Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Наблюдение за деформацией сооружений

Содержание

Введение……………………………………………………………………………

1 Общие сведения о деформациях сооружений. Задачи и Организация наблюдений…………………………………………………………………..

Основные виды деформаций. Причины их возникновения…………….
Задачи наблюдений за деформациями. Организация работ……..
Точность и периодичность геодезических наблюдений за Деформациями………………………………………………………………
Основные типы знаков…………………………………………..

Постановка задачи…………..

Выполнение работ…………………………
Наблюдения за вертикальными смещениями………………………..
Наблюдения за относительными плановыми смещениями…………….
Наблюдения за динамикой раскрытия трещин………………………..
Лазерное сканирование фасада здания

церкви Спаса Нерукотворного Образа……………………………..

2.6 Заключение………

Введение

В настоящее время проблема наблюдения за деформационными процессами зданий и сооружений очень часто встает перед строительными организациями. Основной задачей наблюдений является оценка устойчивости сооружения и при необходимости применение различных мер по обеспечению его нормальной работы. Деформация зданий и сооружений - это сложный процесс, определяющими факторами которого являются природные и климатические условия, конструктивные особенности зданий, ошибки проектирования и дефекты при строительстве, хозяйственная деятельность человека. Поэтому требуется учет всех этих разнообразных факторов для прогнозирования тенденций деформации объекта или отдельных его элементов, и принятия мер, обеспечивающих его функционирование в соответствии с техническими условиями.

При современных темпах строительства в Москве наблюдения за деформациями были и остаются очень востребованным видом геодезических работ. Сегодня наблюдения за деформациями входят в перечень работ многих организаций.

Возрастает как массивность строительства, так и сложность конструкции зданий и инженерных сооружений. Это приводит к ужесточению требований к точности геодезического обеспечения строительства, к применению новых более совершенных геодезических приборов и методов геодезических измерений. Последние достижения в области компьютерных технологий, в частности применительно к геодезии, позволяют значительно облегчить и ускорить как полевые, так и вычислительные работы по обработке материалов измерений.

Государственным контрактом № 01-08-МКН, заключенным Комитетом по культурному наследию города Москвы и ГУП «Мосгоргеотрест», было предусмотрено выполнение работ по геодезическому мониторингу деформационных процессов на объекте культурного наследия Заиконоспасский монастырь – Славяно-греко-латинская Академия 17-18 вв. Палаты 17 века, расположенном по адресу: Никольская ул., д.7-9, стр.1-2-5 на участках, непосредственно примыкающих к объекту строительства «Старград» (со стороны внутреннего двора).

Согласно Техническому заданию, требовалось выполнить следующие виды работ:

наблюдения за вертикальными смещениями (осадками) зданий, сооружений и поверхности земли;
определение невертикальности башни церкви Спаса Нерукотворного Образа и контроль ее стабильности;
наблюдения за динамикой раскрытия трещин.

В настоящем отчете приведены описание и результаты работ, выполненных отделом № 8 ГУП «Мосгоргеотрест» в рамках Государственного контракта № 01-08-МКН в период с 29.07.2006г. по 27.10.2008г.

Борис Годунов основал монастырь в 1600 году, в летописях первое упоминание о монастыре встречается в 1635 году. Изначально Заиконоспасский монастырь был мужским. В 1620-х годах при монастыре действовала «всенародная» школа. В этот период монастырь был известен как «учительский». В 1687 году при монастыре была открыта Славяно-греко-римская академия, в которой в разное время учились М.Ломоносов, В. Баженов, Л. Магницкий и А. Кантемир. Преподавателями академии были монахи монастыря, которые жили вместе с воспитанниками в Братском корпусе. Этот корпус был построен вдоль Китайгородской стены и сохранился до наших дней.

Центральным храмом монастыря является Спасский собор. Этот собор был перестроен несколько раз и не сохранился в первоначальном виде до наших дней. Внизу храм имел вход со стороны монастырского двора, а наверху была придельная церковь.

В 1737 году Спасский храм сильно пострадал при пожаре; в 1742 году его восстановили и освятили снова. В 1812 году Заиконоспасский монастырь был разграблен армией Наполеона. Спустя два года академия была перенесена в Троицко- Сергиевскую Лавру и это крайне негативно отразилось на состоянии монастыря. Правда в 1851 году в монастыре были проведены восстановительные работы, а в 1884 году было открыто училище для детей духовенства.

