УДК: 528.482:69.058
Особливості точних і високоточних геодезичних вимірювань при спостереженнях за зрушеннями земної поверхні та деформаціями будівель і споруд в Херсонському державному аграрно – економічному Університеті.
доц. кафедри, к.т.н.,ст..наук.сп. Яценко В.М.
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. Спостереження за зсувами, осіданнями і деформаціями споруди мають велике значення для визначення міцності і стійкості споруди, для своєчасного запобігання їх руйнуванню або своєчасного сигналу про настання аварійного стану[1]. Спостереження ведуть шляхом високоточних і систематичних геодезичних вимірювань. При рівномірному стисканні ґрунтів під дією ваги споруди відбувається осідання споруди, яке з часом зменшується і припиняється. Якщо ґрунти осідають нерівномірно, то залежно від їх характеру і виду можуть відбуватися крени, прогини, перекоси, кручення і розрив споруд. Зміни в просторовому положенні споруди називаються деформаціями, в горизонтальній площині – зсувами, у вертикальній – осіданнями[2].
Враховуючи,що в теперішній час в будівлях і спорудах Університета зафіксована негативна динаміка проявів деформацій,в 2019 році була закладена комплексна спостережна станцію,на якій проводиться систематичні високоточні геодезичні виміри . Мета геодезичних спостережень за зрушеннями земної поверхні та деформаціями об’єктів проведенняоперативного визначення шкідливого впливу негативних факторів для прийняття своєчасних та необхідних заходів щодо поновлення нормальної експлуатаційної спроможності будівель і споруд та забезпечення їх безпечної експлуатації.
Комплекс геодезичних спостережень повинен включати:
-систематичне високоточне геометричненівелювання геодезичних марок на земній поверхні і в конструкціях об'єктів;
-систематичні високоточні виміри між геодезичними марками
- визначення фактичних осідань поверхні і відповідальних об’єктів;
- визначення фактичних горизонтальних деформацій на земній поверхні та в конструкціях будівель і споруд .
Високоточне геометричне нівелювання.
Геометричного нівелювання має переваги перед іншими способами. В першу чергу достоїнства цього способу полягають в можливості визначення вертикальних переміщень з високою точністю на порівняно великих відстанях між точками. Так, наприклад, при відстанях між точками 5- 20м. можливі забез-
печення точності виміру переміщень до 0, 05 - 0,10 мм., при відстанях до 1 км. вимір вертикальних переміщень можна виконати з точністю 0, 5 - 1, 0 мм[3].
З інших переваг цього способу слід зазначити швидкість вимірів, можливість поведінки робіт в обмежених умовах, за наявності перешкод, використання в роботі стандартного устаткування, а також використання великого досвіду
подібних вимірів
Особливості використання геометричного нівелювання при вимірах деформацій земної поверхні та інженерних споруд пов'язані, перш за все, з необхідністю встановлення необхідної точності вимірювань для кожного об'єкта досліджень. В абсолютній більшості випадків організація робіт і вимоги до обережностей у виконанні вимірювань при спостереженнях за зрушенням земної поверхні забезпечуються методикою і програмою робіт, відповідним III і IV класів точності нівелювання.
Складніше йде справа при організації точних і високоточних спостережень за інженерними спорудами. Тут особливості вимірювань пов'язані з наступним:
- По-перше, вимірювання виконуються короткими (від 3 до 20 м) візирними променями (в середньому 8-10 м).
-По-друге, як правило, спостереження проводяться в умовах обмеженого простору, в змінної обстановці, коли вимушено доводиться змінювати схеми вимірювань в циклах.
Згідно звимогами проекта для проведення комплекса високоточних спостережень на наглядовій станції Університета був прийнятий варіант прив’язки опорних реперів за допомогою системи GPS з проведенням перевірки нерухомості вихідних пунктів і визначенням координат X,Y,Z.
Відносна помилка ходу при цьому склала 1:12450, що значно менше допустимої похибки 1:8000 і середня помилка вимірювання кутів склала-3″ (допуск±8″). Для проведення вищевказаних робіт був застосований комплекс GPS TRIMBLE .
