментов турбоагрегатов, дымовых труб, башен градирен могут устанавливаться простейшие стационарные гидростатические системы. Простейшая гидросистема состоит из проложенных по периметру сооружения шланга или трубы, имеющих в наблюдаемых точках выходы (пьезометры) в виде стеклянных водомерных трубок с делениями. Измерительные сосуды (пьезометры) в гидростатических системах могут иметь последовательное соединение - разомкнутое и замкнутое. Замкнутая гидроситема во всех случаях предпочтительна, так как каждый сосуд имеет двойную связь с другим и, кроме того, при изменении высоты отдельных сосудов жидкость значительно быстрее приходит в состояние статического равновесия.

Сосуды (пьезометры) гидросистемы закрепляются на сооружении. В каждом цикле наблюдений берется отсчет уровня жидкости в сосудах. Разность отсчетов, взятых в различных циклах, характеризует значения осадки сосудов и, следовательно, сооружений.

Для устранения изменения начальной отметки уровенной поверхности жидкости вследствие вертикальных смещений отдельных сосудов в гидростатическую систему вводится компенсатор-резервуар значительного объема.

При измерении осадок и деформаций фундаментов турбоагрегатов ТЭС, где имеются большие тепловыделения в качестве рабочей жидкости, должна применяться жидкость с малым коэффициентом расширения, а также предусматриваться теплоизоляция и термостабилизация рабочей жидкости.

Осн.: [1], [16-25]

Доп.: [2], [39-41]

Контрольные вопросы:

1. Какие методы высокоточного инженерно-геодезического нивелирования бывают.

2. В чем состоит метод нивелирования.

3. Какие методы относятся не к геодезическим методам определения деформации.

4. Какие приборы используют при негеодезических методах измерения осадок сооружения.

1. Из чего состоит простейшая гидросистема.

Дата добавления: 2014-12-23