1.СПОСТЕРЕЖЕННЯ ЗА ДЕФОРМАЦІЯМИ СПОРУД ГЕОДЕЗИЧНИМИ МЕТОДАМИ
1.1. ВИДИ ДЕФОРМАЦІЇ Й ПРИЧИНИ ЇХНЬОГО ВИНИКНЕННЯ
Внаслідок конструктивних особливостей, природних умов і діяльності людини споруди в цілому і їхні окремі елементи випробовують різного виду деформації.
У загальному випадку під терміном деформація розуміють змінення форми об’єкта спостережень. У геодезичній же практиці прийнято розглядати деформацію як зміна положень об’єкта щодо якого-небудь первісного.
Під постійним тиском від маси споруди ґрунти в основою його фундаменту поступово ущільнюються (стискуються) і відбувається зсув у вертикальній площині або осадки споруди. Крім тиску від власної маси, осаду споруди може бути викликана й іншими причинами: карстовим!» і зсувними явищами, зміною рівня ґрунтових вод, роботою важких механізмів, рухом транспорту, сейсмічними явищами й т.п. При корінній зміні структури пористі* і пухких ґрунтів відбувається швидко протікає у часі деформація, називана осіданням.
У тому випадку, коли ґрунти під фундаментом споруди їжаки" томляться неоднаково або навантаження на ґрунт різна, осаду має нерівномірний характер. Це приводить до інших видів деформацій споруд: горизонтальним зсувам, зрушенням, перекосу, прогинам, які зовні можуть проявлятися у вигляді тріскотить і навіть розламів.
Зсув споруд у горизонтальній площині може бути викликано бічним тиском ґрунту, води, вітру й т.п.
Високі споруди баштового типу (димарі, телебашти й т.п.) випробовують крутіння й вигин, викликувані нерівномірним сонячним нагріванням або тиском вітру.
Для вивчення деформацій у характерних місцях споруд фіксують точки й визначають зміна їхній просторової положення за обраний проміжок часу. При цьому визначається положення й час приймають за початкові.
Для визначення абсолютних або повних осад S фіксованих на спорудженні точок періодично визначають їхньої позначки Н щодо вихідного репера, розташованого осторонь від споруди й прийнятого за нерухомий. Очевидно, щоб визначити осаду точки на сучасний момент часу відносно початку спостережень, необхідно обчислити різницю позначок, отриманих на ці моменти, тобто S=Hтек – Ннач. Аналогічно можна обчислити осідання за час між попереднім і наступним періодами (циклами) спостережень.
Середнє осідання Sср усього споруди або окремих його частин обчислюється як середнє арифметичне із суми осад всіх п його п точок, тобто Sср =
. Одночасно із середнім осіданням для повноти загальної характеристики вказують найбільшу Sнаиб і найменшу Sнаим опади точок споруд.
Нерівномірність опади може бути визначена по різниці осад яких-небудь двох точок 1 й 2, тобто ∆S 1,2=S2-S1.
Крен або нахил споруди визначають як різниця осад двох точок, розташованих на протилежних краях споруди, або його частин уздовж обраної осі. Нахил у напрямку поздовжньої осі називають завалом, а в напрямку поперечної осі – перекосом. Величина крену, віднесена до відстані l між двома точками 1 й 2, називається відносним креном К. Обчислюється він за формулою K = (S2-S1)/l.
Горизонтальний зсув q окремої точки споруди характеризується різницею її координат хтек , утек і хнач , унач , отриманих у поточних і початковому циклах спостережень. Положення осей координат, як правило, збігається з головними осями споруди. Обчислюють зсуву в загальному випадку по формулах qx= хтек – хнач,; qy= утек – унач Аналогічно можна обчислити зсуви між попереднім і наступним циклами спостережень. Горизонтальні зсуви визначають і по одній з осей координат.
Крутіння щодо вертикальної осі характерно в основному для споруд баштового типу. Воно визначається як зміна кутового положення радіуса фіксованої точки, проведеного із центра досліджуваного горизонтального перетину.
Зміна величини деформації за обраний інтервал часу характеризується середньою швидкістю деформації vср. Так, наприклад, середня швидкість опади досліджуваної точки за проміжок часу t між двома циклами i й j вимірів буде дорівнює vср = (Sj-Si)/t. Розрізняють середньомісячну швидкість, коли t виражається числом місяців, і середньорічну, коли t – число років, і т.д.
1.2. СПОСТЕРЕЖЕННЯ ЗА ОПАДАМИ СПОРУД
Спостереження за опадами споруд виконують способами геометричного й тригонометричного нівелювання, гідронівелювання, мікронівелювання, а також фото- і стереофотограмметричним способами.
Найбільше широко розповсюджений спосіб геометричного нівелювання. Він володіє рядом достоїнств, що роблять його практично універсальним. Це висока точність і швидкість вимірів, просте й недороге стандартне встаткування, можливість виконувати виміру в складних і стиснутих умовах.
Способом геометричного нівелювання можна визначати різниці висот точок, розташованих на відстані 5 – 10м, з помилкою 0,05 – 0,1мм, а на кілька сотень метрів – з помилкою до 0,5мм.
Залежно від необхідної точності визначення осад застосовуються різні класи нівелювання. Так, наприклад, при визначенні осад бетонних гребель гідровузлів застосовують I й II класи, які характеризуються середньої квадратичної помилки виміру перевищення на одна станція відповідно 0,3 й 0,4мм. При визначенні осад промислових і цивільних будинків найчастіше застосовують II й III класи, для яких середні квад-ратичні помилки виміру перевищення на станції відповідно рівні 4 й 0,9мм.
Позначки деформаційних точок у циклі вимірів визначають щодо вихідного опорного репера. Оцінку вихідного репера найчастіше приймають умовно, наприклад 100,000м, але вона постійна на весь період спостережень. Для передачі позначки від вихідного на всіх деформаційних реперів розробляють спеціальну схему (рис. 24.3).
При виконанні вимірів залежно від класу нівелювання застосовують спеціальну методику й відповідні прилади. Так, при вимірах високої точності використовують ретельно вивірені високоточні нівеліри типу Н-05, штрихові інварні або спеціальні малогабаритні рейки. Нівелір установлюють строго посередині між спостережуваними точками, відліки беруть по основній і додатковій шкалах рейок.
Нівелювання виконують при двох горизонтах приладу, у прямому й зворотному напрямках. Довжина візирного променя допускається до 25м, його висота над поверхнею землі або підлоги – не менш 0,5м. Нівелювання виробляється тільки при цілком сприятливих умовах видимості й при досить виразних, спокійних зображеннях штрихів рейок. Дотримують й інші запобіжні заходи, що забезпечують високу точність робіт.
Отримані результати ретельно обробляють, оцінюють фактичну точність і порівнюють неї із заданої, зрівнюють,
Рис.24.3. Схема нівелірних ходів для спостережень за осадами ТЕЦ
обчислюють позначки, а по різниці їх у циклах – опади, будують
графіки осад і т.д.
Спосіб тригонометричного нівелювання дозволяє визначати опади точок, розташованих на істотно різних висотах, у важкодоступних місцях. Такі випадки виникають при спостереженнях за високими будинками, вежами, греблями, при виробництві вимірів через перешкоди.
Найбільш висока точність порядку 0,1мм забезпечується при коротких (до 100м) променях візування із застосуванням високоточних теодолітів типу ЗТ2 і спеціальна методики вимірів, що дозволяє вимірювати зенітні відстані з помилкою порядку 5". Крім того, методика передбачає одноманітну у всіх циклах установку теодоліта і його ретельне дослідження, строгу вертикальність рейок, вибір часу й умов спостережень для зменшення впливу вертикальної рефракції й ряд інших заходів, спрямованих на ослаблення дій різних джерел помилок. Відстані до обумовлених точок повинні вимірятися з помилкою 3 – 5мм.
Гідронівелювання забезпечує таку ж точність, як і геометричне нівелювання, але стосовно до спостережень за опадами дозволяє створювати стаціонарні автоматизовані системи з дистанційним зніманням інформації.
