Проект производства геодезических работ при мониторинге осадок комплекса зданий в Центральном районе г. Санкт-Петербурга

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проект производства геодезических работ при мониторинге осадок комплекса зданий в Центральном районе г. Санкт-Петербурга

Введение

Предполагаемый срок службы каменных конструкций принимают равным 100 лет. Согласно исследованиям максимально полный нормативный срок службы зданий 120-150 лет. Здания, используемые более этого нормативного срока, следует отнести к сооружениям сверхдлительной эксплуатации. К таким зданиям в полной мере можно отнести памятники архитектуры. Такие сооружения очень уязвимы и только серьезные научные исследования, реставрация и последующий, регулярный уход могут сохранить выдающиеся памятники старины для будущих поколений. При непродуманных реконструкциях зданий часто устраивают дополнительные проемы, отверстия и т. п., что нарушает монолитность конструкций и может изменить их статическую схему.

В строительной практике бытует неверное представление о долговечности зданий. Считается, что все беды кроются только в плохом качестве строительных материалов и работы строителей. Слишком часто игнорируются природные свойства стройматериалов и воздействия на них многообразия внешних условий. Разрушение зданий или их отдельных конструктивных элементов носит не случайный характер. Причиной его обычно являются старение строительных материалов, неблагоприятное воздействие атмосферы и неправильная эксплуатация сооружений.

В последние 60-80 лет загрязненность воздуха настолько увеличилась, что простоявшие не одно столетие архитектурные памятники интенсивно разрушаются. Загрязнение воздушного бассейна складывается из загрязнений предприятий города и региона и из загрязнений, являющихся результатом трансграничного переноса.

В целом, уровень загрязненности воздуха в городе ниже среднего по России.

Уровень загрязнения атмосферного воздуха Санкт-Петербурга определяется выбросами загрязняющих веществ от стационарных источников и автотранспорта.

По диоксиду азота, диоксиду серы, оксиду углерода зоны с превышением ПДК захватывают большую часть городской территории. По диоксиду серы зона охватывает всю территорию.

Приоритетными загрязнителями атмосферы города являются предприятия топливно-энергетического комплекса, металлургии, металлообработки, а также автотранспорт. Наибольший вклад в массу выбросов промышленных предприятий вносят оксид углерода, диоксид серы, диоксид азота, твердые загрязняющие вещества.

Следует отметить, что валовые выбросы загрязняющих веществ за последние десять лет от стационарных источников постоянно сокращались. Это связано, прежде всего, с сокращением промышленного производства. Так снижение за счет падения объемов производства в 1998 г составило по диоксиду серы 84%, от уровня 1980 г, а по окислам азота - 50% от уровня 1987 г.

Структура и объемы вредных выбросов определяется конкретными производственными процессами и связаны работой определенных предприятий.

На предприятиях города имеется около 35 000 источник выбросов. Основной вклад в загрязнение воздушного бассейна города вносят предприятия Кировского района (23.4% от общего объема выбросов по городу), Колпинского (12.9%), Невского (10.3%), Фрунзенского (8.1%), Калининского (6.1%) районов. Вклады районов определяются работой предприятий - загрязнителей на этих территориях.

ТЭЦ 14 и 15 АО "Ленэнерго" вносят почти 20% загрязнений в валовой общегородской выброс. АООТ "Ижорские заводы - вносит 7.6% в валовой выброс по городу в целом.

Выбросы от автотранспорта имеют заметную тенденцию к росту, что объясняется ростом парка автомобилей индивидуального пользования. Вклад выбросов от автотранспорта (с учетом индивидуального автотранспорта) в валовой выброс загрязняющих веществ в целом по городу составил в 1996 году 74.2%, из них: оксида углерода - 94.8%, двуокиси азота - 35.2%, углеводородов - 96.5%.

Так на Васильевском острове основной вклад в загрязнение атмосферы вносят именно легковые автомашины (ок. 84% от общего количества автомашин). Выбросы загрязняющих веществ от индивидуального автотранспорта в 1996 году составили 135.7 тыс.т из них: оксида углерода - 114.6 тыс.т, диоксида азота - 9.1 тыс.т, углеводородов - 12.0 тыс.т. Увеличение выбросов за год составило 14.8 тыс.т.

Трансграничное атмосферное загрязнение определяется переносом веществ в атмосфере из других регионов.

Соединения серы вследствие трансграничного атмосферного переноса поступают на территорию Ленинградской области от 22 стран Европы, включая Россию и Балтийское море. Однако влияние 12-ти стран составляет более 1% (8 мг/м²), а наибольшее влияние оказывают Россия, Эстония, Польша и Германия (от 70 до 270 г/м²).

На территорию области окисленный азот импортируется из 26 европейских стран и регионов, включая морские акватории. В связи с высокой миграционной способностью азота в атмосфере влияние стран на Ленинградскую область сравнительно равномерно - 2-6% (0,5-15 мг N/м²). Однако наибольшее влияние приходится на Россию (19%), Финляндию (11%) и Польшу (10%).

На территорию области аммиак поступает от 25 стран Европы в относительно небольших количествах от 0,7 до 16 мг/м², что составляет не более 8%, а в целом влияние всех этих стран оценивается в 51%. Оставшиеся же 49% поступают от различных регионов России.

Рассмотрим последовательно влияние этих факторов на процесс разрушения зданий и сооружений. Естественное разрушение каменистых строительных материалов под воздействием воды, газов и перепадов температуры называется коррозией. Минералы, входящие в состав каменистых материалов, могут растворяться в кислотах, щелочах и солях. Главными виновниками коррозии следует считать кислоты, которые интенсивно разъедают известняки. Из атмосферных газов наиболее вредными являются двуокись азота и двуокись серы. Двуокись азота, соединяясь с воздушной влагой, образует азотную кислоту, которая при реакции с известняками и доломитами образует легко вымываемые нитраты магния и кальция. Двуокись серы, растворяясь в воде, тумане или снеге, превращается в сернистую кислоту. При ее окислении атомарным кислородом, содержащимися в воздухе, образуется серная кислота. Последняя превращает в сульфат магния и сульфат кальция строительные известняки, известняковый туф, песчаник и другие кальций - и магний - содержащие строительные материалы.

