18. Способы определения плановых смещений сооружений. Область применения.

Перемещение фундамента сооружения в сторону называется горизонтальным смещением. Горизонтальные смещения сооружений или их отдельных элементов измеряют различными способами, основными из которых являются:

1) способ створных наблюдений;

2) способ линейно-угловых построений;

3) способ отвесов (прямого и обратного);

4) комбинированный способ.

I. Способ створных наблюдений

Этот способ широко применяют для иссле­дования деформаций сооружений прямолинейной формы, когда смещения достаточно знать по одному направлению. При этом координатную систему выбирают так, чтобы с направлением сме­щений совпадала ось ординат, а с направлением створа — ось абсцисс. Контрольные марки в данном способе располагаются примерно в одном створе и на одном уровне.

Величины смещений находятся по разности значений ординат (нестворностей), измеренных в двух циклах.

Наблюдения в этом способе могут выполняться:

- струнным способом;

- струнно-оптическим способом;

- способом оптического визирования (подвижной марки и малых углов);

- способом углов близких к 180° (методом полигонометрии);

- способом плавающей струны;

- дифракционным способом;

- с использованием лазеров.

А) способ плавающей струны

Применяется в стеснённых условиях, н-р, в потернах плотин.

Сущность способа заключается в следующем: в стене нижней потерны бетонной плотины на одной и той же отметке, примерно 1.2 м от пола потерны, по обеим сторонам осадочного шва 2х смежных блоков закрепляют контрольные марки в виде консолей.

На каждую консоль устанавливают наполненную водой ванну с плавающим поплавком, несущим на себе струну. Струна при длине створа около 600 м натягивается грузом в 60 кг и, перемещаясь в горизонтальной плоскости, устанавливается прямолинейно.

Наблюдения смещений отдельных секций производят при спокойном положении натянутой струны. Наблюдатель делает отсчёты по верньерам измерительных линеек ванн. Затем, несколько сместив струну в продольном направлении, повторяют приём измерений. Максимальное расхождение м/у приёмами в положении струны допускается до 0,3 мм.

Створные наблюдения в потерне сооружения привязывают к пунктам, расположенным на поверхности. Для этого ч/з вертикальные шахты контрольные точки в потерне проектируют на гребень плотины с помощью приборов оптического вертикального проектирования. Вынесенные на поверхность точки включают в опорную сеть и т.о. определяют плановое смещение контрольных марок относительно неподвижных опорных пунктов.

Б) Струнный способ

В этом способе струну натягивают над выверя­емым оборудованием на высоте 3-5м. На струну подвешивают отвесы. И по отвесам определяются плановые смещения сооружений относительно их первоначального положения.

В) Струнно-оптический способ.

Применяется для более точных работ по выверке оборудования. Оптический проектирующий прибор устанавливается непосредственно на выверяемом оборудовании. С его помощью определяют отклонение плоскостей или осей на оборудовании относительно натянутой струны.

В этом способе створ закрепляют двумя знаками и на знаках устанавливаются две марки для натяжения струны м/у ними. Т.о. задают оптический створ. Натягивают проволоку с грузом. Устанавливают ОПП сначала на знаке 1 и визируют на марку, установленную на 2ом знаке. По команде наблюдателя вводят струну в створ при 2х положениях. Далее эту процедуру повторяют на знаке 2. И определяют горизонтальное смещение конструкции.

Г) Способ оптическою визирования.

В этом способе створ закрепляется двумя знаками и задается оптическим при­бором (теодолитом или специальным прибором для створных измерений) и визирной маркой, установленными на разных концах створа.

В створе этой оси устанавливают оборудование или измеряют отклонение точек от этого створа. Измерение величин отклонений (или нестворности) выполняют в свою очередь 2мя способами:

- подвижной марки

В этом способе теодолит устанавливают на одном конце створа, неподвижную визирную марку на другом конце створа и задают т.о. оптический створ. Теодолит визируют на неподвижную марку и закрепляют ГК. На выверяемом оборудовании устанавливают подвижную визирную марку. Теодолит и визирные марки принудительно центрируются. По команде наблюдателя помощник вво­дит подвижную марку в створ. По шкале подвижной марки или по микрометру помощник берёт отсчет. Затем вычисляют нестворность точки: 1=МО-а

l – уклонение конструкции от створа;

где МО - место нуля подвижной марки (отсчет по шкале, когда ось визирной мар­ки совпадает с осью знака);

а - отсчет по шкале (микрометру) подвижной марки.

- измерением малых углов на створе

Створ задают двумя опорными пунктами А и В. На о.п. А устанавливают теодолит, на о.п. В - неподвижную визирную мар­ку. На точке С, нестворность которой определяется, т.ж. устанавливают неподвижную визирную марку. Оптическим микрометром теодолита измеряют теодолитом малый угол а м/у исходным створом АВ и направлением на определяемую точку АС.

