Измерение горизонтальных смещений

Инженерные сооружения в процессе их возведения и даже в период эксплуатации под воздействием различных сил претерпевают горизонтальные смещения. Геодезические методы дают возможность довольно точно обнаружить эти смещения и определить их числовые характеристики.

Геодезические работы по измерению горизонтальных смещений сооружений выполняют в такой последовательности:

- разработка программы наблюдений, где указывается метод наблюдений и соответствующие ему приборы;

- размещение опорных и контрольных пунктов наблюдений;

- организация наблюдений и обработка полученных результатов.

Наиболее существенной частью этих работ является выбор и закрепление опорных пунктов наблюдений. Они должны располагаться вне зоны возможных смещений на устойчивых грунтах. Опорные знаки должны быть снабжены центрировочным устройством для установки геодезического инструмента.

Наблюдения за смещениями конструкций осуществляют циклами. Нулевой цикл выполняют до появления горизонтальных нагрузок на конструкции. Последующие циклы совмещают по времени с ожидаемым появлением горизонтальных смещений, а после ввода сооружения в эксплуатацию – не реже двух раз в год до полной стабилизации сооружения. Для определения горизонтальных смещений наиболее широко используют следующие методы наблюдений.

Створный метод.Этот метод чаще всего применяют для определения деформации сооружений прямолинейной формы, когда достаточно знать смещение по одному направлению. Он заключается в измерении смещения контрольного знака со створа опорной линии, обычно совпадающей с осью сооружения или параллельной ей. На опорной линии, вне зоны подвижек грунтов, закладывают опорные знаки А и В и периодически (циклами) определяют отклонения d₁, d₂, d₃ деформационных марок 1, 2 и 3 закрепленных на сооружении, от створа АВ (рисунок 8.21). Для повышения точности измерений линию створа размещают на небольшом удалении от сооружения (0,3–0,6 м).

Для определения величины отклонений деформационных марок от створа над опорным знаком А устанавливают теодолит. Его приводят в рабочее положение, наводят пересечение сетки нитей на визирную марку, расположенную над опорным знаком В, и последовательно, как при боковом нивелировании, берут отсчеты d₁^', d₂', d₃' по измерительной линейке. Эти измерения будут составлять первый полуприем.

Во втором полуприеме теодолит устанавливают над опорным знаком В, визируют на марку над точкой А и берут отсчеты d₁'', d₂'', d₃'' по измерительным линейкам на деформационных марках. По полученным отсчетам вычисляют средние значения:

d₁ = 0,5(d₁^' + d₁''); d₂ = 0,5(d₂' + d₂''); d₃ = 0,5(d₃' + d₃'').

Аналогичные измерения выполняют и в следующих циклах. Результаты измерений заносят в ведомость вычисления горизонтальных смещений, в которой указывают номер цикла, время его проведения, отсчеты по линейке на каждой марке и величину смещения. Горизонтальные смещения Δ деформационных марок вычисляют как разность измерений в нулевом и последующем циклах.

Эта же задача может быть решена с помощью измерения малых углов.

В этом способе теодолитом с опорных точек А и В измеряют малые параллактические углы α₁, α₂, α₃ и α₁', α₂', α₃' между линией створа и направлением на точки 1, 2, 3, расстояния L₁, L₂, L₃ и L (рисунок 8.22). Отклонение каждой i-й марки определяют по формуле

d_i = L_i tgα_i = L_i α_i / ρ.

Способ створных наблюдений довольно прост, дает достаточно точные результаты, но имеет ряд недостатков:

- горизонтальные смещения определяют только по оси, перпендикулярной к створу АВ;

- полученные данные могут не обладать высокой степенью надежности, так как расположение точек А и В вблизи от сооружения не дает полной уверенности в том, что они были неподвижны за время наблюдений.

Метод триангуляции. В этом методе в отличие от предыдущего опорные точки А и В закладывают в устойчивом грунте на значительном удалении от исследуемого сооружения. На самом сооружении, например дамбе, закладывают точки наблюдения I, II, III и периодически (циклами) определяют их координаты методом триангуляции. Для этого с высокой точностью определяют длину базиса АВ и измеряют все углы во всех треугольниках (рисунок 8.23).

В результате обработки данных, полученных в каждом из циклов, определяют координаты точек наблюдения x_I, y_I, x_II, y_II, x_III, y_III. Смещения наблюдаемых точек по направлениям осей х и у вычисляют, как разность соответствующих координат между циклами наблюдений.

Абсолютную величину смещения получают как диагональ прямоугольника

со сторонами Δх и Δу: _______

Δ = √Δх² + Δу².

В том случае, если на наблюдаемых точках установить теодолит невозможно, применяют способ направлений. При этом способе углы измеряют только на опорных точках А и В, а координаты пунктов 1–3 определяют как в угловых засечках (рисунок 8.24). Треугольник, полученный в результате засечек, может быть решен по двум измеренным углам и одной стороне.