Инженерно-геодезические работы в строительстве

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра геодезии
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ В
СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Методические указания
для выполнения полевых работ на учебной геодезической практике
студентам первого курса дневного обучения по направлению
«Строительство».
Казань-2011
УКД 528.48
Инженерно-геодезические работы в строительстве. Методические
указания для выполнения полевых работ на учебной геодезической
практике, для студентов 1 курса, обучающихся по направлению 270100
«Строительство». Методические указания соответствуют Федеральному
общеобразовательному стандарту. В.С.Бороских, В.И.Стебнев. Казань:
КазГАСУ, 2011-28 С.
Илл. 23.
Рецензент: начальник отдела изысканий ООО «РАСТР»
Н.М.Джепов
2
Геодезические измерения выполняются на всех этапах строительных
работ, являются неотъемлемой частью строительного производства.
Квалифицированное геодезическое обслуживание проектирования и
строительства объекта в немалой степени способствует тому, чтобы
возводимое сооружение отвечало своему назначению, было долговечным,
удобным и красивым, было построено в установленные сроки с
минимальными затратами труда, времени и денежных средств.
Геодезическое обслуживание проектирования и строительства объекта –
это инженерно-геодезические изыскания.
В методических указания приводятся общие принципы производства
разбивочных работ и виды геодезического обслуживания строительства
различных инженерных сооружений.
1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОИЗВОДСТВА ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ
РАЗБИВОЧНЫХ РАБОТ.
Разбивкой сооружения или перенесением его проекта в натуру
называется комплекс геодезических работ по определению на местности
положения будущего сооружения и его частей в плане и по высоте в
соответствии с проектом. По своей сущности разбивочные работы
являются процессом, обратным топографической съемке. При
топографической съемке характерные точки ситуации и рельефа
переносятся с местности на план; в процессе разбивки, наоборот,
запроектированное на топографическом плане сооружение должно быть
перенесено на местность. Обратные действия сложнее прямых, поэтому
разбивка сооружений на порядок точнее съемочных работ.
Перенос проекта сооружения в натуру выполняется в три этапа:
1. на первом этапе - от пунктов геодезической основы на строительной
площадке выносятся в натуру и закрепляются на местности главные или
оси симметрии сооружения;
3
2. на втором этапе – от главных осей производится разбивка основных
продольных и поперечных осей сооружения, определяется высотное
положение отдельных элементов сооружения;
3.
на 3-ем этапе - разбиваются монтажные (технологические) оси и
выполняется геодезический контроль за установкой технологического
оборудования в проектное положение.
Требования к точности разбивочных работ нарастают при переходе от
этапа к этапу. На первом этапе эти требования относительно невысоки:
общее положение сооружения на местности может быть определено с
погрешностью в несколько см. Значительно точнее, с погрешностями до
нескольких мм, должна выполняться детальная разбивка основных осей,
имеющая целью обеспечить строгую геометрическую связь между
отдельными
элементами
сооружения.
Величины
допустимых
погрешностей при разбивке обусловлены типом сооружения, его
назначением, материалом, из
которого сооружение
возводиться,
технологией производства работ. Они указываются в строительных нормах
и правилах (СНиП), регламентирующих документах (РД) или в проектах.
Геодезическая разбивка должна обеспечить полную сборность
сооружения, т.е. строгое сопряжение всех его частей в соответствии с
проектом. На третьем этапе требования к точности разбивочных работ
самые высокие. При строительстве некоторых сооружений и монтаже
технологического оборудования в промышленном строительстве взаимное
положение отдельных частей сооружений и механизмов необходимо
определять с погрешностями до десятых долей миллиметров.
Высотную разбивку зданий и сооружений, либо их частей выполняют
от строительных реперов, заложенных на строительной площадке.
Нормы точности разбивочных высотных работ также регламентированы
СНиП, РД или проектами производства работ.
1.1. Подготовка геодезических данных для выноса проекта
сооружения на местность.
Для перенесения проекта сооружения в натуру производят
геодезическую подготовку, которая включает:
1. Вычислительные и графические работы для получения разбивочных
данных;
2. Составление разбивочного чертежа, на котором показывают элементы
привязки возводимого сооружения к пунктам геодезической основы.
Подготовка исходных данных для разбивки может выполняться
графическим, аналитическим или графо-аналитическим методами.
Графический метод можно использовать только при наличии
крупномасштабного плана района строительства. Непосредственно с
плана снимаются графически при помощи циркуля-измерителя,
поперечного масштаба и геодезического транспортира все геометрические
4
элементы разбивочного чертежа. Точность определения разбивочных
элементов невысока и прямо зависит от масштаба плана.
Наиболее точные результаты дает аналитический метод, при котором
по известным координатам опорных и проектируемых точек решением
обратной геодезической задачи вычисляют элементы геометрической
привязки сооружения к пунктам геодезической основы.
Оперативным методом подготовки разбивочных чертежей является
графо-аналитический метод, при котором часть необходимых данных для
составления разбивочного чертежа снимают графически с плана, а другую,
большую часть, рассчитывают аналитически.
Рассмотрим этот способ подготовки исходных данных для выноса в
натуру осевых точек запроектированных сооружений - полярный способ.
