Особенности геодезического контроля за вертикальными деформациями строящегося сооружения



При строительстве инженерных сооружений на строительной площадке для корректировки технологических процессов осуществляется повторное нивелирование осадочных марок, размещенных на конструктивных элементах возводимых зданий и сооружений согласно проекту. По результатам повторного нивелирования устанавливают их вертикальные смещения (осадку) во времени относительно опорных нивелирных пунктов.

В процессе строительства пространственное положение отдельных осадочных марок может быть нарушено, что с позиции строителей создает ситуацию, характеризуемую безвозвратной потерей информации о временном ходе осадки сооружения.

Возобновление непрерывной информации об осадке утерянной марки возможно по результатам повторного нивелирования, выполненного в трех циклах после ее восстановления. При этом следует рассмотреть увеличение нагрузки G на основание фундамента применительно к n равным интервалам (соответственно числу этажей и др.). Осадка отдельной марки, вызванная интервальной нагрузкой G/n=g будет равна:

. (1)

По результатам повторного нивелирования осадочных марок, выполненного в процессе строительства, можно вычислить осадку марки на любой момент времени τ_i (i –номер цикла повторного нивелирования). Согласно [1] приращения осадок между повторным нивелированием, выполненным через одинаковые интервалы времени равны:

, (2)

где S_i-y — осадка марки от момента времени ее утраты до момента времени τ_i нивелирования после ее восстановления;

τ_{i+1 —} время нивелирования восстановленной марке (i+1) цикле;

ξ — коэффициент, зависящий от физико-механических свойств грунтов основания, толщины слоя и коэффициента фильтрации [1].

Из уравнений (2) следует:

(3)

или

. (4)

Решая по методу последовательных приближений уравнение (4) находим S_gk и по формуле (1) вычисляем осадку:

. (5)

Далее вычисляется коэффициент:

. (6)

Величину осадки S_y, накопившейся до возобновления наблюдений после ее утраты можно определить из выражения:

, (7)

где m — число равных по величине ступеней нагрузки, приложенной за время утери марки.

В соответствии с формулой (7) можно, в случае равномерного протекания во времени осадки сооружения, восстановить кинематические характеристики деформационного процесса, протекающего в местах закладки утраченных марок. Точность восстановленных кинематических характеристик находится в прямой зависимости от точности определения коэффициента ξ (10–15 %) ошибок нивелирования, устойчивости опорных нивелирных пунктов и осадочных марок.

Пространственно-временное положение опорных нивелирных пунктов, служащих исходной высотной основой для повторного нивелирования, выполняемого в системах геодезических наблюдений на строительных площадках, стремятся сохранить неизменными на протяжении всего периода инженерно-динамических наблюдений за деформациями зданий и сооружений, придавая им статус начала счета деформаций и смещений.

Опорные нивелирные пункты закрепляются в соответствии с требованиями Инструкции [2] глубинными и грунтовыми реперами в приповерхностных слоях земной коры (ЗК) на разных глубинах и в разных инженерно-геологических условиях.

Общеизвестно [3,4,5], что сезонные колебания температуры, влажности и других метеорологических факторов на земной поверхности проникая в приповерхностные слои земной коры, порождают в них экзогенные геомеханические процессы, которые нарушают устойчивость опорных нивелирных пунктов, являющихся началом координат для определения деформаций (осадок) сооружений на строительных площадках.

Допустимые требования к устойчивости опорных нивелирных пунктов можно выразить через среднеквадратическую ошибку исходных данных . При этом среднеквадратическая ошибка определения отметки осадочной марки по результатам нивелирования, с учетом неустойчивости опорного нивелирного пункта равна:

. (8)

Принимая, что ошибкой исходных данных можно пренебречь, если она не превышает δ=5 % от общей ошибки [6], можно записать:

(9)

или

, (10)

где δ=0,05–0,1.

Возведя в квадрат неравенство (10) и прибавив к его левой части , с учетом (8), имеем:

,

откуда:

. (11)

Определение осадок сооружения выполняется в строгом соответствии с ГОСТ 24846–2012 [7]. При этом ГОСТ [7] строго регламентирует точность определения осадок сооружений, которая определяется уравнением (8). Принимая δ=0,05 можно установить требования к устойчивости опорных нивелирных пунктов при повторном нивелировании осадочных марок по программам I и II классов. Точности определения осадок при нивелировании I и II классов согласно ГОСТ [7] соответственно должны быть равны m_I = 1 мм и m_II= 2 мм.

Таким образом, в соответствии с уравнением (11) можно назначить требования к устойчивости опорных нивелирных пунктов и по аналогии к устойчивости осадочных марок, которые должны соблюдаться в следующих пределах:

‒ нивелирование осадочных марок по программе I класса (m _гост = 1 мм) — устойчивость пунктов (марок) ;

‒ осадочных марок по программе II класса (m _гост = 2 мм) — устойчивость пунктов (марок) ;

‒ аналогично производятся расчеты для III и IV классов [7].

Следовательно, точность восстановления осадок по утраченным маркам должна соответствовать точности определения осадок m _гост, назначаемой для повторных нивелирований I, II, III и IV классов ГОСТом [7].

Литература:

1. Цытович Н. А., Зарецкий Ю. К. Прогноз скорости осадок оснований сооружений. М.: Недра, 1967. 212 с.
2. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов, Федеральная служба геодезии и картографии России: [ГКИНП (ГНТА)-03–010–02: введ. 1.02.2004]. М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 2004. 244 с.
3. Магницкий В. А. Основы физики Земли. М.: Геодезиздат, 1953. 289 с.
4. Баленко В. Г. Исследование наклонов земной поверхности по профилю Киев-Артемовск. Киев: Наукова думка, 1980. 175 с.
5. Волков В. И. Современная постановка проблемы влияния нетектонических факторов на результаты геодезических исследований СВДЗК// Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 1998. № 2. С.18–25.
6. Коугия В. А. Избранные труды: монография / под ред. М. Я. Брыня. СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2012. 448 с.
7. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. ГОСТ 24846–2012. М.: Стандартинформ, 2014. 19 с.
8. Волков Н. В. Оценка влияния геотемпературного поля на результаты повторного нивелирования // Маркшейдерский вестник. 2017. № 1(116). С. 29–32.