Для определения нестворности l_C в мм нужно измерить расстояние S_АC:

l_C = a’’*S_AC/ρ’’

Измерение малых горизонтальных углов производится без применения лимба, что значительно повышает точность измерений.

Д) Дифракционный способ

Способ основан на интерференционном опыте Юнга с дифракцией света от 2х щелей.

При наблюдениях однощелевую марку с осветителем (проекционная лампа накаливания) устанавливают на начальном опорном пункте, приёмник дифракционного света на другом опорном пункте. Приёмник света представляет собой лупу, размещённую в бленде. Сетка нитей находится в фокальной плоскости этой лупы. Вертикальная нить сетки нитей должна совпадать с осью опорного пункта (знака). 2х щелевую марку последовательно устанавливают в промежуточных точках положения которых выверяют. Наблюдатель в фокальной плоскости лупы увидит интерференционную картину с ярко выраженной центральной полосой (осью симметрии). При перемещении 2хщелевой марки будет меняться интерференционная картина. По команде наблюдателя 2х щелевую марку двигают до тех пор пока ось симметрии интерференционной картины не совместиться с биссектором сетки нитей приёмника. Помощник наблюдателя по щелевой марке берёт отчёт. Нестворность наблюдаемой точки вычисляется по формуле:

l = МО - а

II. Способ отвесов (прямого и обратного)

Применяется для определения плановых смещений и кренов (наклонов) инженерно-технических сооружений

• Прямой отвес применяется для измерения кренов и горизонтальных смещений в основании сооружений.

Контрольные точки, вынесенные снизу вверх с помощью прямого отвеса, привязывают к опорным неподвижным пунктам. Для повышения точности груз прямого отвеса помещают в бак с вязкой жидкостью. Над этим баком устанавливают столик для размещения на нём координатометра. В верхней части над отвесом устанавливается металлический створный знак с центрировочным устройством. Плановое и высотное положение этого знака периодически определяют относительно опорных знаков.

Основным источником ошибок при наблюдении прямым отвесом являются воздушные потоки, которые вызывают колебания отвеса.

• Обратный отвес закрепляется в основании. Этот прибор используется для определения крена и смещения основания сооружения. Он состоит из проволоки, помещённой в защитной трубе скважины, которая пробурена ниже горизонта напряжений до скальных пород. В основании скважины проволоку закрепляют.

Над верхней частью защитной трубы устанавливают резервуар, внутри которого проходит жёсткий шток, соединённый муфтой с проволокой отвеса. Верхняя часть штока скреплена с металлической крестовиной, которая через опорные подкосы соединена жёстко с полым поплавком. Поплавок, погружённый в жидкость, при стремлении всплыть создаёт напряжение проволоки силой до 50 кг.

Горизонтальное положение поплавка контролируется двумя уровнями. Вся система защищена металлической трубой с термоизоляцией. В верхней части прибора имеются 4 смотровых окошка и центрирующее устройство, которое состоит из двух взаимно перпендикулярных шкал. С помощью этого устройства и микроскопа определяют координаты X и Y положения оси проволоки на срезе штифта.

При смещении основания сооружения перемещается и якорь отвеса а, следовательно, и осевая точка плавающей системы. Для определения абсолютной величины смещения требуется знать перемещение центрировочного устройства, которое привязывается тем или иным способом к контрольным пунктам.

III. Способ линейно-угловых построений применяют в случае, когда величины смещений необходимо знать по двум координатам. Эти построения могут развиваться в виде триангуляции и трилатерации, комбинированных сетей, угловых и линейных засечек, ходов полигонометрии, сетей из вытянутых треугольников с измереными сторонами и высотами. Примене­ние того или иного вида построения зависит от характера сооружения и его геометрической формы, требуемой точности и условий измерений и других факторов. Так, например, угловую и линейную засечки применяют для определения смещений недоступных точек сооружения, а триангуляцию, полигонометрию, сети из вытянутых треугольников — для протяженных сооружений криволи­нейной формы.

Применительно к измерениям деформаций каждый из видов линейно-угловых построений обладает своими особенностями. Однако для всех видов характерным является постоянство схемы измерений и необходимость получения в итоге не са­мих координат деформационных точек, а их измерений во време­ни, т.е. разностей координат в двух циклах.

Для специальной триангуляции характерна высокая точность измерения углов (0,5. ..2,0") при коротких сторонах, большое число связей, обеспечивающих минимальную величину обратного веса определения функции координат точек сети.

Полигонометрия применяется в основном в виде одиночных ходов, опирающихся на исходные пункты. Часто из-за невозмож­ности азимутальной привязки используют лишь привязку коор­динатную.