В начале координаты осевых точек сооружения необходимо определять
графически с плана с помощью поперечного масштаба и циркуля измерителя. Разбивочные элементы углы и расстояния до осевых точек
относительно вершин геодезического обоснования (теодолитного хода)
вычисляют решением обратной геодезической задачи. Для этого
вычисляют разности координат (приращения):
Δx1-0 = x0-x1 и Δy1-0 = y0-y1
(1.1)
где x0, y0 – координаты выносимой осевой точки,
x1, y1 – координаты опорной точки вершины теодолитного хода,
от которой осевая точка будет выносится в натуру. По разностям
координат Δx1-0 и Δy1-0 находят расстояние от опорной точки до выносимой
осевой по формуле:
d1-0=
( Δx21-0 + Δу21-0 )
(1.2)
Далее нужно подсчитать румб линии между опорной точкой и
выносимой осевой по формуле:
r1-0=аrctg (Δy1-0/Δx1-0) ,
(1.3)
причем румб определяется по знакам разностей координат Δx1-0 и Δy1-0 в
соответствии с рис. 1.1.
Далее от румба r1-0 переходят к дирекционному углу этой линии ά1-0
по формулам связи между румбами и дирекционными углами.
Также вычисляются румб и дирекционный угол линии между
опорными точками 1 и 2 (смежными вершинами теодолитного хода) по
формуле (1.3) или берутся из ведомости вычисления координат. Наконец,
разбивочный угол β между линиями 1-2 и 1-0 вычисляется по формуле:
β= α1-2- α1-0 или β= α1-0 - α1-2
(1.4)
5
рис. 1.1.
Подготовку разбивочных данных целесообразного вести, заполняя
ведомость вычисления координат теодолитного хода с последней графы до
первой, т.е. в обратном порядке. По данным этой ведомости вычерчивается
разбивочный чертеж, на котором изображаются геодезическая основа
разбивки
(теодолитный
ход)
и
положение
осевых
точек
запроектированного сооружения с указанием величин рассчитанных
разбивочных углов и расстояний. У зданий подлежат выносу в натуру
точки пересечения основных осей, у дорог и коммуникаций – вершины
углов поворота осей трассы.
1.2. Элементы геодезических разбивочных работ.
Плановое положение точки на земной поверхности может быть
определено различными способами. Но во всех способах приходится на
местности разбивать или горизонтальные углы, или откладывать
проектные расстояния, или то и другое вместе, чаще всего. Определение
проектной точки по высоте является третьим составляющим элементом
геодезических разбивочных работ.
Разбивка проектного горизонтального угла.
На местности необходимо иметь вершину и одну сторону угла. Это
пункты опорной геодезической плановой сети (у нас – вершины
теодолитного хода).
рис. 1.2.
6
Над вершиной угла 1 устанавливают теодолит и наводят трубу на
точку 2 (рис. 1.2а). Берут отсчет по горизонтальному кругу. К нему
прибавляют величину проектного угла, если угол откладывается вправо от
линии 1-2, или вычитают, если он откладывается влево от линии 1-2.
Движением алидады устанавливают рассчитанный отсчет и колышком
фиксируют вторую сторону проектного угла точку 01. Для исключения
грубой погрешности и влияния коллимационной ошибки трубу переводят
через зенит и откладывают проектный угол при другом положении
вертикального круга и закрепляют точку 02. Если погрешность разбивки
угла не более 1' (на расстоянии 100м длина отрезка 0102 не более 30 мм),
берут и фиксируют середину отрезка 0102 колышком 00. Угол между
линиями 1-2 и 1-00 будет искомым.
Если проектный угол требуется вынести в натуру с точностью,
превышающей точность отсчетного устройства теодолита, пользуются
способом редуцирования. Построенный предварительно угол измеряют 34 приемами, и вычисляют его среднее значение βср. . Сравнивая величину
βср с проектной βпр, находят:
∆β=βпр-βср,
Соответствующий линейный элемент редукции q определяют из
соотношения:
q=∆β'' L/ρ′′
(1.5)
где L- расстояние до выносимой точки , ρ''=206265''.
Отложив величину q вдоль перпендикуляра к линии 1-0ср с
соответствующим знаком, фиксируют точку 00. Линия 1-00и есть вторая
сторона проектного угла βпр.
Вынос в натуру проектного расстояния.
При отложении на поверхности Земли горизонтального проложения
линии с помощью мерной ленты (рулетки) нужно учитывать влияние
наклона местности, температуру измерений и несоответствие фактической
длины мерного прибора ее номинальному значению (Δlk=l-l0).
Значение длины линии на местности Д будет отличаться от
горизонтального проложения линии d, взятого с проекта, на сумму
поправок за наклон ∆dv, за компарирование ∆dк и за температуру мерного
прибора ∆dt . :
Д = d + ∆dv - ∆dк - ∆dt .
(1.6)
Поправка за наклон линии ∆dv вычисляется, ∆dv=2dsin2(v/2), где vугол наклона местности. Если известно превышение между концами
выносимого проектного расстояния, то поправка за наклон может быть
получена по формуле:
∆dv=h2/2d
Поправку за компарирование находят по формуле:
∆dк= dΔlk/ l ,
(1.7)
7
В формуле (1.7) d/ l – количество отложений ленты (рулетки) в
проектном расстоянии, l- фактическая длина ленты (рулетки), l0номинальное значение длины ленты (рулетки).
Поправка за температуру мерного прибора при выносе проектного
расстояния в натуру вычисляется по формуле:
∆dt=kd(t-t0)
(1.8)
В формуле (1.8) t – температура при разбивке (считается равной
температуре мерного прибора), t0- температура при компарировании
ленты (рулетки), к – коэффициент температурного расширения стали,
равный 0,0000125 м/град.
От опорной точки в заданном (отложенном) направлении несколько
раз откладывают преобразованную проектную длину линии Д и при
допустимом расхождении закрепляют среднее положение конечной точки.
