-32 - Специальная часть геодезии

Тема 8. Инженерно - геодезические изыскания и проектирование

8.1. Общие сведения

Изыскания являются основой проектирования. Различают изыскания экономические и инженерно-строительные. Экономические изыскания выполняются в целях технико-экономического обоснования (ТЭО) строительства отдельных объектов в данном районе. На стадии ТЭО используются топографические карты мелких масштабов 1:25000 – 1:100000.

Инженерно-строительных изысканий несколько видов. Геодезические, геологические, гидрологические, метеорологические, почвенные, климатологические, изыскания местных строительных материалов и др.

Состав инженерно-геодезических изысканий: 1) составление топографических планов строительных участков; 2) составление продольных профилей линейных сооружений (подъездных путей, подземных и воздушных коммуникаций); 3) создание разбивочной основы; 4) согласование с другими организациями вопросов подвода воды, электроэнергии, газа.

Топографические планы являются основой горизонтальной и вертикальной планировки. Методика их составления изложена в теме «Топографические съемки». Продольные профили линейных сооружений служат основой проектирования трасс по высоте. Линейные изыскания базируются на методике угловых, линейных и высотных измерений, тема «Геодезические измерения». Разбивочная основа необходима для последующего переноса на местность проекта застройки. На строительных участках в основном плановая основа строится в виде теодолитных ходов, высотная основа – нивелирными ходами. Согласование вопросов с другими организациями носят юридический характер; в основном вопросы по отводу земель.

Масштабы съемок, полнота и точность съемок зависят от стадии проекта. Для разработки генерального плана, на котором размещаются все проектируемые сооружения и коммуникации, составляются топографические планы масштаба 1:2000 – 1:5000 (в зависимости от охватываемых строительством площадей). В дополнение к генплану составляется строительный генеральный план, на котором в пределах границ строительного участка показываются, кроме основных сооружений, все временные производственные здания, места складирования материалов и др. На стадии рабочих чертежей необходимы топографические планы в крупных масштабах: 1:500 – 1:1000. По этим планам составляются проекты вертикальной планировки.

По составленным рабочим чертежам и построенной разбивочной основе (координаты и высоты точек вычислены) производится подготовка данных для переноса проекта застройки на местность. Сущность подготовки – вычисление координат точек пересечения осей зданий, сооружений (осевые точки).

8.2. Геодезические работы при изысканиях сооружений линейного типа

Наиболее сложный комплекс геодезических работ выполняется при изысканиях автомобильных дорог. В промышленном и гражданском строительстве это подъездные пути к строительным площадкам (автомобильные дороги небольшой протяженности). В отличие от линий канализаций, водопроводов, связи, каналов, электролиний и др., при строительстве автомобильных дорог в углы поворота вписываются круговые кривые. Таким образом, трасса автодороги это совокупность прямых и кривых участков. Поэтому в дальнейшем будут излагаться работы применительно к изысканиям и проектированию автодороги.

Трассой называется ось линейного сооружения. Различают камеральное трассирование и полевое трассирование. Камеральное трассирование выполняется по карте масштаба 1:10000. На карте намечаются углы поворота трассы, которые измеряются транспортиром. Длины линий – циркулем и линейкой. Отметки точек трассы через каждые 100 м определяют графической интерполяцией по горизонталям. Обсчитывают объемы и стоимость работ. Намечают на карте три варианта. Оптимальный вариант переносят с карты на местность. Углы поворота трассы переносят на местность либо по

-33 -

координатам, либо привязкой к местным предметам и закрепляют столбами (трубами). И далее выполняют полевое трассирование.

При строительстве автодорог небольшой протяженности сразу производится полевое трассирование. Обследуется местность, намечаются углы поворота трассы, закрепляются знаками. По закрепленной на местности трассе выполняются следующие геодезические работы.

Угловые измерения

Теодолитом Т30 или Т15 измеряют углы  правые по ходу, рис.43, одним приемом. По углам  вычисляют углы поворота трассы  : правые углы поворота  = 180 -  , левые углы  =  - 180 . В начале трассы (НТ) определяют направление _о (либо привязкой к пунктам геодезической сети,

либо ориентированием по Солнцу). По углам вычисляют дирекционные углы последующих направлений: ₁ = _о + ₁ , ₂ = ₁ - ₂ и т.д.