В нашей стране только автомобили каждый год выбрасывают в атмосферу 17 миллионов тонн вредных веществ. На автомобили приходится 70-80% загрязнения воздуха. Выхлопные газы скапливаются в атмосфере, особенно в туманную погоду. Они содержат окислы углерода, азота, бензапирин (последний обладает канцерогенным действием), и другие вредные вещества. Это чрезвычайно плохо влияет на кирпичную кладку стен, особенно повышенное процентное содержание серы - главного загрязнителя воздуха. Процесс носит необратимый характер, в результате памятники архитектуры разрушаются.

1. Физико-географическая и экономическая характеристика района работ

1.1 Административная принадлежность

Город Санкт-Петербург - административный центр Северо-Западного федерального округа, один из важнейших экономических центров Российской Федерации. Расположен на северо-западе Российской Федерации, на побережье Финского залива и в устье реки Невы. Крайняя северная точка города находится на широте 60°05ґ северной широты, а самая южная - 59°48ґ северной широты. Часовой пояс UTC+4. Территория Санкт-Петербурга делится на 18 районов.

Объект расположен в Центральном районе, в квартале ограниченном Невским проспектом, Б.Морской улицей, Кирпичным переулком и набережной реки Мойки (рис.1).

Рис.1 Расположение объекта работ.

1.2 Рельеф

Почти вся территория Санкт-Петербурга расположена на плоской низкой равнине, имеющей множество древних морских террас. Одна из наиболее известных - Литориновая, начинающаяся в районе ст. м. Автово и протянувшаяся вдоль пр. Стачек и всего Петергофского шоссе. Называется по названию Литоринового моря, существовавшего на месте современной Балтики около 7,5--4 тысяч лет назад. В пределах города терраса сильно изменена человеком, пронизана улицами с интенсивным движением.

Средняя высота центра города над уровнем моря 5 м. Северные районы имеют высоту от 1 (болота Юнтоловского заказника) до 40м (Поклонная гора). Южные районы - от 5 до 18 м. И только в южных и кое-где в северных пригородах средняя высота рельефа составляет 50-60м. Наивысшая точка в границах города находится в Дудергофских горах и составляет 176 м. Самая низкая сухопутная точка находится в Кронштадте - Доковый бассейн со среднегодовой отметкой уровня воды в 11,4 м ниже нуля Кронштадтского футштока.

В палеозое 300--400 миллионов лет назад вся эта территория была покрыта морем. Осадочные отложения того времени -- песчаники, пески, глины, известняки -- покрывают мощной толщей (свыше 200 метров) кристаллический фундамент, состоящий из гранитов, гнейсов и диабазов. Современный рельеф образовался в результате деятельности ледникового покрова. После отступания ледника образовалось Литториновое море, уровень которого был на 7--9 м выше современного. 4 тысячи лет назад море отступило, и образовалась долина реки Невы. Долина сложена озёрно-ледниковыми и постледниковыми отложениями.

1.3 Грунты и почвы

Почвы, в естественном состоянии сохранились только за пределами городской застройки Санкт-Петербурга, в отчасти измененном виде -- в его садах и парках. Встречаются почвы разного состава: средне- и легкосуглинистые на морене и на озерно-ледниковых глинах и суглинках; супесчаные и песчаные на озерно-ледниковых супесях и на аллювиальных песках. Каменистость почв достигает 60-80 м3/га. Чаще встречаются средне- и легкосуглинистые почвы, по сравнению с супесчаными и песчаными. Супесчаные и песчаные почвы в основном развиты в Приневской низменности, в предглинтовой части на южном побережье Финского залива. По происхождению почвы в основном подзолистые -- они образуются под лесами, главным образом хвойными. Преобладают средне- и сильноподзолистые почвы, бедные перегноем и с повышенной кислотностью. Сильноподзолистые почвы формируются обычно на суглинках, в низких местах, под еловым лесом; среднеподзолистые - на более высоких местах. Где сильнее дренаж, на песках и супесях, в условиях холмистого рельефа развиваются слабооподзоленные почвы. Встречаются дерново-подзолистые почвы, образующиеся при значительной травянистой растительности: на лесных вырубках, в местах с редким смешанным и мелколиственным лесом. В пределах Ижорской возвышенности часто встречаются дерново-карбонатные почвы. В низинах и на плоских участках местности при слабом стоке и дренаже, а иногда и при высоком уровне грунтовых вод, образуются почвы болотного типа, довольно широко распространенные в окрестностях Санкт-Петербурга и на его территории до застройки. Нормативная глубина промерзания для Санкт-Петербурга:

· для суглинков и глин 1,16м;

· для мелких песков 1,41м;

· для крупных песков 1,51м;

· для крупнообломочных грунтов 1,71м.

(Средняя глубина промерзания грунта 1,45м).

1.4 Климат

Климат Петербурга умеренный, переходный от умеренно-континентального к умеренно-морскому. Такой тип климата объясняется географическим положением и атмосферной циркуляцией характерной для Ленинградской области. Это обуславливается сравнительно небольшим количеством поступающего на земную поверхность и в атмосферу солнечного тепла. Из-за небольшого количества солнечного тепла влага испаряется медленно. За год в Санкт-Петербурге бывает в среднем 62 солнечных дня. Поэтому, на протяжении большей части года преобладают дни с облачной, пасмурной погодой, рассеянным освещением[5]. Продолжительность дня в Санкт-Петербурге меняется от 5 часов 51 минуты 22 декабря до 18 часов 50 минут 22 июня. В городе наблюдаются так называемые Белые ночи, наступающие 25--26 мая, когда солнце опускается за горизонт не более чем на 9°, и вечерние сумерки практически сливаются с утренними. Заканчиваются белые ночи 16--17 июля. В общей сложности продолжительность белых ночей более 50 дней.

Для города характерна частая смена воздушных масс, обусловленная в значительной степени циклонической деятельностью. Летом преобладают западные и северо-западные ветры, зимой западные и юго-западные.