Вынос в натуру проектного расстояния можно выполнить также
способом редуцирования. В этом случае от опорной точки в заданном
направлении
откладывают
проектное
расстояние,
закрепляют
предварительно. Отложенное расстояние измеряют прокомпарированной
рулеткой или лентой несколько раз. В вычисленное затем среднее
значение длины отрезка вводят поправки за компарирование ∆dк, за
температуру измерений ∆dt и за наклон линии ∆dv:
d=Дср+∆dк+ ∆dt +∆dv
(1.9)
Далее полученное значение горизонтального проложения линии
сравнивают с проектным значением. Затем разницу с соответствующим
знаком откладывают при помощи металлической линейки с
миллиметровым делениями от предварительно закрепленной точки и
получают точку, которую закрепляют колышком как конечную точку
проектного отрезка.
Поправки в формулах (1.6-1.9) следует вводить, если |∆dк |>4мм; |(tt0)|>8°; |v|>1°30'.
Вынос в натуру проектной отметки.
На строительной площадке разбивают сеть рабочих реперов такой
густоты, чтобы любую проектную отметку можно было вынести в натуру
нивелиром с одной станции. Установив поэтому на ближайший репер с
отметкой НРП рейку, а нивелир посередине между репером и выносимой
точкой, берут отсчет а по рейке на репере. Определив горизонт прибора Нi
по формуле:
Нi = Нрп + а,
(1.10)
вычисляют отсчет по рейке в, сооветствующий проектной отметке Нпр
b = Нi – Нпр
(1.11)
Перемещают рейку в выносимой точке вверх или вниз до получения
отчета в, после чего фиксируют положения пятки на забитом рядом
колышке (рис. 1.3).
8
рис. 1.3.
Если проектная отметка находится ниже уровня земли - выносят
отметку, которая будет расположена выше уровня земли и отличается от
проектной на целое число дециметров. На колышке надо подписать со
знаком минус разность вынесенной и проектной отметок.
Для контроля необходимо проверить превышение между репером и
вынесенной проектной точкой обычным нивелированием. Если оно равно
разности Нрп - Нпр в пределах допуска, работа выполнена верно. В
противном случае ее переделывают.
Разбивка линии заданного уклона.
От точки А с отметкой На требуется разбить линию АВ длиной L с
проектным уклоном i=tgv
рис.1.4.
Если не требуется большой точности, задача решается с помощью
визирок (см. рис.1.4). Вынеся в натуру от ближайших реперов нивелиром
проектные отметки НА и НВ= НА+ iL и закрепив их кольями, на них
устанавливают опорные визирки одинаковой высоты. Третью, ходовую
9
визирку той же высоты размещают на кольях между опорными визирками.
Колья забивают до тех пор, пока верх ходовой визирки не окажется в
створе с верхом опорных визирок. Наблюдается все это невооруженным
глазом, поэтому точность способа невысока.
рис. 1.5.
Для того, чтобы линия заданного уклона была вынесена в натуру
точнее, нужно использовать нивелир (см. рис.1.5). Вынеся в натуру от
ближайших реперов и закрепив конечные точки линии А и В, на них
устанавливают рейки, а нивелир устанавливают посередине, причем так,
чтобы два подъемных винта были расположены вдоль линии АВ. Вращая
эти два винта в разные стороны, наклоняют трубу нивелира до тех пор,
пока на рейках на точках А и В не будут видны одинаковые отсчеты.
Линия визирования станет параллельной линии заданного уклона. Если в
створе линии АВ на рейке будет виден тот же отсчет, что и на рейках в
точках А и В, то пятка рейки будет располагаться на линии заданного
уклона.
Разбивку линии заданного уклона можно выполнить с помощью
теодолита. Для этого выносят в натуру проектную отметку начала линии в
точке А, устанавливают над ней теодолит и измеряют его высоту J (см.
рис.1.6).
рис.1.6.
10
Вычислив соответствующий заданному уклону i вертикальный угол v
(i=tgv), устанавливают этот угол по вертикальному кругу теодолита с
учетом места нуля. Рейку в выносимой точке В перемещают по вертикали,
пока отсчет по ней не станет равным высоте прибора J, и тогда фиксируют
колом пятку рейки. Она находится на линии заданного уклона. Таким же
образом выносят другие точки в створе выносимой линии.
2. Инженерные задачи, решаемые на строительной площадке.
(Направления: 270100 «Строительство», 270300 «Архитектура»)
Содержание задач:
1.Подготовка проектных данных и перенесение проекта сооружение на
местность в плане;
2.Вертикальные разбивочные работы:
а) передача отметки на дно глубокого котлована;
б) передача отметки на верхние этажи здания.
3. Проверка установки опор и колонн в вертикальное положение.
2.1. Подготовка проектных данных и перенесение проекта сооружения
на местность в плане.
Работа по выносу в натуру осей сооружения выполняется после
составления плана строительного участка.
На плане вычерчивают красным цветом основные (габаритные) оси
проектируемого здания прямоугольной формы, учитывая ситуацию
местности. Размеры здания – длина от 30м до 60м, ширина – от 10м до
15м (рис. 2.1).
рис. 2.1.
Точки пересечения основных осей (углы здания) должны
располагаться на некотором удалении (не менее 20м) от пунктов
съемочного обоснования.
Подготовку проектных данных произвести графоаналитическим
11
способом. Полярные координаты осевых точек А и В (d1, β1, d2, β2 )
получить из решения обратной геодезической задачи. Для этого
прямоугольные координаты точек А и В графически определить по
плану, а координаты вершин теодолитного хода 1 и 2 (рис. 2.1) взять из
ведомости вычисления координат. Из этой же ведомости выписать
дирекционный угол стороны 1-2.
