Инженерная геодезия

Разбивочные работы начинают с восстановления трассы на участке мостового перехода. При этом контролируют пикетаж, с помощью теодолита проверяют правильность расположения исходных точек моста на оси трассы и расстояние между исходными точками. Для контроля геодезической сети измеряют углы между сторонами сети и сравнивают их с полученными ранее. Высотную сеть проверяют, измеряя геометрическим нивелированием превышения между реперами. Ось моста закрепляют дополнительными знаками, вынесенными за пределы земляных работ так, чтобы измерениями от этих знаков положение исходных пунктов мостового перехода в случае их повреждения могло быть восстановлено.
Основные задачи геодезических работ в ходе строительства моста— это разбивка мостовых опор и пролетных строений, контроль размеров поступающих с завода монтажных элементов, контроль за возведением всех частей сооружения, разбивка вспомогательных сооружений (зданий, дорог, причалов и пр.), исполнительная съемка построенного сооружения, наблюдения за деформациями моста. Наиболее сложны и ответственны работы по разбивке опор и пролетных строений. Согласно СНиП III-43—75, средние квадратические погрешности при контроле за возведением опор не должны превышать следующих значений: координат центров фундаментов опор — 50 мм, координат центров опор выше обреза фундамента — 12 мм, отметок временных реперов на опорах — 5 мм.
При строительстве больших мостов выполненные геодезические работы должны контролироваться и приниматься комиссией с участием главного инженера, геодезиста и производителя работ перед началом строительства, после разбивки осей опор, возведения фундаментов опор, возведения опор и разбивки осей подферменных площадок, установки пролетного строения на опорные части.
При разбивке центров опор на суходоле, несудоходных реках и зимой по льду положение центров опор определяют, откладывая проектные расстояния от исходных точек по оси моста. При этом створ оси моста разбивают с помощью теодолита или закрепляют натянутой по оси проволокой. Расстояния измеряют по специально построенному горизонтальному деревянному мостку шкаловой лентой или рулеткой с постоянным натяжением через динамо-метр. Измерение выполняют дважды, исправляя результаты поправками за температуру и компарирование, а при наклонном мостке — и за наклон. На крутых склонах мостки делают ступенчатыми, перенося конец измеряемого отрезка с одного уровня на другой с помощью отвеса. Разбивку ведут от обеих исходных точек к середине, так что для центра средней опоры получают две точки. Если расстояние между ними не более 17—20 мм, за центр опоры принимают середину между точками и соответственно сдвигают центры остальных опор на величины, пропорциональные расстояниям от исходной точки. Разбивку контролируют измерением длин пролетов.

Работы по разбивке центров опор существенно ускоряются при использовании для измерения расстояний светодальномеров или короткобазисной полигонометрии.
Намеченный центр опоры закрепляют с каждой стороны двумя знаками (столб с гвоздем наверху), вынесенными за пределы строительных работ (рис. 14.8, а). При этом прямой угол от оси моста откладывают теодолитом, эккером или шаблоном. Центр опоры, расположенной на воде, закрепляют створными знаками на берегах вне зоны затопления. Положение одного створного знака, например С (рис. 14.8, б), выбирают произвольно, а другого знака С — построением в центре опоры О угла, равного 180°. Можно оба створных знака расположить и на одном берегу (D" вместо D'). При этом чем больше междустворное расстояние DD"тем точнее створ. Устанавливая теодолит в точках В, С, D, проверяют правильность построения створов и отклонение створной плоскости от точки О. Отклонение не должно превышать 8—10 мм.
При строительстве моста, перекрывающего пойменные участки длиной более 100 м, и в ряде других случаев параллельно оси перехода вне зоны строительных работ разбивают вспомогательную (дублерную) ось. На неглубоких реках ее прокладывают по специально устроенным мосткам, имеющим дос. ку-настил для прохода людей и полку для измерения расстояний и установки теодолита. Для разбивки дуб-лерной оси сначала с помощью теодолита и мерной ленты под прямым углом к оси перехода переносят исходные точки А и В (рис. 14.9), по которым вешают вспомогательную ось А'В'. От точек А' и Вг, как от исходных, на вспомогательной оси разбивают проекции центров опор (точки Г, 2', 3 ...) и закрепляют их на
мостках гвоздями. Построив теодолитом в каждой из этих точек прямой угол, намечают оси опор, которые в пересечениях с осью перехода АВ дают положение центров опор (1, 2, 3, ...). Оси опор закрепляют сваями.
Вспомогательную ось можно проложить и по старому или временному мосту. В этом случае она будет не параллельна основной, однако это не затруднит разбивочные работы, так как все линейные и угловые величины, нужные для разбивки осей опор, легко рассчитать.