Самая высокая температура, отмеченная в Санкт-Петербурге за весь период наблюдений, +37,1 °C, а самая низкая ?35,9 °C. Длительность безморозного периода составляет 7 месяцев с апреля по октябрь.

1.5 Растительность

Зелёные насаждения Санкт-Петербурга и пригородов вместе с водной поверхностью занимают около 40 % городской территории. Общая площадь зелёных насаждений превышает 31 тысячу га. Основу ряда парков составляют естественные леса, до сих пор сохранившие свой породный состав. Многие парки, созданные в послевоенные годы, разбиты на территории, где древесная растительность фактически отсутствовала. На окраинах города сохранились лесные массивы, оставшиеся от подзоны южной тайги.

1.6 Гидрография

Общая протяженность всех водотоков на территории Санкт-Петербурга достигает 282 км, а их водная поверхность составляет около 7 % всей площади.

Основная водная магистраль города -- река Нева, которая впадает в Невскую губу Финского залива, относящегося к Балтийскому морю. Наиболее значительны рукава дельты: Большая и Малая Нева, Большая, Средняя и Малая Невки, Фонтанка, Мойка, Екатерингофка, Крестовка, Карповка, Ждановка, Смоленка, Пряжка, Кронверкский пролив; каналы -- Морской канал, Обводный канал, канал Грибоедова, Крюков канал. Основные притоки Невы в черте города: слева -- Ижора, Славянка, Мурзинка, справа -- Охта, Чёрная речка.

Через водные объекты города перекинуто 342 моста.

2. Техническое описание объекта

2.1 История объекта

С 1720 по 1737 на участке между Мойкой, Невским проспектом и Большой Морской улицей располагался Морской рынок. С 1755 на этом месте располагался временный Зимний дворец. После переезда царской резиденции в новый Зимний дворец на Дворцовой площади, ставший ненужным временный Зимний дворец был почти полностью разобран.

Новый четырёхэтажный дом для Николая Ивановича Чичерина начал возводиться летом 1768 года. Он стал одним из самых старых сохранившихся зданий на Невском проспекте.

Предполагается, что автором проекта мог стать Ж.Б. Валлен-Деламот.

В 1794 году к зданию был пристроен новый трёхэтажный флигель со стороны Мойки (дом №59).

В 1814-1817 годах по проекту В.П. Стасова к зданию был пристроен четырёхэтажный корпус со стороны Большой Морской улицы (дом №14). Его фасад украшен двенадцатью колоннами, в честь победы в войне 1812 года.

В 1858-1870 годах по проекту архитектора Николая Павловича Гребёнки проводилась масштабная перестройка здания. Была частично изменена форма окон со стороны Невского проспекта. Колонны в центре фасада по Невскому проспекту были заменены на пилоны. Так же Гребёнка перестроил Большой зал, расширил дворовые флигели, надстроил четвёртым этажом корпус со стороны Мойки. Фасад этого корпуса был переделан в эклектичных формах.

Вначале 2000-х здание было отремонтировано, были отреставрированы сохранившие исторический облик помещения. Дом Елисеевых было решено превратить в "Елисеев Палас отель".

Отель был торжественно открыт в дни празднования 300-летия Санкт-Петербурга 24 мая 2003 года.

2.2 Причины наблюдения за деформацией

В связи с будущим возрастанием эксплуатационных нагрузок сооружения, проводилось усиление фундамента. Повышение несущей способности фундамента при реконструкции происходило в следующей последовательности:

Обследование конструкций фундаментов методом их вскрытия при проходке шурфов. По результатам обследования был составлен технический отчет, содержащий результаты обследования и техническое заключение о возможности использования конструкций фундамента и подземных сооружений при его реконструкции, а так же рекомендации по типу конструкций и технологии их устройства.

Демонтаж непригодных частей старого фундамента.

Закрепление грунтов и усиление грунта основания способом инъекции химических растворов и цементных суспензий.

Цементация контакта фундамент-грунт выполняется при наличии пустот под подошвой фундамента.

Химическое закрепление грунтов применяется для создания пристенной наружной гидроизоляции подземных конструкций реконструируемых зданий. Инъекционное закрепление распространяется на грунты, обладающие достаточной водопроницаемостью.

Для нагнетания закрепляющих реагентов в грунты применялась вертикальная технология, при которой нагнетание реагентов осуществляется через вертикально или наклонно заглубляемые инъекторы сверху вниз, с открытой поверхности земли, с мостков или с полов помещений.- усилением физико-механических характеристик грунтов основания.

Усиление фундамента осуществлялось подведением дополнительных, столбов. На участках длиной 1-2 м грунт под фундаментом удаляют и монтируют заранее заготовленные железобетонные элементы. Старый фундамент был укреплен рандбалками.

Так как работы по усилению оснований и изменению конструкций фундаментов могут вызвать при их осуществлении осадку фундамента, то необходимо осуществлять наблюдения за деформациями.

2.3 Геологическое строение участка работ

Рядом с участком работ трестом ГРИИ были выполнены инженерно-геологические изыскания в 1994 году. Была пробурена скважина по адресу ул. Большая Морская, д.4. Полная глубина скважина 15,0 м. Абсолютная отметка устья 2,9 м. Сведения о водоносном горизонте и его геологическом индексе представлены в таблице 1, а сведения о составе и физико-механических свойствах грунтов в таблице 2.

Таблица 1

Таблица 2

По данным изысканий, территория участка работ состоит из следующих слоев:

1. Насыпной грунт - песок гравелистый, с гл 1 м - пылеватый с обломками кирпича, строительным мусором. Глубина слоя - 2,6 м, мощность слоя - 2,6 м, отметка подошвы слоя 0,3 м.

2. Песок пылеватый серый средний плотности насыщенный водой. Глубина слоя - 3,4 м, мощность слоя - 0,8 м, отметка подошвы слоя -0,5 м.

3. Песок мелкий серый средней плотности насыщенный водой. Глубина слоя - 6,7 м, мощность слоя - 3,3 м, отметка подошвы слоя -3,8, м.