Результаты вычислений при решении обратной геодезической
задачи записывают в ведомость вычисления координат теодолитного
хода (обратная сторона).
Разбивочный чертеж составить по данным ведомости вычисления
координат. На нем показать ближайшие пункты геодезической основы
(вершины теодолитного хода), все разбивочные элементы, а так же
размеры запроектированного здания и его диагонали для
последующего контроля разбивочных работ. При этом проектные
элементы показать красным цветом, а существующие на местности
элементы – черным.
Вынос в натуру осевых точек А и В выполнить способом полярных
координат согласно разбивочному чертежу. Для этого вынести в натуру
рассчитанные проектные углы β1 и β2 и проектные расстояния d1 и d2.
Для контроля измерить построенную линию АВ и сравнить с
проектной. Расхождение допустимо до 1/2000 проектной длины линии.
Затем теодолит установить последовательно в точках А и В и
построить прямые углы относительно стороны АВ. Отложить ширину
здания АД и ВС. Для контроля измерить диагонали АС и ВД и
сравнить с расчетными значениями. Расхождения допустимы до 1/2000
длины диагоналей. Сдать закрепленные оси здания преподавателю в
поле.
Отчетные документы:
1. Разбивочный чертеж.
2. Решение обратной геодезической задачи в ведомости вычисления
координат.
2.2. Вертикальные разбивочные работы.
а) Передача отметки на дно глубокого котлована. Если глубина
котлована менее 2м, нивелирование производится с бровки котлована.
При большей глубине котлована на дне закладывают рабочий репер и
передают на него отметку от реперов нивелирной сети строительной
площадки. Задача решается методом геометрического нивелирования с
использованием двух нивелиров одновременно, и стальной рулетки с
грузом на конце, подвешиваемой на кронштейне (рис. 2.2).
12
рис. 2.2.
С одной стороны котлована устанавливают кронштейн и подвешивают
к нему прокомпарированную рулетку нулем вверх. К другому концу
рулетки прикрепляют груз массой 10кг и погружают его в ведро с вязкой
жидкостью. С помощью двух нивелиров, вверху и внизу котлована, берут
одновременно отсчеты в1 и в2 по рулетке и затем отсчеты а и с по рейкам,
стоящим на реперах вверху и на дне котлована. Отметку репера на дне
котлована вычисляют по формуле:
Нрп2=Нрп1+а-(в2-в1)-с
(2.1)
Контроль правильности передачи отметки осуществляется путем
определения отметки нижнего репера повторно. Расхождение в отметках
репера №2 не должны быть более 4мм. Берется среднее значение.
Если разность температур при компарировании рулетки и передаче
отметки на дно котлована более 8°, в измеренную разность отсчетов по
рулетке (в1 и в2) следует вводить поправку за температурное расширение:
∆c=α(в2-в1)(t-t0),
-6
где α=12 · 10 м/град – коэффициент температурного расширения
стали.
Отчетные документы.
Схема передачи отметки на дно котлована с цифровыми
результатами.
б) Передача отметки на верхние этажи здания (монтажные горизонты).
Задача решается аналогично вышеприведенной, только в формуле (2.1)
разность отсчетов по рулетке (в1 - в2) будет иметь знак «+», то есть (см.
рис. 2.3):
Нрп2=Нпр1+а+(в2-в1)-с
(2.3)
13
рис. 2.3.
Отчетные документы.
Схема передачи отметки на монтажный горизонт с цифровыми
результатами.
2.3. Проверка установки колонн и опор в вертикальное положение.
Вертикальность колонн и опор высоких сооружений проверяется
двумя теодолитами, установленными по двум взаимно перпендикулярным
направлениям к колонне или опоре (рис.2.4).
рис.2.4.
Вертикальная нить сетки зрительной трубы обоих теодолитов
наводится на середину колонны или опоры в верхней части. Середины
колонн или опор вверху и внизу еще перед установкой размечают
рисками. Если по обеим направлениям проекции верхних рисок совпадают
14
с нижними рисками, колонна или опора установлена вертикально.
Величина отклонения между проекцией верхней и нижней риской
является линейной величиной наклона колонны
или опоры по
соответствующему направлению. Если величину наклона следует
определить в градусной мере, то величину несовпадения проекции
верхней и нижней рисок делят на высоту сооружения и получают тангенс
угла наклона, по которому и определяют величину угла наклона
сооружения. Для контроля вертикальность сооружения проверяют при
двух положениях вертикального круга теодолита КП и КЛ, берут среднее
значение.
Этот же метод наблюдений может быть применен для определения
кренов высотных сооружений башенного типа, дымовых труб, мачт и т.д.
Отчетные документы.
Схема проверки вертикальности сооружения, результаты наблюдений с
вычислением величин отклонений.
3. Инженерные задачи, решаемые на строительной площадке.
(Направление 270200 «Транспортное строительство»)
Студенты на учебной геодезической практике должны научиться
решить следующие инженерные задачи:
1. Детальная разбивка кривой длиной около 150м с выносом
пикета на кривую.
2. Вынесение в натуру проектного профиля дороги в пределах
100м с разбивкой земляного полотна.
3. Разбивка оси мостового перехода.
3.1. Детальная разбивка кривой.
