Геодезические работы при изысканиях и строительстве промышленного комплекса

Территория области имеет сложное геологическое строение, и в общем для нее характерна значительная насыщенность магматическими образованиями. Вулканические породы распределены крайне неравномерно. Горные породы подвержены процессам физического и химического выветривания в различной степени, в зависимости от состава.

Область занимает разнообразную по строению поверхности часть Северо-Востока России. В рельефе преобладают горные сооружения с очень сложным геологическим строением, и только на окраинах, а также по долинам рек расположены незначительные территории, занятые низменностями. Поверхность суши в пределах области имеет четко выраженный уклон к северному Ледовитому океану, а на востоке - к Тихому океану.

Начиная с палеозоя на территориях, которые в то время были дном геосинклинали, происходило интенсивное накопление осадочных пород. На дне геосинклинали одновременно с накоплением отложений происходит их смятие в складки и внедрение интрузий. Активные магматические процессы приводят к образованию толщ магматических пород.

Развитие рельефа и автономного округа в течение длительного времени связано с вертикальными движениями земной коры и дальнейшим воздействием внешних разрушительных процессов.

Основную роль в окончательном формировании рельефа современной поверхности области отводится работе текучих вод, ледников, а также физическому и химическому выветриванию.

Ведущее место в рельефе Магаданской области принадлежит средневысотным нагорьям и плоскогорьям, над которыми возвышаются горные хребты. Наибольшая высота хребта Черского - пик Победа - 3147м и пик Абориген - 2586м.

На юге хребет Черского сливается с Охотско-Колымским нагорьем, являющимся водоразделом между реками бассейна Охотского моря и Северного Ледовитого океана. Это нагорье занимает территорию на юго-западе области по правобережью Верхней Колымы и простирается до Охотского моря. На севере нагорье переходит в Юкагирское плоскогорье, а на востоке - в Корякское. Основные высоты Охотско-Колымского нагорья колеблются в пределах 600-1500м.

Нагорье в прибрежной части Охотского моря переходит в небольшие низменности с всколмленным рельефом.

Северная часть автономного округа занята двумя нагорьями. От правобережья Колымы до верховий Анюя и Чуанской губы расположено Анюйское нагорье. Вся восточная часть Чукотки занята Чукотским нагорьем.

Анюйское нагорье и Анюйский хребет характеризуются альпийскими формами рельефа с преобладающими высотами 1000-1600м. Максимальная высота этого района - 1853м - гора Двух Цирков.

Свидетельством вулканической деятельности в прошлом является конус давно потухшего Анюйского вулкана.

Поверхность Чукотского нагорья отличается от Анюйского плосковершинными формами рельефа. Наибольшие высоты - 1500-1800м. В прибрежной зоне расположены низменности Ванкаремская, Чаунская, Мечигенская и другие. Вдоль Арктического побережья характерны многочисленные песчаные косы, отделяющие от моря неглубокие лагуны. Наибольшей длины достигает коса Двух Пилотов - 450км.

Корякское нагорье на территории автономного округа заходит северными хребтами, которые простираются почти до реки Анадырь.

Небольшие низменности есть по долинам рек Тауй. Ола, Армань, Яна,

Гижига.

Территория области имеет сложное геологическое строение, и в общем для нее характерна значительная насыщенность магматическими образованиями. Вулканические породы распределены крайне неравномерно. Горные породы подвержены процессам физического и химического выветривания в различной степени, в зависимости от состава.

геологический геодезический строительство топографический

1.3 Топографо-геодезическая обеспеченность участка работ

Исходными данными для проектирования являются два пункта триангуляции третьего класса, которые находятся друг от друга на расстоянии 4,7 км.Один пункт размешен возле населенного пункта Федоровка, и имеет высотную отметку 200,1 м. Недалеко проходит речка Андога, направленная с севера на запад. Вблизи от пункта находится железная дорога и автомобильные дороги. Второй пункт триангуляции третьего класса находится возле горы Бол.Михалинская, высотная отметка которого 211,6 м. Вблизи расположен населенный пункт Михалино, а также лес Северный (сосна, береза). Пункт находится в непосредственной близости от автомобильных дорог, недалеко проходит железная дорога.