4. Супесь пылеватая серая с прослоями песка тугопластичная. Глубина слоя - 7,6 м, мощность слоя - 0,9 м, отметка подошвы слоя -4,7 м.

5. Песок пылеватый серый плотный насыщенный водой. Глубина слоя - 10,8 м, мощность слоя - 3,2 м, отметка подошвы слоя -7,9 м.

6. Супесь пылеватая серая с прослоями песка тугопластичная. Глубина слоя - 14,0 м, мощность слоя - 3,2 м, отметка подошвы слоя -11,1 м.

7. Суглинок пылеватый коричнево-серый мягкопластичный. Глубина слоя - 15,0 м, мощность слоя - 1,0 м, отметка подошвы слоя -12,1 м.

Геологический разрез

Масштаб 1:200

Рис. Топографо-геодезическая изученность

Интенсивное строительство в дельте р. Невы началось более 300 лет назад, поэтому в топографическом отношении территория хорошо освоена.

На территории города непрерывно производились топографические съемки всего масштабного ряда. И можно считать, что вся центральная часть города покрыта планшетами масштаба 1: 500.

В непосредственной близости от участка работ расположены 3 стенных репера III класса:

1. Рп 9404, ул. Б.Морская, 11. Высота: 3,973

2. Рп 5903, пр. Невский, 12. Высота: 3,931

3. Рп 7190 наб. реки Мойки, 61. Высота: 3, 917

Все репера в хорошем состояние и были приняты за рабочие. Тип центра у всех реперов 143 для линий нивелирования III и IV классов.

В непосредственной близости от участка работ расположены 4 пункта полигонометрии:

1. 1234, ул. М.Морская, 15. Координаты: 94208,686; 113487,085.

2. 1235, пр. Невский, 12. Координаты: 94376,564; 113712,722.

3. 1236 наб. реки Мойки, 46. Координаты: 94295,410; 113956,312.

4. 1237 наб. реки Мойки 54. Координаты: 93940,580; 113728,466.

Классификация деформация сооружений

Вследствие конструктивных особенностей, природных условий и деятельности человека сооружения в целом и их отдельные элементы испытывают различного вида деформации. Значительные деформации затрудняют нормальную эксплуатацию зданий и сооружений, снижают долговечность вследствие появления недопустимых перемещений их отдельных элементов.

Под постоянным давлением от массы сооружения грунты в основании его фундамента постепенно уплотняются и происходит смещение в вертикальной плоскости, называемое осадкой сооружения. Перемещение сооружения вверх называется подъемом или выпиранием, а перемещение в сторону - горизонтальным смещением или сдвигом сооружения.

Вертикальные деформации основания подразделяются на:

1. осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственной массы грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

2. просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственной массы грунта, так и дополнительно с ними действующих факторов, таких, как, например, замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т. д.;

3. набухания и усадки - деформации, связанные с изменением объема некоторых видов глинистых грунтов при изменении их влажности, температуры (морозное пучение) или при воздействии химических веществ;

4. оседания - деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрологических условий и т. п.

Деформации основания в зависимости от причин возникновения подразделяются на два основных вида:

первый - деформации грунтов от нагрузок, передаваемых на основание зданием или сооружением (осадки и просадки);

второй - деформации, не связанные с нагрузкой от здания или сооружения и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от собственной массы, набухания и усадки).

Совместная деформация основания и здания (сооружения) может характеризоваться:

· абсолютной осадкой основания отдельного фундамента S_i;

· средней осадкой основания здания или сооружения S_ср;

· относительной неравномерностью осадок ДS/L двух точек фундамента, т.е. разностью их вертикальных перемещений, отнесенной к расстоянию между ними;

· креном фундамента или сооружения в целом i, т.е. отношением разности осадок крайних точек фундамента к его ширине или длине;

· относительным прогибом или выгибом f/L (отношение стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка здания или сооружения);

· кривизной изгибаемого участка здания или сооружения К;

· относительным углом закручивания здания или сооружения н;

· горизонтальным перемещением фундамента или здания (сооружения) в целом U.

Аналогичные характеристики деформаций могут устанавливаться также для просадок, набуханий (усадок) грунтов, оседаний земной поверхности и других деформаций.

Предельно допустимая величина совместной деформации основания и здания или сооружения (равномерной или неравномерной), соответствующая пределу эксплуатационной пригодности здания или сооружения по технологическим или архитектурным требованиям S^Т_пр, устанавливается соответствующими нормами проектирования зданий и сооружений, правилами технической эксплуатации оборудования или заданием на проектирование.

Предельно допустимую величину деформаций S^Т_пр по условиям эксплуатации оборудования назначают, исходя из соблюдения технологических допусков по осадкам и кренам оборудования.

Осадка фундаментов выражается величинами вертикальных отрезков, опущенных с первоначальной плоскости, образованной подошвой фундамента, до пересечения с деформированной поверхностью основания. В тех случаях, когда эти отрезки равны, осадки называются равномерными и, наоборот, когда отрезки не равны, осадки называются неравномерными. Таким образом, равномерные осадки могут происходить лишь в тех случаях, когда давление, вызываемое массой сооружения, и сжимаемость горных пород во всех частях основания под фундаментом одинаковы.

Общая величина осадки, не ведущая к повреждению здания, может быть достаточно большой, если она равномерная. Однако при большой величине осадки могут повреждаться входы, пристройки, санитарно-технические коммуникации, дренажные и другие устройства.

Неравномерная же осадка отдельных частей и сооружения в целом имеет обычно более серьезные последствия. Она является одним из главных факторов, влияющих на прочность и эксплуатационную пригодность зданий.