Для решения этой задачи при помощи таблиц, компьютера или
инженерного калькулятора необходимо рассчитать разбивочные элементы
для двух способов разбивки – способа прямоугольных координат и
способа продолженных хорд. Одну половину кривой следует разбивать
первым способом, вторую – вторым способом. Интервал разбивки l задать
равным 10м (дугу и хорду, соответственно).
Вначале вычисляется центральный угол φ по формуле:
φ=arctg(l/R),
(3.1)
здесь R – радиус круговой кривой.
Далее по формулам:
x1=Rsinφ; x2= Rsin2φ;…; xn= Rsin nφ
(3.2)
и
2
2
y1=2 Rsin φ/2; y2=2 Rsin φ;…; yn=2 Rsin2(nφ/2);
(3.3)
находим абсциссы и ординаты выносимых точек. Абсциссы
откладываются от начала кривой по направлению к вершине угла
поворота, а ординаты – от абсцисс по перпендикуляру внутрь кривой.
Аналогичным образом найдем прямоугольные координаты пикета,
15
попадающего на кривую. Нужно только по пикетажу начала (или конца)
кривой определить дугу l между началом (концом) кривой и пикетом.
Расчеты прямоугольных координат х и у пикета делаются по формулам
(3.1), (3.2) и (3.3).
Вторую половину кривой нужно разбить от конца кривой до
середины способом продолженных хорд. В этом способе l=10м – хорда
круговой кривой. Вначале от конца кривой по направлению на вершину
угла поворота откладываем величину l, а по перпендикуляру – половину
величины а=l2/R. Затем через полученную точку от конца кривой
протягивает в створе 20метровую рулетку, от конца рулетки радиусом а =
к2/R, а от первой точки радиусом l засечкой получаем точку 2. От первой
точки через вторую откладываем 20м рулеткой, от полученной точки
радиусом а = к2/R, а от второй точки радиусом l линейной засечкой
получаем точку 3, и так далее до середины кривой.
Сбойка точек кривых, которые откладывается от начала и от конца
кривой разными способами до середины кривой, свидетельствует о
верных расчетах и правильном построении.
Работа сдается преподавателю в поле.
3.2.Вынесение в натуру проектного профиля дороги.
Задача состоит из двух частей.
1. По каждому строительному поперечнику получить характерные точки
(проекции бровки и основания насыпи).
2. Забить на осевой точке поперечника кол под проектную отметку
(верхний срез кола должен совпадать с проектной отметкой данного
поперечника).
Вначале разбивают строительные поперечники. Для этого на
выбранном участке между двумя пикетами разбивают плюсовые точки
через 20м, т.е. +20м, +40м и т.д. – до следующего пикета. Эти точки
являются осевыми точками поперечников. Вправо и влево от этих точек
под прямым углом откладывают при помощи рулетки расстояния до
характерных точек – проекций бровок или оснований насыпей.
Разбивка поперечников в насыпи.
Если поперечный угол местности не более 3° (рис. 3.1), то можно
принять 0′А1′= 0′А′=В/2, где В – ширина проезжей части, которую можно
принять равной 10м. Расстояния А′1L1=А′L=hнm, где hн - рабочая отметка,
или высота насыпи, берется с продольного профиля; m – знаменатель
уклона насыпи, берется равным 2 (1:m=1:2). Расстояние от оси трассы до
подошвы насыпи d=0′L1= 0′L равно:
d=B/2 +hнm
(3.4)
16
рис. 3.1.
Следовательно, при разбивке поперечника в насыпи на ровном месте от
осевой точки откладывается рулеткой в обе стороны расстояние В/2 для
обозначения проекций бровок и расстояние d до основания насыпи. Точки
закрепляют колышками и подписывают «ось», «бровка», «основание».
Разбивка поперечника в выемке.
При разбивке поперечника в выемке необходимо на местности
отметить колышками осевую точку трассы 0′ и бровки выемки L1 и L (рис.
3.2).
рис. 3.2.
Расстояние от оси до бровок 0′L1 и 0′L определяются по формуле:
0′L1= 0′L= В/2+ hвm +Д
(3.5)
где hв – глубина выемки (берется с продольного профиля), m=1,5, Дширина кювета поверху.
Ширина кювета считается по формуле:
Д=с+2mhк
(3.6)
где с – ширина дна кювета (с=0,4м), hк – глубина кювета (hк=0,6м). В
насыпи колья забивают под проектную отметку. Выемку закрепляют
17
кольями, на которых пишется глубина от верха кола до проектной
отметки. Подошву насыпей и бровки выемок в каждом поперечнике
закрепляются колышками. Работа сдается преподавателю в поле.
3.3. Разбивка оси мостового перехода.
Необходимо вынести в натуру с высокой точностью и закрепить на
противоположных берегах реки расстояние mm′ между лицевыми гранями
береговых опор моста, которое задается проектом (длину mm′ сообщает
преподаватель). Для этого на местности от точек А и В, расположенных на
противоположных берегах, отложить расстояния Аm и Вm′ (рис. 3.3).
рис. 3.3.
При определении положения точек А и В и расстояний Аm и Вm′ с
плана местности точность будет недостаточной. Поэтому расстояние АВ
нужно определить точнее графической точности плана. Сделав это и
выбрав расстояние Вm′, расстояние Аm подсчитаем по формуле:
Аm=АВ- Вm′- mm′
(3.7)
Откладывая далее рулеткой расстояния АВ и Вm′ соответственно от
точек А и В на разных берегах реки, получим отрезок mm′,
соответствующий проектному.
Следовательно, нужно с достаточной точностью измерить
расстояние АВ
между точками А и В, закрепленными на
противоположных берегах реки.
