Предмет и задачи инженерной геодезии

Предмет и задачи инженерной геодезии

Геодезия - наука, изучающая форму и размеры Земли, геодезические приборы, способы измерений и изображений земной поверхности на планах, картах, профилях и цифровых моделях местности. В современной геодезии находят применение новейшие измерительные средства, используют последние достижения в физике, механике, электронике, оптике, вычислительной технике. По разнообразию решаемых народнохозяйственных задач геодезия подразделяется на ряд самостоятельных дисциплин, каждая из которых имеет свой предмет изучения:

- высшая геодезия (гравимметрия, космическая геодезия, астрономическая геодезия) изучает форму и размеры Земли, занимается высокоточными измерениями с целью определения координат отдельных точек земной поверхности в единой государственной системе координат;

- топография и гидрография развивают методы съемки участков земной поверхности и изображения их на плоскости в виде карт, планов и профилей;

- фотограмметрия занимается обработкой фото-, аэрофото- и космических снимков для составления карт и планов;

- картография рассматривает методы составления и издания карт;

- маркшейдерия - область геодезии, обслуживающая горнодобывающую промышленность и строительство тоннелей;

- инженерная (прикладная) геодезия изучает методы геодезических работ, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных зданий и сооружений, а также рациональном использовании и охране природных ресурсов.

Задачами инженерной геодезии являются:

1) топографо-геодезические изыскания различных участков, площадок и трасс с целью составления планов и профилей;

2) инженерно-геодезическое проектирование - преобразование рельефа местности для инженерных целей, подготовка геодезических данных для строительных работ;

3) вынос проекта в натуру, детальная разбивка осей зданий и сооружений;

4) выверка конструкций и технологического оборудования в плане и по высоте, исполнительные съемки;

5) наблюдения за деформациями зданий и сооружений.

При топографо-геодезических изысканиях выполняют:

а) измерение углов и расстояний на местности с помощью геодезических приборов (теодолитов, нивелиров, лент, рулеток и др.);

б) вычислительную (камеральную) обработку результатов полевых измерений на ЭВМ;

в) графические построения планов, профилей, цифровых моделей местности (ЦММ).

Зональная система координат Гауса-Крюгера.

В основу этой системы положено поперечно-цилиндрическая равноугольная проекция Гаусса-Крюгера (названа по имени немецких ученых ее предложивших). В этой проекции поверхность земного эллипсоида меридианами делят на шестиградусные зоны и номеруют с 1-й по 60-ю от Гринвичского меридиана на восток (рис.7). Средний меридиан шестиугольной зоны принято называть осевым.

Рис.7.Зональная система прямоугольных координат

Его совмещают с внутренней поверхностью цилиндра и принимают за ось абсцисс. Чтобы избежать отрицательного значения ординат (у), ординату осевого меридиана принимают не за нуль,

а за 500 км, т.е. перемещают на запад на 500 км. Перед ординатой указывают номер зоны.

Например, запись координат X_Мн=6350 км, Y_Мн=5500 км указывает, что точка расположена в 5-й зоне на осевом меридиане (l_Мн=27° СШ, j_Мн=54° ВД). Для приближенных расчетов при переходе от географических к прямоугольным зональным координатам считают, что 1° соответствует 111 км (40000км/360° ).

Измерение вертикальных углов.

Измерение углов наклона n производится при помощи вертикального круга после приведения теодолита в рабочее положение. Наведение на визирную цель выполняют средним горизонтальным штрихом сетки зрительной трубы, при этом следят, чтобы пузырек цилиндрического уровня находился в нуль-пункте.

Чтобы получить n (рис.28), необходимо определить место нуля (МО) вертикального круга (ВК) - отсчет по ВК, когда визирная ось зрительной трубы горизонтальна, а пузырек цилиндрического уровня находится на середине - необходимо навести среднюю нить на четко видимую точку и снять отсчеты П и Л по вертикальному кругу соответственно при КП и КЛ.

Рис.28. Измерение вертикального угла

МО и n применительно к различным теодолитам вычисляются по следующим формулам:

МО= (Л+П) / 2 – для 2Т30

МО=(Л+П±180°) / 2 – для ТОМ, Т30

n=Л –МО, n=МО –П (2Т30), n=МО – П ±180° (ТОМ,Т30)

Пример. Отсчеты по вертикальному кругу теодолита Т30 при наведении зрительной трубы на одну и ту же точку Л = 7° 11', П = 172° 53'. Тогда,

7° 11'+ 172° 53'- 180°

МО = ----------------------- = + 0° 02';

n = 7° 11' - (+0° 02') = 7° 09'.

