10.1 Общие понятия о деформации зданий и сооружен...

10.1 Общие понятия о деформации зданий и сооружений.
Деформациями зданий и сооружений-изменение пространственного положения точек сооружения, его частей или всего сооружения в целом. Эти изменения происходят во времени под действием внешних и внутренних сил. Здания и сооружения на грунтовых основаниях могут смещаться в горизонтальной плоскости, что называется сдвигом, или смещаться по вертикали. Такие смещения, направленные вертикально вверх, называются подъёмами, а вниз – осадками. Кроме того, в результате неравномерно протекающих по периметру сооружения осадок его основные плоскости могут наклоняться. Такие наклоны называются кренами. Неравномерные осадки происходят прежде всего в результате различного по силе давления частей сооружения и неодинаковой сжимаемости грунта под фундаментом, что, в свою очередь, вызывает разного рода перемещения и деформации в конструкциях сооружений. В реальности равномерных осадок на сжимаемых грунтах практически не бывает, так как геологическое строение основания и в вертикальном, и в горизонтальном направлениях даже на относительно небольших площадях не бывает однородным. Неравномерные осадки несут в себе больше опасности по вызываемым ими последствиям для сооружения.
Для высотных зданий даже незначительный наклон может привести к перенапряжениям в несущих конструкциях, отказу подъёмных механизмов и др. Опасность тем больше, чем значительнее разность осадок частей сооружений и чем чувствительнее к ним его конструкции.
Общие причины осадок и деформаций связаны с особенностями инженерногеологических, гидрологических и физико-механических свойств грунтов. К ним
относятся:
• способность грунтов к упругим и пластическим деформациям под влиянием нагрузки;
• неоднородное геологическое строение основания, приводящее к неравномерному сжатию и перемещению грунтов под воздействием веса сооружения;
• пучение при замерзании водонасыщенных и оттаивание мёрзлых льдонасыщенных грунтов;
• изменение гидротермических условий, связанных с сезонными и многолетними колебаниями температуры и уровня грунтовых вод.
Частные причины осадок и деформаций связаны с погрешностями и просчётами, совершёнными в процессе изысканий, при проектировании и строительстве
сооружения. К ним относятся:
• ошибочная планировка участка, плохой дренаж атмосферных и паводковых вод;
• неточности, допущенные при проведении инженерно-геологических и гидрологических изысканий;
• искусственное понижение или повышение уровня грунтовых вод при проведении строительных работ;
• увлажнение лёссовидных и оттаивание мёрзлых грунтов;
• ослабление основания подземными разработками, возведение в непосредственной близости новых крупных сооружений и др.
Таким образом, причинами изменения пространственного положения сооружений являются упругие и неупругие деформации оснований, иначе говоря, грунтов под зданиями и сооружениями. Упругие деформации проявляются в виде изменения объёма и искажения форм твёрдых частиц пород, тонких плёнок воды,
замкнутых пузырьков воздуха и прочее. Неупругие деформации – это уплотнение
пород из-за уменьшения пористости, их набухание или разрушение структуры.
Различают следующие деформации сооружений.
• Осадки – деформации, вызывающие вертикальное перемещение всего сооружения под воздействием его веса. Осадки происходят в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающегося коренным изменением его структуры. Различают конечную (стабилизированную) осадку, соответствующую полному уплотнению грунта основания, и нестабилизированную осадку, изменяющуюся во времени и соответствующую незавершённому процессу уплотнения грунтов основания.
• Просадки – деформации, носящие провальный характер, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса, так и других факторов (замачивания грунта, оттаивания ледовых прослоек и т.п.).
• Набухания и усадки – деформации, связанные с изменением объёма некоторых грунтов при изменении их влажности и при замерзании воды и оттаивании льда
• Оседания – деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстовыми процессами и т.п.
• Провалы – деформации земной поверхности с нарушением целостности грунтов, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над карстовыми полостями или горными выработками.
• Горизонтальные перемещения – деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание, характеризующиеся изменением плоских прямоугольных координат точек сооружения.
• Крены представляют собой наклон или поворот основных плоскостей всего сооружения в результате неравномерных осадок без нарушения его цельности и геометрических форм.
• Крены представляют собой наклон или поворот основных плоскостей всего сооружения в результате неравномерных осадок без нарушения его цельности и геометрических форм.
• Трещины представляют собой разрывы в отдельных конструкциях сооружения, и возникающие вследствие неравномерности осадок и дополнительных напряжений.
Деформации оснований сооружений прямо или косвенно связаны с физико-механическими свойствами грунтов, которые весьма разнообразны, зависят от их водонасыщенности, температуры и т.п. На песчаных грунтах, к примеру, осадки характеризуются большими скоростями в начальный период с последующим быстрым затуханием. На глинистых же грунтах осадки могут достигать значительных величин.
Деформации могут возникать по причине воздействия внешних нагрузок на основание сооружения, но могут проявляться также в виде просадок и смещений грунтов от собственного веса.
Результаты практических натурных наблюдений за осадками и подъёмами сооружений являются одним из основных материалов, характеризующих устойчивость основания и надёжность фундамента. Проведение доброкачественных высокоточных измерений пространственных перемещений сооружений позволяет получить достоверные сведения о таких важных параметрах, как глубина сжимаемой толщи грунтов основания и затухание осадок во времени, установить практически предел неравномерных осадок, после которых нарушается прочность и появляются опасные крены, перекосы, трещины.
Результаты исследований осадки и подъёма сооружений являются хорошей основой для разработки тех или иных эмпирических способов и приёмов быстрого и надёжного прогноза осадок. Систематические инструментальные измерения осадок и деформаций сооружений имеют большое практическое и научное значение. Практическое значение состоит в том, что результаты измерений используются как исходный материал для характеристики устойчивости фундаментов и всего сооружения в целом, позволяют заранее намечать мероприятия по устранению причин деформаций, проводить ремонтные работы и пр. Научное значение измерения осадок заключается в том, что они дают возможность обосновать и уточнять методы расчёта оснований и фундаментов, позволяют рассчитать величины возможных осадок, иначе говоря, предвидеть развитие деформационных процессов, установить допустимые величины осадок и принять соответствующие конструктивные решения для возводимого сооружения.
10.2 Организация наблюдений и характеристики деформации
Геодезические натурные наблюдения за вертикальными и горизонтальными перемещениями сооружений (мониторинг) имеют целью описать картину деформаций с количественной стороны за какой-то промежуток времени. Наблюдения проводятся с начала строительства сооружения и в первые годы его эксплуатации до достижения стабилизации деформаций. Наблюдения выполняют циклично, периодически. При этом стремятся спланировать циклы наблюдений через равные промежутки времени в кратчайшие сроки. Первый цикл измерений осадок проводится сразу же после возведения фундаментов. При измерении сдвигов (горизонтальных перемещений) первый цикл измерений проводится до приложения горизонтальной нагрузки к сооружению (до засыпки пазух котлована грунтом, до заполнения водохранилища и т. п.). Сроки проведения последующих циклов измерений устанавливаются проектной организацией в зависимости от инженерно-геологических условий, величины ожидаемых деформаций, степени стабилизации и др. Количество циклов измерений за период достижения полной нагрузки сооружения на основание должно быть не менее четырёх (при 25, 50, 75 и 100% всего давления). В эксплуатационный период проводится не менее трёх циклов измерений до полного затухания деформационных процессов. Наблюдения за осадками и деформациями прекращают, если в течение трёх последних циклов измерений их величина колеблется в пределах заданной точности измерений. Геодезические измерения горизонтальных и вертикальных перемещений осуществляются по точкам, закреплённым в теле исследуемого сооружения. Это так называемые деформационные марки. Измерения производятся относительно опорных пунктов, которые располагаются вне зоны возможных деформаций, и их положение в пространстве и во времени принимается как стабильное. Для реализации комплекса работ по наблюдениям за горизонтальными и вертикальными перемещениями сооружений разрабатывается специальная программа наблюдений, состоящая из краткой пояснительной записки с календарным планом, сметой на производство работ и др. Основным назначением программы наблюдений является разработка и обоснование точности, методов и схемы производства измерений. В программе приводятся рекомендации по применяемым приборам и инструментам, их поверке и календарный план производства работ.
Необходимость организации наблюдений за осадками и перемещениями сооружения определяет, естественно, проектирующая организация, в руках которой находится вся информация о физико-механических свойствах грунтов основания, о конструктивных особенностях сооружения, фундаментов и его воздействии на основания. Основные этапы работ по наблюдениям за осадками и смещениями сооружений можно представить следующим образом.
На первом, организационном этапе проектная организация разрабатывает техническое задание на производство наблюдений. Здесь указываются места закладки деформационных марок и предпочтительные места и конструкции знаков геодезической опорной основы. Определяется периодичность (цикличность) наблюдений и сроки производства работ. Главным вопросом для геодезической службы, реализующей комплекс работ по наблюдениям за осадками и перемещениями сооружений, является вопрос точности производства работ. Заданная точность определения геометрических параметров деформаций является исходной величиной, определяющей способы геодезических измерений, необходимые приборы, методику измерений и обработки результатов измерений. На основании технического задания геодезическая служба, реализующая наблюдения, составляет проект производства геодезических работ. Проект должен содержать схему размещения геодезических опорных знаков, их конструкцию; схему размещения деформационных марок, а также их конструкцию. В проекте производства работ обосновывается схема геодезических измерений. Если это высотные измерения, то приводятся схемы высотных ходов, рассчитываются погрешности слабых точек ходов. Если это плановые определения, то приводятся схемы измерений, обосновывается методика измерений и рассчитывается точность конечного результата. Здесь же приводятся способы уравнительных вычислений, численность исполнителей, перечень приборов и оборудования, сроки производства работ и их сметная стоимость. После утверждения проекта приступают к закладке знаков основы и осадочных марок. Знаки должны устояться. К измерениям приступают через некоторое время, обычно через два месяца. Полевые работы – это или высокоточное геометрическое нивелирование, или прецизионные плановые определения. Отметки реперов определяют в государственной системе высот, для чего прокладывают нивелирные ходы до ближайшего репера государственной высотной основы. Координаты плановых опорных пунктов определяют в городской системе координат. Наблюдения осадочных (деформационных) марок производят периодически, их нивелируют в соответствии с принятой схемой нивелирных ходов и календарным планом работ. Плановые определения также выполняют циклично по утверждённым схемам измерений с необходимой точностью. Работы завершаются составлением ведомости отметок, вычерчиванием графиков осадок деформационных марок и краткой пояснительной запиской. При измерении плановых смещений или наблюдении кренов также составляют ведомости изменения координат наблюдаемых точек, составляют графики перемещений деформационных марок и другие документы, описывающие деформационные процессы. Наблюдения за осадками и деформациями сооружений продолжаются до полной стабилизации положения оснований сооружения. Иначе говоря, наблюдения продолжают до тех пор, пока вертикальные и горизонтальные перемещения сооружения в трёх последних циклах не будут находиться в пределах точности измерений. Геодезические наблюдения возобновляются в случае появления деформаций или их проявления в виде трещин или других признаков, а также в случае возникновения причин, способствующих появлению вторичных осадок. Такими причинами могут быть: возведение вблизи сооружения новых капитальных построек, производство подземных работ, ослабляющих грунты, надстройка дополнительных элементов конструкций, капитальный ремонт сооружения и др.
10.3 Необходимая точность измерения сооружений
Надлежащая точность измерений определяется в первую очередь теми задачами, которые должны быть решены в ходе изучения деформационного процесса. При необоснованном завышении точности измерений возрастает стоимость работ, усложняются приборы и методы производства наблюдений и, напротив, снижение требований к точности может привести к потере информации об изучаемом объекте и лишить результаты измерений их практической ценности. Разумная точность производства измерений для изучения вертикальных и горизонтальных перемещений строительных объектов устанавливается исходя из принципа надёжности определения величины деформаций. Следовательно, величина ожидаемых деформаций является исходной при назначении точности измерений.
Расчётные величины деформаций, установленные проектом, являются исходными для назначения точности измерений как вертикальных, так и горизонтальных перемещений в период строительства в соответствии с табл. 10.1. Для периода эксплуатации сооружения допуски ошибок измерений несколько жёстче (ГОСТ 24846-81).
Таблица 10.1. Допустимые погрешности измерения перемещений в зависимости от их величины
Расчётная величина вертикальных или горизонтальных перемещений, предусмотренная проектом, мм Допускаемая погрешность измерения перемещений в период строительства, мм, для грунтов
песчаных глинистых
До 50 1 1
Св. 50 до 100 2 1
100-250 5 2
250-500 10 5
500 15 10