Рис. 1. Приймач GPS TRIMBLE
Висотна прив'язка вихідних і опорних реперів спостережної станції проводиться від пунктів тріангуляції нівелюванням II класу, у відповідності з "Інструкцією щодо нівелювання I, II, III і IV класів". Нівелювання проводиться з середини по підставкам в прямому і зворотному напрямках. Нев'язка прямого і зворотного ходів
h, мм не повинна перевищувати величини: 
(1)де L - довжина ходу (в одному напрямку), км.
Висотні відмітки передають спочатку на вихідні репера, а від них – на опорні репера профільних ліній. Для нівелювання можливо застосовувати нівеліри різних типів с трубою, який має збільшення не менше 30х, ціна поділки циліндричного рівня повинна бути не більше 15" на 2 мм, контактного – не більше 30" на 2 мм, застосовані також нівеліри з самовстановлюванною лінією візування.
Для виконання вимог "Інструкції щодо нівелювання I, II, III і IV класів" при проведенні робіт способом геометричного нівелювання прийняті:
- цифровий нівелір «Trimble DiNi»;
- компенсаторний нівелір Ni-007.
Рис.2 Цифровий нівелір DINI.
Вищевказані нівеліри задовольняють умовам,вказаним в таблиці 1
Таблиця 1
Основнітехнічніхарактеристикита допускидля геометричногонівелювання
| Умови геометричного нівелювання | Класи нівелювання | |||||
| I | II | III | IV | |||
| Нівеліри,які застосовують | Н-05 та равноточні йому | Н-3 та равноточні йому | ||||
| Рейки, які застосовують | РН-05 (односторонні штрихові зі рваною полосою та двома шкалами) | РН-3 (двосторонні шашкові) | ||||
| Число станцій незамкнутого ходу, не більше | 2 | 3 | 5 | 8 | ||
| Візирний промінь | Відстань, м, не більше | 25 | 40 | 50 | 100 | |
| Висота над перешкодою, | 1,0 | 0,8 | 0,5 | 0,3 | ||
| Нерівність плеч (відстані від нівеліра до рійок), м, на станції, не більше | 0,2 | 0,4 | 1,0 | 3,0 | ||
| Накопичення нерівності плеч, м, у замкнутому ході, не больше | 1,0 | 2,0 | 5,0 | 10,0 | ||
| Допустима нев’язка, мм, в замкнутому ході (n число станцій) | ±0,15 n | ±0,5 n | ±1,5 n | ±5 n | ||
Нівелювання реперів типовий спостережної станції проводиться з середини між сполучними реперами в години спокійних зображень: відстані від інструменту до сполучних реперів не перевищують 50 м Нерівність відстаней від нівеліра до обох рейок, встановлених на сполучних реперах, не перевищує 2 м. Рейки встановлюють безпосередньо на репери[4] .
Розбіжність в перевищеннях окремих інтервалів на станції, отриманих по штриховим рейкам (по основній та додатковій шкалам), не перевищує 2 мм.
Контрольні відліки перевищень реперів проводимої серії не відрізняються від відліків попередніх серій більш ніж на 3 мм. Нев’язки в перевищеннях полігонів або ходів складають 1-2мм. і співставляються з величинами, які визначаються за формулою (2) :
(2) де - L довжина ходу в одному напрямку,км. Нівелювання стінних реперів ,які закладені в основних конструкціях об’єк-тів для вивчення взаємозв'язку деформацій грунту і споруд проводиться в тому ж порядку, що і на грунтових реперах спостережної станції.
Для контролю, вимірювання довжин профільних ліній, з метою виключення накопичення похибок, на наглядовій станції планується застосовувати електронний тахеометр SOKKIA, точність кутових вимірювань якого досягає половини кутової секунди (0°00'00,5"), відстаней - до 0.6 мм + 1 мм на км. Точність лінійних вимірювань в безвідбивному режимі - 2мм + 2мм на км.
