Раздел третий НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ СООРУЖЕНИЙ

Глава 7

ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ОСАДОК И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СМЕЩЕНИЙ СООРУЖЕНИЙ

§ 35. Общие сведения

Вследствие конструктивных особенностей, а также влияния природ­ ных и техногенных факторов сооружения в целом и их отдельные элементы испытывают различного вида деформации.

Под постоянным давлением от массы сооружения и технологичес­ кого оборудования грунты в основании фундамента сооружения уплотняются и происходит его осадка. Кроме давления от собственной массы, осадка может быть вызвана и другими причинами: геологиче­ ский характер местности (карстовые и оползневые явления); динамиче­

ское воздействие (вибрация движущихся	агрегатов, работа	прессов
и молотов, движение тяжелого транспорта); сейсмические		явления
и др. При коренном изменении структуры	микропористых и рыхлых

грунтов происходит быстро протекающая во времени деформация, называемая просадкой.

В этом случае, когда сжимаемость грунтов под фундаментом сооружения неодинакова или нагрузка, приходящаяся на грунт, различна, осадка имеет неравномерный характер. Это приводит к таким видам деформаций сооружений как смещение, крен, перекос,

прогиб,	кручение, которые	внешне могут	проявиться в виде трещин
и даже	разломов.
Смещение сооружений,		т. е. сдвиг в	горизонтальной плоскости,

может быть также вызвано боковым давлением (воды, грунта, ветра и т. п.), наличием изгибающих моментов.

Для сооружений башенного типа характерны изгиб и кручение, вызываемые эксцентриситетом нормальной силы, неравномерным нагревом и ветровым давлением.

Состояние сооружения оценивают по величинам деформаций, наблюденных во времени для точек, фиксированных в характерных местах. Таким образом, вид и процесс деформации могут быть описаны функцией изменения пространственного положения точек за выбранный интервал времени относительно принятого начального положения и начала счета времени.

Абсолютная или полная осадка S каждой отдельной точки сооружения вычисляется как разность отметок начального /У() и те-

154

кущею Hi циклов измерений, определенных относительно отметки исходной точки, принимаемой за неподвижную:

^ = я , . - я 0.

(269)

Средняя осадка Scp всего сооружения или отдельных его частей находится как среднее арифметическое из суммы абсолютных осадок всех п его точек:

п
Scp = -LS/n.	(270)

Одновременно со средней осадкой для полноты общей харак­ теристики указывают наибольшую Smax и наименьшую Smin осадки точек сооружения.

Разности осадок Д5 двух точек / и j или двух циклов т и п		наблюде­
ний вычисляются соответственно	по формулам
		(271)
		(272)
Послойную деформацию ASz грунтов основания или		толщину
тела сооружения мощностью Z	определяют как разность осадок

точек, закрепленных в кровле и подошве слоя грунта или сооружения:

A.Sz = 5Kp- 5 noa.

(273)

Симметричный относительный прогиб /	отдельных частей сооруже­
ния рассчитывают по формуле
f = 2 S K- { S t+ Sj)/21,	(274)

где S t и Sj— осадки точек / и у, фиксированных на краях прямолиней­ ного участка сооружения длиной /; SK— осадка точки К, расположен­ ной в середине между точками / и j.

Направление прогиба определяется знаком «плюс» при выпуклости вверх, знаком «минус» — наоборот.

Крен или наклон определяется как разность осадок точек / и /', фиксированных на противоположных краях сооружения или его

частей, вдоль выбранной оси. Наклон	в	направлении	продольной
оси сооружения называют завалом, а	в	направлении	поперечной

оси — перекосом. Для оценки устойчивости сооружения более наглядна

характеристика крена,	отнесенная к расстоянию	между точками i и j.
Относительный крен	К вычисляется по формуле
	К = Sj-S.Jl.	(275)

Горизонтальное смещение q отдельной точки сооружения харак­ теризуется разностью ее координат Хт, Ут и ХпУ Yn соответственно в циклах т и п наблюдений. Положение осей координат, как правило, совпадает с главными осями сооружения. Смещения в общем случае вычисляют по формулам

с,х = Хп- Х т, qY= Y n- Y m.

(276)

Кручение плоских элементов сооружения возникает в случае, когд^ их параллельные стороны испытывают противоположные по знак, деформации. Кручение сооружений башенного типа относительна вертикальной оси характеризуется изменением углового положения радиуса-вектора фиксированной точки, проведенного из центра ис­ следуемого горизонтального сечения.