Октябрьская революция сильно повлияла на жизнь монастыря. В 1920 году в нём открыли центр Союза церковного возрождения, в 1924 году снесли монастырскую колокольню, а в 1929 году монастырь закрыли совсем. Несколько десятилетий на территории монастыря располагались различные учреждения. В 1960 году начались реставрационные работы в соборе Спаса Нерукотворного: верхний ярус был перестроен, а на купол вместо креста был установлен позолоченный штырь.

До наших дней из всего комплекса монастыря сохранились здание собора, трёхэтажный Братский корпус и здание бывшего духовного училища. В 1992 году, когда монастырь был возвращён церкви, в нём снова стали проводиться богослужения. В наши дни монастырь является патриаршим подворьем, при нём действует воскресная школа. На территории находятся также различные недуховные учреждения: почтамт, ресторан Годунов, историко-архивный институт РГГУ.

Почва в данном районе Москвы представляет собой пески, суглинки, глины. Рельеф преимущественно холмистый.

Климат – умеренно-континентальный, характеризуется большой изменчивостью погодных условий в отдельные сезоны. Средняя температура воздуха зимой: -10,2 С; средняя температура летом: +23,5 С. Под влиянием низких температур почва промерзает к концу зимы на 30-40 см, а на оголённых участках до 140 см. Если снежный покров устанавливается поздно и его высота не превышает 20 см, то при низких температурах увеличивается глубина промерзания почвы. За год в Москве выпадает около 700 мм осадков.

1 Общие сведения о деформациях сооружений. Задачи и организация наблюдений

1.1 Основные виды деформаций. Причины их возникновения

В соответствии с [1], в общем случае под термином «деформация» понимают изменение формы объекта наблюдений. Также под деформацией принято понимать изменения положения объекта относительно первоначального. Деформации инженерного сооружения возникают в связи с воздействием различных природных и антропогенных (техногенных) факторов. В основном деформации зависят от смещений горных пород в их основании. Эти смещения могут происходить как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.

Смещения в вертикальной плоскости, или вертикальные деформации, подразделяются на:

осадки – деформации, происходящие в результате уплотнения грунта

под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

просадки – быстро протекающие во времени деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительно с ними действующих факторов, таких как, например, замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т. п.;
набухания и усадки — деформации, связанные с изменением объема

некоторых видов глинистых грунтов при изменении их влажности, температуры (морозное пучение) или воздействии химических веществ;

оседания – деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий и т.п.

Осадки делятся на равномерные и неравномерные.

Равномерные осадки могут происходить лишь в тех случаях, когда давление, вызываемое весом сооружения, и сжимаемость горных пород во всех частях основания под фундаментом одинаковы, чего практически на сжимаемых грунтах обычно не бывает.

Неравномерные осадки возникают, прежде всего, в результате различного давления частей сооружения и неодинаковой сжимаемости грунтов под фундаментом, что в свою очередь вызывает неравномерные смещения в конструкциях зданий и сооружений и приводит к наклонам, прогибам, искривлениям и другим видам деформаций. При значительных видах этих деформаций в фундаменте и стенах зданий могут образоваться трещины и разломы.

Для определения абсолютных, или полных, осадок S фиксированных на сооружении точек периодически определяют их отметки H относительно исходного репера, расположенного в стороне от сооружения и принимаемого за неподвижный. Очевидно, чтобы определить осадку точки на текущий момент времени относительно начала наблюдений, необходимо вычислить разность отметок, полученных на эти моменты, т. е.

S=H_тек - H_нач , (1.1)

где H_тек и H_нач - отметки на текущий и начальный моменты соответственно. Аналогично можно вычислить осадку за время между предыдущим и последующим периодами (циклами) наблюдений.

Средняя осадка S_ср всего сооружения или отдельных его частей вычисляется как среднее арифметическое из суммы осадок всех n его точек, т.е.

S_ср =∑ S/n . (1.2)

Крен, или наклон, сооружения определяют как разность осадок двух точек, расположенных на противоположных краях сооружения, или его частей вдоль выбранной оси. Величина крена, отнесенная к расстоянию l между двумя точками 1 и 2, называется относительным креном K. Вычисляется он по формуле:

K = (S₂ – S₁)/ l . (1.3)

Осадки от собственного веса сооружения по мере уплотнения грунтов в основании с течением времени прекращаются. При этом, как правило, на песчаных грунтах осадки характеризуются большими скоростями в начальный период с последующим быстрым затуханием. Наоборот, в глинистых грунтах осадки происходят с незначительными скоростями вначале и медленно затухают в течение многих лет.