Таблица 10.2. Допустимые погрешности измерения перемещений по классам точности
Класс точности измерений Допустимая погрешность измерения перемещений, мм
Вертикальных горизонтальных
I 1 2
II 2 5
III 5 10
IV 10 15

На основании определённой по табл. 10.1 допустимой погрешности устанавливается класс точности измерения вертикальных и горизонтальных перемещений фундаментов зданий и сооружений в соответствии с табл. 10.2.
При отсутствии данных по расчётным величинам деформаций оснований фундаментов класс точности измерений перемещений допускается устанавливать следующим образом:
• I – для уникальных зданий и сооружений, длительное время (более 50 лет) находящихся в эксплуатации, а также для сооружений, возводимых на скальных и полускальных грунтах;
• II – для зданий и сооружений, возводимых на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах;
• III – для зданий и сооружений, возводимых на насыпных, просадочных, заторфованных и других сильно сжимаемых грунтах;
• IV – для земляных сооружений.
Таким образом, для того чтобы установить класс точности измерений, необходимо знать расчётные величины перемещений или назначить класс точности исходя из характеристик грунтов оснований и возраста самого сооружения.
Комплекс работ по измерению деформаций оснований зданий и сооружений организуют в следующей последовательности:
• разработка программы измерений;
• выбор конструкции, мест расположения и установка исходных геодезических знаков плановой и высотной основы;
• осуществление высотной и плановой привязки установленных исходных геодезических знаков;
• установка деформационных марок на исследуемых зданиях и сооружениях;
• инструментальные измерения величин вертикальных и горизонтальных перемещений и кренов;
• обработка и анализ результатов наблюдений.
Методы измерений вертикальных и горизонтальных перемещений и определения крена фундамента устанавливаются специально разрабатываемой программой измерений в зависимости от конструктивной особенности сооружения и его фундаментов. В программе освещаются цели и задачи предстоящих измерений, инженерно-геологические и гидрогеологические условия района работ, устанавливается цикличность проведения работ, а также расчётные величины ожидаемых деформаций оснований.
10.4 Размещение и конструкция исходных и деформационных знаков
Для измерений горизонтальных или вертикальных перемещений зданий и сооружений в конструкциях последних, как сказано ранее, закрепляют геодезические знаки, так называемые деформационные марки. Фиксируя изменение пространственного положения деформационных марок, судят о горизонтальных или вертикальных перемещениях сооружения или его частей.
Измерения перемещений производится относительно других геодезических знаков, знаков основы, которые закрепляются вдали от зон возможных деформаций. Их пространственное положение контролируется и считается незыблемым.
Геодезические знаки основы могут быть высотными, плановыми или совмещёнными, несущими информацию о плановых координатах и о высоте одновременно.
Исходные или опорные знаки высотной основы ещё называют реперами. Реперы могут быть глубинными (незаиляемыми трубчатыми, свайными и др.), фундаментальными (железобетонными, скальными, трубчатыми и др.), грунтовыми или рабочими (бетонными, трубчатыми и др.) и стенными из литья или изготовленными в мастерских.
Высотные деформационные марки (рис. 10.1) иногда называют осадочными.
Их закладывают в стены и фундаменты зданий, промышленных, гидротехнических и других сооружений. Они могут иметь различную конструкцию, но должны быть жёстко связаны с конструктивными элементами сооружения, быть достаточно эстетичными и не уродовать фасады зданий и сооружений, но в то же время должны иметь антивандальную защиту. В простейшем исполнении осадочная марка представляет собой отрезок уголковой стали или арматуры около 15 см длины при закладке в каменные фундаменты. При закладке марок на стальных конструкциях их длину и место крепления подбирают с учётом удобства установки нивелирной рейки.