Длины линий измеряют лентой (рулеткой) в одном направлении. При измерении ленту удерживают на глаз горизонтально, получая непосредственно горизонтальное проложение. Через каждые 100 м горизонтального прложения отмечают точки – пикеты (ПК). ПК0 совмещают с НТ и далее ПК1, ПК2, …, в результате чего номер ПК обозначает число сотен метров от НТ (ПК5 = 500 м от НТ). Пикеты закрепляют колышками: один вровень с землей – точка, другой рядом на 25-30 см выше земли – сторожок. На сторожке пишется номер ПК. Этот процесс называется разбивкой пикетажа.

Характерные точки рельефа между пикетами (перегибы скатов) отмечают плюсовыми точками, рис.44, а. Плюсовые точки закрепляются также как и пикеты. На сторожке пишется номер заднего пикета и расстояние от него.

Н

а

б

а затяжных уклонах ленту укладывают по наклонной поверхности, угол наклона измеряют теодолитом и вычисляют наклонное расстояние: D=dCos, рис.44, б.

ПК3

Рис.44

а– разбивка плюсовой точки ПК1+60;

б – разбивка ПК на наклонном участке

ПК2

100м×Cos

+60

ПК1

ПК2



60 м

100 м

100 м

При проходе трассы по косогору с поперечным уклоном более 0.2 на местности разбиваются поперечники – перпендикулярные к трассе линии. Поперечники разбивают на пикетах или плюсовых точках влево и вправо от оси трассы до 25 м, рис.45. По поперечникам строят поперечные профили, по которым вычисляют объемы насыпи (выемки) между смежными поперечниками.

Одновременно с разбивкой пикетажа ведется съемка ситуации местности шириной до 200 м в обе стороны от трассы способом перпендикуляров. Длины перпендикуляров до 20 м измеряют рулеткой, дальше – на глаз. Результаты разбивки пикетажа и съемки ситуации записываются в журнал, который называется пикетажным.

При строительстве автодорог прямые участки сопрягаются круговыми кривыми радиуса R, которые задают, исходя из условий местности и технических условий (ТУ) эксплуатации дороги. При подходе к вершине угла первого поворота (ВУ1) производится расчет и разбивка на местности первой кривой. Продолжение трассирования ведется от конца кривой.

-34 -

Расчет и разбивка круговой кривой

Кривая на местности обозначается тремя главными точками: начало кривой (НК), середина кривой (СК), конец кривой (КК), рис.46.

НК и КК построим, если от ВУ назад и вперед рулеткой отложить отрезок Т , называемым «тангенсом». СК определяется отложением рулеткой по направлению биссектрисы (ВУ – центр кривой О) отрезка Б, называемым «биссектрисой». Направление ВУ-О определяется теодолитом построением угла   2. Разность хода по ломаной линии и по кривой называется «домером» Д=2T – К. Величины Т, К, Б, Д называются основными элементами кривой. Вычисляются они по аргументам R и  по формулам, которые легко выводятся по рис.46:

T = R tg(/2); K = R ^РАД = R ⁰/ ⁰; Б = R (1/cos(/2) – 1),  ⁰ = 57.2958⁰ – число градусов в одном радиане.

Главные точки кривой закрепляются, как и пикеты. Вычисляются их пикетажные значения по формулам, вытекающим из рис.46: НК= ВУ – Т, КК = НК + К, КК = ВУ + Т – Д -контроль. Подписываются на сторожках.

Часты случаи, когда на кривые попадают пикеты. Возникает задача разбивки пикетов на кривых.

Разбивка пикетов на кривых

Обычно разбивка производится методом прямоугольных координат, рис.47.

Вычисляют прямоугольные координаты х и у разбиваемого пикета ПК n в системе координат НК, если пикет располагается до СК, и в системе координат КК, если пикет находится за СК. Значение х откладывают от НК (или от КК) по направлению на ВУ и по перпендикуляру - значение у. Формулы вычисления х и у легко выводятся из рис.47: x = R sin; y =R (1– cos), где  ⁰ = ( k / R)  ⁰ ,

k = ПК n - НК (или k = КК – ПК n ). Вычисления в полевых условиях проще вести на МК.

При выполнении строительных работ кривые детально разбиваются через заданный интервал, например, через 10 м. Детальная разбивка производится преимущественно способом прямоугольных координат. Расчет х и у для к=10, 20, 30 и т. д. м ведется по приведенным формулам.

Закончив разбивку первой кривой, ведут дальнейшее трассирование от КК до следующей ВУ, на которой выполняют аналогичные разбивочные работы. По пикетным значениям НК и КК смежных кривых вычисляют длины прямых вставок Р: Р_i=НК_i–КК_i-1. При строительстве автодорог длины Р_i должны быть больше 50 м. При Р_i  50 м изменяют значение R и производят новый расчет.