При измерениях вертикальных углов величина МО не должна превышать двойной точности отсчетного устройства. На заводе при сборке теодолитов величину МО устанавливают близкой 0° 00' при этом стремятся чтобы визирная ось совпадала с оптической. Поэтому изменять величину МО больше чем на 2' не рекомендуется, так как отклонение визирной оси от оптической будет значительным при перефокусировке трубы.

Вынос пикетов на кривую.

Чтобы уточнить положение кривой на местности, обычно выполняют разбивку кривой способом прямоугольных координат и обозначают пикетные и плюсовые точки. Для каждой точки определяют расстояние к от начала или конца кривой. Прямоугольные координаты вычисляют в соответствии с рис.46 по следующим формулам:

Рис.46.Вынос пикетов на кривую

где к - расстояние от начала или конца кривой до переносимого пикета.

Из рис.46 к_пк10= 70.00 м, к_пк11 =170.00 м, к_пк12 = 44.16 м, тогда

Е_пк10 =(к_пк10^.180° ) /pR = (70.00м ^.180° ) /3.1416^.200м =20.053 .

Е_пк11 =(к_пк11^.180° ) /pR =(170.00м ^.180° ) /3.1416^.200м =48.701 .

Е_пк12 =(к_пк12^.180° ) /pR =(44.16м ^.180° ) /3.1416^. 200м =12.651 .

X_пк10=R^. sinЕ_пк10=200.00^. sin20.054 =68.58 м,

Y_пк10 =2R^. sin2(Е_пк10/2)=400.00^. sin 2(20.054/2)=12.13 м,

X_пк11=R^. sinЕ_пк11=200.00^. sin 48.702 =150.26 м,

Y_пк11=2R^. sin2(Е_пк11/2)=400.00^. sin 2(48.702/2)=68.00 м,

X_пк12=R^. sinЕ_пк12=200.00^. sin12.651 =43.80 м,

Y_пк12=2R^. sin2(Е_пк12/2)=400.00^. sin 2(12.651/2)=4.86 м.

Проектирование на профиле

При проектировании проектной линии необходимо руководствоваться заданными предельными уклонами, отметками фиксированных точек, техническими, экономическими и природными условиями проектирования. Проектные отметки точек трассы вычисляют по формуле: Н_к=Н_н+id,

где Нк и Нн - конечная и начальная точки прямого отрезка трассы;

i - проектный уклон, округленный до тысячных (целых промиллей);

d - горизонтальное проложение прямого отрезка трассы.

Рис.49 Продольный профиль автодороги

Рабочие отметки - разность между проектными и фактическими отметками. Положительные рабочие отметки записывают над проектной линией. Они соответствуют высоте насыпи. Отрицательные отметки - глубине выемки. Их записывают под проектной линией.

Точки пересечения проектной линии с линией земли называют точкой нулевых работ. Для точек нулевых работ определяют расстояние до ближайших пикетов, а ее положение на профиле отмечается пунктирной ординатой Х = h_н ^. d /(I h_н I + I h_в I), Y = h_в ^. d /(I h_н I + I h_в I).Контроль: X + Y = d . Пример:

Х = 0.60 ^. 60/(0.60+0.40) = 36.0 м, Y = 0.40 ^. 60/(0.60+0.40) = 24.0 м.

В местах изменения уклона продольного профиля наклонные прямые сопрягаются вертикальными кривыми (ВК) большого радиуса. Расчет основных элементов ВК выполняют по следующим приближенным формулам:

Т = R^. Di/2 = K/2, K = R^. Di, Б = Т²/2R,

где Di = i₁ + i₂ - сумма встречных уклонов, взятых по модулю.

Вычисление значений записывают над продольным профилем.

Линии тангенсов ВК принимают за оси абсцисс, а вертикальные ординаты точек ВК вычисляют по формуле

y = x²/2R.

Пример: i₁=- 0,004, i₂=+0,033, R=10 000 м

Решение: Т=10 000 ^. 0,037/2= 185 м; К=370 м; Б=185²/20 000=1,71 м

ВЫСОТНАЯ ПРИВЯЗКА ЗДАНИЯ.