Сгущение геодезической основы выполняется построением сети треугольников в виде центральной системы, которые опираются на пункты триангуляции 3 класса с отметками 200,1м и 211,6м.

На юго-западной части данного участка протекает река Стача и Андога. На берегу реки Стача расположились три населенных пункта: Зорино, Барахоево и Дровяная. На другом берегу Стача высится лес, основными деревьями есть сосна и береза, высота их достигает 15 метров.

В северо-западной части участка протекает река Андога. На правом берегу реки расположен лес Темный Бор, основными деревьями есть сосна, береза, высота деревьев достигает 16 метров.

Участок работ пронизывает довольно густая дорожная сетка. Возле проектируемого объекта проходит автомобильная трасса 13(17)А. От неё расходятся вспомогательные грунтовые дороги, которые обеспечивают подъезд к проектируемому объекту со всех сторон. Удобное расположение железной дороги вблизи участка обеспечивает его нужными стройматериалами.

1.4 Состав проектируемых работ на район строительства

Исходными данными для проектирования есть два пункта триангуляции третьего класса. Состав проектируемых работ на строительной площадке следующий:

- проектирование сети триангуляции 4 класса, опираясь на исходные пункты триангуляции 3 класса;

- проектирование светодальномерной полигонометрии с двумя узловыми точками, которая опирается на пункты триангуляции;

- проектирование нивелирной сети IV класса.

Прокладывание нивелирного хода выполняется вдоль дорог, опираясь на пункты полигонометрии;

- проектирование строительной сетки, которая левым нижним углом опирается на ряд триангуляции;

- составление проекта разбивочных работ: разбивка главных осей, проектирование и построение обноски, построение на обноске осевой разбивочной системы, закрепление осей, привязка сооружений к пунктам сетки;

- разбивка коммуникаций к заданному комплексу зданий.

При завершении каждого этапа проектирования необходимо выполнять оценку точности проекта. Оценка проекта триангуляции выполняется по приближенным формулам, полигонометрии и нивелирных ходов - методом приближений.

2. Проектирование и оценка проекта планово-высотной геодезической сети

2.1 Назначения и требования к точности построения обоснования при изыскании и строительстве промышленного объекта

Инженерно-геодезические плановые и высотные сети создаются на территориях городов, крупных промышленных, энергетических, горнодобывающих объектов и служат геодезической основой для выполнения комплекса проектно-изыскательских и строительных работ. Плановые инженерно-геодезические сети формируются в виде триангуляционных построений и геодезических строительных сеток.

Триангуляция. Сеть развивают на всей территории площадки (с подходами и резервными участками), как правило, одного порядка (класса), котороый определяется расчетами, с длинами сторон 2-5 км. Лишь на очень больших площадках (100 и более) со строительством в несколько очередей основу создают двух ступеней. На всей территории строят сплошную сеть триангуляции высшего порядка со сторонами 5- 8 км. На районе первоочередной застройки сеть сгущают триангуляцией 4 класса с таким расчетом, чтобы один пункт основы приходился на 3-5 .

Преимущество такого двухступенчатого построения основы состоит в том, что восстановление утраченной части сети в процессе строительства производится путем вставки отдельных пунктов или систем в первую ступень триангуляции без её дополнительных наблюдений и уравнивания.

Сеть проектируют с учетом максимального использования ее в последующих разбивочных работах и исполнительных съемках, размещая пункты по возможности вне зон будущих сооружений. Принимаются также во внимание удбства привязки к пунктам существующей триангуляции с целью использования ее сторон в качестве выходных, если они удовлетворяют по точности измерений новую сеть.

На пунктах сети строят простые пирамиды, деревянные или металлические, высоты 6-10 м. При отсутствии видимости с земли воздвигают простые сигналы с поднятием столика на высоту 6 - 8 м.

Для контроля масштаба сети в ней должно быть известно не менее двух базисных сторон, при этом хотя бы одну из них измеряют в натуре точным электрооптическим дальномером или базисным прибором.