Изменение величины деформации за выбранный интервал времени

характеризуется средней	скоростью деформации	Кср. Так,	например,
средняя скорость осадки	исследуемой точки за	промежуток времени
t между циклами т и п	измерений
Vcv= Sn- S J t .			(211)
Различают среднемесячную скорость, когда		период t	выражается

числом месяцев, и среднегодовую, когда t задано числом лет, и т. д. Наблюдения за деформациями сооружений представляют собой комплекс измерительных и описательных мероприятий по выявлению

величин деформаций и причин их возникновения.

Основная цель наблюдений — определение величин деформаций для оценки устойчивости сооружения и принятия своевременных профилактических мер, обеспечивающих его нормальную работу.

Для сложных и ответственных сооружений наблюдения начинают одновременно с проектированием. На площадке будущего строительства изучают влияние природных факторов и в этот же период создают систему опорных знаков с тем, чтобы заранее выявить степень их устойчивости.

Наблюдения непосредственно за сооружением начинают с момента начала его возведения и продолжают весь строительный период. Для большинства крупных сооружений наблюдения ведутся и в эк­

сплуатационный период.

На каждой стадии возведения или эксплуатации сооружения наблюдения за его деформациями проводят через определенные интервалы времени. Такие наблюдения, проводимые по календарному плану, называются систематическими.

В случае проявления характерного фактора, приводящего к резкому изменению обычного хода деформации (изменения нагрузки на основание, температуры среды, тела сооружения, действие тектоничес­ ких сил и др.), выполняют срочные наблюдения.

Для инженерной интерпретации результатов измерений дефор­ маций изучают возможные причины их возникновения. Основной интерес представляют геологические, гидрогеологические и климатические^ данные; мощность отдельных слоев грунта основания, уровень грунтовых вод, физико-механические свойства грунтов и др. В ряде случаев не ограничиваются изучением материалов изысканий, а парал­ лельно с измерением деформаций организуют специальные наблюде­

ния за изменением	состояния и термическим режимом грунтов
и подземных вод,	метеорологических данных и др. Ведется учет

изменения строительной и технологической нагрузки. Для проведения наблюдений составляют специальный проект.

§ 36. Расчет необходимой точности измерения

При изучении деформаций инженерных сооружений геодезическими методами возникает задача назначения или расчета точности измере­ ний. От решения этой задачи зависят выбор метода и средств измерений, затраты трудовых и материальных ресурсов и, что самое важное, достоверность получаемых результатов.

Точность измерений может быть указана в техническом задании на производство работ, в нормативной литературе или получена расчетным путем.

Понятие точности измерения деформаций имеет двойной смысл. Речь может идти как об исходной точности определения самой величины деформации, так и о точности непосредственно геодезических измерений. Например, применительно к изучению осадок можно говорить об ошибке определения осадки и решать задачу о нахождении превышений в циклах нивелирования. Очевидно, что если известны исходные требования к точности, то определить требования к из­ мерительным операциям сравнительно несложно. Для этого необ­ ходимо выбрать метод и разработать схему измерений, а далее выполнить расчеты по оценке проекта, из которых и рассчитывается искомая точность.

Исходная точность может быть получена из решения двух, возникающих на практике, задач деформационных измерений: выявле­ ния аварийной ситуации, когда деформация может достигнуть расчет­ ной критической величины, и последовательного во времени описания самого процесса протекания деформации. В первом случае основу расчета составляют критические (допустимые) величины деформаций, взятые из соответствующих нормативных документов (например СНиП 2.02.01— 83 «Основания зданий и сооружений») или из проекта.

	Целесообразно потребовать, чтобы средняя квадратическая ошибка
определения критической величины деформации		Ф к не превосходила
величины
	т ф ^ Ф к/ 2 Гр,	(278)
где	— нормированный коэффициент, зависящий от вида распределе­
ния	доверительной вероятности.
	Как правило, закон распределения ошибок геодезических измерений

близок к нормальному, а доверительная вероятность для подобного

ряда ответственных работ принимается равной 0,9973. Тогда						= 3, а
шФк ^		0,17ФК.				(279)
Например, для некоторых видов гражданских зданий абсолютная
осадка	S	допускается	до 8 см.	Тогда согласно	неравенству (279)
средняя		квадратическая	ошибка	ms может быть	принята	равной
m s = 0,17 • 8 = 1,4 мм.
Во втором случае определяется степень деформации, характеризу­
ющаяся	величиной и скоростью,			т. е. изменением деформационного