При використанні гідростатичного нівелювання застосовують різні системи, конструкція яких залежить від умов проведення робіт, необхідної точності й від способу виміру положення рівня рідини щодо відлікових індексів вимірювальних посудин.
Найпростіша система, використовувана на гідротехнічних спорудах (рис, 24.4), складається з відрізків металевих труб, покладених на стрижнях, що зашпаровують у стіну. Відрізки труб з’єднуються
Рис 24 4 Стаціонарна гідростатична система відрізок металевої труби, 2 – стрижень, 3 – шланг, 4 – марка, 5 – вимірник
між собою шлангами. Над трубою в точках, між якими систематично визначаються перевищення, у стіну заставляються марки з посадковими втулками для переносного вимірника. При вимірах вимірник уставляється у втулку марки. Обертанням мікрометерного гвинта вимірника домагаються контакту вістря штока з рідиною, про що свідчить загоряння сигнальної лампочки. У цей момент береться відлік по барабані мікрометра. При прив’язці гідростатичної системи до опорної нівелірної мережі на марку замість вимірника встановлюється нівелірна рейка. Існують автоматизовані системи гідростатичного нівелювання, у яких зміна положення рівня рідини в посудинах визначається автоматично за допомогою електричних або оптико-електронних датчиків.
Застосування гідродинамічного нівелювання дозволяє розширити діапазон вимірів і значно спростити процес автоматизації спостережень за опадами. Система гідродинамічного нівелювання з поршневим пристроєм СГДН-ПУ (Вірменія), складається зі сполучених між собою робочих посудин з рідиною, установлюваних в обумовлених точках. У кожній робочій посудині є голчастий шток, зв’язаний проведенням із блоком керування й реєстрації (БУР). Посудини повідомляються також з поршневим пристроєм. При рівномірному переміщенні за допомогою електродвигуна поршня вниз і поршневому пристрої рідина в робочих посудинах рівномірно піднімається. При цьому в Буре спеціальний лічильник визначає переміщення поршня від початку його руху до моменту контакту голчастого штока з поверхнею рідини, що піднімається, у кожній робочій посудині. Поршень опускається доти, поки із всіх робочих посудин не надійде сигнал про контакт. Різниця вимірів між циклами вимірів буде відповідати осіданню обумовлених точок. Система дозволяє виконувати виміру із середньою квадратичною помилкою порядку 0,1мм.
Спосіб мікронівелювання застосовують при спостереженнях за взаємним висотним положенням близько розташованих на відстані 1 – 1,5м точок. Такі завдання виникають при вивченні осад і нахилів окремих конструкцій: фундаментів, балок, ферм, технологічного встаткування. Виміру виконують за допомогою мікронівеліра.
Фото- і стереофотограметричний способи передбачають застосування фототеодоліта для фотозйомки досліджуваного об’єкта. Визначення деформацій взагалі й зокрема осад цими способами полягає у вимірі різниці координат точок споруди, знайдених по фотознімках початкового (або попереднього) циклу й фотознімках деформаційною (або наступного) циклу.
Залежно від розв’язуваного завдання, умов фотозйомки, виду споруди й т.д. застосовують наступні способи фотограмметричний. Деформації визначаються в одній вертикальній площині ХОZ, тобто в площині, паралельній площині фотознімка;
стереофотографічний. Деформації визначаються по напрямках всіх трьох координат.
При фотограмметричному способі фотографування роблять із однієї точки при незмінному положенні фотокамери в циклах. При цьому площина прикладної рамки, по можливості, установлюють паралельно основної площини споруди. Для обчислення деформацій, крім виміру координат або паралаксів, на знімках необхідно знати стан фотокамери від об’єкта й фокусна відстань об’єктива фотокамери.
При стереофотограметричному способі фотографування об’єкта роблять у циклах із двох точок базису відомої довжини, у результаті чого одержують стереопару. Для обчислення деформацій вимірюють по знімках координати точок базису й горизонтальні паралакси.
В обох способах обробку знімків по координатах або зсувам роблять в основному на стереокомпараторі.
Ретельно виконані виміри й відповідний облік елементів орієнтування дозволяє визначати деформації споруд фотограмметричними способами із середньою квадратичною помилкою менше 1,0мм.
При спостереженнях за опадами великих інженерних споруд, що відрізняються підвищеними вимогами до точності виробництв цих робіт, розробляється, як правило, спеціальна методика геодезичних вимірів. Вихідними даними для розробки методики вимірів служать величини помилок mS визначення осад спостережуваних точок, обмірюваних щодо вихідного репера, помилок m∆S різниці осад двох точок, розташованих на певній відстані друг від друга.
Зв’язок між необхідною точністю спостережень і помилкою одиниці ваги μ, що визначає методику вимірів, може бути представлена у вигляді
(24.2)
де QH — зворотна вага позначки найбільше слабко обумовленої точки; Q∆H— зворотна вага перевищення між досліджуваними точками, до точності взаємного положення яких пред’являються підвищені вимоги.
При використанні способу геометричного нівелювання як помилка одиниці ваги μ зручно приймати середню квадратичну помилку перевищення h, обмірюваного на станції по двох шкалах у ході одного напрямку при обраної базової довжині D візирного променя,
При використанні тригонометричного нівелювання як помилка μ. одиниці ваги доцільно прийняти помилку перевищення, певного при зенітних відстанях від 85 до 95 , обмірюваних одним прийомом, і базовій відстані Dн=2 м.
У випадку застосування переносного гідронівеліра або мікронівеліра за помилку μ приймають помилку перевищення між двома суміжними точками, обмірюваного при зміні місцями гідростатичних голівок або при перекладанні мікронівеліра.
При проектуванні схеми вимірів варто прагнути до отримання найменшого значення зворотних ваг QH й Q∆H, що при заданій помилці визначення опади приводить до більшої эффективності робіт за рахунок менш твердих вимог до вибору їхнього класу. Крім цього, до схеми вимірів пред’являються такі вимоги, як мінімальний обсяг робіт, забезпечення незалежного контролю результатів вимірів й одержання даних для достовірної позначки точності. У значній мірі цим вимогам відповідає побудова схеми у вигляді системи замкнутих полігонів малих розмірів і нівелювання при двох горизонтах приладу або в прямих і зворотних ходах.
Для випадку, коли на тому самому об’єкті доводиться виконувати різні по точності спостереження за опадами різних по чутливості до деформацій споруд, проектують двох- і трьохступінчасту схему або трохи не зв’язаних між собою схем, що опираються на самостійний або на один загальний вихідний репер.
Розрахунок величини зворотної ваги в обраній схемі роблять параметричним, корелатним способами, а також способом еквівалентної заміни.
Розглянемо в загальному виді приклад розрахунку необхідної точності вимірів для забезпечення заданої точності визначення осад основних споруд ТЭЦ. Допустимо, що в технічному завданні точність визначення осад заданий величиною mS= 1,0мм, а, виходячи з умов, для провадження робіт обраний метод геометричного нівелювання.
У сутності завдання зводиться до визначення середньої квадратичної помилки одиниці ваги μ по першої з формул (24.2). По величині цієї помилки визначається клас нівелювання або необхідність розробки спеціальної методики вимірів, якщо вона виявиться менше тих помилок, які характеризують відомі класи, Оскільки при порівняно невеликих довжинах кількість станцій у ходах значно, те як одиниця ваги приймемо перевищення, обмірювана на одній станції. Тоді зворотна вага нівелірного ходу в замкнутому полігоні або між вузловими точками буде дорівнює числу станцій й у цьому ході. У прикладі число станцій у ходах показано на схемі (см. Рис. 24.3).
Для визначення зворотної ваги QH найбільше слабко обумовленої точки схеми скористаємося способом еквівалентної заміни. У цьому способі стосовно до розв’язуваного завдання необхідно шляхом послідовних перетворень загальну схему нівелірних ходів замінити одним еквівалентним ходом, що з’єднує шукану точку з вихідним репером.