Разбивочным работам предшествует составление генерального разбивочного чертежа. На нем показывают исходные точки перехода, пункты геодезической сети и центры опор с указанием расстояний между ними (часть генерального разбивочного чертежа показана на рис. 14.11). На чертеже показывают, с каких именно опорных пунктов и каким способом разбивается центр каждой опоры, и выписывают дирекционные углы засечек, разбивочные расстояния и разбивочные углы р. Последние вычисляют либо как разности соответствующих дирекционных углов, либо из решения треугольников, используя проектные данные и уравненные значения углов и длин сторон треугольников. Например, sin р2= = (Sаз/Sad) sin BAD. Для центра каждой опоры проектируют засечки, не менее чем с трех пунктов триангуляции.
При строительстве мостов на глубоких реках опоры чаще всего строят на сваях, сваях-оболочках или опускных колодцах. Сваи и сваи-оболочки наиболее точно погружают с помощью направляющего каркаса, имеющего свою ячейку для каждой сваи. Плавучим краном или на плашкоутах его доставляют на место и выводят в проектных координат. Основные способы привязки к пунктам геодезической основы следующие.

Сборку пролетного строения можно выполнять непосредственна в пролете или на берегу с последующей доставкой его на место путем накатки по готовой части моста или по воде. При сборке про* летного строения на берегу на строительной площадке разбивают и надежно закрепляют ось пролетного строения или параллельный ей створ. От этих линий разбивают оси обеих ферм и «а них — места расположений нижних (опорных) узлов ферм. Нивелированием определяют отметки мест расположения узлов и назначают высоту клетей под каждый узел, руководствуясь при этом заданными значениями строительного подъема — плавного возвышения средней части фермы относительно ее концов.
В дальнейшем основным содержанием геодезических измерений является проверка плана ферм и строительного подъема. План ферм проверяют с помощью нивелирной рейки и теодолита, установленного на оси строения в одном его конце и ориентированного по оси. Рейку устанавливают горизонтально, упирая ее пятку в стойки фермы поочередно у верхнего и нижнего узлов. Отсчеты, взятые по рейке, позволяют построить планы поясов ферм. По плану судят о прямолинейности пояса, а сравнивая планы верхнего и нижнего поясов — о вертикальности ферм. План ферм можно построить и без применения нивелирной рейки, если на каждой поперечной балке отметить керном или краской ее середину и положение следа коллимационной плоскости теодолита. Для построения плана достаточно знать длины поперечных балок и измерить расстояния между двумя названными метками. При отсутствии теодолита разбивку и проверку плана ферм выполняют измерениями рулеткой от натянутой по оси пролетного строения проволоки.
Строительный подъем проверяют техническим нивелированием соответствующего пояса ферм. В фермах с ездой понизу нивелируют нижний пояс, в фермах с ездой поверху — верхний. По результатам нивелирования строят график строительного подъема — профиль пояса, по которому судят о точности выполнения проекта.
Измерения пролетного строения повторяют на всех основных этапах его сборки и установки: по окончании сборки нижней части строения, крановой, сборки после сварки (или клепки), перед снятием и после снятия пролетного строения со сборочных клеток, перед установкой и после установки на опорные части, во время и после снятия пробной нагрузки.Перед установкой пролетного строения на опорах выполняют разбивку опорных частей. При этом тщательно измеряют расстояния между центрами опор и опорными частями пролетных строений и учитывают отличия действительных расстояний между опорами и размеров пролетных строений от проектных значений. При установке подвижных опорных частей учитывают еще и температуру воздуха. Приварку или приклепку опорных частей к фермам рекомендуют делать после опускания пролетного строения на место.
Если пролетное строение сооружают в пролете, выполняют следующие геодезические работы: разбивку временных опор, вынесение оси пролетного строения на временные опоры, контроль правильности сооружения кружал и подмостей, наблюдение за деформациями временных опор, периодическую проверку плана ферм и строительного подъема. При навесной сборке контролируют правильность установки каждого устанавливаемого элемента в плане с помощью теодолита, установленного на опоре, и по высоте — с помощью нивелира.
При постройке мостов разных типов способы и порядок геодезР!-ческих работ различаются в зависимости от конструкции моста, его размеров и способов строительства.
По мере завершения отдельных этапов строительства выполняют исполнительные съемки. В результате исполнительных съемок получают чертежи опор, планы поясов ферм, профили ферм и рельсового пути, ведомости расстояний между центрами опор и отметок реперов на опорах и др.