При наличии достаточно большой толщи однородных пылевато-глинистых грунтов и равномерно приложенной нагрузки по длине здания происходит блюдцеобразное понижение поверхности (прогиб), которое распространяется иногда далеко за пределы загруженной площадки. Средняя часть здания вогнута, а края наклоняются к центру загруженной площадки. Такой характер деформации объясняется тем, что на угловых участках нагрузка распределяется по большей площади, распространяясь вперед за пределы конца стены. Следовательно, концы стен, получая большую площадь опоры, имеют и меньшую осадку. При такой деформации по краям стен могут возникать наклонные трещины, идущие от краев к середине под углом примерно 45°. Нижние концы трещин направлены в сторону меньших осадок. В средней части здания часто образуется трещина в виде перевернутого знака у: более широкая внизу и сужающаяся кверху. В верхней части стены посередине здания могут быть признаки разрушения кладки от раздробления. Если в стенах имеются горизонтальные пояса, то под ними в средней части здания могут появиться горизонтальные трещины. Деформации прогиба могут появляться, если под фундаментами в средней части здания имеются участки слабых грунтов или пустот, если средняя часть здания несет большую нагрузку, если в основании торцевых частей здания имеются твердые включения (скала, скопления валунов).

Деформацию выгиба испытывают здания с тяжелыми каменными стенами и слабонагруженными внутренними колоннами, а также при наличии слабых или ослабленных оснований в торцевых частях здания, расположенных рядом котлованов или траншей (за счет выдавливания грунта из-под несущего пласта основания), построек около торцевых частей зданий, значительного количества жестких включений под серединой здания и т.п. Углы в этом случае садятся больше и наклонные трещины имеют большую ширину вверху. Направление нижних концов трещин -- также в сторону меньших осадок, т.е. к середине здания. Наружные стены могут наклоняться кнаружи, образуя v-образные трещины в соединениях с поперечными стенами. Особенно часто это встречается при внецентренном загружении фундаментов наружных поперечных стен. В зависимости от конфигурации общей осадки соответствующие наклонные трещины появляются во внутренних стенах. При этом перекашиваются дверные рамы (проемы являются ослабленными местами в стенах и здесь концентрируются напряжения). Перекрытия, опирающиеся на рамы каркаса, могут испытывать большие осадки без повреждений, но если они опираются непосредственно на грунт или на отдельные фундаменты, оседающие независимо от стен, могут возникать серьезные повреждения и расстройства в стыках. Деформация выгиба значительно опаснее прогиба, так как трещины раскрываются вверху, а это может привести к тому, что торцевые стены потеряют устойчивость, перекрытия обрушатся и т. п.

Осадка крайних частей здания или сооружения возникает обычно по причинам, указанным выше, но оказывающим влияние на одну из торцевых частей здания. Этот вид деформации также является опасным.

Перекос здания или сооружения возникает в результате разности осадок соседних или нескольких расположенных в ряд фундаментов за счет разной нагрузки на рядом расположенные фундаменты или наличия слабых или ослабленных грунтов под одним из фундаментов. Перекос приводит к возникновению косых трещин, что особенно опасно в узких простенках.

Крен (наклон) испытывают жесткие сооружения при неравномерных осадках отдельных фундаментов. Причинами этого вида деформаций могут быть различные факторы. Крен фундамента приводит к повороту нижней части конструкций.

Скручивание сооружений возникает при развитии крена в разных частях длинного сооружения в противоположные стороны. Наибольшие повреждения получают, как правило, верхние этажи отдельных конструкций или здания в целом.

Обычно сооружения подвергаются одновременно различным деформациям, некоторые из них могут являться преобладающими, а другие -- слабо выраженными.

4.Методы наблюдения за осадкой сооружения

К негеодезическим методам наблюдений относят методы, при помощи которых определяют относительные деформации, т.е. смещения одной части сооружения относительно другой.

К геодезическим методам наблюдений относят методы, при помощи которых определяют абсолютные деформации, т.е. перемещения части сооружений относительно неподвижных исходных пунктов.

Для оценки устойчивости сооружения и для качественного проектирования его реставрации необходимы геодезические наблюдения.

Наблюдения за вертикальными перемещениями зданий и сооружений выполняют следующими методами либо их комбинациями:

1. Геометрическое нивелирование

2. Тригонометрическое нивелирование

3. Гидростатическое и гидродинамическое нивелирование

4. Микронивелирование

5. Спутниковый метод наблюдения

Геометрическое нивелирование является самым доступным методом наблюдения за осадкой. Применяют I - III классы точности. Нивелирование I и II класса точности (нивелирование короткими лучами) - основной метод измерения осадки монументальных отвесных сооружений.

Нивелирование III класса широко применяется при измерениях осадок фундаментов сооружений, расположенных на сильносжимаемых, оттаивающих и просадочных грунтах.

Тригонометрическое нивелирование обладает невысокой точностью. Измерения производятся тахеометрами. Достоинством этого метода в том, что он позволяет определять отметки и осадку в труднодоступных местах.

При гидростатическом нивелировании поверхность жидкости в состояние покоя применяется за поверхность относимости. В сообщающихся сосудах жидкость перераспределяется из одного сосуда в другой до тех пор, пока не наступит гидростатическое равновесие, которое для однородной жидкости возможно лишь при равенстве высот уровней.

Точность гидростатического нивелирования зависит от многих факторов (давление, испарение и др.). В условиях открытых площадок при соблюдении требований, ослабляющих влияние основных источников погрешностей, превышения можно измерить с точностью 20-50 мкм. Достоинством метода является высокая точность и возможность автоматизированных систем.

Гидродинамическое нивелирование принципиально отличается от гидростатического тем, что измерения выполняются в процессе непрерывного измерения уровня жидкости в сосудах. Если сосуд, находящийся на пульте управления наполнять жидкостью с постоянной скоростью, то сохраняется постоянная разность уровней жидкости в других сосудах. Погрешность определения осадки гидродинамическим нивелиром составляет 0,1-0,5 мм.

Микронивелирование находит применение при монтаже и эксплуатации технологического оборудования, для которого характерны высокие требования к точности высотного положения. Микронивелирование не заменяет геометрическое или гидростатическое, а лишь дополняет их.

Применение этого метода целесообразно, когда следует определять превышение близко расположенных точек, расстояние между которыми 1-2м. Микронивелирование характеризуется простым процессом измерения и высокой надежностью полученных результатов. Точность измерения превышения микронивелиром на базе одного метра одним приемом составляет 0,01 мм.