За результатами розрахунків зворотна вага позначки слабко обумовленої точки Ек середині секції 11 – 13 виявився рівним QH =11,9. За формулою (24.2) з урахуванням необхідної точності визначення осаду та середня квадратична помилка одиниці ваги вийшла рівної
μ =1,0 мм/
Для забезпечення такої точності визначення перевищень на станції необхідно розробити спеціальну методику високоточних вимірів.
1.3. СПОСТЕРЕЖЕННЯ ЗА ГОРИЗОНТАЛЬНИМИ ЗСУВАМИ СПОРУД
Горизонтальні зсуви споруд або їхніх окремих елементів вимірюють різними способами, основними з яких є: лінійно-кутовий, створний і стереофотограметричний. Застосовують також прямі й зворотні схили.
Лінійно-кутові побудови застосовують у випадку, коли величини зсувів необхідно знати по двох координатах. Ці побудови можуть розвиватися у вигляді спеціальних мереж тріангуляції й трилатерації, комбінованих мереж, кутових і лінійних зарубок, ходів полігонометрії, мереж з витягнутих трикутників з обмірюваними сторонами й висотами. Застосування того або іншого виду побудови залежить від характеру споруди і його геометричної форми, необхідної точності й умов вимірів, організаційних й інших факторів. Так, наприклад, кутову й лінійну засічки застосовують для визначення зсувів недоступних точок споруди, а тріангуляцію, полігонометрію, мережі з витягнутих трикутників з обмірюваними сторонами й висотами – для протяжних споруд криволінійної форми. У багатьох випадках застосовують комбіновані схеми, коли, наприклад, тріангуляція або трилатерація використовуються для визначення стійкості вихідних пунктів, з яких способами зарубок або полігонометрії визначаються зсуви точок на спорудженні.
Стосовно до вимірів деформацій кожний з видів лінійно-кутових побудов має свої особливості. Однак для всіх видів характерним є сталість схеми вимірів і необхідність одержання в остаточному підсумку не самих координат деформаційних точок, а їхніх змін у часі, т. е різницею координат у двох циклах.
Для спеціальної тріангуляція характерна висока точність виміру кутів (0,5 – 2,0") при коротких сторонах, велике кількість зв’язків, що забезпечують мінімальну величину зворотної ваги визначення функції координат точок мережі.
Полігонометрія застосовується в основному у вигляді одиночних ходів, що опираються на вихідні пункти. Часто через неможливість азимутальної прив’язки використовують лише прив’язку координатну.
Зрівняння лінійно-кутових побудов роблять строгими способами. Координати пунктів обчислюють в умовній системі.
Для передвизначення точності побудови мережі в загальному випадку використовують формулу
(24.3)
де mq – необхідна (задана) середня квадратична помилка визначення величини зсуву; μ – середня квадратична помилка одиниці ваги; QF – зворотна вага функції оцінюваного елемента, що характеризує якість проекту схеми вимірів.
При необхідності визначення зсувів роздільно по осях координат X й Y для їхньої позначки застосовують формули
(24.4)
де Qx и. Qy – зворотні ваги визначення координат досліджуваних точок відповідно по осях X й Y.
Для позначки проекту полігонометричних ходів витягнутої форми із приблизно рівними сторонами й з координатною прив’язкою до вихідних пунктів використовують формули
(24.5)
(24.6)
де Мхi і Myi – середні квадратичні помилки визначення абсциси й ординати i-ї точки ходу; mβ i mS – середні квадратичні помилки виміру кутів і ліній; n – число сторін у ході.
Формули (24.5) і (24.6) справедливі для випадку, коли вісь абсцис проходить через вихідні пункти.
Створні спостереження широко застосовують для дослідження деформацій споруд прямолінійної форми, коли зсуву досить знати по одному напрямку. При цьому координатну систему вибирають так, щоб з напрямком зсувів збігалася вісь ординат, а з напрямком створу – вісь абсцис.
Величини зсувів перебувають по різниці значень ординат (не створностей), обмірюваних у двох циклах.
Не створність визначають різними методами, з яких найпоширеніші методи рухливої марки й малих кутів. Для завдання створної лінії застосовують струнні й оптичні способи, а також способи, засновані на принципах фізичної оптики. Струнний спосіб передбачає використання натягнутої сталевої струни різного діаметра, оптичний – зорових труб великого збільшення (теодоліти, нівеліри, автоколімаційні системи, спеціальні алініометри),
У методі рухливої марки величина не створності визначається безпосередньо. Для цього в точці А. (рис. 24.5, а) установлюється оптичний прилад, колімаційна площина якого орієнтується по марці в точці В и задає створну лінію. Рухлива марка, установлена в точці C, уводиться в створ. Положення рухливої марки, коли мішень її перебуває в створі, фіксується по відліковому пристрої марки. Якщо відомо відлік, коли вісь мішені збігається із точкою C, то не створність qC може бути обчислена як різниця відліків при положенні марки в точці Сивий створі АВ. При можливості повороту марки на 180° не створність може бути отримана як напіврізниця відліків для двох положень марки при введенні її в створ.
У методі малих кутів не створність q визначається шляхом виміру малого кута а (рис. 24.5, 6} між лінією створу й напрямком на точку С и відстані S. Величина не створності обчислюється за формулою qC=Sa/р.
Для створів значної довжини з більшим числом обумовлених точок на створі залежно від умов вимірів застосовують різні схеми (програми) спостережень. Найпростіша з них – схема загального створу (рис. 24.6, а), коли не створності всіх точок визначаються щодо загального створу між кінцевими (опорними) точками створу. У схемах часток
Рис. 24 5. Визначення величини не створності методами: рухливої марки (а), малих кутів (б)
Рис 24 6 Схеми створних вимірів
(пересічних) (рис. 24.6, б) і послідовних (24.6, в) створів не створності виміряються між обумовленими точками щодо цих створів.
Так, схема послідовних створів передбачає визначення не створностей ∆1 точки 1 від створу 1 – II, ∆2 точки 2 від створу 1 – II, ∆З точки 3 від створу
2 – II и т. буд. У схемі приватних створів не створність
∆1 точки 1 визначається від створу 1 – 2, ∆2 точки 2 від створу 1 – 3, ∆3 точки 3 від створу 2 – 4 і т.д. В обох схемах не створності q щодо загального створу .можуть бути отримані лише шляхом відповідних обчислень, знаючи відстані S між всіма точками.
У загальному випадку, коли відстаней між обумовленими точками не рівні між собою, не створності всіх л точок щодо загального створу можуть бути знайдені з рішення системи наступних лінійних рівнянь:
для схеми послідовних створів
(24.7)
для схеми приватних створів
(24.8)
На практиці відстаней між точками створу намагаються зробити рівними. У цьому випадку не створність q будь-якої обумовленої точки г у схемах послідовних і приватних створів може бути обчислена відповідно по формулах
(24.9)
(24.10)
де k – номер чергового доданка під знаками суми.
1.4. СПОСТЕРЕЖЕННЯ ЗА КРЕНАМИ, ТРІЩИНАМИ Й ЗСУВАМИ
Крен – види деформації, властивий спорудам баштового типу. Поява крену може бути викликане як нерівномірністю опади споруди, так і вигином і нахилом верхньої його частини через однобічне температурне нагрівання й вітрового тиску. У зв’язку із цим повну інформацію про крени й вигини можна одержати лише за результатами спільних спостережень за положенням фундаменту й корпуса баштового споруди. Залежно від виду й висоти споруди, технічних вимог й умов спостережень для визначення крену застосовують різні способи.
Найбільше просто крен визначається за допомогою схилу або приладу вертикального проектування (оптичного або лазерного). Цей спосіб застосовується в основному при зведенні баштових споруд, коли можна встати над його центром.
У складних умовах, особливо для споруд великої висоти, для визначення крену застосовують способи вертикального проектування, координат, кутів й ін.