Геодезические работы, выполняемые для строительства тоннелей, состоят из топографической съемки местности, создания геодезической основы строительства, разбивочных работ, наблюдения за деформациями тоннеля в ходе строительства и при его эксплуатации. Съемку местности выполняют в масштабе 1 : 10 000, а по рассе тоннеля на полосе шириной 100—200 м — в масштабе 1 : 1 ООО—1 : 2000.
Геодезическая основа строительства тоннеля включает в себя сети четырех ступеней: тоннельную триангуляцию, основную, подходную и подземную полигонометрию. Тоннельную триангуляцию создают при строительстве тоннелей большой протяженности (более 1 км) как главную основу для всех геодезических работ; на нее опираются все остальные ступени сгущения сети.Для строительства метрополитенов сети триангуляции имеют более сложные формы. Пункты триангуляции располагают не далее 2 км от трассы, по возможности вблизи порталов тоннеля и шахт, но вне зоны, где возможны деформации в ходе строительства тоннеля. Для тоннелей небольшой протяженности (до 1 км) триангуляцию не создают, ограничиваясь приложением основной полигонометрии.
Наиболее ответственная задача геодезических работ при строительстве тоннеля — это обеспечение точной сбойки встречных забоев. При строительстве транспортных тоннелей для поперечной сбойки установлен допуск 10 см. Относя к каждому из встречных забоев половину этой величины, получим для одного забоя допуск 5 см. Поэтому при проектировании тоннельной триангуляции для прямолинейного тоннеля в первую очередь необходимо рассчитать точность передачи дирекционного угла от стороны АВ на сторону CD и поперечную погрешность в положении пункта D относительно пункта А (рис. 14.15). Погрешность в передаче дирекционного угла влечет за собой неверное ориентирование встречных забоев, а поперечный сдвиг — неверное расположение порталов тоннеля относительно его оси. При строительстве криволинейного тоннеля на точность сбойки в равной мере влияет и продольный сдвиг пункта D.

Подходная полигонометрия служит для передачи углов и координат к входам в тоннель. Угловые невязки в ней ограничены допуском8" У ft, а линейные относительные— 1/20 000. Для достижения такой точности углы измеряют теодолитами Т2, а длины линий— стальной рулеткой по штативам с постоянным натяжением.
Подземную полигонометрию прокладывают в виде двух висячих ходов:
хода рабочей подземной полигонометрии со сторонами 25— 50 м, обеспечивающего достаточное число геодезических пунктов для разбивочных работ;
хода основной полигонометрии со сторонами 50—100 м, обеспечивающего точность сбойки встречных выработок.
При длине хода более 1 км строят еще главный ход со сторонами 200—800 м. Длину сторон главного хода вычисляют, проецируя на нее стороны основной подземной полигонометрии, а углы измеряют.
Знаками полигонометрии служат металлические стержни в бетонных монолитах и обделке тоннеля, а также высверленные и за-чеканенные медью отверстия в металлических обделках.
Стороны подземной полигонометрии измеряют стальными рулетками с постоянным натяжением, а углы — точными теодолитами. Визирными целями служат освещенные нити отвесов, повешенных над центрами знаков, а при значительной длине сторон — освещенные марки. Ориентирование хода подземной полигонометрии при входе в тоннель через порталы выполняется примыканием хода к наземной тоннельной триангуляции или полигонометрии. При входе в тоннель через вертикальный ствол подземную полигонометрию ориентируют либо с помощью шахтных отвесов, либо с использованием гиротеодолитов.
Два шахтных отвеса опускают в шахтный ствол. Их нижние концы с грузом (30—150 кг) погружают в сосуды с жидкостью. На поверхности вблизи ствола шахты ставят теодолит в опорной точке А (рис. 14.16) и измеряют углы между направлениями на отвесы и опорный пункт М (углы ф и а), а рулеткой — расстояния между отвесами 02 и от теодолита до отвесов АО и А02.