Для этого на одном берегу по обе стороны от точки А строят два
базиса АС и АД (рис. 3.4).
18
рис. 3.4.
Длина каждого базиса должна быть не менее половины расстояния
АВ. Базисы должны быть расположены на ровной местности.
Длины базисов измеряются рулеткой в прямом и обратном
направлениях с необходимой точностью. Теодолитом измеряются углы 1,
2, 3, 4, 5, 6 полным приемом. Углы 5 и 6 измеряются для контроля. Затем
углы в треугольниках АВД и АВС увязываются, и в этих треугольниках по
теореме синусов дважды (для контроля) определяется длина АВ. Берется
среднее значение. Далее, отложив рулеткой в створе АВ расстояние Аm и
Вm′, получают в натуре и закрепляют колышками точки m и m′.
Положение точек m и m′, А и В сдаются преподавателю в поле.
Кроме того, по этой работе сдаются:
а) разбивочный чертеж, на котором показаны опорные точки А и В, точки
оси моста m и m′, выписаны значения разбивочных длин;
б) вычисления длины АВ путем решения базисных треугольников.
4. Инженерные задачи для специальностей 270109, 270112.
Студенты специальностей 270109, 270112 решают следующие
задачи:
1.
Вынесение в натуру трассы трубопровода.
2.
Разбивка траншеи по верху.
Вынесение на местность трассы трубопровода.
На основе плана теодолитной съемки запроектировать трассу
трубопровода длиной 400м с одним поворотом, и подготовить данные для
перенесения трассы от точек геодезической опоры (вершин теодолитного
хода) и вынесение проекта в натуру.
Координаты начала, вершины угла поворота и конца
запроектированной трассы взять графически с плана. Геодезические
19
данные для перенесения проекта в натуру подсчитать по формулам
обратной геодезической задачи и составить разбивочный чертеж, где
указать все данные, необходимые для перенесения проекта в натуру.
Далее от вершин теодолитного хода выносят в натуру полярным
способом начало, вершину угла поворота и конец запроектированной
трассы. Измерениями проверить длину вынесенной трассы и ее угол
поворота.
Вдоль вынесенной трассы установить два высотных репера,
определив их отметки нивелированием от реперов нивелирной сети.
Разбить пикетаж, пронивелировать трассу. Запроектировать трубопровод
на глубине 1м для специальности 270109, и на глубине 2м для
специальности 270112.
Разбивка траншеи по верху.
Разбивку проводят на двух поперечниках трассы: на равнинной и на
наклонной (поперечный угол наклона более 3°) местности.
При разбивке фиксировать на местности точки оси трассы 0,
границы верхних бровок откосов В и В1 и границы нижних бровок откосов
А и А1 (рис. 4.1, 4.2).
рис. 4.1.
рис. 4.2
Для равнинной местности имеем (рис.4.1):
АО=А1О=а/2; АВ=А1В1=hвm,
20
где а – ширина дна траншеи (взять 1м), hв- глубина траншеи (взять с
продольного профиля), m-коэффициент откоса (для супеси взять равным
1). Найденные величины отложить перпендикулярно трассе, закрепить
точки колышками.
Разбивка траншеи по косогору (наклон местности более 3°.
В этом случае от осевой точки 0 в нагорную и подгорную части
откладываются расстояния до точек бровок откосов разной длины. Для
получения положения верхней бровки В′ в нагорной части нужно
отложить от оси трассы перпендикулярно ей отрезок.
OB′=(а/2+ hвm)√(n2+1)/(n-m)=(а/2+ hвm) n/(n-m)
(4.1)
Здесь n – знаменатель уклона местности (1/n=tgv, где v- поперечный
наклон местности).
Для получения положения нижней бровки В ′ в подгорной части
отложить от оси трассы по перпендикуляру отрезок:
OB=(а/2+ hвm)√(n+1)/(n+m)=(а/2+ hвm) n/(n+m)
(4.2)
Для положения проекций нижних бровок А и А′ отложить от оси
трассы в створе линии ВВ′отрезки:
ОА=ОА′=а/ 2cosv
(4.3)
Если уклон местности вправо и влево от оси трассы будет разный, то
в формулы (4.1, 4.2, 4.3) вводить значения n1, n2 (v1, v2), соответствующие
этим уклонам. Разбитые точки закрепить колышками.
Вынесенные в натуру точки трассы и поперечников сдаются
преподавателю в поле. Кроме того, представляются:
1.
Ведомость по подготовке геодезических данных для перенесения
проекта в натуру.
2.
Разбивочный чертеж с данными для разбивки траншеи.
5. Исполнительная съемка конструкций сооружения.
Исполнительная съемка выполняется на строящихся или
законченных строительством сооружениях с целью выявления всех
отклонений от проекта, допущенных при строительстве, и для
определения фактического положения сооружения и его частей и
конструкций в плане и по высоте.
Исполнительные съемки строящихся сооружений производятся по
мере завершения отдельных этапов строительства, например, после
подготовки котлована, строительства фундамента и далее после
возведения каждого этажа (яруса). Цель таких исполнительных съемок –
корректировка выполненных работ для обеспечения качественного
монтажа сборных элементов на последующих этапах строительства. Для
графического выражения результатов исполнительной съемки часто
используют более крупные масштабы, например 1:200 или 1:100. Для
характерных точек сооружений (углы зданий, колодцы и т.д.), которые в
21
дальнейшем могут быть использованы как геодезические опорные точки
для привязки или выноса проекта в натуру, определяют аналитически их
координаты (x, y) и отметки H и выписывают их на исполнительной
документации.