Так, у способі вертикального проектування із двох точок I й II (рис. 24.7), розташованих на взаємно перпендикулярних осях споруди й на віддалені від нього в півтори-двi висот, за допомогою теодоліта проектують обумовлену верхню точку
Рис. 24.7. Схема спостережень за креном баштового споруди способом вертикального проектування
на деяку площину у фундаменті споруди (цоколь, рейку, палетку й т.п.). Знаючи відстань S від теодоліта до споруди й потім d до його центра О, зі спостережень у декількох циклах, використовуючи відліки b и b1 можна обчислити складові крену Qx й Qy по обраних осях і повній величині крену Q.
У способі координат навколо споруди на відстані, рівному півтора-двом його висотам, прокладають замкнутий полігонометричний хід й обчислюють в умовній системі координати його пунктів. Із цих пунктів через певні проміжки часу прямою зарубкою визначають координати точок на спорудженні. По різностям координат у двох циклах спостережень знаходять складові крену по осях координат, повну величину крену і його напрямок.
Спосіб горизонтальних кутів застосовують, якщо фундамент споруди закритий для спостережень. При цьому способі з опорних пунктів, розташованих на взаємно перпендикулярних осях, періодично вимірюють кути між напрямком на обумовлену верхню точку й опорний напрямок. По величині зміни спостережуваних кутів і горизонтальному прокладанню до спостережуваної точки знаходять складові крену по осях і повній величині крену.
Для визначення величини крену за результатами нівелювання осадових марок повинне бути не менш трьох на фундаменті або цокольній частині споруди. Із цією же метою застосовують різного виду клінометри, що представляють собою накладні високоточні рівні із ціною розподілу до 5".
Спостереження за тріщинами звичайно проводять у площині конструкцій, на яких вони з’являються.
Для виявлення тріщин застосовують спеціальні маяки, які являють собою плитки з гіпсу, алебастру й т.п. Маяк кріпиться до конструкції поперек тріщини в найбільш широкому її місці. Якщо через якийсь час тріщина з’являється на маяку, то це вказує на активний розвиток деформації.
У найпростішому випадку ширину тріщини вимірюють лінійкою. Застосовують також спеціальні прилади: деформометри, щілеміри, вимірювальні скоби.
Спостереження за зсувами виконують різними геодезичними методами. Залежно від виду й активності зсуву, ; напрямки й швидкості його переміщення ці методи підрозділяють на чотири групи:
осьові (одномірні), коли зсуву фіксованих на обповз не точок визначають стосовно заданої лінії або осі;
планові (двовимірні), коли зсуву зсувних точок спостерігають по двох координатах у горизонтальній площині;
висотні – для визначення тільки вертикальних зсувів;
просторові (тривимірні), коли знаходять повний зсув точок у просторі по трьох координатах.
Осьові методи застосовують у тих випадках, коли напрямок руху зсуву відомо. До числа осьових відносять:
метод відстаней (рис. 24.8, а), що полягає у вимірі відстаней по прямої лінії між знаками, установленими уздовж руху зсуву;
Рис. 24.8. Схеми спостережень за зсувами
метод створів (рис. 24.8, б), обладнаних у напрямку, перпендикулярному руху зсуву;
променевий метод (рис. 24.8, в), що полягає у визначенні зсуву зсувної точки по зміні напрямку візирного променя з вихідного знака на зсувній.
До планового ставляться методи прямих, зворотних, лінійних зарубок, полігонометрії, комбінований метод, що сполучає вимір напрямків, кутів, відстаней і відхилень від створів.
Висотні зсуви зсувних точок знаходять в основному методами геометричного й тригонометричного нівелювання.
Для визначення просторового зсуву зсувних точок застосовують фототеодолітну зйомку.
Зсуву зсувних точок обчислюють стосовно опорних знаків, розташовуваним поза зсувною ділянкою. Число знаків, у тому числі й зсувних, визначається з міркувань забезпечення якісної схеми вимірів і виявлення всіх характеристик процесу, що відбувається.
Спостереження за зсувами проводяться не рідше одного разу в рік. Періодичність коректується залежно від коливання швидкості руху зсуву: вона повинна збільшуватися в періоди активізації й зменшуватися в період вгасання.
2.ГЕОДЕЗИЧНІ РОБОТИ ПРИ МОНТАЖІ
БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ І ТЕХНОЛОГІЧНОГО УСТАТКУВАННЯ
2.1. ПРИНЦИПИ ГЕОДЕЗИЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ МОНТАЖУ
БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ І ТЕХНОЛОГІЧНОГО
УСТАТКУВАННЯ
Виробництво монтажних робіт при зведенні цивільних і промислових споруд, а також установка технологічного встаткування пов’язані з виконанням різноманітних геодезичних вимірів. Різноманіття видів споруд й умов їхнього зведення приводить до необхідності виконання геодезичних вимірів різними методами й засобами. Однак принципова схема виробництва геодезичних вимірів повинна відповідати загальному геодезичному правилу послідовного виконання робіт на окремих етапах монтажу.
У підготовчий період здійснюється побудова вихідної розбивочної основи; перевіряється відповідність положення опорних площин і закладних деталей проектним вимогам. Якщо буде потреба роблять доведення їх до проектних розмірів і рівнів.
Монтаж будівельних конструкцій передбачає послідовну установку в проектне положення несучих елементів будинків і споруд. Монтаж технологічного встаткування передбачає установку його на відповідне місце й вивірку його проектного положення.
На кожному етапі робіт й окремих технологічних операцій виробляється виконавча геодезична зйомка, що повинна не тільки відображати фактичне положення змонтованих елементів, але й регулювати процес монтажу з погляду досягнення необхідної точності.
У процесі монтажу можуть проводитися спостереження за деформаціями конструкцій й устаткування з метою коректування їхнього положення по ходу робіт.
Для монтажу будівельних конструкцій і технологічного встаткування користуються, як правило, не проектними осями, а лініями, паралельними осям (паралелі) і площинам розташування конструкцій й устаткування. При цьому керуються міркуваннями використання їх не тільки при монтажі, але й при періодичних вивірках і спостереженнях за деформаціями. Крім того, розташування паралелей повинне забезпечувати зручність проведення вимірів для годиться, установки приладів й устаткування, користування настановними шаблонами й пристосуваннями.
Розташування паралелей вибирають після ретельного вивчення відповідних креслень. Для геодезичних робіт при монтажі використовують головним чином робочі й технологічні креслення проекту, у числі яких: плани розташування розбивочних осей, плани й розрізи по спорудженню, монтажні схеми й карти, креслення вузлів н блоків устаткування.
Незважаючи на розходження видів споруд, умов і точностних вимог, загальні принципи геодезичного забезпечення монтажу конструкцій й устаткування наступні:
установка й вивірка конструкцій й устаткування виробляється від закріплених у натурі розбивочних і технологічних осей або їхніх паралелей;
умови монтажу (завантаженість майданчика, зручність підходів, метеоумови, видимість і т.п.) повинні забезпечувати застосування різних способів вимірів із заданою точністю;
способи вимірів повинні відповідати розв’язуваному завданню й заданій точності;
для об’єкта монтажу повинні бути визначені його геометричні або технологічні осі, а обробка його поверхні повинна відповідати вимогам точності монтажу;
при точних, а особливо високоточних роботах установку й вивірку рекомендується проводити у два етапи: попередньо – з наближеною точністю й остаточно – із заданою проектною точністю. Це дозволяє зменшити діапазон роботи приладів на остаточному етапі, збільшуючи їхню точність, і істотно поліпшити організацію робіт;
для виконання геодезичних робіт треба, по можливості, застосовувати серійні прилади й устаткування; якщо буде потреба можуть бути використані або розроблені спеціальні прилади, засновані на сучасних досягненнях науки й техніки.
Вимоги до точності геодезичного забезпечення монтажних робіт визначаються в основному проектними й нормативними документами. Норми точності на монтаж будівельних конструкцій задаються державними нормативними документами (СНиПы й Дст). Точностні характеристики на вивірку технологічного встаткування в основному визначаються проектними вимогами, виходячи з експлуатаційних параметрів.
Іноді норми точності на геодезичні роботи в проектних і нормативних документах не приводяться в явному виді й можуть бути отримані лише розрахунковими шляхом, використовуючи допуски на монтажні роботи.