При высокоточных наблюдениях используют более сложные конструкции марок закрытого типа с потайным (в виде втулки) креплением ответственной её части. Нивелирные рейки заменяют шкаловыми марками, имеющими такую же оцифровку, что и инварная полоса.
Для наблюдений за осадками в основаниях земляных и бетонных сооружений используют так называемые глубинные деформационные марки, которые могут быть трубчатыми, металлическими или железобетонными плитами-марками и др.
Для измерения осадок и просадок грунтов дневной поверхности используют поверхностные марки.
Марка для измерения осадок отдельных слоёв пород, залегающих непосредственно под сооружением, представляет собой штангу, верхний конец которой имеет полусферическую головку, а нижний – башмак в виде опорного диска с арматурными шипами.
Проектирование мест расположения деформационных марок и опорных геодезических знаков и их закладка являются одним из основных и ответственных этапов всего комплекса работ по измерениям вертикальных и горизонтальных перемещений исследуемых сооружений. От того, насколько рационально размещены знаки, от их оправданного количества во многом зависит качество, полнота и информативность результатов измерений. Поэтому места расположения знаков согласовываются с проектировщиками, строителями, геологами и другими специалистами генплана проектной организации. Проект размещения марок на сооружении (рис. 10.2) составляют с учётом конструкции фундамента, нагрузки на отдельные части основания, геологических и гидрологических условий площадки. Деформационные марки устанавливают примерно на одной высоте в нижней части несущих конструкций через 10–15 м по всему периметру сооружения. Марки устанавливают также внутри сооружения, на углах и стыках строительных блоков, по обе стороны осадочных или температурных швов, в местах примыкания продольных и поперечных стен, на несущих колоннах, вокруг зон с большими динамическими нагрузками и т.п. Деформационные знаки, служащие для контроля плановых перемещений объекта, имеют различную конструкцию в зависимости от способа измерений плановых деформаций. Так, если измерения выполняются электронным тахеометром способом полярных координат, то в качестве деформационных знаков могут быть использованы марки из светоотражательной плёнки (катафоты). Эти марочки приклеивают в характерных точках исследуемого объекта так, чтобы их отражающая поверхность была направлена на опорный знак, где устанавливается прибор. Если плановое положение деформационного знака определяется из угловых измерений, то знак выполняется в виде обычной визирной марки. Визирные марки могут быть закреплены на объекте постоянно или центрироваться над точками в процессе измерений.
Места расположения деформационных знаков проектируют на планах и разрезах фундаментов, каждой марке присваивают номер.
Исходные или опорные геодезические знаки, служащие для измерений вертикальных перемещений, как отмечено ранее, подразделяются на:
• глубинные фундаментальные реперы, закладываемые в коренные, стабильные породы;
• грунтовые реперы, закладываемые ниже глубины промерзания грунта;
• стенные реперы – знаки, заложенные в стенах капитальных зданий и сооружений, осадку фундаментов которых можно считать практически завершённой.
Глубинные реперы (рис. 10.3) могут быть металлическими, биметаллическими, биструнными и другими. Основания глубинных реперов закрепляются в коренных скальных и других практически несжимаемых грунтах на глубину от 2 до нескольких десятков метров. Основные конструктивные элементы глубинного репера – это реперная труба, реперная головка, защитная труба, колодец с люком и сальник из смолистых веществ. Реперная труба состоит из стальных газовых или буровых труб диаметром около 90 мм. Для длительной сохранности трубу заполняют битумом или цементным раствором. В верхний конец трубы ввинчивается или приваривается реперная головка из бронзы или нержавеющей стали. Защитная труба предохраняет реперную трубу от возможных смещений, вызываемых сжатием или набуханием окружающего грунта. На защитную трубу надевается крышка. Колодец предохраняет верхнюю часть репера от смещения вследствие температурных изменений, случайных повреждений или пучения грунтов от промерзания. Сальник выполняется из стального цилиндра, заполняется тяжёлыми смазочными материалами или битумом и служит препятствием для проникновения ила в пространство между трубами. Главным требованием, предъявляемым к глубинным фундаментальным реперам, является их высотная устойчивость на весь период наблюдений за деформациями. Для производства измерений II, III и IV классов точности разрабатываются конструкции грунтовых реперов, которые закладываются ниже глубины сезонного промерзания грунта, а также стенные реперы, устанавливаемые на несущих конструкциях зданий и сооружений, осадки фундаментов которых практически стабилизировались.
Грунтовые реперы (рис. 10.4) устанавливаются в котлованах, скважинах или путём забивки и могут быть металлическими, железобетонными и трубчатыми. Число исходных грунтовых реперов должно быть не менее трёх, а стенных реперов – не менее четырёх. Грунтовые реперы должны располагаться в стороне от проездов, подземных коммуникаций, вне зоны распространения давления от исследуемых сооружений, вне пределов влияния осадочных явлений оползневых склонов, подземных выработок, карстовых образований, на расстоянии, исключающем влияние вибрации от транспортных средств, машин и механизмов. Реперы рекомендуются располагать на газонах, в скверах, в местах, где отсутствуют подземные коммуникации. Якоря реперов закладываются на 1 м ниже уровня промерзания грунтов.
При закладке в стенах и фундаментах зданий стенных реперов (рис. 10.5) необходимо руководствоваться следующим:
• здания должны быть капитальными, построены за несколько лет до закладки знаков в местах, не подверженных оползневым явлениям и пучению;
• при осмотре зданий необходимо убедиться в отсутствии видимых деформаций стен;
• не допускается производить закладку стенных реперов в сооружениях, предназначенных к сносу или капитальному ремонту, расположенных среди железнодорожных путей или содержащих работающие станки и механизмы.
Закладка реперов возможна в любое время года, а использование допускается не ранее 10 дней после окончания работ по их устройству.
В целом относительно опорных высотных знаков следует сказать, что их конструкция определяется проектной организацией исходя из поставленных задач, условий района работ, свойств грунтов и их гидрогеологического режима.
Надёжность результатов наблюдений за осадками в значительной степени зависит от стабильности высотного положения исходных реперов. Для контроля исходную высотную основу создают из нескольких реперов (не менее трёх), расположенных кустом или равномерно по всей площади объекта. Наблюдения за взаимным положением нескольких реперов позволяют судить о степени устойчивости каждого и наиболее устойчивый выбрать в качестве исходного. Анализ устойчивости реперов и выбор исходного должны производиться в каждом цикле наблюдений, но с привлечением результатов предыдущих циклов для большей представительности статистического материала. Все известные способы оценки устойчивости реперов условно можно разделить на две группы. В основе первой группы лежит принцип неизменной отметки одного из наиболее устойчивых реперов, в основе второй – принцип неизменной средней отметки всех реперов сети или группы наиболее устойчивых. Идея анализа устойчивости, присущая способам первой группы, заключается в том, что в текущем цикле наблюдений каждый из реперов сети последовательно принимается за исходный, и относительно него вычисляются вертикальные смещения других реперов. Репер, для которого сумма смещений или среднее смещение минимально, принимается за неподвижный. При наличии многочисленных наблюдений используются статистические методы анализа.
Плановые знаки, используемые для определения горизонтальных смещений и сдвигов сооружений так же, как и высотные подразделяются на:
• деформационные, или контрольные, закладываемые на исследуемом сооружении (в тело плотины, здания и т.п.) или в толщу оползневого участка земли, что позволяет по его пространственным перемещениям судить о смещениях всего исследуемого объекта;
• опорные, или наблюдательные столбы, закладываемые вблизи исследуемого объекта, с которых непосредственно производятся измерения смещений деформационных знаков;
• исходные, закладываемые за пределами зоны возможных деформаций, служащие для определения смещений опорных и, по необходимости, деформационных знаков.
Опорные знаки устанавливаются в стороне от сооружения в скальных или коренных породах и служат для контрольных измерений стабильности положения наблюдательных столбов и деформационных знаков. Опорные знаки и наблюдательные столбы могут быть выполнены в виде металлических труб, заглублённых ниже уровня промерзания грунтов (рис. 10.6) . В большинстве случаев знаки предназначены для высокоточных измерений, поэтому в их конструкциях предусмотрены устройства для принудительного механического центрирования марки, тахеометра или теодолита. При наблюдениях с таких знаков прибор (теодолит, тахеометр) устанавливается на центрировочное устройство знака. Наиболее точное центрировочное устройство представляет собой плиту с калиброванной втулкой. В этом случае измерительный прибор (теодолит, электронный тахеометр, сканер или створный прибор) в своём основании на подставке должен иметь калиброванный шар для посадки во втулку. Принятый по умолчанию диаметр втулки и шара – 1 дюйм. В оживлённых местах в качестве опорных плановых знаков используют скрытые трубчатые знаки, закладываемые способом бурения в стороне от транспортных магистралей в удобном отдалении от наблюдаемого объекта, на тротуарах или в скверах (рис. 10.7). Если сеть знаков плановой основы создаётся с целью наблюдений за креном сооружения, то знаки располагают в местах, обеспечивающих стабильность их положения и максимальную сохранность на удалении порядка двух-трёх высот от сооружения. Технические требования к построению опорной геодезической сети должны соответствовать положениям СП 11-104 97. Точность определения планового положения опорных пунктов должна быть выше требуемой точности определения крена, или планового смещения, по крайней мере, в 1,5-2 раза. После установки знаков плановой и высотной основы на них передаются координаты и высоты от ближайших пунктов государственной геодезической сети.
10.5 Методы и схемы измерений вертикальных перемещений.
Вертикальные перемещения оснований фундаментов измеряют одним из следующих методов или их комбинацией: геометрическим, тригонометрическим или гидростатическим нивелированием и методами фотограмметрии. С появлением лазерных сканеров появилась возможность измерять горизонтальные и вертикальные смещения сооружений наземным лазерным сканированием.
Геометрическое нивелирование, как известно, есть процесс измерения превышений, который выполняется горизонтальным визирным лучом по вертикально установленным в нивелируемых точках рейкам.
Тригонометрическое нивелирование состоит в определении превышений одной точки над другой путём измерения угла наклона визирного луча и расстояния до точек визирования.
Гидростатическое нивелирование заключается в определении превышения одной точки над другой по уровню жидкости в сообщающихся сосудах, установленных в нивелируемых точках.
Фотограмметрический способ заключается в периодическом фотографировании сооружения в целом или его отдельных частей и сравнении координат наблюдаемых точек по их фотоизображениям.
Методы измерения вертикальных перемещений принимаются в зависимости от назначенного класса точности измерений. Так, методы геометрического и гидростатического нивелирования применяются для всех классов точности измерений (классы I – IV), но методы тригонометрического нивелирования и фотограмметрии – только для II – IV классов точности измерений. Здесь заметим, что классы точности измерений вертикальных перемещений не соответствуют программам I или II класса государственного нивелирования ни по методике производства наблюдений, ни по точности результатов. Кроме того, внедрение в практику инженерно-геодезических работ новых высокоточных цифровых нивелиров и штрих-кодовых реек привело к переосмысливанию как устоявшихся методик измерений, так и понятий точности измерений. Поскольку в настоящий момент нет устоявшихся и отражённых в нормативных актах методик производства измерений цифровыми нивелирами, а также нет реальной оценки точности результатов, ниже приводятся существующие требования к приборам и методам производства работ оптико-механическими приборами с цилиндрическими уровнями, а также компенсаторами.
Метод геометрического нивелирования применяется в качестве основного метода измерения вертикальных перемещений. Приведём некоторые технические характеристики геометрического нивелирования при измерениях вертикальных перемещений I и II классов точности оптико-механическими нивелирами
• для измерений вертикальных перемещений I и II классов точности должны применяться нивелир Н-05 или ему равноточные;
• рейки применяются односторонние, штриховые с инварной полосой и двумя шкалами, типа РН-05;
• длина визирного луча – не более 25 и 40 м соответственно;
• неравенство плеч на станции – не более 0,2 и 0,4 м;
• накопление неравенств плеч в замкнутом ходе – не более 1,0 и 2,0 м соответственно;
• допускаемая невязка в замкнутом ходе для рассматриваемых классов нивелирования может быть подсчитана по формулам: ± 3 L (мм); ± 5 L (мм), где L – длина хода в км
Нивелирование I класса точности выполняют способом совмещений двойным горизонтом, замкнутым ходом или в прямом и обратном направлении. При высокоточном нивелировании для I класса точности измерений ошибки превышений на станции в среднем составляют около 0,1 мм, а предельные невязки ходов не превосходят величины

