Геодезические работы при эксплуатации инженерных сооружений

§ 15.1. Деформации инженерных сооружений 

Хренова Л.С. Инженерная геодезия, глава 15

Общие сведения. Построенное инженерное сооружение постепенно изменяет свое положение в пространстве. Давление сооружения сжимает грунты в основании фундамента, что вызывает его осадки; из них более опасными являются неравномерные, так как они приводят к прогибам и перекосам основания, к кренам (наклонам) верхней части сооружения. Осадки по мере уплотнения грунтов основания постепенно прекращаются. Скорость затухания зависит от свойств грунтов. На песчаных она вначале большая, но затем быстро уменьшается. Прекращение осадок наступает чере несколько лет. На глинистых грунтах скорость осадок незначительна, но уменьшение ее до полного исчезновения процесса, происходит очень медленно. На неустойчивых грунтах (карстах, оползнях) осадки и деформации с течением времени могут значительно возрастать.

Сооружение может перемещаться в горизонтальной плоскости, если имеется боковое давление, например, в мостовых конструкциях, подпорных стенках насыпей железных и автомобильных дорог и гидротехнических плотинах. Горизонтальные и вертикальные сдвиги одновременно появляются и при больших частых вертикальных нагрузках, например в рельсовых колеях железных дорог и подкрановых путях.

Сильное развитие деформаций сооружения может привести к нарушениям в его эксплуатации и разрушениям. Геодезические измерения деформаций помогают своевременно решить вопрос о необходимости принятия профилактических мер.

Наблюдения за осадками. Наиболее распространенный метод определения осадок — периодическое точное геометрическое нивелирование. Осадки выявляют сравнением высот осадочных марок, закрепленных на сооружениях. На них устанавливают обычные или специально изготовленные рейки. Марки размещают так, чтобы можно было выяснить особенности осадок в разных частях сооружения: вдоль осей фундаментов, в участках, где возможны наибольшие осадки, около трещин в стенах зданий, вблизи деформационных и температурных швов, в местах большого давления и ненадежных грунтов.

Высотной основой для определения осадок служит сеть реперов, закладываемых так, чтобы обеспечивалась стабильность их положения по высоте на весь период наблюдений. Часто используют нивелирные реперы обычного типа. При наличии вблизи наблюдаемого сооружения устойчивых капитальных зданий реперы можно закладывать в их фундаменты. В неустойчивых грунтах и при повышенных требованиях к точности определения осадок забуриваются специальные глубишные знаки до коренных пород. Число реперов выбирают не менее трех. Это необходимо для контроля неизменности их положения по высоте и для удобств передачи отметок на осадочные марки.

Средняя квадратическая погрешность определения осадок должна быть ~±1 мм. В отдельных случаях определения осадок уникальных сооружений точность нивелирования повышается до десятых долей миллиметра. Поэтому нивелирование в этих случаях проводят точными нивелирами Н-05 или равноценными им по точности с использованием штриховых инварных реек. Если все осадочные марки имеют примерно одинаковую высоту, то вместо реек можно применять специальные небольшие шкалы, что упрощает измерения. Для исключения влияния непараллельности визирной оси и оси уровня (влияния угла i) при нивелировании выдерживается равенство расстояний до задней и передней нивелирных марок на одном пролете. Длина визирного луча обычно не превышает 25 м. Разработаны методики нивелирования, когда с одной установки нивелира определяется превышение между серией марок, что вызывает неравенство расстояний до реек, но ускоряет работу. Однако, чтобы уменьшить влияние угла i, марки нивелируют с двух установок нивелира, выбираемых при соблюдении определенных условий.

Измерения осадок в некоторых случаях производят гидростатическим нивелированием: переносными приборами или с помощью автоматической стаиционарной системы. Гидростатическое нивелирование обеспечивает высокую точность.
Наблюдения за крупными сооружениями начинают после закладки фундамента, последующие циклы выполняют по мере возведения сооружения и после завершения строительства в процессе эксплуатации. При уменьшении осадок промежутки времени между наблюдениями увеличивают. Наблюдения заканчивают после стабилизации сооружения. Для наглядности представления осадок в разных частях сооружений строят графики для каждой марки. По вертикали откладываются смещения, а по горизонтали — время между циклами.
При аварийных ситуациях (замачивании грунта, появлении вредных вибраций и т. п.) может возникнуть иебходимость в проведении новых наблюдений.
Рассматриваемый вид геодезического контроля неизменности положения сооружений и его частей на практике встречается часто. Измеряются осадки железнодорожных насыпей, опор больших мостов, зданий, построенных на недостаточно надежных грунтах, и технологического оборудования. При наблюдении мостов осадочные марки или реперы укрепляют на устоях и оголовках опор. По ним периодически прокладывают ходы геометрического нивелирования. Высотной основой являются реперы, заложенные по разные стороны от концов моста.