К достоинствам спутникового метода наблюдений относят возможность параллельно с наблюдениями за осадкой определять горизонтальные смещения. Погрешность определения превышения в лучшем случае составляет 8-10 мм, следовательно, этот метод может применяться, если осадки составляют 5-10 мм в месяц и более. С увеличением расстояний между определяемыми точками спутниковое нивелирование может соответствовать точности геометрического нивелирования III и даже II класса.

Выполненный анализ позволяет сделать вывод, что из рассмотренных вариантов метод геометрического нивелирования представляет наибольший интерес, и именно его проектом и предусматривается использовать. В ГОСТе 24846-81, так же говориться, что геометрическое нивелирование следует применять в качестве основного метода измерения вертикальных перемещений.

4.1 Нормативные требования к точности измерений

Измерения смещений и деформаций зданий и сооружений должны выполняться с такой точностью, чтобы их значения были получены с заданной вероятностью Р.

В настоящем проекте точность определения осадок принята в соответствии с требованиями ГОСТ 24846-81, в котором говорится, что средняя квадратическая ошибка осадки из двух циклов измерений не должна превышать ±2 мм. Соответственно, ошибка осадки из одного цикла не должно превышать = 1.44 мм.

Для достижения указанной точности предлагается проложение нивелирного хода II класса по осадочным маркам в виде замкнутого полигона с использованием трех стенных реперов (Рп 9409, Рп 5903, Рп 7190) в качестве исходных, предварительно проложив ход по этим трем реперам, что бы оценить их стабильность.

Схема проектируемой нивелирной сети представлена на рис

Схема нивелирной сети II класса по осадочным маркам и по рабочим реперам опорной сети



Предрасчет точности

Предрасчет точности выполнен в программе «Mining Navigator» .

При составлении исходного файла, за исходные репера приняты Рп 9404, Рп, 5903, Рп 7190, а деформационные марки - за оцениваемые.

Исходные данные для оценки данных представлены в таблице 3, СКО определены по формуле:

где n - число штативов.

Все исходные для оценки данных приведены в табл.1.

Таблица 3

№№ звеньев	Название	Число штативов	СКО (мм)
1	Рп 7190- М8	4	1,0
2	М8-М9	1	0,5
3	М9-М10	1	0,5
4	М10-М11	1	0,5
5	М11-М12	1	0,5
6	М12-М13	1	0,5
7	М13-М14	1	0,5
8	М14-М15	1	0,5
9	М15-М16	1	0.5
10	М16-М17	1	0.5
11	М17-М18	1	0,5
12	М18-М19	1	0,5
13	М19-М20	1	0.5
14	М20-Рп 9404	3	0.9
15	Рп9404-М1	4	1,0
16	М1-М2	4	1,0
17	М2-М3	1	0.5
18	М3-Рп 5903	3	0,9
19	Рп5903-М4	4	1,0
20	М4-М5	2	0,7
21	М5-М6	2	0,7
22	М6-М7	1	0,5
23	М7-Рп 7190	3	0,9

После введения исходных данных, получена таблица показывающая СКО высот марок.(табл)

СРЕДНИЕ КВАДРАТИЧЕСКИЕ ОШИБКИ ВЫСОТ ТОЧЕК

г==========T========¬ г==========T========¬

¦ Название ¦ Mh,м ¦ ¦ Название ¦ Mh,м ¦

¦----------+--------¦ ¦----------+--------¦

¦ m1 ¦ 0.0008 ¦ ¦ м11 ¦ 0.0011 ¦

¦ m2 ¦ 0.0008 ¦ ¦ м12 ¦ 0.0011 ¦

¦ м3 ¦ 0.0008 ¦ ¦ м13 ¦ 0.0011 ¦

¦ м4 ¦ 0.0008 ¦ ¦ м14 ¦ 0.0011 ¦

¦ м5 ¦ 0.0009 ¦ ¦ м15 ¦ 0.0011 ¦

¦ м6 ¦ 0.0008 ¦ ¦ м16 ¦ 0.0011 ¦

¦ м7 ¦ 0.0008 ¦ ¦ м17 ¦ 0.0010 ¦

¦ м8 ¦ 0.0009 ¦ ¦ м18 ¦ 0.0010 ¦

¦ м9 ¦ 0.0010 ¦ ¦ м19 ¦ 0.0009 ¦

¦ м10 ¦ 0.0010 ¦ ¦ м20 ¦ 0.0008 ¦

L==========¦========- L==========¦========-

ET=2.154 (P=0.95) Nизм= 23 r= 3

Из результатов предрасчета точности видно, что наиболее слабыми являются марки 6 марок М11, М12, М13, М14, М15, М16.

Количество избыточных измерений в сети 3 всего измерений - 23.

Так как наиболее удаленные от исходных реперов марки, являются слабыми элементами нивелирной сети, то определим ошибки взаимного положения марок М12-М13(таблица) и М13-М14(таблица)

г===============================================¬

¦ ОШИБКА ПРЕВЫШЕНИЯ ¦

¦ взаимного положения пунктов m12 - m13 :¦

¦ Mh = 0.5 мм ¦

L===============================================-

г===============================================¬

¦ ОШИБКА ПРЕВЫШЕНИЯ ¦

¦ взаимного положения пунктов m13 - m14 :¦

¦ Mh = 0.5 мм ¦

L===============================================-

Ошибка взаимного положения марок в обоих случаях не превышает допуска в 2мм, в соответствие с требованиями СНиП III-2-75 «Геодезические работы в строительстве».

Предрасчет точности показал, что проектируемая сеть удовлетворяет требованиям нормативных документов, и II класс геометрического нивелирования подходит для выполнения работ.

Конструкция исходных и деформационныхых знаков

Знаки подразделяют на исходные рабочие и деформационные.

· Исходные реперы - это реперы заложенные в стороне от сооружения.

· Рабочие реперы закладывают в не посредственной близости от сооружения.

· Деформационные знаки закладываются в сами сооружения.