где n – число станций в ходе.
Для II класса точности измерения перемещений геометрическим нивелированием выполняют способом совмещений одним горизонтом, замкнутым ходом в прямом и обратном направлениях. При выборе приборов следует отдавать предпочтение нивелирам с самоустанавливающейся линией визирования, позволяющим производить измерения по штриховым нивелирным рейкам, либо цифровым нивелирам соответствующей точности. На строительных площадках крупных промышленных сооружений, гидроузлах и др. для измерений деформаций сооружений схемы ходов составляют таким образом, чтобы высотная основа по фундаментальным реперам образовалась из ходов нивелирования высшего класса. Ходы нивелирования низших классов прокладывают в виде одиночных ходов или замкнутых полигонов, опирающихся на построения высших классов. Предельная невязка в замкнутых ходах II класса может быть подсчитана по формуле где n – число станций в ходе.
На земляных и каменно-набросных плотинах, при наблюдениях за просадками грунтов над туннелями и горными выработками, а также на сооружениях, возводимых на сильно сжимаемых грунтах, измерения вертикальных перемещений могут выполняться геометрическим нивелированием III класса точными нивелирами при двух горизонтах в одном направлении. Рейки применяют двусторонние, шашечные с сантиметровыми делениями. Неравенство плеч контролируют, не допуская его более 2 м; накопление в ходе – не более 5 м. Предельная невязка хода вычисляется по формуле где n – число станций в ходе.
Метод тригонометрического нивелирования применяется при измерениях вертикальных перемещений объектов в условиях резких перепадов высот (на горных плотинах, глубоких котлованах, больших насыпях, на косогорах и т.п.). Измерения выполняются короткими визирными лучами (до 100 м) высокоточными электронными тахеометрами. Предпочтения отдаются схемам измерений, когда на исследуемом объекте закрепляются марки-катафоты, а прибор устанавливается на столбах-штативах, заложенных в стабильные грунты. Если измерения выполняют по отражателям, то их выставляют по уровню и закрепляют; высоту прибора измеряют и фиксируют на отражателях с точностью 1 мм. Измерения выполняют по однотипной схеме. Вертикальные смещения наблюдаемых точек вычисляют как разность их превышений (высот точек) в соответствующих циклах. Исследования показывают, что в благоприятных условиях на расстояниях до 100 м, используя специальные схемы и методики измерений, превышения между деформационной маркой и стационарным пунктом можно измерить с погрешностью не хуже 0,5 мм. Для простого хода тригонометрического нивелирования по отражателям точность несколько хуже. Нетрудно подсчитать (см. раздел 6.7), что при надлежащем соблюдении условий измерений тригонометрическое нивелирование короткими лучами с использованием электронных тахеометров обеспечивает точность измерений на уровне IV класса. Одной из причин, влияющих на точность тригонометрического нивелирования, является вертикальная рефракция, которая может значительно искажать истинные значения зенитных расстояний. Для уменьшения влияния вертикальной рефракции измерения выполняют в разное время суток циклами и находят среднее.
Гидростатическое нивелирование (переносным шланговым прибором или стационарной гидростатической системой) применяется для измерения относительных вертикальных перемещений большого числа точек, труднодоступных для измерений другими методами, при отсутствии прямой видимости между измеряемыми точками или в случаях, когда в местах производства измерительных работ пребывание человека невозможно или нежелательно по условиям техники безопасности. В разделе 9 описана переносная система гидростатического нивелирования, состоящая из двух сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью. Измерения таким прибором производят по деформационным маркам, заложенным в тело наблюдаемого объекта. Как минимум два наблюдателя последовательно переносят систему из двух сосудов с трубопроводом от марки к марке и, закрепив прибор, производят измерения установившегося уровня жидкости.
Однако наиболее эффективной является стационарная система гидростатического нивелирования, в которой измерения уровня жидкости в сосудах автоматизированы. Такая система состоит из множества датчиков (сосудов), закреплённых на исследуемом сооружении, соединенных между собой трубопроводом. Кроме того каждый датчик (пьезометр) соединяется с пультом управления электрической цепью. Уровень жидкости в сосудах измеряется различными известными способами (электромеханическим, электрооптическим и т. п.), а результат измерения по электрической цепи передаётся на пульт управления. Таким образом, оператор, опросив все датчики в разных циклах измерений и, сравнив уровни между собой, может судить о вертикальных перемещениях точек сооружения. Основные ошибки гидростатического нивелирования возникают из-за локального изменения температуры жидкости в трубопроводах. Диапазон вертикальных перемещений датчиков таких стационарных систем невелик: 5 – 10 мм, однако точность способа достаточно высокая, около 30 мкм.
Способ микронивелирования применяют при наблюдении за взаимным высотным положением близко расположенных точек (порядка 1 м). Задачи такого рода возникают при изучении осадок и наклонов отдельных конструкций: балок, ферм, фундаментов, технологического оборудования. Приборная точность микронивелира характеризуется средней квадратической ошибкой 0,01 мм.
Фотограмметрические и стереофотограмметрические способы предусматривают применение фототеодолита или цифровой фотокамеры для получения фотографического (цифрового) изображения изучаемого объекта. Определение этими способами пространственных перемещений объектов вообще и вертикальных перемещений в частности заключается в измерении разности координат (высот) точек сооружения, найденных по фотоснимкам в нулевом цикле и в текущем цикле. На этом же принципе построен способ измерения перемещений лазерным сканированием. Фотограмметрический способ применяется, когда деформации определяются в плоскости фотоснимка, а при стереофотограмметрическом способе деформации определяют по любому направлению. В первом случае фотографирование производят с одной точки при неизменном положении фотокамеры в циклах. При этом плоскость прикладной рамки стремятся установить параллельно основной плоскости сооружения. Для вычисления деформаций кроме координат или параллаксов на снимках необходимо знать отстояние фотокамеры от объекта и фокусное расстояние объектива. Во втором случае фотографирование объекта в каждом цикле наблюдений производят с двух точек базиса известной длины, в результате чего получают стереопары. Для получения деформаций измеряют по снимкам координаты точек и горизонтальные параллаксы. В обоих способах обработку снимков производят на стереокомпараторе. Тщательно выполненные полевые и камеральные измерения и должный учёт элементов ориентирования позволяют определять перемещения точек исследуемого объекта описанными способами со средней квадратической ошибкой менее 1,0 мм.

При наблюдениях за осадками крупных и ответственных инженерных сооружений, отличающихся повышенными требованиями к точности производства этих работ, разрабатывается специальная методика геодезических измерений, а в некоторых случаях и специальные приборы. Исходными данными для разработки методики измерений служат заранее установленные величины ошибок определения осадок наблюдаемых точек относительно исходных геодезических знаков. В качестве геодезической основы при наблюдениях за вертикальными перемещениями сооружений используются, как ранее было сказано, высотные знаки, иначе реперы или группа реперов, расположенных вне зоны возможных деформаций.
Периодичность наблюдений зависит в первую очередь от ожидаемых деформаций и должна быть определена на этапе разработки и согласования технического задания на производство работ. Программой работ должен быть предусмотрен анализ получаемых деформационных характеристик и возможность изменения периодичности в случае появления деформаций, превышающих предельно допустимые для данного объекта мониторинга. Методика производства измерений должна выбираться таким образом, чтобы средняя квадратическая ошибка определения высот в слабом месте схемы была не менее чем в 1,4 раза меньше заданной ошибки определения деформационных характеристик.
Таблица 10.3. Показатели нивелирных ходов
Класс нивелирования Длина плеч, м Число линий Число ходов Допуст. невязка С.к.о. превышения на станции, мм
I 50 4 2 3√L 0,32
II 65 2 2 5√L 0,42
III 75 2 2 10√L 0,92
IV 100 1 1 20√L 3,0
Техническое 125 1 1 50√L 8,3

