Геодезические методы обследования

 

Геодезические методы обследования

Для выявления деформаций здания, вызванных неравномерной  осадкой фундаментов (крена, прогиба, выгиба, перекоса), отклонений от проектного положения конструкций из-за ошибок при их возведении (смещения в плане  и по высоте, наклон и др.) и составления  исполнительных планов здания применяют  геодезические методы обследования.

Основными инструментами  при этом являются высокоточные или  точные нивелиры, теодолиты высокой  и средней точности, фототеодолиты, нивелирные рейки, мерные ленты.

Для определения осадок фундаментов  и вертикальных деформаций стен, колонн и перекрытий производят периодическое  повторное нивелирование марок, установленных на зданиях или  сооружениях, по отношению к практически  неподвижным реперам.

В качестве опорных реперов  чаще всего используют городскую  геодезическую сеть.

При отсутствии вблизи здания реперов геодезической сети устанавливают  специальные реперы. Репер состоит  из трех элементов: головки, базы и защитного устройства (рис. 1).

Рис. 1 Схема, репера:

1 - полу  сферическая головка; 2 - стальная  труба; 3 - свал; 4 - бетонный колодец; 5 - уровень промерзания грунта; 6 - засыпка опилками или шпаком; 7 - деревянная крышка; 8 - чугунная  крышка

Реперная головка изготавливается  из бронзы или нержавеющей стали  в виде полусферической поверхности  радиусом 40 мм.

Базой репера служат металлический  штырь, труба, зацементированная в  бетонном основании, металлическая  забивная или железобетонная (набивная, буроинъекционная) свая. Выбор базы зависит от инженерно-геологических  условий застроенной площадки.

Защитное устройство может  быть разной конструкции. Для свайных  реперов устраивают бетонный или  кирпичный колодец глубиной па 0,5 м ниже границы промерзания грунта. Над колодцем располагают чугунный люк с наружной чугунной крышкой и внутренней деревянной, обитой теплоизоляционным материалом. Реперная головка должна находится в центре колодца на 0,5 м ниже чугунной крышки. Колодец засыпают до уровня реперной головки сухими опилками, шлаком или торфом.

Реперы, предназначенные  для наблюдения за осадкой фундаментов, нельзя закладывать на участках, подверженных оползням, карстовым явлениям. Реперы располагают вне мест проездов, складских  территорий и как можно дальше от агрегатов, создающих вибрации. Одновременно стараются разместить их возможно ближе  к маркам, чтобы повысить точность определения превышения между ними. Чтобы осадка фундамента не влияла на репер, минимальное расстояние от него до края подошвы фундамента должно быть не менее половины разности глубины  заложения репера и подошвы фундамента. У наблюдаемого здания нужно закладывать  не менее двух реперов.

Нивелирные осадочные  марки размещают в здании так, чтобы по результатам наблюдений можно было узнать о деформации здания (осадке, крене, перекосе) и его основания. Осадочные марки бывают разной конструкции. Они могут изготовляться из круглой  стали (рис.2). Горизонтальная часть марки делается из круглой стали диаметром 25 мм, а вертикальная - из круглой стали диаметром 20 мм. Вертикальная часть заканчивается полусферической головкой.

Марка заделывается на цементном  растворе в скважину, высверленную в стене или фундаменте. Расстояние от сферической головки до плоскости  стены - около 40 мм.

Осадочные марки изготавливают  также из обрезков уголка длиной 160 мм и сечением не менее 50х50х5 с заделкой в гнездо на глубину 100 мм ребром вверх. К стальным колоннам приваривают  отрезки уголка длиной 60 мм.

Открытые осадочные марки  могут повреждаться, поэтому надежнее поставить закрытые марки (рис. 3). Закрытую марку закладывают заподлицо со стеной и закрывают крышкой, которую во время наблюдения снимают; вместо нее ввинчивают болт с шаровой головкой. После ввинчивания болта расстояние от центра головки до плоскости стены должно быть 40...50 мм. Хвостовик скрытой марки представляет собой трубу с внутренней нарезкой и внешними анкерами для заделки в гнезде.

В жилых и общественных зданиях осадочные марки размещают  по периметру через 10...12 м (на углах  здания, в местах примыкания поперечных и продольных стен, по обеим сторонам осадочных швов). При ширине здания более 15 м марки закладывают также  в лестничных клетках и на внутренней продольной оси здания.

Для определения крена  и стрелы прогиба фундамента устанавливают  от трех до семи марок вдоль продольной и поперечной осей сооружения.

Рис. 2 Открытая осадочная марка из круглой стали:

1 - сферическая  головка; 2 - вертикальная часть; 3 - горизонтальная  часть (хвостик); 4 - поверхность стены

Рис. 3 Закрытая осадочная марка:

1 - крышка; 2 - болт с шаровой головкой; 3 - головка хвостовика; 4 - хвостовик  из трубы с анкерами; 5 - раствор  омоноличивания

В сборных конструкциях осадочные  марки закладывают на несущих  колоннах каркаса по периметру и  внутри здания, на углах торцевых стен, у осадочных швов и в местах примыкания к существующим зданиям. Расстояние между марками в этих зданиях должно быть в пределах 10...15 м.

