ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ
3.1. Общие принципы и методы проведения
геодезических наблюдений
Для обеспечения надежной и безаварийной работы гидротехнических сооружений в соответствии с Правилами технической эксплуатации проводят регулярные наблюдения за всеми элементами сооружений с целью контроля за состоянием и условиями работы сооружения и своевременного принятия мер, обеспечивающих его нормальную работу.
Геодезические наблюдения за деформациями и смещениями включают измерения при помощи геодезических инструментов горизонтальных и вертикальных смещений сооружений. Для наблюдений используется измерительная сеть, состоящая из следующих знаков:
репер - высотное положение этого знака является практически неизменным во все время наблюдений за деформациями сооружений;
марка - жестко укрепленный на конструкции сооружения знак, изменяющий свое высотное и плановое положение вследствие смещений сооружений;
опорный знак - практически неподвижный в горизонтальной плоскости знак, относительно которого определяются сдвиги и крены сооружений.
Все геодезические знаки, установленные на сооружении и вблизи него, образуют наблюдательную и опорную сети, связанные между собой геодезическими измерениями.
Проект опорной и наблюдательной сетей составляется в результате общего осмотра гидротехнического сооружения и прилегающей к нему территории и акватории. При этом учитывается следующее:
марки наблюдательной сети должны быть обязательно заделаны в тело сооружения в характерных точках, обеспечивающих наиболее полное отражение характера и размеров деформации;
знаки наблюдательной сети необходимо располагать через 5–20 м вдоль сооружения в зависимости от его жесткости;
места установки всех знаков опорной и наблюдательной сетей (реперов и марок) должны быть легкодоступны;
знаки опорной сети следует располагать в стороне от транспортных коммуникаций и мест складирования и перевалки грузов;
расстояния от знаков опорной сети до ближайших наблюдательных марок, расположенных на сооружении, не должны превышать 40–50 м;
в том случае, если марки наблюдательной сети располагаются по створной линии, опорные знаки должны устанавливаться на перпендикулярах к створной линии в ее концевых точках;
знаки опорной и наблюдательной сетей следует устанавливать с учетом возможной реконструкции и застройки территории исследуемого участка;
для обеспечения надлежащей точности оптических наблюдений протяженность линий створа не должна превышать 100–150 м.
Виды опорной и наблюдательной сетей выбираются в зависимости от конфигурации и расположения исследуемых гидротехнических сооружений в плане, а также от условий планировки и застройки прилегающей к сооружению территории.
Для обеспечения сохранности знаков опорной и наблюдательной сетей необходимо не допускать навала грузов на марки и реперы; окрашивать или смазывать густой смазкой металлические стержни, стаканы, крышки марок и реперов; следить за тем, чтобы крышки над реперами и марками были постоянно закрыты и соприкасались с головками знаков; не допускать швартовки шлюпок и катеров за установленные знаки.
Измерение вертикальных смещений (осадок) сооружений может выполняться следующим образом.
Геометрическое нивелирование заключается в определении превышения одной точки над другой при помощи горизонтального луча визирования и отвесно установленных в этих точках реек.
Тригонометрическое нивелирование состоит в определении превышения одной точки над другой путем измерения угла наклона визирного луча и расстояния от инструмента до точек визирования.
Гидростатическое нивелирование предусматривает определение превышения одной точки над другой с использованием закона сообщающихся сосудов.
Фотограмметрический способ заключается в периодическом фотографировании фототеодолитом точек сооружения и обработки фотоснимков на стереокомпараторе с целью определения осадок.
Требуемая погрешность измерения величин осадок гидротехнических сооружений определяется предельными значениями смещений этих сооружений, которые могут быть допущены без нарушения нормальных условий их технической эксплуатации. Эти условия определяют выбор класса измерения и соответствующего метода проведения работ.
Перед началом измерений деформаций гидротехнических сооружений устанавливаются исходные геодезические знаки - реперы опорной сети:
глубинный - фундаментальный геодезический знак, закладываемый в практически несжимаемые грунты (рис. 3.1, 3.2);
грунтовой - знак, закладываемый ниже глубины промерзания грунта (рис. 3.3, 3.4);
стенной (или стенная марка) - геодезический знак, закладываемый в стену здания или сооружения, осадку которых можно считать практически закончившейся (рис. 3.5, 3.6).