Смещения в горизонтальной плоскости отдельной точки сооружения характеризуется разностью ее координат x_тек,y_тек и x_нач,y_нач, полученных в текущем и начальном циклах наблюдений. Положение осей координат, как правило, совпадает с главными осями сооружения. Вычисляют смещение q в общем случае по следующим формулам:

q_x=x_тек-x_нач; (1.4)

q_y=y_тек-y_нач. (1.5)

Аналогично можно вычислить смещения между предыдущим и последующим циклами наблюдений.

Смещения в горизонтальной плоскости возникают под действием следующих причин: массы сооружения; давления массы воды, накапливающейся в верхнем бьефе; давления ветра, льда и наносов в водохранилище; динамических воздействий работающих машин, турбин, движущегося транспорта; суточного и сезонного изменения уровня грунтовых вод; фильтрации воды под сооружениям и в обход его; изменения температуры в окружающей среде, в теле сооружения, грунтов основания. Характер и величина деформаций зависят так же и от других факторов, среди которых особое место занимают геологический и гидрогеологический режимы грунтов основания, их сезонные изменения и неоднородность грунтов.

Деформации инженерного сооружения возникают в связи с воздействием различных природных и антропогенных (техногенных) факторов.

К природным факторам относят:

способность горных пород к просадкам, оползням, суффозионным и другим инженерно-геологическим и гидростатическим явлениям;
пучение при замерзании водонасыщенных и оттаивании мерзлых льдонасыщенных пород;
изменение гидротермических условий, связанных с сезонными и многолетними колебаниями температуры, влажности пород и уровня грунтовых вод.

К основным техногенным факторам относят:

влияние нагрузки от сооружений;
изменение несущих свойств горных пород в связи с искусственным понижением или повышением уровня грунтовых вод при проведении строительных или эксплуатационных работ; с искусственным увлажнением лессовидных или оттаиванием мерзлых пород и т.д.;
ослабление основания подземными разработками, приводящее к смещению всей толщи напластований над выработками или к выносу частиц пород в выработанное пространство;
изменение давления на основание, вызванное надстройкой здания или возведением рядом новых сооружений;
вибрацию фундаментов в связи с работой различных агрегатов, механизмов, движением транспорта и другими динамическими воздействиями.

1.2 Задачи наблюдений за деформациями. Организация работ

Согласно с [1] основная цель наблюдений за деформациями – определение величин деформации для оценки устойчивости сооружения и принятия своевременных профилактических мер по обеспечению его нормальной работы. Деформации (осадки, плановые смещения, крены, кручение и др.) зданий (сооружений) и отдельных их частей в процессе строительства и эксплуатации могут явиться причиной нарушений запроектированных условий работы строительных конструкций, их перенапряжения. Кроме того, некоторые здания и сооружения, расположенные автономно, могут быть связаны между собой единым технологическим процессом.

В практике наблюдений за осадками применяют следующие методы нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, гидростатическое нивелирование.

Для наблюдений за горизонтальными смещениями используют следующие высокоточные инженерно-геодезические методы: створный, триангуляционный (включая все виды угловых засечек), трилатерационный (включая и линейную засечку), линейно-угловой (включая полигонометрию) и др.

Учитывая размер (габариты) и конструктивные особенности исследуемых сооружений, особенности компоновки сооружений, размер и топографические условия строительной площадки в целом, особенности схемы размещения наблюдаемых точек на сооружениях, указанных в техническом задании, а так же заданные допуски точности на определение деформаций при минимальных экономических затратах, следует применять наиболее приемлемый инженерно-геодезических метод измерений.

Наблюдения за деформациями многих сооружений одинаково важны в строительный, монтажно-наладочный и эксплуатационный периоды.

На различных этапах проектирования, возведения и эксплуатации сооружений на основании результатов этих наблюдений решают разные задачи:

1. Результаты наблюдений за деформациями зданий (сооружений), возводимых на различных грунтах и в различных природных условиях, могут вносить коррективы в методики строительных и технологических расчетов на стадии проектирования новых аналогичных объектов. Опыт наблюдений за деформациями объектов дает возможность избежать грубых просчётов при прогнозе осадок, подъемов, кренов зданий (сооружений).

2. Проведение наблюдений за деформациями сооружений в период строительства позволяет корректировать технологическую схему производства строительных работ и монтажа конструкций. Например, результаты наблюдений за осадками и наклонами могут быть использованы при разработке оперативной программы и графика бетонирования, скорости загрузки основания и т. д. На ответственных сооружениях технологическое оборудование нужно устанавливать с учетом выявленных характера и скорости осадок, смещений, кренов, кручений фундаментов и строительных конструкций. В противном случае, к наладочному и эксплуатационному периоду пределы работы котировочных механизмов могут оказаться недостаточными для корректировки положения оборудования. Кроме того, геодезические измерения дают материал для прогнозирования смещений наблюдаемого сооружения в целом.