Незважаючи на різноманіття точностних вимог до геодезичного забезпечення монтажних робіт, їх можна охарактеризувавши узагальненими середніми квадратичними помилками:
при монтажі будівельних конструкцій – 1 – 5мм;
при установці заводського технологічного устаткування – 0,5 – 1,0мм;
при високоточній установці устаткування унікальних споруд – 0,05 – 0,2мм.
Вихідну розбивочну основу при виконанні монтажних робіт закріплюють спеціальними знаками. До цих знаків висувають високі вимоги. Вони повинні бути стійкими й зберігати своє положення в межах, менших заданих допусків на монтажні роботи; довговічними, щоб служити опорою не тільки на період монтажу, але й для періодичних контрольних вимірів в експлуатаційний період. Конструкції знаків повинні забезпечувати центрування приладів з високою точністю. Залежно від необхідної точності монтажу осі закріплюють фундаментальними знаками із глибиною закладки до корінних порід; ґрунтовими центрами; полегшеними металевими марками, забетонованими в будівельних конструкціях. Для закріплення осей будівельних конструкцій застосовують відкраски.
Маркірування геометричних і технологічних осей на конструкціях й устаткуванні роблять шляхом відкрасок або закріплення спеціальних знаків. Знаки, як правило, закріплюють на технологічному встаткуванні, яких необхідно встановити з високою точністю.
При всьому різноманітті існуючих способів геодезичних вимірів, використовуваних при монтажі конструкцій й устаткування, можна виділити чотири основні групи: для планової установки, для вивірки прямолінійності, для висотної установки й для установки по вертикалі.
2.2. СПОСОБИ ПЛАНОВОЇ УСТАНОВКИ Й ВИВІРКИ КОНСТРУКЦІЙ Й УСТАТКУВАННЯ
У всіх способах планової установки конструкцій й устаткування використовують схему, по якій положення встановлюваного елемента визначається від заданої в натурі розбивочної або технологічної осі, а положення встановлюваного елемента – лінійними промірами.
Положення осі може бути задано струнним або оптичним приладом. Відповідно до цього розрізняють струнний, струнно-оптичний й оптичний способи планової установки.
У струнному способі між закріпленими точками осей А и В (рис. 22.1) за допомогою вантажів натягають калібровану струну діаметром 0,1 – 0,5мм, що приймають за технологічну вісь. У місцях установки устаткування (точки а, б, в, г) підвішують легкі нитяні схили. Коли струна фіксує паралель осі, то відстань від її до встановлюваних елементів відкладають за допомогою кінцевих приладів з мікрометрами.
Струна має прогин у вертикальній площині, максимальний посередині. Його можна підрахувати за формулою
(22.1)
де q – маса одного метра струни, кг; l - довжина створу, м; F – натяг струни, кг.
Максимальний натяг струни, що становить 2/3 від розривного зусилля, може бути обчислене по наближеній формулі F=100d2
Рис. 22.1. Схема струнного способу установки конструкцій
де d – діаметр струни, мм.
На струну діє бічний тиск повітря, що викликає відхилення струни від прямої в горизонтальній площині. Найбільше відхилення в середині створу підраховують за формулою
(22.3)
де v - швидкість вітру, м/с.
Крім бічного тиску повітря й неточності установки струни над опорними знаками при піднятті її або підвіску через прогин, основними джерелами помилок у струнному способі є коливання струни в процесі вимірів і проектування струни схилом на відповідні точки встаткування.
Прийнято вважати, що при ретельній роботі в закритих приміщеннях загальна помилка струнного способу в середньому становить 2 – 3мм на 100м довжини створу.
Струна, що визначає положення монтажної осі, володіє рядом переваг. На неї не впливають такі джерела помилок оптичних систем як рефракція, коливання зображень, зміна фокусування. Крім того, вона зручна для одночасного монтажу на різних ділянках лінії. Однак, щоб використати ці переваги в точних монтажних роботах, необхідно замінити нитяний схил, як основне джерело помилок, на оптичну систему, що проектує. Це зроблено в струнно-оптичному способі, у якому монтажна вісь задається натягнутою струною, а проектування її на точки монтуємих конструкцій й устаткування здійснюється за допомогою таких оптичних приладів, як теодоліти, прилади вертикального проектування, спеціальні мікроскопи на пересувному пристрої й т.д.
Розглянемо застосування струнно-оптичного способу для установки встаткування (рис. 22.2). Щоб струна не заважала виробництву монтажних робіт, неї натягають вище встановлюваного встаткування в зручному місці. За допомогою теодоліта або приладу
Рис. 22.2. Схема струнно-оптичного способу установки конструкцій:
1 – теодоліт; 2 – струна; 3 – прилад вертикального проектування; 4 – устаткування
вертикального проектування струну поперечним рухом сполучають із центрами знаків А і В, що закріплюють монтажну вісь. Установлену в такий спосіб струну приймають за монтажну вісь. Далі, якщо установку виконують за допомогою теодоліта, то встаткування переміщають і розвертають так, щоб точки а, б, в, г технологічної осі встаткування потрапили в створ орієнтованого по точці а’, б’, в’, г’ візирного променя теодоліта. Якщо ж використовують прилади вертикального проектування, то їх установлюють і центрують на точках а, б, в, г устаткування, що потім переміщають до збігу вертикальних променів приладів з відповідними точками а’, б’, в’, г’ струни. Одночасно роблять установку встаткування по висоті.
Для струнно-оптичного способу характерні деякі джерела помилок, характерні й для струнного способу: неточність розбивки й закріплення монтажної осі; відхилення струни в горизонтальній площині внаслідок вітрового тиску; коливання струни. Крім того, з’являються наступні помилки: установки струни в створ монтажної осі, проектування струни оптичним приладом, через висвітлення струни.
Середня квадратична помилка проектування струни теодолітом у лінійній мері може бути підрахована за формулою
(22.4)
де h – висота струни над приладом; – ціна розподілу рівня на алідаді горизонтального кола; Гx – збільшення зорової труби теодоліта.
Цю же помилку для приладу вертикального проектування з компенсатором обчислюють за формулою
(22.5)
де 0,5" – помилка установки візирного променя у вертикальній площині.
При бічному висвітленні струни виникає систематична помилка за фазу, гранична величина якої становить ∆фаз = 0,25d, де d – діаметр струни. При d=0,3 мм ∆фаз≈0,08 мм, що при точних роботах необхідно враховувати. Для зменшення помилки за фазу струну додатково висвітлюють зверху.
Для зменшення помилки за коливання струни в процесі вимірів визначають амплітуду коливань і по ній – середнє положення струни.
Найнебезпечнішим і зовні, що виявляє не джерелом, помилок є відхилення струни під дією постійного вітрового тиску. Однак і цю помилку можна врахувати, використовуючи формулу (106). У тих самих умовах струні надають різні натяги F1 і F2 і вимірюють максимальну зміну ∆f2,1 горизонтальні положення струни в середній точці створу. З рішення двох рівнянь виду (22.3) при F1 і F2 знаходять f1 i f2 для середньої точки створу по формулах
(22.6)
Спосіб оптичного візування є найбільш простим і розповсюдженим. У цьому способі монтаж конструкцій й устаткування виробляється за допомогою зорової труби й візирних марок. Монтажною віссю служить лінія візування, що задає оптичним приладом – алініометром. У якості алініометра застосовують теодоліти, нівеліри й спеціальні оптичні прилади, постачені зоровою трубою великого збільшення й відліковим пристроєм у вигляді окулярного мікрометра або мікроскопа. Існують дві принципові схеми застосування способу оптичного візування: I) алініометр не має відлікового пристрою, тоді таким пристроєм постачають рухливу марку, установлювану на встаткуванні; 2) прилад постачений відліковим пристроєм, тоді марка на встаткуванні може бути не рухливий, але обов’язково прив’язаної до осі встаткування.