10.6 Особенности методики геометрического нивелирования короткими лучами
При наблюдениях за осадками на крупных гидротехнических сооружениях в период их эксплуатации нивелирные ходы прокладываются по наклонным строительным штольням, со стен которых капает вода, либо по гребню плотины, либо по склонам откосов, или по дну камеры шлюза или потерны. Вибрации от работы машин или движущегося транспорта, недостаточная освещённость внутренних помещений, потоки неравномерно нагретого воздуха и другие неблагоприятные условия существенно затрудняют работу и снижают точность её результатов. Тяжёлые условия работ сопровождают нивелировщиков при наблюдениях на тепловых электростанциях, на элеваторах, цементных заводах и пр., где помехи создают вибрации от работающих турбин и механизмов. Поэтому и по ряду других причин при изучении вертикальных подвижек зданий и сооружений применяют метод геометрического нивелирования короткими лучами.
Оптимальной длиной плеча для прецизионных нивелировок является 30 метров. При этом следует отметить, что увеличение количества станций на 1 км хода за счёт уменьшения плеча не приводит к увеличению средней квадратической погрешности на 1 км хода. Это происходит по ряду причин, среди которых – ослабление влияния рефракции, уменьшение погрешности из-за угла i, увеличение точности отсчёта по рейкам и др. Методом геометрического нивелирования можно определить разность высот двух точек, расположенных на коротких расстояниях в 10 – 15 м, со средней квадратической ошибкой 0,03 ÷ 0,05 мм. Разность высот точек, удалённых одна от другой на несколько сотен метров, определяется со средней квадратической ошибкой порядка 0,1 ÷ 0,2 мм.
Обзор важнейших погрешностей высокоточного нивелирования короткими лучами.
1). Рейки и нивелир в процессе нивелирования могут перемещаться в вертикальном направлении из-за свойств грунтов и подстилающей поверхности: асфальта, песчаной поверхности, глины, дёрна и др. При равномерном перемещении оборудования и симметричном визировании разность взглядов вперёд и назад приводит к взаимной компенсации погрешностей. Случайные колебания таких перемещений приводят к случайным погрешностям нивелирования. Можно несколько уменьшить влияние этих перемещений, если тщательно устанавливать нивелир и обходить его подальше от ножек штатива. Рейки при наблюдениях за деформациями устанавливаются большей частью на осадочные марки.
2). Погрешность, вызванная температурными деформациями прибора. Под влиянием солнца изменяется взаимное расположение оси уровня и визирной линии, что приводит к систематической ошибке. Если с течением времени угол i меняется равномерно, то при соблюдении равенства плеч, симметрии наблюдений во времени и малой продолжительности работы на станции можно в значительной степени снизить влияние этой погрешности на результаты измерений. Можно термостатировать нивелир, однако, прикрывать его зонтом следует обязательно. Изменение температуры реек также приводит к погрешностям в отсчётах, но для инварных реек эти температурные расширения незначительны и могут не приниматься во внимание.
3). Рефракция – это, как известно, искривление визирного луча при прохождении им воздушной среды с изменяющейся плотностью. Для длины визирного луча 50 м и разности высот 1 м рефракция может привести к погрешностям 0,05 – 0,10 мм. Поэтому нивелирование выполняют в ранние утренние часы и вечером после 16 часов при коротких и равных плечах нивелирования. Лучшие результаты нивелирования получают, работая в пасмурную погоду при слабом ветре.
4). Конвекционные токи воздуха вызывают продольные и поперечные колебания изображений, затрудняющие точное наведение биссектора на штрих рейки. Особенно чувствительны флуктуации слоёв воздуха при передаче превышений извне во внутренние помещения, при работе в цехах с горячей обработкой продукции и др. Уменьшить влияние колебания изображений реек можно, уменьшив плечи нивелирования.
5). Если освещение наблюдаемых реек различно, то возможны погрешности отсчётов по рейкам, и, если направление движения нивелировки совпадает с направлением на солнце, то погрешность отсчитывания по рейкам приобретает систематический характер и свойство накопления. Хоть эта погрешность и не велика (0,01 – 0,02 мм), уменьшить влияние различной освещённости реек можно, располагая нивелир вне створа солнца с рейками, естественно, в ущерб производительности. Перечисленные ошибки можно отнести к влиянию среды на производства геометрического нивелирования, но есть и погрешности, вызванные качествами прибора и оборудования, приборные ошибки. Ниже приведённая информация о погрешностях инструментального характера взята из [6].
6). Ошибка совмещения изображений концов пузырька уровня свойственна нивелирам с цилиндрическим уровнем и элевационным винтом и может при длинах плеч в 25 м привести к погрешности отчёта ± 0,03 мм.
7). Ошибка наведения биссектора на штрих рейки не возникает для цифровых (электронных) нивелиров и может составить на 25 м ± 0,03 мм.
8). Ошибка от непараллельности оси уровня и визирной оси прибора на расстоянии в 50 м и угле i, равном 20ފ может привести к погрешностям в отсчётах ± 0,05 мм. Поэтому угол i часто контролируют и доводят до минимального значения, а нивелирование выполняют строго из середины. Эта ошибка для нивелиров с компенсаторами и цифровых нивелиров имеет другое значение. Она значительно меньше.
9). Ошибка в отсчёте по барабану микрометра не свойственна цифровым нивелирам, а для нивелиров с оптическими микрометрами может привести к погрешностям в отсчётах ± 0,05 мм. Целый ряд погрешностей возникает из-за несовершенства нивелирных реек, хотя сегодня они достаточно качественные, однако их исследование и аттестация обязательны. Ошибки могут привноситься в результаты измерений от неточного нанесения делений на рейках, от разности высот нулей реек, ошибки из-за коробления реек и неперпендикулярности пятки реек и пр. Освидетельствованный комплект реек следует хранить бережно и использовать в работе аккуратно, оберегая его от падения и не подвергая ударам.
Приборы для геометрического нивелирования. Вопрос о выборе прибора для производства геометрического нивелирования при наблюдениях за осадками сооружений является весьма важным, поскольку от него в основном зависит точность и надёжность результатов.
Высокоточные нивелиры используют для нивелирования I и II классов, при наблюдениях на геодинамических полигонах и выполнении нивелирования в особо точных инженерных работах. Сумму превышений определяют такими нивелирами со средней квадратической ошибкой 0,5 мм и точнее на 1 км двойного хода. Высокоточные нивелиры должны иметь:
• зрительную трубу с увеличением не менее 40Х,
• цилиндрический уровень с ценой деления не более 10" на 2 мм или компенсатор с чувствительностью 0,2-0,3",
• оптический микрометр с ценой деления 0,05 мм.
К сожалению, сегодня нет нормативного документа, определяющего порядок работы с этим типом инструментов. Традиционные методики наблюдений, описанные в инструкциях, руководствах и т.п., создавались исходя из предпосылки превалирования действия случайных ошибок измерений, основным источником которых являлись процессы, связанные с личными ошибками исполнителей. Методика измерений, описанная в существующей инструкции, ориентирована на меры борьбы с ошибками, большинство из которых в цифровых приборах отсутствуют, однако на результаты начинают влиять систематические ошибки. В производстве получают невязки, формально допустимые, но с превалированием одного знака. Оптические нивелиры, хотя и являются высокоточными механическими инструментами, имеют довольно простое устройство. Поэтому наблюдателю не составляет большого труда обнаружить конструктивные погрешности и устранить их. Введя поправку за различие температуры реек при эталонировании на компараторе и при нивелировании, а также поправку за отличие средней длины метра комплекта реек от номинала, можно говорить о достоверности своих измерений. Сегодня же производители до конца не раскрывают точность изготовления своей продукции, главным образом из-за ее высокой цены. Нивелиры и рейки проверяются и калибруются на заводе-изготовителе, там же вводятся поправки в программы измерений, и все это держится в секрете в коммерческих целях. При этом у каждого производителя есть свой метод считывания информации с рейки, поэтому, без специального оборудования пользователям не представляется возможным выявить и устранить существующие погрешности. Исследования современных геодезических приборов показали, что точность измерения цифровыми нивелирами определяется как погрешностями самого нивелира, так и качеством штрих-кодовых реек, рис. 10.13. Это означает, что код, нанесенный на рейку, должен как можно более точно совпадать со своей теоретической моделью. В отличие от обычных нивелирных реек, где за каждым штрихом шкалы закреплена определенная линейная мера, визуальное отсчитывание по штрих-кодовым рейкам невозможно.
В процессе отсчитывания принимает участие последовательность из многих штрихов различной ширины (не менее 30 см). Поэтому традиционные методы поверок здесь не работают. В то же время мировая практика показывает, что существует как минимум два метода поверки высокоточных штрих-кодовых реек:

1. поверка положения отдельных штрихов кода и их ширины, т. е. точности нанесения штрихов в процессе изготовления и коэффициента линейного расширения инварной рейки; в этом случае контролируют положения отдельных штрихов кода, сравнивая их фактические значения с теоретическими;

2. оценка точности измерительной системы «нивелир – рейка» путем сравнения разностей отсчетов, взятых по рейке цифровым нивелиром, с эталонными разностями, полученными с помощью лазерного интерферометра. Эти методы предусматривают определение накопленной погрешности измерения превышения как самой нивелирной рейки, так и системы «нивелир – рейка» и подразумевают использование дорогостоящих горизонтальных либо вертикальных интерференционных компараторов.
   10.7 Другие способы нивелирования при измерениях деформаций
   При наблюдениях за осадками фундаментов и деформациями оснований сооружений и технологического оборудования всё чаще наряду с геометрическим нивелированием применяют гидростатическое нивелирование. Основными достоинствами метода гидростатического нивелирования является не только высокая точность измерений, но и возможность дистанционного съёма информации и автоматизации измерительного процесса, делающая этот метод уникальным.
   При гидростатическом нивелировании поверхность жидкости в системе из сообщающихся сосудов принимается за поверхность относимости для измерения положения точки установки или крепления гидростатической головки. 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.
   Если в сообщающихся сосудах жидкость однородна и характеризуется одинаковыми параметрами, то свободная поверхность жидкости находится в них на одинаковом уровне независимо от поперечного сечения сосудов и массы жидкости.
   Сущность метода гидростатического нивелирования поясняет рис. 10.14.
   При измерениях осадок сооружений или оборудования в стационарных гидростатических системах данные о месте нуля приборов вообще не требуются, так как наблюдения выполняют разностным методом относительно исходного цикла.
   Метод гидростатического нивелирования обеспечивает высокую точность измерений, однако следует заметить, что эта точность может быть достигнута при соблюдении ряда требований, направленных на ослабление инструментальных погрешностей и погрешностей внешней среды.
   К инструментальным погрешностям следует отнести:

3. Погрешность измерительного устройства, которое может быть механическим, электрическим, электрооптическим или другим. Эта погрешность в лучших системах гидростатического нивелирования оценивается несколькими микронами, до 10 – 20 мкм. 2) Можно выделить погрешность установки приборов (или их подвески) на измерительные точки, что является следствием качества поверхности точек установки.