3. Весьма важны наблюдения за деформациями ответственных сооружений в процессе эксплуатации для правильной оценки технического состояния сооружения, принятия своевременных эффективных строительных мер по укреплению основания, конструкций и предупреждения возможных аварий, особенно при наличии прогрессирующих осадок, протекании вязко-пластичных деформаций грунтов основания, вызывающих незатухающую установившуюся ползучесть грунтов. Наблюдения за деформациями могут своевременно выявить возникновение и причины деформаций, не предусмотренных проектом. Это особенно важно на таких социально опасных сооружениях, как атомные электростанции, плотины крупных гидроузлов, тоннелей метрополитена и др.

4. На некоторых сооружениях с переменными параметрами нагрузок проведение оперативных наблюдений за осадками и наклонами обеспечивает нормальную работу строительных конструкций.

Примером таких сооружений могут служить зерновые элеваторы, построенные на сжимаемых грунтах. При загрузке отдельных силосных зданий элеватора взаимное положение последних по высоте может измениться настолько, что возникает опасность образования трещин и нарастания кренов. Геодезические наблюдения за осадками и наклонами могут оказать неоценимую услугу, оперативно обеспечивая обоснованный режим загрузки отдельных силосов. Так, если осадки и наклоны одного силоса достигают предельных величин, загрузку его прекращают и начинают работу на другом участке и т. д. Такого же рода примеры можно привести из области гидротехнического строительства, когда ощутимые деформации плотин, особенно в зонах тектонических разломов, могут послужить сигналом для регулирования объема водохранилища.

На ряде сооружений наблюдения за деформациями производят в основном в периоды максимальных значений величин внешних нагрузок на конструкции (например, давлений снегового покрова в очень снежные зимы, при стихийных бедствиях и т. д.).

5. При планируемых реконструкциях зданий и сооружений наблюдения за деформациями помогают определить дополнительные нагрузки на основание и за счет этого — возможность надстройки здания.

6. На крупных и ответственных уникальных сооружениях наблюдения за деформациями выполняют и после их стабилизации с целью выявления отдельных элементов оборудования, положение которых подлежит юстировке, и обеспечения нормального технологического режима их работы.

Геодезические измерения деформаций оснований, конструкций зданий, сооружений и их частей, если это предусмотрено проектной документацией, установлено авторским надзором или органами государственного надзора, входят в состав геодезических работ, выполняемых на строительной площадке.

Геодезические измерения деформаций оснований, конструкций зданий (сооружений) и их частей в процессе строительства являются обязанностью заказчика — дирекции строительства или эксплуатируемого объекта. Стоимость этих работ включается в стоимость строительства. В период эксплуатации зданий и сооружений геодезические наблюдения за деформациями могут выполняться за счет основной деятельности предприятия (организации).

Для выполнения геодезических наблюдений за деформациями может быть создана специальная геодезическая группа натурных наблюдений, как правило, в отделе капитального строительства застройщика.

В отдельных случаях (для специальных и уникальных сооружений) заказчиком наблюдений за деформациями может являться не застройщик, а проектная или научно-исследовательская организация.

На различных инженерных объектах геодезические работы по наблюдениям за деформациями в период строительства и эксплуатации по своей структуре могут очень сильно отличаться друг от друга. Наиболее сложный состав геодезических работ данного вида характерен для гидротехнических сооружений, различных ускорителей заряженных частиц, атомных электростанций, антенных комплексов и др. Причем, на таких сооружениях организация наблюдений начинается одновременно с проектированием. Еще в процессе изысканий на площадках наиболее сложных и ответственных объектов организуют наблюдения за естественными микросмещениями различных горизонтов горных пород основания. С самого начала строительства ведутся наблюдения за упругой отдачей для котлована.

Для инженерной интерпретации результатов измерений деформаций изучают возможные причины их возникновения. Основной интерес представляют геологические, гидрогеологические и климатические данные, в числе которых: мощность отдельных слоев грунта основания, уровень грунтовых вод, физико-механические свойства грунтов и др. В ряде случаев не ограничиваются изучением материалов изысканий, а параллельно с измерениями деформаций организуют специальные наблюдения за изменением состояния и термическим режимом грунтов и подземных вод, за изменением метеоданных и др. Ведется учет изменения строительной и технологической нагрузки.