Угловые и базисные измерения выполняют по программе и с допусками точности соответствующего класса государственной триангуляции, обращая особое внимание на тщательное определение элементов приведений (средняя квадратическая ошибка ± 2 - 3 мм).

Техническая характеристика сетей триангуляции 2-4 класса:

Таблица 2.1

Если есть возможность, сети триангуляции заменяют равными по точности ходами государственной светодальномерной полигонометрии. Последняя проектируется замкнутыми полигонами с длинами сторон 2-3 км и расстоянием между узловыми пунками порядка 7 - 10 км.

Характеристика сетей полигонометрии 4 класса и ниже:

Предельная длина хода, км

отдельного 10

между исходным пунктом и узловой точкой 7

между узловыми точками 5

Предельный периметр полигона, км наибольшая наименьшая оптимальная

Число сторон в ходе, не более 15

Допустимая относительная невязка, не более 1:25000

Средняя квадратическая ошибка изменения угла (по невязкам)

в ходах и полигонах, не более 2»

Допустимая угловая невязка хода или полигона, не более 5»

где n - число углов.

Нивелирование 4 класса выполняется в одном направлении по сточным и грунтовым реперам и центрам опорных геодезических сетей.

На территориях городов выполняют инженерно-геодезические работы различными видами. Самое большое требование к точности основных разбивочных работ по высоте возникает при строительстве метрополитена и крупных самотечных канализационных коллекторов.

Сети нивелирования, которые прокладывают на территориях городов и промышленных участков, характеризуются следующими техническими характеристиками.

Таблица2.2

Суть метода заключается в следующем. На высотах местности закрепляют систему геодезических пунктов, образующих сеть треугольников, четырехугольников или центральных систем. В этой системе определяют координаты исходного пункта, измеряют горизонтальные углы в каждом треугольнике, а также длины и азимуты базисных сторон.

Сеть триангуляции 4 класса построена в виде центральной системы, которая опирается на пункты триангуляции 3 класса с высотными отметками м и м. Сесть состоит из пяти треугольников. Наименьшее значение угла в данной сети-33?, а наибольшее-85?.Длина стороны минимальная в сети -2000м,а максимальная - 4700м.

Предрасчёт точности сети

2.4 Проектирование и оценка точности светодальномерной полигонометрии

Характеристика запроектированной сети

В данном виде работ была запроектирована полигонометрическая сеть 4 класса с двумя узловыми точками, состоящая из 5 ходов. Сеть опирается на пункты триагуляции 4 класса с отметками 200,1 м и 211,6 м. Длины ходов:S₁=2400м; S₂=1300м; S₃=1750м; S₄=3125м; S₅=2925м. Имеется отдельный полигонометрический ход длинной 3850м.

Полигонометрия - один из основных методов построения опорной геодезической сети. Этот метод заключается в продолжении на местности малых линий, называемых ходами, измерении всех углов поворота и длин линий. Ходы должны иметь по возможности вытянутую форму, не иметь крутых изломов и должна опираться на 2 исходных пункта высшего класса. Геодезическими пунктами являются вершины ломаных линий. Сторонами полигонометрического хода называют отрезки ломаной линии, а углами поворота - горизонтальные углы между сторонами хода.

Полигонометрические работы необходимы для обоснования крупномасштабных съемок городов и населенных пунктов, для всевозможных геодезических разбивок большой точности при построении крупных инженерных сооружений - высотных зданий заводских корпусов, плотин, гидроэлектростанций, тоннелей, метро и т.д.

Оценка проекта светодальномерной полигонометрии методом приближений

Данный предрасчет проводится исходя из требований, так как ожидаемая ошибка положения пункта М и предельная относительная ошибка находятся во взаимосвязи:

где Т - знаменатель предельной относительной ошибки хода.

Предрасчёт выполняют последовательными приближениями. Ожидаемые ошибки определения положения узловых пунктов вычисляют приближениями как среднее весовое из ошибки ходов, сходящаяся в данном узловом пункте.

В зависимости от типа применяемых приборов и формы ходов вычисляют по каждому ходу ошибку М положения узлового пункта. Для вытянутого хода при измерения длин светодальномерами:

где m_S - с.к.о. измерения длин сторон.