4. Погрешность за наклон головки и негоризонтальность отсчётной поверхности жидкости. 4) Погрешность за температурные деформации отдельных узлов гидростатического нивелира
   Существенное влияние на точность гидростатического нивелирования оказывает внешняя среда. Погрешности, вызванные влиянием внешней среды, можно представить следующим образом.
   • Влияние температуры. Если снятие отсчётов на отдельных головках происходит в разное время, то изменение температуры за этот период может привести к довольно грубым погрешностям нивелирования. Уменьшить влияние неравномерного температурного расширения жидкости в системе можно, выполняя отсчитывание в головках одновременно, но также влияние температуры можно учитывать введением поправок в результаты измерений. Чтобы погрешность измерения уровня жидкости не превышала 10 мкм при минимальном столбе жидкости 40 – 50 мм, необходимо знать температуру с точностью 0,5ºС.
   • Влияние атмосферного давления. Изменение давления в помещении существенно влияет на положение уровней жидкости в гидростатических системах. Причинами локального изменения давления могут быть атмосферные флуктуации или приточная вентиляция. При перепаде давления над головками нивелиров в 1 мм ртутного столба и температуре воды в системе 20ºС столб жидкости в сосуде может достичь 0,15 мм. Чтобы избежать влияния перепадов атмосферного давления на различных участках, создают закрытые гидростатические системы. Для этого измерительные головки тщательно герметизируют, а давление в сосудах уравновешивают посредством воздушных соединительных шлангов.
   • Погрешности гидродинамического характера. Эти погрешности обусловлены движениями жидкости в гидростатической системе в процессе установления равновесия. Равновесие в системе нарушается под влиянием температуры, изменения внешнего атмосферного давления и механических воздействий на систему. Для установления равновесия в системе необходимо некоторое время. Обычно колебательный процесс в системе небольшой протяжённости практически прекращается через несколько минут после прекращения отмеченных воздействий на систему.
   • К погрешностям, вызванным влиянием внешней среды, можно отнести испарение жидкости в открытых системах, которое при неравномерном его проявлении может привести к погрешностям в измерениях, а также загрязнение жидкости, меняющее её характеристики.
   Основными достоинствами стационарных гидростатических систем являются их высокая точность и возможность полной автоматизации измерений простыми и доступными средствами. Особенную эффективность представляют гидростатические автоматизированные системы с дистанционным съёмом информации, устанавливаемые на объектах, где нахождение человека нежелательно или затруднительно. Это атомные электростанции и ускорители заряженных частиц, это поточные линии, перегруженные наличием агрегатов и движущихся механизмов в стеснённых условиях и др.
   Измерения высотного положения точек методом гидростатического нивелирования в автоматизированных системах независимы и свободны от субъективных погрешностей наблюдателя. Время, необходимое для получения информации о высотном положении десятков датчиков автоматизированных систем, составляет десятки секунд и минуты, а это иногда очень важно для получения картины поведения механизмов в процессе их работы.
   Обобщая результаты рассмотрения метода гидростатического нивелирования, можно сказать, что метод:
   • метод обеспечивает достаточно высокую точность измерений;
   • позволяет производить нивелирование между точками при наличии препятствий между ними;
   • позволяет автоматизировать измерения путём организации стационарных гидростатических систем с дистанционным съёмом информации;
   Дистанционный съём информации, в свою очередь, позволяет не только повысить производительность контрольно-измерительных работ, но и исключить необходимость присутствия оператора в местах, опасных для жизни человека и производить измерения в процессе работы технологического оборудования.
   Тригонометрическое нивелирование при измерениях деформаций сооружений.
   Отношение к способу тригонометрического нивелирования, основанного на измерении расстояния и угла наклона линии, существенно изменилось в связи с внедрением в практику инженерно-геодезических работ электронных тахеометров. Электронные тахеометры отличаются высокой точностью измерения расстояний. Так, длины линий в несколько сотен метров могут быть измерены с погрешностью в 2 – 3 мм. А это означает, что и превышения концов этих линий могут быть вычислены с близкой к обозначенной погрешности точностью. Следовательно, способ тригонометрического нивелирования может быть использован в измерительных процессах слежения за осадками и смещениями сооружений если не I и II класса точности, так уж IV класса – гарантировано, а III класса по – специальной методике, а это – широкий спектр гражданских и промышленных объектов.
   Метод тригонометрического нивелирования, реализованный современными электронными тахеометрами на расстояниях в пределах 1 км, демонстрирует достаточно высокую точность определения превышений. При этом следует принимать во внимание, что коэффициент рефракции должен быть известен.
   На расстояниях до 1000 м погрешности коэффициента рефракции в пределах 0,05 единиц, казалось бы, не должны привести к заметным искажениям превышений. На самом деле, результаты тригонометрического нивелирования, выполненные в прямом и обратном направлениях, уже для расстояний в 500 м приводят к расхождениям, поскольку измерения выполняются в разное время и условия измерений при этом различны. По этой причине способ тригонометрического нивелирования используют для ограниченных длин сторон (до 300 м) при слежении за оползнями, деформациями дамб, плотин и шлюзов, а также в тех случаях, когда пространственные координаты деформационных марок необходимо получать дистанционно, предварительно закрепив марки-катафоты в нужных точках изучаемого объекта.
   10.8 Методы анализа устойчивости реперов высотной основы.
   Опорные пункты нивелирной сети должны располагаться в местах, гарантированно обеспечивающих их сохранность и незыблемость высотного положения во времени. Конструкции реперов также должны соответствовать этим требованиям. Однако, как показывает многолетний опыт наблюдений, вследствие различных причин, которые трудно учесть и предвидеть, устойчивость реперов со временем нарушается. Для обеспечения надёжности, а также необходимой и достаточной точности результатов наблюдений положение реперов высотной основы контролируют. С этой целью эти реперы периодически нивелируют, стараясь во всех циклах наблюдений сохранить неизменной схему и программу нивелирования. Анализ устойчивости реперов выполняют в каждом цикле наблюдений, причём с использованием результатов анализа предыдущих циклов. Существующие методы анализа стабильности реперов опорной нивелирной сети условно можно разделить на две группы:

5. методы, в основе которых лежит принцип неизменной отметки одного из наиболее устойчивых реперов сети;

6. методы, в основе которых лежит принцип неизменной средней отметки всех реперов или группы наиболее устойчивых реперов. Для первой группы наиболее устойчивый репер сети определяется из логического анализа изменений превышений между реперами в текущем и начальном циклах наблюдений. Полагая, что после уравнивания нивелирной сети колебания значений одноимённых превышений по циклам зависят только от влияния осадок реперов, их анализ и оценка устойчивости выполняют по следующей методике.
   10.9 Обработка результатов измерений и отчетная документация.
   В ходе камеральной обработки результатов измерений для каждого цикла выполняются следующие операции:
   • проверка полевых журналов и контроль выполнения установленных допусков;
   • уравнивание высотной сети опорных знаков и контроль стабильности исходных реперов;
   • уравнивание сети деформационных знаков и вычисление высот и осадок деформационных марок;
   • составление отчёта.
   Уравнивание высотной сети опорных знаков выполняется по методу наименьших квадратов. В качестве исходного используется один репер, «Исходный», высота которого не претерпела каких-либо изменений.
   Контроль стабильности репера «Исходный» выполняется для всех циклов, кроме первого, в следующей последовательности:
   • вычисляются осадки контрольных реперов;
   • если как минимум для одного из контрольных реперов выполняется неравенство |S| меньше или равно 1мм, где S = Hj –H1 – осадка контрольного репера, то считается, что репер «Исходный» не изменил своего положения и можно переходить к уравниванию сети деформационных знаков. В противном случае следует вычислить новую отметку репера «Исходный».
   Вычисление новой отметки репера «Исходный» выполняется в том случае, если критерий |S| меньше или равно 1мм не выполняется для всех контрольных реперов, и при этом их осадки примерно равны в пределах нескольких десятых долей миллиметра по абсолютной величине и знаку. Вычисления выполняют в следующей последовательности:
   • в качестве «Исходного» назначается один из контрольных реперов (любой). Его отметка берётся из предыдущего цикла наблюдений;
   • относительно этого репера (одного) выполняется уравнивание сети опорных знаков и вновь вычисляются осадки её реперов;
   • • если гипотеза о наличии осадок репера «Исходный» верна, то для этого репера будет обнаружена значимая осадка, т.е. |S Исх|> 1 мм, а у второго контрольного репера осадка обнаружена не будет, т.е. |SКотр| меньше или равно 1мм.
   Уравнивание сети деформационных знаков также выполняется по методу наименьших квадратов. В качестве исходных используются все реперы опорной сети. Для каждой деформационной марки вычисляется её осадка S = Hj –H1 и средняя квадратическая ошибка этой осадки , где mH – средняя квадратическая ошибка высоты марки. На рис. 10.18. приведён пример оформления результатов наблюдений очередного цикла. Схематически изображено здание с деформационными марками, а в кружочках показаны осадки этих марок между последними циклами и общая осадка с момента начала наблюдений. Кроме того, могут приводиться также графики осадок деформационных марок за период наблюдений (рис. 10.19) и ведомости осадок.

График строится для каждой марки одного сооружения и наглядно отражает ход деформационного процесса во времени. Состав отчётной документации определяется техническим заданием. Практикой геодезического мониторинга определён некоторый общий состав отчётной документации:

1. Краткое техническое заключение (экспресс-отчёт). Составляется после каждого цикла наблюдений с целью оперативного информирования заказчика о состоянии объектов мониторинга.
2. Итоговый технический отчёт.
   В состав краткого технического заключения (экспресс-отчёта) включаются:
   • информация о номере цикла и сроках выполнения наблюдений;
   • ведомости деформационных характеристик, определение которых предусмотрено техническим заданием. В них указывают вычисленные значения деформационных характеристик и предельные погрешности их определения. Для каждой контрольной точки вычисляют текущее значение деформационной характеристики по результатам наблюдений в текущем и предыдущем циклах и суммарное значение деформационной характеристики по результатам наблюдений в текущем и начальном циклах наблюдений;
   • план объектов мониторинга в произвольном масштабе. На плане показываются места расположения и номера деформационных и исходных знаков, а также текущие и суммарные значения деформационных характеристик для каждой марки;
   • если это предусмотрено техническим заданием, то составляются графики деформаций;
   • если это предусмотрено техническим заданием, то составляется план объектов мониторинга с линиями равных деформаций.
   Значения деформационных характеристик, величины которых оказались меньше предельных погрешностей их определения, принимаются равными нулю. Экспресс-отчёт должен быть направлен заказчику в течение 2-3 рабочих дней после выполнения очередного цикла измерений. Однако, если в процессе обработки результатов наблюдений выявлены деформации, превышающие предельные значения, то информация об этом должна быть направлена заказчику незамедлительно.
   В состав итогового технического отчёта включаются:
   • краткая пояснительная записка, в которой приведены общие сведения об объекте, основаниях для выполнения работ, методиках измерений и обработки результатов;
   • итоговые ведомости деформационных характеристик, в которых указываются вычисленные значения деформационных характеристик и предельные погрешности их определения. Для каждой контрольной точки вычисляют итоговое значение деформационной характеристики по результатам наблюдений в последнем и начальном циклах;
   • план объектов мониторинга в произвольном масштабе с отображёнными местами исходных и деформационных знаков, текущих и итоговых значений деформационных характеристик для каждой деформационной марки;
   • графики деформаций, если это предусмотрено техническим заданием;
   • план объектов мониторинга с линиями равных деформаций, если это предусмотрено техническим заданием;
   • эпюры распределения осадок по периметру сооружения, если это предусмотрено техническим заданием.
   В случае выявления деформаций, превосходящих предельные значения, необходима организация углублённого анализа результатов наблюдений. Выполнение такого анализа является самостоятельной научно-технической задачей.
   10.10 Методы измерений горизонтальных перемещений
   Горизонтальные перемещения объектов определяют из сравнения плоских прямоугольных координат точек сооружения между циклами.
   При изучении горизонтальных перемещений перед началом измерений в общем случае производятся следующие подготовительные работы:
   • устанавливаются надёжные и стабильные в плановом отношении опорные знаки, часто снабжённые принудительными центрировочными приспособлениями;
   • на исследуемом объекте на внешних или внутренних его конструкциях закрепляются контрольные геодезические знаки – деформационные марки;
   • разрабатываются методы контроля стабильности опорных знаков, чаще всего в виде программы наблюдения ориентирных пунктов;
   • разрабатываются методы наблюдений деформационных марок, обеспечивающие необходимую точность определения их координат.
   Горизонтальные перемещения фундаментов зданий и сооружений могут быть измерены одним из следующих методов или их комбинированием:
   • методом створных наблюдений;
   • методом засечек и отдельных направлений (горизонтальных углов);
   • координатными методами (триангуляции, полигонометрии, спутниковыми методами и т.п.);
   • фотограмметрическими методами или лазерным сканированием
   Допускается применение методов трилатерации, линейно угловых построений, а также сочетаний перечисленных методов. Кроме того могут быть использованы прямые и обратные отвесы. Отдельные методы измерений горизонтальных перемещений могут применяться лишь для некоторых классов точности измерений. Так, метод фотограмметрии применим только для II – IV классов точности, а метод полигонометрии лишь для III – IV классов точности. Плановые опорные пункты располагают вне сооружения, по возможности, в устойчивых грунтах, в стороне от проездов и с удобным подходом.
   Открытые опорные знаки выступают над поверхностью земли на высоту, удобную для производства наблюдений. Прибор непосредственно устанавливается на центрировочное устройство знака. В реальности конструкции плановых знаков весьма разнообразны и могут быть достаточно сложными. Положение этих знаков контролируют по другим, так называемым ориентирным пунктам, располагаемым на значительных расстояниях (1 – 2 км). Деформационные (контролируемые) знаки закрепляются на элементах конструкций сооружений по возможности ближе к основанию не реже 20 м, по углам, по обе стороны осадочных (температурных) швов, в местах максимальных горизонтальных нагрузок. Места установки деформационных марок должны быть согласованы с заказчиком (проектной организацией). На гидротехнических сооружениях наиболее выгодным местом установки марок считается пол нижней потерны, над конечными точками которой и по обе стороны секций или монолитных блоков должны быть оставлены отверстия для выноса центров знаков на гребень плотины. Конструкции деформационных марок достаточно разнообразны и зависят от принятого способа измерений. Так, если наблюдения предполагается осуществлять засечками, способом горизонтальных углов или отдельных направлений, словом, деформационную марку следует наблюдать, то её конструкцию проще выполнить в виде визирной цели из геометрической фигуры, раскрашенной в два цвета, например, жёлтый и чёрный. Если измерительным прибором является электронный тахеометр, то визирная цель может быть представлена в виде втулки, в которую на момент измерений принудительно вставляется призменный отражатель. Визирная цель для наблюдений электронным тахеометром может быть также выполнена в виде квадратика светоотражательной плёнки – марки-катафота, наклеенной в интересующем наблюдателей месте. Визирные цели могут быть подвижными и неподвижными. Неподвижные визирные цели, описанные выше, используются при оптическом и электрооптическом измерении угловых и линейных величин, нестворностей по окулярному или оптическому микрометру, а также при наблюдении опорных и ориентирных пунктов. Подвижные визирные цели используются для непосредственного измерения отклонений деформационных знаков от линии створа. Они имеют приспособления для принудительного центрирования и могут перемещаться перпендикулярно плоскости створа. Эти перемещения и являются объектом измерений.
   Метод створных наблюдений при измерениях горизонтальных перемещений объектов применяют в случаях значительной вытянутости (прямолинейности) исследуемого объекта или его частей. Обеспечив устойчивость концевых опорных знаков створа (точек А, В, С и D, рис. 10.20), измеряют отклонения дельта деформационных марок М1, М2, М3 и т.д. от заданного створа различными способами.
   Нестворности дельта1, дельта2 и т.д. могут быть измерены непосредственно. Для этих целей створ ВС задаётся на местности или струной, или лазерным лучом, или визирной осью зрительной трубы теодолита и алиниометра. Если створ задаётся лазерным лучом или коллимированным световым потоком, то роль подвижной визирной цели должен выполнять приёмник света с отсчётным приспособлением. Если створ задаётся визирной осью зрительной трубы теодолита, то измерения нестворностей выполняют на подвижные визирные цели при двух кругах теодолита в прямом и обратном направлениях, а число приёмов измерений должно удовлетворять расчётной точности измерений. Визирование на подвижную визирную цель, центрированную на деформационной марке, осуществляется точными и высокоточными теодолитами, снабжёнными накладными уровнями.
   Метод отдельных направлений применяется для измерения горизонтальных перемещений строительных объектов при невозможности закрепить створ или обеспечить устойчивость концевых опорных знаков створа. Для реализации способа необходимо закрепить за пределами зоны деформаций ряд опорных знаков (Т1, Т2 и т.д.) и неподвижные ориентирные пункты (ОРП), рис. 10.21. Марки проще выполнить из светоотражательной плёнки (марки-катафоты), а наблюдения производить электронным тахеометром. Точность и количество приёмов измерения горизонтальных направлений следует предварительно рассчитать исходя из точности определения сдвига сооружения. Величину и направление горизонтального перемещения каждой марки можно определять также графически.
   Координатные методы применяют для измерения горизонтальных перемещений объектов, возводимых в пересечённой или горной местности, а также при невозможности обеспечить устойчивость концевых опорных знаков створа. Величина и направление перемещения деформационной марки определяются по изменениям её координат за промежуток времени между циклами наблюдений. Система координат может быть принята условной, а координатные оси развёрнуты перпендикулярно или параллельно осям сооружения. Линейно-угловые построения для координатных определений могут быть представлены в виде специальных сетей триангуляции и трилатерации, комбинированных сетей, угловых и линейных засечек, ходов полигонометрии, сетей из вытянутых треугольников с измеренными сторонами и высотами. Выбор способа геодезического построения зависит от формы сооружения, требуемой точности и условий измерений, организационных и других факторов. Во многих случаях применяют комбинированные линейно-угловые построения, сочетающие трилатерацию и триангуляцию. В таких построениях обычно принято измерять все углы и все или часть сторон. Точность измерения угловых и линейных величин определяется на основе расчётов, исходя из требований точности определения величин смещений.
   Линейно-угловые построения могут быть одноступенчатыми, когда в единую сеть включают исходные пункты, принимаемые за неподвижные, и деформационные марки на сооружении. При двухступенчатом построении сначала создают опорную сеть, которая может состоять из опорных и вспомогательных знаков.
   Угловую, линейную засечку или способ полярных координат в качестве второй ступени геодезического построения часто применяют для определения смещений недоступных точек сооружения (рис. 10.22 и рис. 10.23).