Геодезической основой исполнительных съемок может быть
разбивочная сеть строительной площадки, а в пределах здания или
сооружения – разбивочные оси, репера и марки, закрепленные на
сооружении или его частях.
Результаты исполнительной съемки зданий и сооружений чаще
всего показывают на исполнительных схемах, которые выполняются на
копиях рабочих чертежей. На исполнительных схемах стрелками и
цифрами показываются направления и величины в мм отклонений деталей
и конструкции зданий и сооружений от проектного положения. Цифрами
со знаками «+», «-» показываются завышенные или заниженные отметки в
мм относительно проектных отметок. На рис. 5.1 показан один элемент
исполнительной схемы планового и высотного положения стаканов –
фундаментов под железобетонные колонны. Стрелками показаны
направления, а цифрами при них – величины перемещения колонн для их
установки в проектное положение. В центре изображения стакана
выписывается со знаком «+» завышение или со знаком «-» занижение
опорной поверхности стаканов относительно проектной отметки.
рис. 5.1.
6. Наблюдения за осадками и деформациями сооружений.
6.1. Наблюдения за осадками сооружений.
Изменение
пространственного
положения
сооружения
в
вертикальной плоскости называются осадками. Для получения численных
значений осадок различных частей сооружения в цокольной части его
фундамента или на несущих колоннах закрепляют специальные
геодезические знаки – осадочные марки, отметки которых определяются
методом геометрического нивелирования I
и II класса точности.
22
Нивелирование осуществляется неоднократно через равные промежутки
времени, всегда по одной и той же схеме, чтобы добиться полного
однообразия в определении отметок осадочных марок. Расстояния от
нивелира до марок допускается не более 25м и 40м соответственно для
нивелирования I и II классов, точность определения превышения на
станции – 0,2-0,5мм, а невязка хода подсчитывается по формулам
fn=0,15мм√n и fn=0,3мм√n для I и II класса нивелирования соответственно.
В последних формулах n – число станций в нивелирном ходе. Такую
точность нивелирования можно получить, используя высокоточные
нивелиры типа Н05 или им равноточные, специальные рейки, и выполняя
нивелирование по определенным методикам.
Изменение отметки одной и той же марки в различных циклах
наблюдений свидетельствует о существовании осадки данного
сооружения или его части, а разность отметок является числовой
характеристикой величины осадки.
рис. 6.1.
На рис . 6.1 приводится пример графика результатов повторных
нивелировок четырех марок М9, М10, М11, М12. По оси ординат здесь
отложены значения осадок в мм, по оси абсцисс – порядковый номер
цикла нивелирования. Из графика видно, что марки испытывают
затухающие осадки разной величины (неравномерные осадки, для зданий
и сооружений самые опасные).
6.2. Наблюдения за сдвигами сооружений.
Некоторые инженерные сооружения (плотины, сооружения,
построенные на склонах и т.п) в процессе возведения и эксплуатации
23
могут под возведением боковых сил претерпевать горизонтальные
смещения, называемые сдвигом. Геодезические методы дают возможность
обнаружить с необходимой точностью эти смещения и определить их
числовые характеристики.
При определении горизонтальных смещений применяют главным
образом створный и тригонометрический методы наблюдений.
Створный метод. Горизонтальные смещения в направлении,
перпендикулярном к оси сооружения, наиболее просто определить
створными наблюдениями. Сущность створных наблюдений заключается
в следующем: через контрольную точку М (рис. 6.2), находящуюся на теле
сооружения, проводится линия; на концах этой линии вне сооружения и
вне зоны деформаций закрепляются геодезические пункты Р1, Р2.
Полученная линия Р1,М, Р2 есть створ.
рис. 6.2.
Створные наблюдения выполняют либо измерениями малых
створных углов, либо с помощью подвижной марки. В первом случае
измеряют малый угол ε между направлением на точку М и на
геодезический пункт Р2 несколькими приемами с высокой точностью и по
величине угла вычисляют горизонтальное смещение по формуле:
τ=dε′′ / ρ′′
(6.1)
где ε-измеренный малый угол, выраженный в угловых секундах,
ρ′′=206265′′ - число угловых секунд в радиане, d – расстояние от точки Р1
до створной точки М.
Во втором случае измеряют непосредственно величину смещении
точки τ. Для этого на точку М устанавливают специальную марку с
микрометренным винтом. Визирная цель на подвижной марке
перемещается с помощью винта до тех пор, пока не совместится с
коллимационной плоскостью теодолита, стоящего на пункте Р1 и
ориентированного на противоположный пункт Р2. Отсчет по шкале
микрометренного винта подвижной марки и даст величину смещения
створной точки М.
Метод триангуляции. В некоторых случаях при определении
24
горизонтальных смещений сооружения бывает невозможным создание
прямолинейных створов. Приходится применять тригонометрический
метод определения сдвигов (рис. 6.3).
рис. 6.3.
С закрепленных устойчивых пунктов триангуляции А и В с
помощью угловых засечек периодически определяют координаты точек
1,2,3…, закрепленных на сооружении. При помощи сравнения координат
определяют линейные смещения точек сооружения. Горизонтальные углы
измеряют с высокой точностью (±0,5′′ - ±1′′), тогда смещение можно
определить с миллиметровой точностью. Метод триангуляции по
сравнению с ранее рассмотренными способами, более трудоемок и
требует значительных объемов полевых измерений и математической
обработки результатов.
7. Решение инженерно-геодезических задач в строительстве.
7.1. Определение неприступных расстояний.