Веса определяются по формуле:

Средняя квадратическая ошибка определения положения узловых пунктов I и II в первом приближении без учета ошибок исходных данных:

где где

Во втором приближении находят веса по формулам

Для пункта I:

Для пункта II:

Таблица 2.7. Предрасчет точности отдельного полигонометрического хода

Предрасчет точности полигонометрического хода с 2 узловыми точками

Таблица 2.8

Таблица 29. Предрасчет точности полигонометрической сети

Затем по каждому ходу рассчитывают предельную ошибку 2М/[S]. Для этого находят

;

где М_Н и М_К - относительные ошибки положения соответственно начальной и конечной узловых точек хода; М_i - ошибка в ходе с номером i. Вычисляют относительную ошибку и сравнивают с допустимой.

Таблиця 2.10

Вывод. В результате предрасчета точности получили относительную ошибку отдельного полигонометрического хода , которая удовлетворяет требованию инструкции по построению полигонометрической сети 4 класса; получили наибольшую относительную ошибку сети полигонометрического хода 4 класса с 2 узловыми точками по ходам 3 и 4:

Из результатов вычислений видно, что запроектированная на карте

М 1: 25000 полигонометрическая сеть 4 класса и одиночный полигонометрический ход удовлетворяет необходимую точность требований инструкции по построению полигонометрической сети 4 класса.

2.5 Проектирование и оценка проекта нивелирной сети IV класса

На карте была запроектирована нивелирная сеть IV класса. Нивелирная сеть состоит из хода с двумя узловыми точками, которые совпадают с узловыми точками полигонометрии, и одиночного хода. Хода опираются на пункты триангуляции 4 класса с отметками 200,1 и 211,6 м. Сеть состоит из отдельного нивелирного хода с длиной L = 4,25км опирающиеся пункты А и Е и нивелирной сети IV класса с 2 узловыми точками I и II, проложенных с пунктов А, В, С,Е. Данная сеть состоит из 5 ходов. Их длины: L₁=2,75км, L₂=1,80км, L₃=3,375км, L₄=2,125км, L₅=3,625км.

Нивелирные хода были проложены по трассам с наиболее благоприятными для данного района грунтовыми условиями и с наименее сложным рельефом. Каждый ход был закреплен грунтовым репером, с учетом глубины промерзания грунта.

Оценка проекта нивелирной сети

Предрасчет точности выполняется способом приближений, т.к. в запроектированной сети выполняется условие:

где r=N-n=5-2=3 - число условий в сети; N - число ходов в сети, n - число определенных узловых реперов; l - число исходных реперов.

Предрасчет точности велся для узловых пунктов. Ожидаемая с.к.о. узлового і-репера: где , где - веса j линий, сходящихся на i-репере, полученные в результате k-приближения.

Исходные данные: для нивелировании сети IV класса = 10мм/км и = 2мм/км, m_пред = 20.

Предрасчет точности одиночного нивелирного хода:

Длина одиночного запроектированного хода L = 4,25км.

m_h² = 10²·4,25 + 2²·4,25² = 497мм;

m_h = 22,30мм;

m_пред = 20 = 41,23мм;

Полученную величину m_h рассчитали на весь нивелирный ход, следовательно, отсюда можно рассчитать на 1км:

= = 5,25мм.

Данная величина m_h = 22,30мм, сравним с допустимым m_пред = 41,23мм, отсюда видно, что m_h < m_пред (22,30мм < 41,23мм), а также СКО превышения на 1 км хода равен 5,25мм, то есть не превышает 10мм.

Таблиця 2.11

Вывод. В результате предрасчета точности:

o СКО превышения одиночного нивелирного хода m_h < m_пред (21,00мм < 39,12мм), а также СКО превышения на 1 км хода равен 5,49мм < 10мм.

o относительная СКО в нивелирной сети IV класса с 2 узловыми точками на 1 км хода по 1 узлу (I) = 1,78мм а по 2 узлу (II) = 1,83 не превышает допуск 6мм.

Из результатов вычислений видно, что запроектированная на карте

М 1:25000 одиночный нивелирный ход и нивелирования сеть IV класса удовлетворяет необходимую точность требований инструкции по построению нивелирования IV класса.