Общие сведения. Построенное инженерное сооружение постепенно изменяет свое положение в пространстве. Давление сооружения сжимает грунты в основании фундамента, что вызывает его осадки; из них более опасными являются неравномерные, так как они приводят к прогибам и перекосам основания, к кренам (наклонам) верхней части сооружения. Осадки по мере уплотнения грунтов основания постепенно прекращаются. Скорость затухания зависит от свойств грунтов. На песчаных она вначале большая, но затем быстро уменьшается. Прекращение осадок наступает через несколько лет. На глинистых грунтах скорость осадок незначительна, но уменьшение ее до полного исчезновения процесса происходит очень медленно. На неустойчивых грунтах (карстах, оползнях) осадки и деформации с течением времени могут значительно возрастать.
Сооружение может перемещаться в горизонтальной плоскости, если имеется боковое давление, например, в мостовых конструкциях, подпорных стенках насыпей железных и автомобильных дорог и гидротехнических плотинах. Горизонтальные и вертикальные сдвиги одновременно появляются и при больших частых вертикальных нагрузках, например в рельсовых колеях железных дорог и подкрановых путях Сильное развитие деформаций сооружения может привести к нарушениям в его эксплуатации и разрушениям. Геодезические измерения деформаций помогают своевременно решить вопрос о необходимости принятия профилактических мер.

Наблюдения за осадками. Наиболее распространенный метод определения осадок — периодическое точное геометрическое нивелирование. Осадки выявляют сравнением высот осадочных марок, закрепленных на сооружениях. На них устанавливают обычные или специально изготовленные рейки. Марки размещают так, чтобы можно было выяснить особенности осадок в разных частях сооружения: вдоль осей фундаментов, в участках, где возможны наибольшие осадки, около трещин в стенах зданий, вблизи деформационных и температурных швов, в местах большого давления и ненадежных грунтов.
Высотной основой для определения осадок служит сеть реперов, закладываемых так, чтобы обеспечивалась стабильность их положения по высоте на весь период наблюдений. Часто используют нивелирные реперы обычного типа. При наличии вблизи наблюдаемого сооружения устойчивых капитальных зданий реперы можно закладывать в их фундаменты. В неустойчивых грунтах и при повышенных требованиях к точности определения осадок забуриваются специальные глубинные знаки до коренных пород. Число реперов выбирают не менее трех. Это необходимо для контроля неизменности их положения по высоте и для удобств передачи отметок на осадочные марки.
Средняя квадратическая погрешность определения осадок должна быть ^ + 1 мм. В отдельных случаях определения осадок уникальных сооружений точность нивелирования повышается до десятых долей миллиметра. Поэтому нивелирование в этих случаях проводят точными нивелирами Н-05 или равноценными им по точности с использованием штриховых инварных реек. Если все осадочные марки имеют примерно одинаковую высоту, то вместо реек можно применять специальные небольшие шкалы, что упрощает измерения. Для исключения влияния непараллельности визирной оси и оси уровня (влияния угла i) при нивелировании выдерживается равенство расстояний до задней и передней нивелирных марок на одном пролете. Длина визирного луча обычно не превышает 25 м. Разработаны методики нивелирования, когда с одной установки нивелира определяется превышение между серией марок, что вызывает неравенство расстояний до реек, но ускоряет работу. Однако, чтобы уменьшить влияние угла i, марки нивелируют с двух установок нивелира, выбираемых при соблюдении определенных условий-
Измерения осадок в некоторых случаях производят гидростатическим нивелированием: переносными приборами или с помощью автоматической станционарной системы. Гидростатическое нивелирование обеспечивает высокую точность.