При определении деформации сооружения нивелированием предельное расстояние от нивелира до рейки должно быть не менее 3 м и не более 25 м. Оптимальная  длина визирного луча находится  в пределах 10...15 м.

Нивелирование целесообразно  производить одной рейкой. При  повторном нивелировании прибор следует устанавливать на одних  и тех же точках, соблюдая по возможности  постоянство направления ходов  при одинаковом количестве станций  в них. Должна быть составлена схема  расположения и нивелирования осадочных  марок с привязкой стоянок  нивелира к зданию.

На основе результатов  систематического нивелирования определяют скорость осадок марок во времени.

Среднюю скорость осадки марки  вычисляют по формуле

u=(s₂-s₁)/(t₂-t₁),                                                 (1)

где s₁ и s₂ - осадки одной и той же марки в моменты времени t₂ и t₁.

Как отмечалось выше, минимальное  расстояние от нивелира до рейки у  обычных нивелиров равно 3 м. Однако при производстве нивелирных работ  внутри здания появляется необходимость  в более близком расположении нивелира от рейки. В этом случае на нивелире устанавливается насадка, в которую вмонтированы оптические стекла с разной диоптрией. В комплект насадки входит измерительная рейка, состоящая из штока, по которому перемешается подсвечиваемая рейка. Длина рейки 1000 мм. Насадка, в зависимости от расположенной против объектива  нивелира линзы, позволяет производить  отсчеты по рейке, установленной  на расстоянии от 0,5 до 3 м.

Наклон здания, отклонения плоскости стен и углов от вертикали  измеряют теодолитами высокой и  средней точности. Теодолит центрируют над постоянным знаком, заделанным в грунт; в верхней части здания и сооружения выбирают какую-нибудь заметную точку и проектируют  ее по вертикальной нити теодолита  на цокольную часть здания при  двух положениях трубы теодолита. Периодически снося точку вниз и отмечая  на цоколе ее проекции штрихами, определяют крен за какой-то промежуток времени.

Крены зданий измеряют с  двух взаимно перпендикулярных сторон (рис. 4) для того, чтобы, определив частное приращение крена со станции 1-q₁, и частное приращение крена со станции2 - q₂, получить полное приращение крена по формуле

                                                  (2)

Для характеристики направления  крена по отношению к сторонам света на плане вектора крена  обычно указывают направление меридиана.

Рис. 4 Схема определения крена здания теодолитом:

1- вертикаль; 2 - линейка

Наиболее надежно определяют крен с помощью измерения горизонтальных углов (рис. 5). Теодолит устанавливают над центром хорошо закрепленного знака А (на расстоянии 20...50 м по направлению продолжения одной стены), измеряют угол b между маркой В, находящейся на верхнем обрезе стены, и каким-нибудь удаленным постоянным предметом С на местности. Затем прибор переносят на линию продолжения другой стены в точку A₁ и измеряют угол b₁ между маркой В и тем же или новым удаленным пунктом местности С₁. Периодически измеряя углы b иb₁, получают приращение значений кренов здания в градусах. Для перехода от градусов к линейным размерам используют зависимость

q=Db"Lr"                                                           (3)

где q и Db" - частичное приращение крена соответственно в мм и с;

L - горизонтальное расстояние от станции А до проекции точки В, мм;

r" - радиан, с.

Рис. 5 Схема определения крена здания с помощью измерения горизонтальных углов

Полное приращение крена  определяют по формуле (2). Чтобы вычислить не только полное приращение крена, но и его абсолютное значение, на вертикальной грани, проходящей через точку В, нужно установить на фундаменте вторую марку B₁ (штырь в виде крюка), удаленную от угла или плоскости стены на такое же расстояние, что и верхняя марка В. Из тех же точек стоянок теодолита А и А₁ измеряют горизонтальные углы между В и В₁.

Вначале вычисляют абсолютные значения частных кренов грани стены  между точками В и В₁, а затем - полный крен. Формула (2) пригодна только в том случае, если станции наблюдения располагаются во взаимно перпендикулярных направлениях. Если это условие не соблюдается, то полный крен определяют графически по правилу перпендикуляров (рис. 6).

Технический отчет о геодезическом  обследовании зданий и сооружений включает в себя следующую информацию: цель обследования; краткую топографическую  характеристику площадки застройки; описание наблюдаемого объекта; планы фундаментов  и первого этажа; продольные и  поперечные разрезы основных несущих  конструкций; план расположения знаков высотной основы (реперов) и осадочных  марок на сооружении; ведомости осадок и отметок марок по всем циклам измерений; таблицы среднемесячных и среднегодовых скоростей осадок для наиболее показательных точек  сооружения; план фундаментов с нанесенными  линиями равных осадок за весь период измерений; график осадок нивелирных марок во времени; развернутый график осадок в виде последовательных линий деформаций фундаментов.

Рис. 6 Схема определения крена здания по правилу перпендикуляров

По характеру линий  равных осадок в пределах контура  фундаментов определяют местонахождение  очага осадков и направление  кренов различных участков здания.