2.6 Геодезическое планово-высотное съемочное обоснование

Съемочное обоснование развивается от пунктов плановых и высотных опорных сетей. На участках съемки площадью до 1 км² съемочное обоснование может быть создано в виде самостоятельной геодезической опорной сети.

При построении съемочного обоснования одновременно определяют положение точек в плане и по высоте. Плановое положение точек съемочного обоснования определяют проложением теодолитных, тахеометрических ходов, построение аналитических сетей из треугольников и разного рода засечками. Высоты точек съемочного обоснования чаще всего определяют геометрическими и тригонометрическим нивелированием.

Самый распространенный вид съемочного обоснования - теодолитные ходы, опирающиеся на один или два исходных опирающихся не менее, чем на два исходных пункта. В системе ходов, в местах их пересечений, образуются узловые точки, в которых могут сходится несколько ходов. Длины теодолитных ходов зависят от масштаба съемки и условий снимаемой местности.

Углы поворота на точках ходов измеряют теодолитами со средней квадратической ошибкой 0,5» одним приёмом. Расхождение значений углов в полуприёмах допускают не более 0,8». Длину линий в ходах измеряют светодальномерами, мерными лентами или рулетками. Каждую сторону измеряют дважды - в прямом и обратном направлениям. Расхождение в измеренных значениях допускаются в пределах 1:2000 от измеряемой длины линии.

При определении высот точек съемочного обоснования геометрическим нивелированием невязка в ходе не должна превышать 5, тргонометрическим нивелированием - 20, где L - длина хода, км.

Точки съемочного обоснования, как правило, закрепляют на местности временными знаками: деревянными кольями, столбами, металическими штырями, трубами. Если эти точки предполагается использовать в дальнейшем, их закреплять постоянными знаками.

2.7 Центры и знаки

Положение пунктов геодезической сети обозначают на местности при помощи специальных сооружений, состоящих каждое из двух частей: подземной и наружной. Подземная часть является центром геодезического пункта. Каждый центр имеет марку с меткой на ней, к которой относятся координаты пункта. Наружная часть, называемая геодезическим знаком, представляет собой сооружение, предназначаемое для установки визирной цели и подъема измерительных приборов на требуемую высоту над землей.

В геодезических сетях используют знаки разных конструкций: тур, простая пирамида,пирамида со штативом, простой сигнал и сложный сигнал. Выбор типа знака зависит от высоты, на которую надо поднять над землей прибор для выполнения геодезических измерений.

Туры (рис. 2.4) строят в тех случаях, если видимость по всем направлениям открывается с земли, а скальный грунт расположен на глубине не более 1,5 м (размеры на рисунках в см). Над туром устанавливают простую пирамиду с визирным цилиндром. Если построить пирамиду невозможно, то визирный цилиндр устанавливают непосредственно на тур.

Простые пирамиды (рис. 2.5, а) строят тогда, когда наблюдения по всем направлениям можно вести с тура или штатива. Если для обеспечения видимости на соседние пункты прибор требуется поднять над землей на 2-3 м, используют пирамиду с изолированным от нее штативом для установки приборов (рис. 2.5, б). Площадку для наблюдателя крепят к столбам пирамиды, изолируя ее от штатива. Пирамиды строят как деревянные, так и металлические высотой 5-8 м. Ширина треугольного основания внешней пирамиды, сложного сигнала равна 1/4 его высоты до площадки наблюдателя плюс 2 м.

Простой сигнал (рис. 2.6) строят в тех случаях, когда для производства наблюдений измерительный прибор необходимо поднять над землей на высоту от 4 до 10м. Состоит из двух изолированных друг от друга пирамид: внешней, несущей визирный цилиндр и площадку для наблюдателя, и внутренней со столиком для установки приборов. Внутренняя пирамида имеет трехгранную форму, а внешняя - трехгранную или четырехгранную. Расстояние между основными столбами в основании внешней пирамиды принимают на 2 м больше высоты до площадки наблюдателя.