Определение горизонтальных смещений. Горизонтальные смещения определяются створным или тригонометрическим методом.
Створный способ применяют для наблюдений за смещениями точек сооружений, принадлежащих вертикальной плоскости с приблизительно одинаковыми высотами. На них располагают специальные марки. Точки створа легко намечаются на прямолинейных плотинах, мостах, подпорных стенках, подкрановых путях, в тоннелях и др. Смещение створных марок определяется либо измерением малых углов, либо перемещением визирной марки.
Надежное определение величин горизонтальных сдвигов во многом зависит от правильного выбора опорных пунктов, создаваемых вне сооружения на устойчивом грунте. Для контроля их неподвижности может использоваться другая система пунктов, устойчивость которых имеет более высокую степень надежности.
На рис. 15.1 показано размещение опорных пунктов /, // и наблюдаемых створных марок (пунктов) /—6. Пункты А и В служат для контроля неподвижности пунктов I vi II. В первом случае теодолитом в каждом цикле наблюдений измеряют углы р отклонения от створа /—// каждой из марок 1, 2.... По значению р и расстояниям SL от точки 1 до марки с номером i находят величину линейного смещения от створа: At = Sjp/p". Для измерения углов р целесообразно использовать высокоточный теодолит с окулярным микрометром.
При перемещениях визирной марки измеряют непосредственно ее линейное смещение с помощью наводящего винта с микрометром. Марка центрируется над точкой и затем перемещается наводящим винтом до совмещения ее вертикальной оси с коллимационной плоскостью теодолита. Отсчет по шкале микрометра характеризует смещение точки от створа.При аварийных ситуациях (замачивании грунта, появлении вредных вибраций и т. п.) может возникнуть небходимость в проведении новых наблюдений.
Рассматриваемый вид геодезического контроля неизменности положения сооружений и его частей на практике встречается часто. Измеряются осадки железнодорожных насыпей, опор больших мостов, зданий, построенных на недостаточно надежных грунтах, и технологического оборудования. При наблюдении мостов осадочные марки или реперы укрепляют на устоях и оголовках опор. По ним периодически прокладывают ходы геометрического нивелирования. Высотной основой являются реперы, заложенные по разные стороны от концов моста.

Тригонометрический способ применяют для определения горизонтальных смещений точек, когда невозможно создать створы, например, на криволинейных плотинах, в криволинейных железнодорожных тоннелях и других сооружениях, особенно если они расположены в горах. Однако тригонометрический способ более трудоемок, чем створный. При этом способе (рис. 15.2) на пунктах /, II, III периодически измеряют высокоточными теодолитами углы с точностью 0,5—1" для определения координат пунктов 2, 3 на сору-жении прямыми угловыми засечками. Если на пунктах 1, 2, 3 можно установить теодолит, то их координаты определяют методом триангуляции. Смещения определяемых точек находят с погрешностями порядка ±(1—3) мм. Так как пункты I, II, III выбираются вблизи сооружения, то участки, где они расположены, могут перемещаться, поэтому в триангуляционную сеть включают более далекие пункты Л, В, С.
При определении сдвигов крупных сооружений иногда комбинируют створный и тригонометрический методы. Положение опорных пунктов определяют тригонометрически, а смещения точек сооружения— с помощью створа.
Для облегчения измерений горизонтальных сдвигов оснований плотин используют обратные отвесы, которые устанавливают в вертикальных шахтах плотины. Нижний конец нити 4 укрепляется о основании плотины, а верхний соединяется с системой шаров или торов 2, которые плавают в жидкости 5 и натягивают нить вертикально (рис. 15.3). Перемещение верхнего конца нити 3 равно перемещению ее нижней точки в основании плотины и фиксируется на координатном столике 1 наверху. Определив перемещение координатного столика тригонометрическим или створным методом, можно найти общее перемещение точки в основании плотины.