Нивелирование трассы

После плановой разметки трассы на местности производят техническое нивелирование обозначенных точек. Нивелирный ход прокладывают либо разомкнутый между двумя реперами с известными отметками, либо прямо и обратно, образуя замкнутый ход, если отметки точек вычисляются в частной системе высот. В первом случае невязку в превышениях вычисляют как f_h =  h – ( H_{Рп 2} - H_{Рп 1} ) , во втором случае - f_h = (  h )_ПР + (  h )_ОБР. (Знаки превышений прямого и обратного ходов противоположны). Допустимую невязку в ходах рассчитывают по формуле доп. f_h = 50 мм L , где L – число км в ходе. При двойном нивелировании L = L_ПР + L_ОБР . Если L_ПР = L_ОБР, то L = L_ТР2, где L_ТР - число км трассы.

Связующими точками при нивелировании служат пикеты, плюсы, х – точки. Иксовые точки в качестве связующих используют при нивелировании крутых скатов, когда с одной станции

-35 –

невозможно измерить превышение между пикетами, рис.48. Точки х выбирают произвольно (на х расстоянии от пикета и не обязательно в створе трассы) и закрепляют одним колышком.

При двойном нивелировании трассы в прямом ходе нивелируют все точки трассы, в обратном ходе – только связующие точки.

Поперечники могут нивелироваться одновременно с нивелированием точек трассы. При крутых поперечных скатах по поперечникам прокладывают свои нивелирные ходы, включающие точки трассы как исходные для последующих вычислений.

Вычислительную обработку нивелирования трассы ведут по правилам темы «Нивелирные ходы». По данным нивелирования составляют продольный и поперечные профили.

Составление продольгого и поперечных профилей

Горизонтальный масштаб продольного профиля 1:5000 (один пикет – 2 см) для незастроенных территорий с равнинными формами рельефа с небольшим количеством плюсовых точек, 1:2000 (один пикет - 5 см) в пересеченной местности с большим количеством плюсовых точек, 1:1000 (один пикет – 10 см) для застроенных территорий. Вертикальный масштаб во всех случаях в 10 раз крупнее горизонтального.

Под основанием профиля строится профильная сетка. Вид ее зависит от типа проектируемого линейного сооружения. Для автодорог – один вид сетки, для каналов – другой вид, для линий подземных коммуникаций – третий и т.д.

Поперечные профили строят в одном масштабе для горизонтальных и вертикальных расстояний. Обычно в масштабе 1:200.

Беспикетный способ трассирования

Трассирование с разбивкой пикетажа является трудоемким процессом. Необходимо заготовить много колышков; забивка колышков в твердый грунт, песчаный грунт проблематична. Процесс расчета кривых в полевых условиях даже на МК трудоемок. При Р_i  50 м необходим перерасчет кривой и даже пере разбивка предыдущей кривой. Существенное сокращение объемов полевых работ и вычислений дает бес пикетный способ трассирования.

На местности закрепляют столбами вершины углов поворота. По ним прокладывают теодолитный ход. Измеряют углы поворота и длины линий. Применение светодальномеров, лазерных дальномеров позволяет существенно упростить процесс линейных измерений при высокой их точности. Намечают радиусы круговых кривых. Далее, в вычислительном центре на ЭВМ производят в автоматическом режиме полный плановый расчет трассы. Если на каком-то участке трассы появится Р_i  50 м, то изменяют радиусыкривых и новый расчет.

В поле по данным планового расчета разбивают начала и концы кривых, которые закрепляют знаками. Они будут обозначать створ трассы. Если длина прямой вставки больше 500 м, то в ее створе устанавливают дополнительный знак. По обозначенной створными знаками трасе прокладывают нивелирный ход. Нивелируют только характерные точки рельефа. Можно устанавливать нивелир в створе трассы и расстояние от него до реек определять нитяным дальномером. Можно устанавливать нивелир вне створа трассы и тогда расстояния между связующими и промежуточными точками измерять рулеткой. Нивелируемые точки обозначаются расстояниями от начала трассы. Например, задняя точка 340 м, передняя точка 455 м, промежуточные точки 382 и 431 м.

В связующих точках рейки устанавливают на переносные костыли (железнодорожный костыль с кольцом из проволоки), забиваемым вровень с землей. После взятия отсчетов костыль вместе с рейкой переносят в следующую точку. В промежуточных точках рейку устанавливают непосредственно на землю.

Вычислительную обработку нивелирного хода выполняют на микрокалькуляторе или ЭВМ. Отметки точек кратных 100 м (пикеты) определяют линейной интерполяцией. Дальнейшее построение профиля, как и при трассировании с разбивкой пикетажа.

-36 -