Сложный сигнал (рис. 2,7) по конструкции отличается от простого тем, что внутренняя пирамида, несущая столик для установки приборов, опирается не на землю, а на основные столбы сигнала (на 6 м ниже площадки для наблюдателя). Промежуточные столбы знака улучшают качество постройки сигнала. Сложные сигналы строят тогда, когда геодезический прибор нужно поднять над землей на высоту от 11 до 40 м. Они имеют трехгранную конструкцию, их собирают на земле (в горизонтальном положении), а затем устанавливают вертикально в полностью завершенном виде. В этом случае не возникает необходимости в выполнении опасных верхолазных работ, а также повышается производительность труда при постройке знаков.

Геодезические сигналы (простые и сложные) должны способствовать достижению высокой точности измерений и обеспечивать безопасное ведение работ. Геодезический сигнал должен быть прочным, устойчивым и жестким.

Под прочностью сигнала понимают его способность сопротивляться действующим на него постоянным (масса деталей сигнала) и временным нагрузкам (напор ветра, масса приборов и людей, находящихся на сигнале, и т. п.), под воздействием которых могут деформироваться отдельные детали и узлы сигнала. Сигнал считается прочным, если он не разрушается и в нем не возникают практически значимые остаточные деформации.

Устойчивость сигнала - это его способность сохранять свое положение неизменным при действии на сигнал ветровой нагрузки. Ветер может опрокинуть сигнал, если его конструкция неудачна, а основание плохо закреплено в грунте. Устойчивость сигнала обеспечивается необходимой шириной его основания и глубиной заложения якорей основных столбов сигнала.

Под жесткостью сигнала понимают его способность сопротивляться возможным деформациям, возникающим в результате воздействия внешних факторов, и восстанавливать свое первоначальное положение после прекращения действия этих сил. Ветровая нагрузка на сигнал вызывает не только опрокидывание сигнала, но еще и его изгиб и колебание. Жесткость сигнала характеризуется величиной изгиба и частотой его колебаний. Изгиб обусловливает линейное перемещение и небольшой поворот верхней части сигнала в плоскости горизонта, а вибрация увеличивает амплитуду колебаний изображений визирных целей в поле зрения трубы теодолита. Жестким считается сигнал, возможное смещение столика которого в плоскости горизонта не превышает 1 см и угловые измерения возможны при скорости ветра до 5 м/с.

Положение каждого пункта геодезической сети закрепляют на местности при помощи специального центра, закладываемого в грунт на глубину, как правило, не менее 1,5-2 м, а в отдельных районах - не менее 6 м.

В верхней части центра устанавливают на цементном растворе или приваривают к металлической трубе чугунную марку, на сферической поверхности которой имеется метка в виде отверстия диаметром 2 мм. К этой метке относят координаты пункта и результаты выполненных на нем измерений. Поскольку подземные центры являются носителями координат и высот пунктов, они должны быть надежно закреплены на местности. Сохранность центра и неизменность его положения в грунте в плане и по высоте в течение возможно более длительного времени является важнейшим требованием, предъявляемым к центрам геодезических пунктов государственной геодезической сети, причем независимо от ее класса.

Для обеспечения долговременной сохранности центров их делают из высокопрочных строительных материалов: железобетонных пилонов и свай, асбоцементных и металлических труб, покрываемых антикоррозийными средствами; основание центра закрепляют якорным устройством и закладывают ниже границы промерзания грунтов (в средней полосе страны) или ниже границы оттаивания грунтов (в зоне многолетней мерзлоты).

Устойчивость центра в грунте зависит от многих факторов: от состава и свойств грунта (скала, суглинок, меловые отложения и т. п.), глубины промерзания и оттаивания грунта, изменения влажности грунта, изменения уровня грунтовых вод и др. Важнейшим является промерзание и оттаивание грунта. Основание центра всегда следует закладывать ниже границы промерзания или границы протаивания грунта.

Центры типа 2 предназначены для всей области сезонного промерзания грунтов. Центры представляют собой железобетонную сваю сечением 20X20 см и длиной 3-4 м. Сваю забивают целиком в грунт так, чтобы марка, заделываемая в верхнюю часть сваи, располагалась на уровне земной поверхности.