Рис.3 Електронний тахеометр SOKKIA
Тахеометром вимірюють інтервали між реперами профільних ліній, починаючи з крайнього опорного репера. . Довжини інтервалів вимірюють по слідкуючій методиці. Тахеометр і відбивач центрують над реперами. З кожної установки далекоміра візують на задній і на передній репери, т. е. по ходу в одному напрямку кожен інтервал повинен бути визначений двічі.
. Для введення поправок за нахил на кожній стоянці вимірюють висоту установки тахеометра і відбивача. Приладову поправку тахеометра слід визначати перед початком кожної серії спостережень і після закінчення, або будувати методику вимірювань таким чином, щоб приладову поправку визначати в процесі спостережень.
Вимірювання за профільною лінії виробляють двічі - в прямому і зворотному напрямках. Розбіжності в довжинах одних і тих же інтервалів з прямого і зворотного ходів (після введення необхідних поправок) не перевищують 2 мм. Розбіжність в загальній довжині профільної лінії (в міліметрах) не повинна бути більше величини (3).
mn = 5
; (3) де n - кількість установок світовіддалеміра в одному напрямку
За виміряну тахеометром довжину інтервалу приймають середнє значення з прямого і зворотного ходів. З цієї довжиною порівнюють суму отриманих при
вимірюванні рулетки довжин між реперами, що входять в данний інтервал. При повторних спостереженнях тахеометр встановлюють на тих реперах, що і в початковому.
Для контролю, крім тогo, вимірюється вся довжина профільної лінії тахеометром між, опорними реперами лінії , або між опорним репером на одному кінці лінії і крайнім робочим на іншому при односторонньому розташуванні опорних реперів[5].
Крім планових зміщень, осідань, середньої швидкості та прискорення обраховуються нахил і напрямок зміщення точки.
Зміщення точок зсуву обчислюють відносно опорних знаків, розташовуваних поза зсувною ділянкою. Кількість знаків, у тому числі й опорних, визначається із забезпечення якісної схеми вимірів і виявлення всіх характеристик процесу, що відбуваються.
Спостереження за зсувами проводяться не рідше двох разів на рік. Періодичність коректується залежно від коливання швидкості руху зсуву: вона повинна збільшуватися в періоди активізації та зменшуватися в період затухання .
Завершення
Аналіз результатів польових геодезичних спостережень на спеціальній наглядовій станції за зсувами, осіданнями і деформаціями будівель та споруд Університету показав слідуюче:
1. Спостереження за деформаціями споруди мають велике значення для визначення міцності і стійкості споруди, для своєчасного запобігання їх руйнуванню або своєчасного сигналу про настання аварійного стану.
2. Розроблена комплексна методика високоточних геодезичних вимірювань по вивченню процесу виникнення та розвитку зсувів та осідань в спорудах і на земній поверхні показала високу надійність получення результатів спостережень і повноту видів вищевказаних деформацій
3. Для підвищення контролю за точностю геодезичних досліджень на наглядових станціях необхідно розробити методику одночасних вимірів перевищень і довжин ліній між реперами цифровим нівеліром DINI з послідуючим порівнянням аналогічних вимірів зроблених електронним тахеометром SOKKIA.
4.Провести серії спостережень на наглядових станціях в посушливий період і після затяжних дощів з великою кількістю осадків для виявлення зон розташування посадочних грунтів під об’єктами.
Список використаних джерел
1. ДБН В.1.2-5:2007 « Науково-технічний супровід будівельних об'єктів».- Київ,2007.
2.ДСТУ Б В.2.1-30:2014 «Грунти.Методи вимірювання деформацій основ будинків і споруд».-Київ,2015.
3. «Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов».М.Недра,1976.
4. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях.,М., «Недра»,1989.
5. Яценко В.Н. и др.. «Методические указания по наблюдениям за сдвижением горных пород и за подрабатываемыми сооружениями». ВНИМИ.Ленинград,1997г.