Оптичний створ може бути заданий прямим візуванням або візуванням вроздріб. У способі прямого візування на початковому пункті закріпленої монтажної осі встановлюють алініометр, на кінцевому пункті – опорну візирну марку. Прилад наводять на марку й у створ лінії послідовно вводять марки, установлені на відповідних точках устаткування. Залежно від застосовуваної схеми в одному випадку марки в створ уводять, переміщаючи разом з ними встаткування, в іншому – вимірюють відхилення технологічної осі встаткування від створу, а потім уже на величину цього відхилення переміщають устаткування. Тому що помилка візування в лінійній мері зростає зі збільшенням відстані від алініометра до встановлюваної точки, те, установивши встаткування на першій половині створу, прилад і візирну марку на опорних пунктах міняють місцями й продовжують монтаж на другій половині створу.
При візуванні вроздріб для зменшення помилки візування створ між опорними пунктами ділять на трохи приблизно рівних частин. Алініометр послідовно переносять на точки закріплення кожної частини й, орієнтуючи його щораз по опорній марці на кінцевій точці, ведуть монтаж тільки в межах однієї частини. Для контролю монтажних робіт таким же способом перевіряють положення встановленого встаткування зворотним ходом, переносячи опорну марку на початковий пункт створу. Така схема відома в створних спостереженнях як схема послідовних створів.
Основні помилки способу оптичного візування ті ж, що й у розглянутому раніше способі створної засічки: орієнтування створу при візуванні на опорну марку; введення проміжної марки в створ; за перефокусування зорової труби; центрування алініометра й візирних марок на знаках й устаткуванні; за рефракцію.
Для наближених розрахунків спільний вплив перших трьох джерел помилок можна в лінійній мері підрахувати за формулою
(22.7)
де l - відстань від алініометра до встановлюваної точки. Для зменшення впливу цієї помилки застосовують спеціальні зорові труби з більшим збільшенням і мінімальною помилкою при зміні фокусування. При роботах високої точності помилки центрування зводять до зневаження малої величини шляхом точного примусового (механічного) центрування алініометра й візирних марок на знаках й устаткуванні.
Для зменшення помилки за рефракцію вибирають або створюють сприятливі умови провадження робіт. Крім того, шляхом організації спеціальних досліджень визначають можливість застосування способу оптичного візування в даних умовах з необхідною точністю.
2.3. СПОСОБИ УСТАНОВКИ Й ВИВІРКИ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ Й УСТАТКУВАННЯ ПО ВИСОТІ
Для висотної установки й вивірки конструкцій й устаткування застосовують геометричне нівелювання, мікронівелювання, гідронівелювання й індикаторний спосіб.
Спосіб геометричного нівелювання є найпоширенішим для визначення в натурі проектних висот. Залежно від необхідної точності й обраної схеми вимірів застосовують нівелювання того або іншого класу.
При установці будівельних конструкцій, як правило, потрібно порівняно невисока точність, що відповідає нівелюванню III й IV класів. При цьому використовують нівеліри середньої точності типу Н-3 і стандартні шашкові рейки. Позначки на конструкції переносять у вигляді олівцевих рисок або відкрасок.
При виконанні будівельно-монтажних робіт найбільш високі вимоги пред’являються до установки по висоті металевих конструкцій і закладних деталей. Застосовуючи ті ж методи нівелювання, більше високої точності (порядку 1мм) домагаються шляхом зменшення відстаней від нівеліра до рейок (довжин плечей).
Для виробництва геометричного нівелювання при монтажі технологічного встаткування застосовують найбільш точні прилади й методику нівелювання. Використовують прецизійні ниві ліри типу Н-05, штрихові рейки з інварною смугою, спеціальні малогабаритні рійки або точні металеві лінійки з міліметровими розподілами. У цьому випадку способом геометричного нівелювання можна визначати різниці висот точок, розташованих на відстані 5 – 15м, із середньої квадратичною помилкою 0,02 – 0,05мм і на кілька сотень метрів -і з помилкою до 0,2мм.
Мікронівелювання використовують для приведення в горизонтальне положення опорних площин і точок будівельних конструкцій і технологічного встаткування. Виконується воно за допомогою монтажного рівня або спеціального мікронівеліра.
Мікронівелір (рис. 22.6) складається з підставки 1 із двома опорами – рухливий 5 і нерухомої 6, за допомогою яких він установлюється на вивіряємі точки. Переміщення рухливої опори по висоті визначається за допомогою годинного індикатора 3 із ціною розподілу 0,01мм. Відстань між опорами є базою мікронівеліра, що звичайно не перевищує 1,5м. До підставки жорстко
Рис 22 6 Конструктивна схема мікронівеліра
кріпиться циліндричний рівень 2 із ціною розподілу 5 – 8". Приведення пухирця рівня в нуль-пункт здійснюється за допомогою піднімального гвинта 4.
Мікронівелювання виконують у такий спосіб Установивши мікронівелір на вивіряємі точки, піднімальним гвинтом приводять пухирець рівня в нуль-пункт і беруть відлік по індикаторі. Переставивши прилад у тих же перегонах на 180° і привівши знову пухирець рівня на середину, беруть другий відлік але індикатору. Перевищення на станції дорівнює напіврізниці цих відліків.
Приладова точність мікронівеліра характеризується середньої квадратичною помилкою визначення перевищення, рівної 0,01мм.
За допомогою мікронівеліра можна визначати перевищення послідовно від однієї точки вивіряємої поверхні до інший, т е прокладати мікронівелірний хід.
Помилку передачі позначки в мікронівелірному ході (у мм) довжиною L и базою приладу b можна підрахувати за формулою
(22.11)
Прийнявши b – 1,0м, L = 100м, одержимо m[h] – 0,1мм.
Гідронівелювання застосовують для вивірки по висоті опорних площин будівельних конструкцій і технологічного встаткування в умовах, коли виконання геометричного нівелювання утруднено.
Розрізняють гідромеханічне, гідродинамічне й гідростатичне нівелювання
Гідромеханічне нівелювання засноване на принципі виміру перевищення як функції надлишкового тиску (або розрідження), створюваного у вимірювальній системі стовпом рідини й реєстрируємого датчиком тиску (манометром або мановаку-умметром). Цей спосіб дозволяє вимірювати перевищення до декількох метрів, але з порівняно невисокою точністю – 1 – 2 см. Застосовується він для попередньої установки будівельних конструкцій.
У гідродинамічному нівелюванні виміру виконуються в процесі безпрервної зміни рівня рідини в сповіщаючих
Рис. 22.7. Схема визначення перевищення за допомогою гідростатичної системи
посудинах, установлюваних на обумовлених точках. Спосіб в основному застосовують при необхідності автоматизованого виміру осад споруди.
Із всіх способів гідронівелювання гідростатичний є найпоширенішим і придатним для геодезичних вимірів при виконанні монтажних робіт.
В основі способу гідростатичного нівелювання лежить властивість рідини встановлюватися в сполучених посудинах на одному горизонтальному рівні. Так у сполучених посудинах 1 й 2 (рис. 22.7), установлених на вивірюємих точках А і В, між якими визначається перевищення h, рідина перебуває в стані гідродинамічної рівноваги й визначає положення рівневої поверхні. Якщо посудини однаково відцифровують від нижніх опорних точок, наприклад через міліметри, те, вимірявши висоти стовпів рідини d1 й d2 можна обчислити перевищення h=d1-d2 Такий спосіб недостатньо точний і використається лише в будівельних гідростатичних рівнях.
Більше точні системи побудовані по іншому принципі. Перевищення h можна визначити за формулою
(22.12)
де а1 і а2 – висоти посудин або положення вихідних точок відрахування відносно щодо точок, за допомогою яких вони встановлюються на вивіряєму поверхню; 31 і П1- відстані від вихідних точок відлічування до рівня рідини.
Різниця в положенні вихідних точок відлічування є постійної приладу, що залежить від погрішностей його виготовлення. Іноді неї називають місцем нуля (МО) приладу. Для її виключення з результатів вимірів посудини необхідно поміняти місцями й знову визначити відстані 32 і П2 до рівня рідини.