При организации кратковременных наблюдений реперы не делят на исходные и рабочие. Предполагается, что отметки исходных реперов остаются неизменными длительное время. В проекте в качестве рабочих реперов принято использовать стенные реперы III класса (Рп 9409, Рп5903, Рп 7190). Тип центра у всех реперов 143 для линий нивелирования III и IV классов.(рис. 3)

Рис.3 Стенной репер типа 143 для линий нивелирования III и IV классов

Реперы типа 143 закладывают в стены искусственных сооружений, зданий и вертикальную поверхность скалы. Изготавливают репер из чугуна, при изготовлении отливают начальные буквы названия организации, выполнявшей нивелирование, и номер репера. Счет высот ведется от наивысшей точки стенного репера.

Конструкция марок зависит от типа сооружения (бетонное, сборное железобетонное, кирпичное, металлическое, грунтовое). Марки закладываемые в стены сооружения, называются боковыми, закладываемые в пол - поверхностными. Боковые марки бывают закрытого типа и открытого типа. Наиболее надежной в эксплуатации является стенная марка закрытого типа. Проектом предусмотрено заложить 20 геодезических (деформационных) марок ГДМ-1(рис. 4).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.4 Геодезическая (деформационная) марка ГДМ-1

На рисунке слева изображен элемент металлического стержня, который каждый раз вкручивается в геодезическую марку (на фото справа).

Установка металлической марки (на фото справа):

1. Длинным буром диаметром на 6мм высверливается отверстие длинной 10-12 см.

2. Буром диаметром 18 мм высверливается отверстие длинной 5-6 см.

3. В отверстие 6мм вставляется пластиковый дюбель.

4. Специальной клеящийся смесью обмазывается геодезическая марка и забивается в отверстие диаметром 18 мм.

5. Шуруп вкручивают в пластиковый дюбель, что обеспечивается дополнительная система прочности.

На сооружениях с кирпичными стенами и ленточными фундаментами марки устанавливают через 10-15 метров, располагая их на углах здания, у торцов несущих стен, в лестничных клетках. Для зданий, имеющих свайный фундамент, марки размещают не реже, чем через 15м по продольным и поперечным осям. Так как фундамент здания является одновременно свайным и ленточных, то марки размещаются через каждые 10-12 метров.

Описание геодезических приборов

Для наблюдения за осадками, предусматривается проложение хода нивелирования II класса по рабочим реперам опорной сети и нивелирование II класса по осадочным маркам.

Измерения производятся электронным нивелиром Sokkia SDL1X (рис. 5). При использовании инварной рейки со штрих-кодом, прибор, с помощью системы автоматического считывания, при наведении на рейку, производит измерения превышения и расстояния. Таким образом, исключается ошибка взятия отчета и ошибка измерения расстояния.

Рис.5 Электронный нивелир Sokkia SDL1X

Технические характеристики Sokkia SDL1X представлены в таблице 4

Таблица 4

Точность измерения превышений, СКО на 1 км двойного хода с инварной рейкой, мм	0,3
Точность измерения превышений, СКО на 1 км двойного хода с фиберглассовой рейкой, мм	1
Увеличение зрительной трубы, крат	32
Тип компенсатора	Магнитный демпфер и маятниковый механизм
Диапазон компенсатора	±12
Диапазон измерения расстояний, м	1,6-100
Точность измерения расстояний, мм	10-20
Внутренняя память	10000 измерений
Рабочая температура, ?С	от -20 до +50
Вес	3,7

При нивелирование так же использовались:

· Инварная рейка для цифровых нивелиров Sokkia BIS30. Длина 3 метра, с RAB-кодом.

· Алюминиевый штатив PFA5-E.

· Два нивелирных башмака весом 1 кг.

Методика выполнения геометрического нивелирования

Ввиду особых условий наблюдений применяют нивелирование короткими лучами. Однако, уменьшение длины визирного луча не приводит к увеличению СКП на 1 км хода, т.к. при нивелировании короткими лучами ослабляется влияние некоторых погрешностей измерений, зависящих от внешних условий, повышается точность отсчета по рейке.

Осадочные марки закладывают приблизительно на одном уровне, чтобы ослабить влияние погрешностей в делениях реек. Длина визирного луча может составлять 3-25 метров при средней длине 10-15 метров. Неравенство плеч на станции допускается 0,2 м, а накопление неравенства плеч 1,0 м. Высота визирного луча над препятствием не должна быть меньше 0,8 м.

Главное условие нивелира (угол i) и правильность установки круглого уровня рейки проверяют ежедневно.

Нивелирование II класса производят либо в прямом и обратном направление, либо в одном направлении при двух горизонтах прибора, проектом предусмотрен второй вариант.

Порядок работы на станции (прямой ход):

Нечетная станция:

1. Отчет по задней рейке

2. Отчет по передней рейке

Изменение горизонта прибора

3. Отчет по передней рейке

4. Отчет по задней рейке

Четная станция:

1. Отчет по передней рейке

2. Отчет по задней рейке

Изменение горизонта прибора

3. Отчет по задней рейке

4. Отчет по передней рейке

При нивелирование короткими лучами погрешность хода рассчитывается исходя из СКП определения превышения на одной станции m_ст. Точность характеристики нивелирования представлена в таблице 5

Таблица 5

Класс	з, мм	д, мм	mст, мм	fh, мм
II	2	0,2	0,5

L - длина хода в км;

n - число штативов;

з - случайная погрешность;

д - систематическая погрешность на 1 км хода.

Предельные разности превышений из прямого и обратного ходов не должны превышать допусков.

Контроль нивелирования по секции между смежными реперами заключается в следующем:

После выполнения нивелирования по секциям при двух горизонтах сравнивают между собой два значения превышения;

расхождение между этими значениями не должно быть более Если расхождение получилось больше допустимого, то нивелирование по секции повторяют при одном горизонте

Явно неудовлетворительное значение превышения исключают. Оставшиеся два значения принимают в обработку, если они не расходятся между собой больше указанных допусков.

В обработку включают все три значения превышения тогда, когда первоначальные не расходятся между собой более чем на а повторное значение не отличается от каждого из первоначальных более чем на .

При окончательной обработке сначала осредняют значения превышения при одном горизонте, а затем - из ходов при двух горизонтах.