1.3 Точность и периодичность геодезических наблюдений за деформациями

Величины деформаций должны быть определены в пределах соответствующих заданных допусков точности, указанных в технических условиях, составленных проектно-изыскательской, научно-исследовательской организацией или в нормативных документах. В особых случаях эти требования могут быть получены путём специальных расчётов.

Следовательно, требуемые (заданные) допуски точности должны быть известны до начала разработки программы и метода наблюдений за деформациями инженерных сооружений на данном объекте.

От правильного выбора точности зависят методы и средства измерений, затраты на их производство и достоверность получаемых результатов.

В нормативных документах требования к точности определения осадок или горизонтальных смещений характеризуются средней квадратической ошибкой m_s:

1 мм – для зданий и сооружений, возводимых на скальных или полускальных грунтах;
3 мм - для зданий и сооружений, возводимых на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах;
10 мм - для зданий и сооружений, возводимых на насыпных, просадочных и других сильно сжимаемых грунтах;
15 мм – для земляных сооружений;
на оползневых участках осадки измеряются со средней квадратической погрешностью 30 мм, а горизонтальные смещения – 10 мм

Периодичность проведения наблюдений за деформациями сооружения устанавливается из расчета того, что должна быть обеспечена возможность определения характера протекаемых деформационных процессов, а также возможность проведения контроля над процессом их измерения.

Для первоначальных циклов периодичность определяется на основе заданной в проекте точностью. Когда же наблюдения становятся систематическими, то возникает задача выбора времени между последними циклами. При этом желательно увеличить время между циклами без потерь информативности о происходящем процессе деформации.

Частота наблюдений зависит от многих факторов: типа сооружения, состава и физического состояния грунтов основания, вида изучаемой деформации, периода возведения или эксплуатации и т.д.

Основная часть деформаций приходится на строительный период (от 50 до 85%). Поэтому число наблюдений можно находить по возрастанию нагрузки на основание.

При выполнении наблюдений необходимо учитывать воздействие на сооружение природных факторов: изменение термических и гидротермических условий, сейсмичность, морозное пучение и оттаивание, сезонное колебание уровня грунтовых и подпорных вод и т.п. Необходимо также учитывать влияние техногенных процессов: проведение подземных работ, возведение новых крупных сооружений, искусственное изменение уровня грунтовых вод, вибрации от различного рода механизмов и т. д.

Обычно в начале строительного периода наблюдения проводят ежемесячно. По мере накопления и оценки материала наблюдения выполняют раз в квартал. Обязательны наблюдения в периоды достижения нагрузки в 25, 50, 75, 100% полной массы сооружения. После её достижения (в период эксплуатации) наблюдения выполняют 1-2 раза в год до полной стабилизации деформаций. Для особо чувствительных к деформациям сооружений наблюдения проводят и после стабилизации с интервалом до 2-3 лет.

При появлении сильно воздействующих природных и техногенных факторов наблюдения выполняют до и после воздействия их на сооружение. Существуют и расчетные методы определения периодичности наблюдений за деформациями. Все они основаны на прогнозировании величин деформаций.

1.4 Основные типы знаков

Существенная роль в организации наблюдений за деформациями сооружений отводится геодезическим знакам. От правильного выбора конструкции и мест их размещения в значительной мере зависит качество результатов наблюдений.

Применяемые для наблюдений геодезические знаки различают по назначению. Это опорные, вспомогательные и деформационные знаки. Знаки также делятся на плановые и высотные.

Опорные знаки служат исходной основой, относительно которой определяются смещения деформационных знаков. Закрепляются они с расчетом на устойчивость и длительную сохранность.

Вспомогательные знаки являются связующими в схеме измерений и используются для передачи координат и высот от опорных знаков к деформационным.

Деформационные знаки закрепляются непосредственно на исследуемом сооружении и, перемещаясь вместе с ним, характеризуют изменение его положения в пространстве.

Для плановых опорных знаков широко применяют трубчатые конструкции. Основной деталью знака является стальная труба диаметром от 100 до 300 мм, заглубляемая и бетонируемая в грунте не менее чем на 1 м ниже верхней границы твердых коренных пород. Верхний конец трубы заканчивается фланцем, к которому крепится головка знака. Вокруг основной трубы сооружается защитная труба. Пространство между основной и защитной трубами в нижней части заполняется битумом, а в верхней — легким теплоизоляционным материалом. Знак закрывается крышкой. Конструкция головки знака может быть разной и зависит от применяемых для наблюдений приборов.

Наблюдение за деформацией сооружений 📙 Дипломная → 🆔 9937