У цьому випадку
(22.13)
У середнім значенні перевищення, певного при двох положеннях посудин, МО виключиться, тобто
(22,14)
а його значення може бути підраховане за формулою 
(22.15)
Реєстрація рівня рідини в точних гідростатичних системах здійснюється візуальним, електроконтактним, фотоелектричним й іншим способами. До візуальних систем ставляться широко розповсюджені прилади УГС моделі 114 й 115 і прилад Мейссера (ФРН), які є приладами переносного типу. Прилад УГС складається із двох вимірювальних посудин, з’єднаних між собою водяними й повітряним гнучкими прозорими шлангами. Кожна вимірювальна посудина має мікрометричний гвинт із вістрям.
На нівелюємі поверхні посудини встановлюють плоскими п’ятами. При вимірі відліки беруть по шкалі гвинта до 0,01мм у момент контакту вістря з рівнем рідини. Діапазон вимірюваних перевищень 25мм (у приладі Мейссера – до 100мм), приладова точність характеризується середньою квадратичною помилкою 0,02 – 0,05мм.
На точність гідростатичного нівелювання істотний вплив роблять зовнішні умови (головним чином, через різницю температур у посудинах і водяному шлангу). Для зменшення цього впливу гідростатичну систему розташовують удалині від сильних джерел нагрівання, а шланги намагаються укладати горизонтально.
Індикаторний спосіб застосовують для остаточної установки вивірюємих точок на проектну оцінку, якщо з попередніх вимірів відомі точні фактичні позначки цих точок.
Над вивіряємимі точками встаткування, наприклад А и В (рис. 22.8), установлюють індикаторний пристрій, що складається з підставки зі стійкою, пересувного містка з рівнем і вартового індикатора. Якщо до відліку по індикаторі при його обпиранні на вивіряєму точку додати різниця між проектною й фактичною позначками, то вийде відлік» до величини якого треба підняти або опустити встаткування, щоб його фіксована точка перебувала на проектній оцінці.
Індикаторний спосіб може також застосовуватися для остаточної установки встаткування в плані, якщо індикаторний пристрій повернути так, щоб воно фіксувало горизонтальне переміщення обладнання.
Рис.22.8 Схема індикаторного способу вивірки конструкцій
2.4. СПОСОБИ УСТАНОВКИ Й ВИВІРКИ КОНСТРУКЦІЙ Й УСТАТКУВАННЯ ПО ВЕРТИКАЛІ
Установку конструкцій й устаткування у вертикальне положення роблять різними способами залежно від необхідної точності: за допомогою схилу; проектуванням похилим променем; використовуючи оптичну вертикаль, бічне нівелювання й автоколімацію.
Спосіб схилів застосовується в основному для попередньої установки й при роботах порівняно невисокої точності. Звичайно використовують важкі схили, занурені в рідину (у воду або в масло) для зменшення їхніх коливань. Помилка цього способу характеризується величиною 0,001h, де h- висота конструкції.
Для автоматизації й підвищення точності вимірів використовують електронний центрир, у якому вертикаль задається сталевою струною, а відхилення від її вивіряємої конструкції виміряється за допомогою індуктивного датчика, жорстко пов’язаного із цією конструкцією.
Спосіб проектування похилим променем застосовують при улаштуванні будівельних конструкцій. Виконують його за допомогою теодоліта. Розглянемо його на прикладі найпоширенішого випадку вертикальної установки колон будинку. Нехай колону установлену в проектне положення в нижньому перетині (см. рис 20.21), необхідно встановити по вертикалі. Перед установкою колони виконана її розмітка, що визначає положення геометричної осі. По напрямку, перпендикулярному однієї із плоскостей колони, установлюють і нівелюють теодоліт. Вертикальний штрих сітки ниток теодоліта сполучають із рискою у нижньому перетині колони. Трубу теодоліта піднімають до рівня верхньої мітки. Нахиляючи колону, домагаються сполучення верхньої риски з вертикальним штрихом сітки. Сполучення верхньої й нижньої міток із цим штрихом свідчить про вертикальність колони. Аналогічні дії виконують по іншому напрямку, перпендикулярному першому.
До числа основних джерел помилок способу можна віднести нахил вертикальної осі обертання теодоліта; вплив помилки візування й нестворність установки теодоліта.
Нахил вертикальної осі обертання теодоліта – найбільш істотне джерело помилок, не усуваєме візуванням при двох положеннях вертикального кола. У лінійній мірі помилка за нахил m, визначається з вираження
(22.16)
де — ціна розподілу рівня на алідаді горизонтальне колу теодоліта;
h— висота конструкції. Прийнявши h=10 м, = 20", для теодоліта 2Т2 одержимо m=0,5 мм, що для монтажу будівельних конструкцій цілком припустимо. Однак ця помилка зростає зі збільшенням висоти.
Помилка візування підраховується так само, як й у створних побудовах.
Вплив нестворності установки теодоліта залежить від плану розташування осьових міток. Якщо вони перебувають на одній вертикалі, то нестворність установки теодоліта не має істотного значення. У противному випадку припустима нестворність ∆H установки теодоліта, що залежить від розбіжності проекцій верхніх і нижньої осьових міток r і відстані S від теодоліта до конструкції, може бути обчислена за формулою
(22.17)
де ∆r, – припустима величина помилки не вертикальності конструкції. Прийнявши ∆r=1 мм, S=20 м и r=50 мм, одержимо ∆H =0,4 м. Отримана величина вказує на необхідність досить точної установки теодоліта в створі.
Спосіб оптичної вертикалі передбачає застосування різного роду оптичних приладів, що проектують, з рівнем або компенсатором.
Основними помилками способу оптичної вертикалі є: центрування приладу над вихідним пунктом; приведення лінії візування у вертикальне положення; візування на марку або відліку по штрихах палетки; фіксування точки; вплив зовнішніх умов.
З досвіду встановлено, що інструментальна точність приладів вертикального проектування з компенсатором характеризується середньої квадратичною помилкою 0,5…1мм на 100м висоти.
Спосіб бічного нівелювання для розмітки колон був описаний раніше (см. § 16.7). Для установки колони по вертикалі рейка встановлюється ще й у верхньому перетині (см. Рис. 16.7). Колону можна вважати встановленої по вертикалі у випадку збігу відліків по рейках у нижньому й верхньому перетинах. Очевидно, що для установки колони в напрямку, перпендикулярному створу осі АВ, необхідно переставити теодоліти на 90° і виконати аналогічні дії.
Точність установки колони по вертикалі способом бічного нівелювання буде в основному залежати від помилки не перпендикулярності рейки до напрямку візування теодолітом, помилки відліку по рейці й помилки за нахил вертикальної осі теодоліта.
Перша з помилок може бути підрахована за формулою
(22.18)
де l — відлік по рейці; υ — кут відхилення рейки від перпендикулярного напрямку. Прийнявши l= = 1500 мм й υ =2°, одержимо mн=0,8 мм.
Помилку відліку по рейці можна обчислити за формулою
(22.19)
де t- ціна розподілу рейки, S – відстань від теодоліта до рейки, м. При t = 10 мм, S=50 м і Г=25х будемо мати mо=0,7 мм.
Рис. 22.9. Схема установки конструкції по вертикалі автоколімаційним способом
Помилка за нахил вертикальної осі теодоліта підраховується за формулою (22.16). Прийнявши h=10 м и = 20", одержимо m=0,5 мм.
Для наведених даних сумарна помилка вертикальної установки колони в одному напрямку буде дорівнює
У способі автоколімації до встановлюваного у вертикальне положення конструкції 1 кріпиться добре шліфоване плоске дзеркало 2 (рис. 22.9). На деякій відстані від дзеркала встановлюють і приводять у горизонтальне положення нівелір 3, постачений автоколімаційним окуляром. Вивіряєму конструкцію разом із дзеркалом нахиляють доти, поки в поле зору труби нівеліра не збіжаться пряме й відбите від дзеркала зображення світлового горизонтального індексу.
Для виключення помилки за непаралельність площини дзеркала вивіряємої площини конструкції дзеркало повертають на 180° так, щоб його опорні поверхні помінялися місцями. Після цього вивірку вертикальності повторюють знову.