Если первоначальные и повторные значения превышения не удовлетворяют перечисленным требованиям, то первоначальные исключают и выполняют еще одно повторное нивелирование при одном горизонте.

Периодичность наблюдений

Периодичность наблюдений рассчитывают таким образом, чтобы ошибки измерений не исказили полученные результаты. То есть промежуток времени между циклами наблюдений должен быть таким, чтобы за это время величина деформации оказалась не меньше самой погрешности измерений.

Периодичность наблюдений за деформациями зависит от различных факторов:

· свойств грунта;

· типа сооружения;

· ожидаемой (расчетной) величины деформации;

· графика строительно-монтажных работ;

· продолжительности и специфики эксплуатации сооружения;

· внешних условий, в которых находится сооружение.

Основная часть деформаций (50-85%) приходится на строительный период. Практически в строительный период наблюдения выполняются 1-2 раза в квартал, в период эксплуатации 1-2 раза в год. Выполняют также так называемые срочные наблюдения между циклами до и после появления фактора, резко изменяющего обычный ход деформации. К таким факторам относятся:

· резкое изменение нагрузки на грунт;

· уровня грунтовых вод;

· температуры внешней среды;

· производство подземных работ;

· возведение вблизи новых сооружений;

· надстройка и капитальный ремонт зданий;

Периодичность наблюдений за осадками сооружений в строительный период определяется по признаку роста нагрузок на основание. Первый цикл измерений осадок производится после возведения фундаментов до приложения горизонтальной нагрузки к сооружению (например, до заполнения пазух котлована грунтом). Число циклов измерений осадок после нулевого цикла должно быть не менее четырех (при 25, 50, 75 и 100% нагрузки на основание).

После достижения полного веса сооружения периодичность наблюдений за осадкой изменяется в зависимости от вида грунта, на который опирается сооружение: на связных грунтах (глины, суглинки, илы) через 3-4 месяца; на несвязных грунтах (пески) через 5-6 месяцев; на просадочных грунтах - до трех месяцев.

Наблюдения за осадкой продолжаются до полной стабилизации основания сооружения, т.е. до тех пор, пока изменение осадки сооружения в последних трех циклах наблюдений будет равна нулю (в пределах точности наблюдений).

Так как сроки и периодичность геодезических измерений связаны с усилением фундамента, с целью максимального учета осадки здания устанавливается периодичность проведение наблюдений один цикл в месяц, на протяжении одного года.

Оценка устойчивости исходных реперов

Общие сведения

Для увеличения надежности наблюдений высотную основу, как правило, создают не из одного, а из нескольких реперов, не менее трех. Наличие нескольких реперов дает возможность по наблюдениям за их взаимным положением оценить степень устойчивости каждого из них и наиболее устойчивый выбрать в качестве исходного.

Оценка устойчивости в общем случае состоит в разделении полученных из наблюдений данных на собственно смещения и возможные ошибки их определения и в сравнении этих величин между собой. Если полученные смещения с наперед заданной вероятностью превышают ошибки, то их с данной вероятностью принимают за действительные смещения реперов; в случае, когда смещения меньше ошибок, реперы считаются не изменившими своего высотного положения. Причем выявление смещений или подтверждение стабильности реперов является относительным, поскольку сравнивается изменение взаимного положения равноценных с точки зрения устойчивости реперов. Ввиду указанной относительности, а также неоднозначности разделения величин смещения от их возможных ошибок задача оценки устойчивости реперов и выбора исходного не имеет единственного решения. Однако можно сформулировать требования общего характера, под условием выполнения которых следует решать данную задачу.

Во-первых, оценка устойчивости реперов и выбор в качестве исходного репера, сохранившего неизменным свое высотное положение, должны производиться в каждом цикле наблюдений.

Во-вторых, практически итогом решения должно быть однозначного указание, какой репер следует выбрать в качестве исходного. Неопределенность решения затрудняет его практическое использование.

В-третьих, должна быть минимальной возможность грубой ошибки, т.е. принятие в качестве исходного репера, получившего значимое по величине смещение. Выполнению этого условия способствует наглядность решения, когда имеется возможность проанализировать полученные величины, установить их взаимосвязь и сопоставить с другими данными, характеризующими действие предполагаемых причин возникновения смещений реперов.

Анализ методов оценки устойчивости исходных точек

С позиции изложенных требований наиболее известные способы оценки стабильности реперов исходной основы разделены на три группы. К первой группе относятся способы, основанные на анализе изменений превышений, ко второй - способы, использующие определенное математическое условие, накладываемое на результаты измерений и к третьей - способы, использующие принятую гипотезу смещения реперов.

Идея анализа изменений превышений, присущая способам первой группы, довольно наглядно отражена в способе Костехеля.

Вычисление оптимальных высот реперов опорной сети способом Костехеля реализуется в такой последовательности:

- уравнивание нивелирной сети как свободной;

- определение наиболее устойчивого репера в текущем цикле;

- вычисление высот реперов относительно исходной высоты устойчивого репера и уравненных превышений;

- расчет степени относительной устойчивости для каждого из реперов сети;

- улучшение качества опорной сети путем исключения неустойчивых реперов.

Определение наиболее устойчивого репера в текущем цикле проводится по следующей схеме.

Если величина разности превышений v_i = h_i - h отражает суммарное влияние осадок реперов за период между первым и i - ым циклами нивелирования, то репер, для которого [ vv ] = min, является наиболее устойчивым и его высота, полученная в нулевом цикле принимается за исходную при вычислениях высот осадочных реперов в текущем цикле наблюдений.

При вычислении разности превышений v всех звеньев сети за исходные принимаются последовательно все три глубинных опорных репера.

Для определения степени относительной устойчивости и неустойчивости репера опорной сети вычисляется осадка репера:

_i = H_i - H₁,

где

H_i и H₁ - высоты репера из нулевого и i - го циклов наблюдений. Если > 1, то репер считается устойчивым и наоборот.

Средняя квадратическая погрешность m_s = m_h = ± 0.49, где

m_h - средняя квадратическая погрешность превышения на станции, равная для проектируемой сети ± 0.35 мм;