Основание глубинного репера доводится до скального или практически несжимаемого грунта. Грунтовые реперы (обычно трубчатые или свайные) служат для проверки знаков наблюдательной сети в высотном и плановом отношении.
Стенные реперы и марки из грунта или упрощенные из стального уголка закладываются не ниже 0,5 м над поверхностью территории.
После установки репера на него передаются отметки от ближайших точек государственной геодезической высотной сети или он привязывается к условной системе высот.
Наблюдательные марки различного назначения, заложенные в тело сооружения, образуют наблюдательную сеть. Размещение марок должно обеспечивать наиболее благоприятные условия выполнения геодезических работ.
| Рис. 3.1. Глубинный трубчатый репер, закладываемый бурением: 1 - запрессованная бронзовая головка с перекрестием; 2, 8 - сальники; 3 - мазут; 4 - цемент; 5 - наваренный фонарь из полосового железа; 6 - труба (Æ 150 мм); 7 - труба (Æ 60 мм); 9 - поддон металлический | Рис. 3.2. Глубинный репер с гибкой реперной штангой: 1 - рычаг; 2 - шкаловая марка; 3 - груз; 4 - инварная проволока; 5 - защитная труба; 6 - труба-люк; 7 - сальник; 8 - шток; 9 - горизонт инструмента |
Измерение горизонтальных смещений сооружений выполняется следующими методами:
створные наблюдения, применяемые в случае неподвижности концевых знаков створа - наблюдательных пунктов;
измерения малых (параллактических) углов, заключающиеся в точном измерении теодолитом малых углов между постоянным направлением створа и направлениями на каждую промежуточную наблюдательную марку, лежащую примерно на этом створе;
отдельные направления, при которых допускается предварительно не вычислять координаты наблюдательных марок в различных циклах наблюдений;
| Рис. 3.3. Трубчатый грунтовой репер на бетонном фундаменте: 1 - люк с крышкой; 2 - крышка; 3 - реперная головка (Æ 2–4 см); 4 - кирпичный или бетонный сборный колодец; 5 - реперная труба (Æ 7–8 см); 6 - защитная труба (Æ 12–15 см); 7 - бетонная подготовка; 8 - хомут для удержания защитной трубы; 9 - анкерный лист; 10 - бетонная подушка; 11 - шлак | Рис. 3.4. Грунтовой свайный репер, устанавливаемый забивкой или в котловане ниже глубины промерзания на 1–2 м: 1 - люк с крышкой; 2 - кирпичный или бетонный сборный колодец; 3 - реперная головка (Æ 2–4 см); 4 - шлак; 5 - бетонная подготовка при установке в котлован; 6 - свая; 7 - толь или битум |
триангуляция, применяющаяся для наблюдений за горизонтальными смещениями гидротехнических сооружений, на которых наблюдательные пункты не могут быть связаны с опорными пунктами путем линейных измерений;
полигонометрия, основанная на измерении сторон и углов замкнутых полигонов, образованных знаками опорной сети (реперами) и наблюдательных пунктов, расположенных на сооружении, с целью вычисления координат наблюдательных пунктов за период между двумя наблюдениями определяют из двух циклов наблюдений с учетом возможного смещения знаков опорной сети;
трилатерация, заключающаяся в измерении в треугольнике, образованном наблюдательным пунктом и двумя опорными пунктами, применяется для наблюдения за горизонтальными смещениями сооружений;
комбинированный, применяемый при измерениях горизонтальных смещений при неустойчивости наблюдательных пунктов: метод створных наблюдений комбинируется с методами отдельных направлений, триангуляции, полигонометрии, трилатерации.
| Рис. 3.5. Стенной нивелирный репер | Рис. 3.6. Стенной нивелирный репер упрощенного типа: 1 - каменная стена; 2 - цементный раствор; 3 - уголок 30´30´5 мм |
Измерение горизонтальных смещений сооружений, так же как и измерение их осадок может выполняться фотограмметрическим способом.
Техническая документация по результатам геодезических наблюдений за общими и местными деформациями сооружения должна освещать цели и задачи измерений, примененную методику работ и использованные инструменты, периоды наблюдений, вид производства работ (рекогносцировка, изготовление и установка знаков, угломерные наблюдения, створные измерения, нивелирование, измерение углов наклона верхней грани сооружения и т.п.), камеральную обработку с оценкой точности измерений.