На рис. 10.23 под номером 1 показаны места установки визирных целей (отражателей) над знаками основы, под номером 2 – антенны спутниковых приёмников ГНСС и под номером 3 – место установки электронного тахеометра. Спутниковые приёмники осуществляют постоянное слежение (вычисление координат) за гребнем плотины. Для определения смещений основания сооружения относительно его верхней части, например, подошвы плотины относительно гребня, применяют прямые и обратные (поплавковые) отвесы. В теле сооружения отвесы размещают в вертикальных шахтах или в специально заложенных трубах. В прямом отвесе вертикальную ось задают проволокой диаметром 0,8-1,2 мм, которую подвешивают наверху и натягивают снизу грузом в 20-30 кг. На нижних ярусах положение проволоки определяют координатомером. В обратном отвесе вертикальность проволоки реализуют поплавковым устройством в верхней его части. Снизу проволока закрепляется при помощи якоря. Поплавок выполняется в виде полого тора, плавающего в круговом сосуде с жидкостью. Поплавок натягивает проволоку в отвесном положении. При взаимном смещении подошвы плотины и её верха, перемещается осевая точка плавающей системы, что фиксируется микроскопом координатного столика.
10.11 Способы измерения кренов.
Крен является наиболее характерным показателем совместной деформации высотного сооружения и его основания. В таких сооружениях, обладающих повышенной чувствительностью к деформациям грунтов основания, крен вызывает развитие дополнительного момента, который в свою очередь способствует увеличению крена и может привести к потере устойчивости сооружения. Крен сооружения может быть выражен в линейной, угловой и относительной мере. Под линейной величиной абсолютного крена понимается отрезок между проекциями на горизонтальную плоскость центра подошвы фундамента и положения центра верхнего сечения сооружения. Абсолютный крен в угловой мере определяется острым углом между отвесной линией в центре подошвы фундамента и положением вертикальной оси сооружения. Относительным креном называют отношение абсолютного крена сооружения к высоте сооружения. Наблюдения за кренами сооружений, так же как и за остальными видами деформаций проводятся в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений». Эти нормы ограничивают совместную деформацию основания и сооружения предельно допустимой величиной, соответствующей пределу эксплуатационной пригодности сооружения.
Для промышленных дымовых труб предельные относительные крены составляют:
Для многоэтажных бескаркасных зданий предельные крены определены значением 0,005 при высоте сооружения более 100 м. Основная задача наблюдений за кренами сооружений башенного типа состоит в предупреждении возможного появления недопустимых величин кренов и разрушения строения. Решение этой задачи является необходимым условием нормальной эксплуатации сооружения. Для производства высокоточных систематических наблюдений за кренами высотных инженерных сооружений геодезические службы осуществляют следующие работы:
• построение опорной планово-высотной геодезической сети при сооружении, находящемся в эксплуатации (для строящихся сооружений наблюдения за деформациями производятся с пунктов разбивочной сети);
• производство геодезических измерений по разработанной и обоснованной методике;
Наблюдения за кренами сооружений производятся на основе технического задания, в котором указывается точность измерений, схема размещения деформационных марок, периодичность и сроки наблюдений, а также требования к построению геодезической основы. На основе технического задания разрабатывается проект производства геодезических работ, включающий в себя:
• расчёт необходимой точности геодезических измерений;
• выбор и обоснование схемы построения планово-высотной основы и конструкции опорных пунктов;
• конструкции деформационных знаков и способ их закрепления;
• методику геодезических измерений в соответствии с выбранными приборами и методами наблюдений крена;
• перечень инструментов и оборудования и календарный план производства работ;
• методы обработки результатов измерений, расчёт численности и штатов исполнителей и смету на производство работ.
Наблюдения исследуемого сооружения следует выполнять способами, обеспечивающими требуемую точность и надёжность определения крена, и вместе с тем экономически наиболее выгодными. Определение крена эксплуатируемого сооружения в зависимости от требуемой точности и высоты объекта, а также местных условий может быть осуществлено одним из следующих геодезических способов:
• координат;
• высокоточного нивелирования осадочных марок;
• измерения горизонтальных углов или направлений;
• вертикального проектирования и зенитных расстояний;
• методами фотограмметрии и лазерного сканирования.
Для измерений кренов высокого сооружения в его окрестностях строится геодезическая планово-высотная опорная сеть, с пунктов которой производятся наблюдения интересующих точек сооружения. Исходя из способа измерений, опорные пункты располагают таким образом, чтобы составленные ими стороны и базисы явились основой для производства измерений по избранным точкам фасадов и контуров сооружения. Наблюдения производят циклично (периодически) в соответствии с разработанной и принятой методикой измерений.
Способ координат заключается в циклическом координировании центров деформационных марок, расположенных в верхних и нижних поясах высотного сооружения. Для этих целей против исследуемого фасада высотного сооружения необходимо установить не менее двух опорных знаков, образующих базис, с концов которого определяются координаты верхней и нижней деформационных марок, закреплённых на фасаде сооружения (рис. 10.24). Чаще всего вокруг исследуемого сооружения строится сеть из пунктов замкнутого полигонометрического хода или линейно-угловой сети. Опорные сети привязывают к Государственным сетям.
На рисунке 10.24 точки А, В, С, D – пункты опорной сети, а точки М1,..., М4 – деформационные марки. В качестве деформационных марок могут быть использованы марки из светоотражательной плёнки (марки-катафоты). Координаты центров марок могут быть определены по координатам опорных знаков способами прямой угловой засечки, а также способом полярных координат.
Способ высокоточного нивелирования основан на цикличном высокоточном геометрическом или гидростатическом нивелировании деформационных марок, расположенных на диаметрально противоположных сторонах цокольного сечения сооружения (рис. 10.25).
Для измерения крена сооружения сложной геометрической формы используют ранее описанный метод измерения отдельных направлений (горизонтальных углов) с двух постоянно закреплённых опорных пунктов и базисов, образованных этими и ориентирными пунктами. Направления с опорных пунктов на исследуемый объект могут быть взаимно перпендикулярны, но могут также составлять некоторый угол гамма (рис. 10.26). Способ заключается в определении составляющих абсолютного крена и его величины в первом цикле и приращений крена в последующих циклах по результатам измерений горизонтальных направлений.
При измерении кренов фундамента или сооружения методом вертикального проектирования применяются высокоточные теодолиты, снабжённые накладным уровнем, или приборы вертикального проектирования. Способ применяется для наблюдений за наклоном сооружений небольшой высоты при условии обеспечения видимости и доступа к нижней их части. Способ удобен для выверки вертикальности оси сооружения и в процессе строительства. Проектирование верхней деформационной марки вниз и отсчитывание по палетке (рейке), установленной в цокольной части, выполняют c трёх опорных пунктов при двух положениях зрительной трубы теодолита или четырёх положениях трубы зенит-прибора. Величина крена определяется по разности отсчётов по рейке или по разности координат палетки, отнесённой к высоте сооружения в двух циклах.
Для реализации стереофотограмметрического способа напротив фасада исследуемого сооружения разбивают базис фотографирования, располагая его симметрично объекту и ориентируя примерно параллельно какой-либо плоскости фасада. Расстояние от базиса до сооружения определяется высотой объекта и требуемой точностью измерений. Концы базиса фотографирования закрепляются постоянными знаками, а его длина рассчитывается по известным соотношениям и тщательно измеряется. Систематические наблюдения за креном сооружения ведутся по результатам измерения координат маркированных точек, которые располагают в верхнем и нижнем сечениях сооружения. Начало пространственной фотограмметрической системы координат совмещается с левым концом базиса фотографирования, ось ординат – с направлением оптической оси камеры фототеодолита, ось абсцисс – с проекцией базиса фотографирования на горизонтальную плоскость, ось аппликат вертикальна.
В каждом цикле наблюдений изучаемое сооружение фотографируют с двух концов базиса, применяя нормальный случай съёмки. Полученные в результате съёмки стереопары обрабатывают на стереокомпараторе и вычисляют пространственные фотограмметрические координаты X, Y, и Z маркированных точек сооружения, что даёт возможность вычислять линейные величины частных кренов, направление и абсолютные значения кренов сооружения. Крены фундаментов под машины и агрегаты могут быть определены посредством переносных или стационарных наклономеров или клинометров – уровней, снабжённых микрометренным винтом. Наиболее точными современными приборами для измерения наклонов являются электронные уровни и датчики углов наклона. В процессе строительства геодезический контроль вертикальности конструкций и собственно сооружения осуществляется при помощи тяжёлых отвесов, лазерных и оптико-механических зенит-приборов, накладных уровней с большой базой и т. п. При определении кренов сооружений методика измерений непосредственно зависит от принятого способа этих определений. Так, если крен определяется вертикальным проектированием при помощи зенит-прибора, то методика измерений будет полностью соответствовать технологическому процессу вертикального переноса базовой точки на монтажные горизонты. Средняя квадратическая ошибка построения оптической вертикали зенит-приборами при высоте до 100 м составляет 1 мм.
Методика наблюдений за кренами способами, основанными на прямой угловой засечке, или способом полярных координат, разрабатывается в соответствии с требуемой точностью измерений горизонтальных углов и длин линий исходя из требуемой точности определения крена. Определение кренов сооружений даже при благоприятной форме засечки требует применения высокоточных теодолитов и современных электронных тахеометров. Перед началом измерений приборы следует тщательно исследовать и выполнить все поверки. Следует убедиться в устойчивости инструмента на туре или штативе, разыскать все визирные цели, подлежащие наблюдению, и составить таблицу установок лимба между приёмами. Углы следует измерять способом круговых приёмов. Количество приёмов для измерения углов с точностью 2-3” должно быть не менее трёх. Измерения следует производить при благоприятных условиях видимости в пасмурные дни, в периоды спокойных и чётких изображений. Инструмент следует установить на пункте наблюдения заблаговременно, чтобы его температура сравнялась с температурой воздуха. Для исключения влияния ветрового потока на результаты угловых измерений наблюдения следует производить в безветренную погоду. Для ослабления влияния рефракции пункты наблюдения за креном располагают так, чтобы визирные лучи проходили не ближе 10 м от нагреваемых поверхностей.
Существенное влияние на точность определения кренов могут оказать ошибки, вызываемые неровностями поверхности сооружения и несимметричностью поясов относительно его оси. Для ослабления влияния этого фактора следует предусмотреть наблюдения нескольких сечении на разных высотах. Предельные погрешности измерения кренов в зависимости от высоты Н наблюдаемого сооружения определены ГОСТ 24846-81. «Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений» и не должны превышать величин, мм, для:
• гражданских зданий и сооружений – 0,0001Н;
• промышленных зданий и сооружений, дымовых труб, доменных печей, мачт, башен и др. – 0,0005Н;
• фундаментов под машины и агрегаты – 0,00001Н.
Так, для гражданского здания высотой 200 м предельная погрешность определения крена составит 20 мм. Следовательно, средняя квадратическая погрешность определений крена не должна превысить 10 мм. Зная эту величину, подбирают схему и способ измерений, а также приборы. Например, если определение крена предполагается осуществлять координатным методом (способом полярных координат) с твёрдых пунктов опорного базиса при помощи электронного тахеометра, то предварительные расчёты выполняют следующим образом. Составляют схему опорной сети и определяют среднее расстояние от знаков этой сети до деформационных марок, расположенных на исследуемом здании.
линейная величина абсолютного крена определяется по разности координат деформационной марки в нулевом и текущем цикле наблюдений. Следовательно, средняя квадратическая ошибка линейной величины крена по отношению к mпол увеличится по крайней мере в , что составит 7 мм. Иными словами, в первом приближении можно заключить, что метод определения крена полярной засечкой электронным тахеометром обеспечивает условия ГОСТ 24846-81. Следовательно, способ измерения и принятый прибор позволяют получить результаты в пределах установленных норм точности, т. е. полученные расчётные значения сравнивают с допустимыми, нормативными или строительными допусками и принимают решения о целесообразности принятого метода и приборов. Для более уверенного заключения следует детализировать процесс измерений и выполнить строгую оценку точности с учётом влияния всех возможных ошибок, свойственных принятому способу.

Сократи до 7000 слов, сохраняя вид,структуру и не меняя смысл