2.5. ОСОБЛИВОСТІ МОНТАЖУ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ВСТАТКУВАННЯ ПІДВИЩЕНОЇ ТОЧНОСТІ
Сучасний розвиток ряду галузей науки й народного господарства приводить до необхідності створення різних унікальних споруд, нормальна робота яких можлива лише при дотриманні високої точності спряження елементів технологічного встаткування й стабільності їхнього положення в часі. До таких споруд ставляться: лінійні й кільцеві прискорювачі ядерних часток, великі радіотелескопи й антенні комплекси, автоматизовані виробничі лінії й інші спеціальні споруди.
Для високоточного монтажу встаткування таких споруд, допуски на який характеризуються десятими частками міліметра, виконують спеціальні геодезичні роботи. Особливістю їх є застосування таких методів і засобів вимірів, котрі забезпечували б задану точність установки й наступного контролю положення встаткування в складних будівельно-монтажних й експлуатаційних умовах.
Вибір загальної схеми рішення завдання по високоточній установці встаткування залежить від компонування окремих частин споруди й елементів усередині кожної частини, їхнього технологічного взаємозв’язку, умов вимірів.
Компонування встаткування при проектуванні споруди виробляється щодо деяких вихідних осей і точок, які при надійному закріпленні їх у натурі можуть бути основою для геодезичної установки встаткування. Якщо це виявляється неможливим, то створюється спеціальна опорна мережа, пункти й сторони якої приймають на себе роль вихідних точок й осей У цьому випадку повинна бути відома або розрахована прив’язка технологічних осей устаткування до опорної геодезичної мережі.
Високі вимоги до точності монтажу встаткування роблять необхідним надійне закріплення опорних точок. Знаки, що служать для закріплення опорних точок, повинні бути стабільними й забезпечувати виконання вимірювальних операцій із заданою точністю. Із цією метою при конструюванні й виготовленні знаків передбачають захист їх від різних впливів, юстировочні пристрою для додання центру знака певного положення в плані й по висоті, пристрою для високоточного центрування вимірювальних приладів й устаткування.
Особливістю побудови опорних геодезичних мереж для високоточної установки встаткування є більша щільність пунктів, що приводить до зменшення відстаней між ними (звичайно ці відстані не перевершують 25м). У цьому випадку найбільш точним методом побудови планової мережі є метод мікротрилатерації Схема мікротрилатерації залежить від форми, розмірів і розміщення окремих частин споруди. Пункти мережі намагаються наблизити до встановлюваного встаткування, тому форма мережі звичайно повторює геометричну форму споруди в плані. Так, наприклад, для кільцевих прискорювачів і радіотелескопів будують радіально-кільцеві (рис. 22.10, а) або кільцеві (рис. 22.10, 6) мережі, для споруд лінійного типу – мережі з витягнутих трикутників (рис 22.10, в). В останніх двох випадках у витягнутих трикутниках додатково вимірюють висоти.
Висотні мережі створюють в основному методом складного геометричного нівелювання коротким променем.
Для установки окремого блоку встаткування на ньому закріплюють два планових і три висотних геодезичних знаки, прив’язаних до технологічної або геометричної осі. Замість трьох висотних
Рис. 22.10 Схеми опорних мереж дм високоточної установки встаткування
знаків можна мати одну базову горизонтальну площину, прив’язану по висоті до технологічної осі, що має проектну оцінку. У ряді випадків прив’язку геодезичних знаків роблять на спеціальному каліброваному стенді.
До основних методів високоточної установки встаткування в плані відносять методи полярних і прямокутних координат, створної і створно-лінейної зарубок.
Приведемо одну з можливих схем планової установки встаткування (рис. 22.11). Окремі блоки встаткування встановлюють полярним способом щодо опорних пунктів P1,P2,P5… -і допоміжних точок, що закріплюють тимчасово в їхньому створі, Bл и Вп Кожен блок зводять по розбивочних елементах li, βi, і i, Допоміжні точки тимчасово закріплюють переносними геодезичними знаками, верхня частина яких обладнана координатним столиком для установки центра в необхідне положення по створу й радіусу.
У створі суміжних опорних пунктів центри допоміжних точок установлюють одним з високоточних створних способів. Лінійні розбивочні елементи li, і i, відкладають інварнимі стрічками з міліметровими розподілами, використовуючи для натягу чутливі блоки й мікроскопи для відлічення. Відкладення довжин до 4м роблять також машинобудівними нутромірами
Рис 22.11 Схема високоточної планової установки встаткування в кільцевому спорудженні
або спеціально виготовленими мірними жезлами. Кутовий елемент β, відкладають високоточним теодолітом, установлюваним на опорному або допоміжному знаку. У розглянутій схемі опорні пункти й устаткування розташовані на одному горизонти.
На практиці можливі випадки, коли опорні знаки розташовуються значно нижче встаткування. У цьому випадку розбивочні побудови виконують на горизонти опорних знаків до допоміжних точок, положення яких відповідає проектному положенню геодезичних знаків на встаткуванні. Над цими знаками встаткування встановлюють за допомогою високоточних приладів вертикального проектування.
У ряді випадків стосовно до умов монтажу частина блоків устаткування встановлюють від пунктів опорної мережі, а проміжні блоки – від створів знаків уже встановлених блоків. При цьому необхідно, щоб за час монтажу встановлені від опорної мережі блоки не змінили свого проектного положення.
Для високоточної установки встаткування по висоті й усунення його нахилів щодо горизонтальної площини застосовують геометричне нівелювання, мікронівелювання й гідронівелювання.
Геодезична установка кожного блоку встаткування виробляється послідовними наближеннями із чергуванням процесу висотної й планової установок.
Висока точність геодезичних робіт при монтажі технологічного встаткування унікальних споруд досягається застосуванням високоточних вимірювальних засобів, а також спеціального устаткування й методів, що зменшують вплив різних джерел помилок.
Для кутових вимірів застосовують високоточні теодоліти й спеціальні візирні цілі, пристосовані для примусового (механічного) центрування на геодезичних знаках. Застосовуючи різну методику вимірів, можна значно зменшити помилки діаметрів кіл, а вибираючи умови вимірів – послабити вплив бічний рефрайції. Як показав досвід, в умовах закритого приміщення при коротких сторонах кутові виміри можна виконувати із середньої квадратичною помилкою порядку 0,5 – 0,7".
Високоточні лінійні виміри виконують за допомогою мірних жезлів, мірних дротів і стрічок, а також оптико-електронних приладів.
Мірні жезли найчастіше застосовують для відкладення проектних відстаней, довжина яких менш 2м. Для особливо точних робіт їх виготовляють із інвару, кварцу, сучасних композиційних матеріалів з коефіцієнтом лінійного розширення, близьким до нуля.
Мірні інварні дроти або стрічки застосовують в основному для лінійних вимірів в опорній геодезичній мережі. При цьому намагаються вимірювати лінії одним укладенням мірного приладу, для чого їх виготовляють довжиною, що відповідає кожній вимірюваній відстані. Інварні дроти постачають скляними шкалами із ціною розподілу 0,2мм, а відліки по них беруть за допомогою вимірювальних мікроскопів. Всі мірні прилади періодично еталонують на стаціонарних компараторах, а в процесі виконання монтажних робіт – і на робочих компараторах, обладнання на об’єкті.
До числа оптико-електронних приладів, за допомогою яких вимірюють короткі відстані з помилкою до десятих часток міліметра, можна віднести светлодальномір ДК 001 вітчизняного виробництва й Мекометр МЕ 3000 (Швейцарія). Використовують також інтерферометричний метод вимірі, але він не одержав широкого поширення через громіздкість і складність настроювання апаратури.
Дня високоточних створних вимірів застосовують всі описані в даній главі способи вивірки прямолінійності.
Високоточне геометричне нівелювання коротким променем передбачає застосування прецизійних нівелірів типу Н-05, компарованих малогабаритних рейок або точних лінійок, прецизійної нівелірної підставки для зміни горизонту приладу, Нівелювання на станції виконують строго із середини й по симетричній програмі.