На практике некоторые линии пересекают реки, овраги, котлованы
строящихся зданий, широкие траншеи и другие препятствия. Если нет
светодальномера, то эти линии землемерными лентами или рулетками
измерить бывает очень трудно, поэтому их называют неприступными.
рис. 7.1.
25
Для определения неприступного расстояния АВ (рис.7.1) в
треугольнике АВС измеряют рулеткой или лентой базис АС=в1, а
теодолитом углы β1 и β3. По возможности измеряется угол β2. Из-за
погрешностей измерения углов не выполняется условие.
β1+ β2+ β3=180
(7.1)
Находится угловая невязка:
fβ=( β1+ β2+ β3) - 180°
(7.2)
Эту невязку распределяют с обратным знаком на все углы треугольника
поровну. Получают исправленные углы:
β1′= β1+δ; β2′= β2+δ; β3′= β3+δ
(7.3)
где δ=-fβ/3. Сумма исправных углов должна быть равна 180°. Дальнейшее
расчеты делают с исправленными углами. По теореме синусов находят:
d=в1sin β1′/sin β2′
(7.4)
Если не было возможности измерить угол β2, неприступное
расстояние d считают по формуле:
d=в1sin β1/sin (β1+ β2)
(7.5)
Для исключения грубых погрешностей и повышения точности
определения неприступного расстояния разбивается на местности другой
треугольник АВД, у которого определяемая сторона АВ является общей с
первым треугольником (рис.7.1). Во втором треугольнике измеряются
углы β4, β6 и по возможности β5, и базис в2. Угловая невязка находится и
разбивается на все измеренные углы в соответствии с формулами (7.1)(7.3). Искомая сторона АВ=d считается по формуле:
а=в2sin β4′/sin β5′
(7.6)
или по формуле:
а=в2sin β4/sin (β4+ β6)
(7.7)
если угол β5 измерить не было возможности.
Если неприступное расстояние, подсчитанное по формулам (7.4)-(7.5)
и по формулам (7.6)-(7.7), различается в пределах допуска, то за
окончательный результат принимается среднее значение. Допуск равен
удвоенной погрешности измерения базиса. Например, если базис
измерялся с погрешностью 1/2000, углы с погрешностью 1′, то допустимая
погрешность определения неприступного расстояния будет равна 1/1000.
7.2. Определение высоты сооружения.
Измерение высоты сооружения производится с помощью теодолита
и мерной ленты или рулетки. Пусть h – измеряемая высота (рис.7.2).
26
рис. 7.2.
Теодолит устанавливают от сооружения на расстоянии d, которое
должно быть больше высоты сооружения h, и измеряются вертикальные
углы v и v1. Зрительную трубу визируют последовательно на верхнюю и
нижнюю точки сооружения при круге лево и круге право с
одновременным снятием отчетов по лимбу вертикального круга. Затем
вычисляются место нуля теодолита и вертикальные углы. Если значение
места нуля при наведении на верх и на низ сооружения будет оставаться
тем же самым (допустимое различие ±1′), вертикальные углы измерены
верно. Затем мерной лентой или рулеткой измеряют расстояние d в
прямом и обратном направлении, берут среднее значение. Высота
сооружения подсчитывается по формуле:
h=d(tgv-tgv1)
(7.8)
Для контроля высоту сооружения определяют повторно из точки,
расположенной на другом расстоянии d. За окончательный результат
принимают среднее значение.
7.3.Определение крена сооружения.
Под влиянием неравномерных осадок фундамента, ветровых
нагрузок, неравномерного нагрева с разных сторон вертикальная ось
сооружения может отклониться от отвесного положения. Величина крена
определяется углом между вертикальной осью сооружения и отвесной
линией, а также длиной отрезка между проекцией верхней точки оси
сооружения и нижней точкой этой оси. Числовые характеристики крена
можно получить
при помощи теодолита методом вертикального
проецирования.
На местности выбирают твердые точки Р1 и Р2 так, чтобы отрезки
ОР1 и ОР2, проходящие через центр О нижней части сооружения,
образовали прямой угол (рис. 7.3).
27
рис. 7.3.
Теодолит устанавливается на точке Р1; к нижней части сооружения
вдоль линии ОР2 симметрично относительно точки о укладывается
нивелирная рейка с сантиметровыми делениями. Теодолит наводятся на
точку 0′, лежащую на оси сооружения в верхней части. Затем при
закрепленном винте алидады труба опускается и визируется на рейку. По
вертикальной нити трубы берется отсчет по рейке с точностью до
миллиметров. Берется также отсчет по рейке, соответствующий
положению нижней точки наблюдаемой оси. Разность этих отсчетов даст
нам линейную составляющую крена в одной плоскости Δl1. Для
устранения влияния коллимационной ошибки величина Δl1 определяется
дважды, при двух кругах теодолита. За окончательное значение линейной
составляющей крена Δl1 берется среднее значение.
Для
определения
линейной
составляющей
крена
в
перпендикулярной плоскости Δl1 теодолит устанавливают в точке Р2,
рейку размещают в створе линии ОР1. Порядок измерения Δl2 аналогичен
определению Δl1.
Величина и угол крена сооружения Q и φ вычисляются по
формулам:
Q =√((Δl1)2+(Δl2)2)
(7.9)
и
φ=arctg (Q/h) ,
(7.10)
где h – высота сооружения.
Рекомендуемая литература.
1.
2.
Инженерная геодезия. Под редакцией Д.Ш.Михелева.-М.:
Академия, 2004г.
Г.А.Федоров. Инженерная геодезия. - М.:, 2006г. Академия,
2006г.
28