Основными задачами высотной привязки проектируемых зданий являют­ся обеспечение отвода поверхностных вод от фундаментов и определение абсолютной отметки уровня чистого пола первого этажа (рис. 53). При этом учитываются необходимые условия эксплуатации зданий и сооружений, их функциональное назначение, экологические, гидрогеологические, эсте­тические и другие факторы. Должны также соблюдаться требования, при которых поверхностный водосток с окружающей территории попал бы на улицы и проезды, выполняющие роль водосборных и водоотводных сетей с взаимно увязанными уклонами в пределах от 0.5 до 6%.

Рис.53. Высотная привязка проектируемого здания

Высотная привязка выполняется в учебных целях в следующем порядке:

1. Для запроектированного на генплане с учетом инсоляции, радиа­ции, аэрации и других архитектурно-планировочных требований здания размерам 12х72 м определяют фактические отметки углов.

2. К максимальной фактической отметке одного из углов здания при­бавляют 20 см и получают проектную отметку отмостки.

3. Назначают уклоны вдоль осей здания с учетом рельефа и вычисляют проектные отметки углов здания, которые должны быть больше фактических на 0.2 м. В случае несоблюдения этого условия, корректируют проектные отметки и уклоны.

4. Из чертежей фасадов и разрезов проектируемого здания выбирают условную отметку земли, указанную со знаком "-" относительно чистого пола первого этажа здания и прибавляют к максимальной планировочной отметке на отмостке. Полученную абсолютную отметку уровня чистого пола записывают внутри проектируемого здания. Она должна быть больше отмет­ки отмостки не менее чем на 0.3 м. В жилых зданиях, расположенных по красной линии, уровень пола квартир первого этажа должен быть выше тратуара не менее чем на 0.5 м.

НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ.

Инженерно-геодезические работы на стройплощадке ведут по принципу от общего к частному. Геометрической основой проекта со­оружения при перенесении его в натуру являются разбивочные оси, относительно которых указываются размеры всех деталей. Технология выполнения разбивочных работ для различных строительных объектов следующая.

Первоначально по генплану определяются графические координа­ты из характерных точек пересечения основных осей. По размерам, указанным в строительных чертежах и координатам первой точки, оп­ределяются координаты всех других угловых точек пересечения осей, отображающих конфигурацию здания.

От ближайших пунктов полигонометрии на участок строительства прокладывается теодолитный ход. По вычисленным координатам точек теодолитного хода и координатам угловых точек здания вычисляются разбивочные элементы для наиболее удобного способа разбивки. Сос­тавляется разбивочный чертеж.

Далее согласно разбивочному чертежу выполняются разбивка, контрольные измерения линейных размеров и углов и, при необходи­мости , - редуцирование. Вынесенные точки закрепляются. По выне­сенным точкам прокладывается контрольный теодолитный ход, либо эти точки координируются другими методами и с других точек перво­начального теодолитного хода. По результатам контрольных измере­ний вычисляются координаты вынесенных в натуру точек и сравнива­ются с проектными.

Детальная разбивка с относительно высокой точностью начина­ется с этапа возведения фундаментов здания. Постоянное исходное геодезическое обоснование закрепляется вне контура здания и представляет собой или локальную строительную сетку с небольшими длинами сторон, или ход полигонометрии вокруг здания, пункты ко­торого совпадают с направлением осей.

Порядок разбивки состоит в следующем:

1.От пунктов, предварительно построенной геодезической осно­вы, выносят в натуру главные и основные оси строительного объекта и закрепляют их на местности;

2.От главных и основных осей находят дополнительные. Опреде­ляют положение частей и элементов строительных конструкций отно­сительно этих осей, выполняют детальную разбивку сооружения;

3.Выполняют высотную привязку в соответствии с проектом вер­тикальной планировки, выносят на уровень пола первого этажа "строительный нуль" от ближайших реперов с контролем. Отметки монтажных горизонтов и других характерных точек сооружения пере­дают от уровня чистого пола первого этажа вверх со знаком плюс, вниз - со знаком минус.

Выполнение всего комплекса геодезических работ ведется в со­ответствии с проектом производства геодезических работ (ППГР), в котором разработана технологическая схема и календарный план (се­тевой график) выполнения работ, приведена схема и обосновываются методы построения плановой и высотной опорной геодезических се­тей, рассматриваются способы разбивки основных и дополнительных осей, изложены способы контроля строительно-монтажных работ и ис­полнительных съемок, рассчитана требуемая точность измерений и определены необходимые приборы, обоснована методика наблюдений за смещениями и деформациями конструктивных элементов, приведены сметно-финансовые расчеты.

58 НОРМЫ ТОЧНОСТИ РАЗБИВОЧНЫХ РАБОТ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.

Система строительных допусков при возведении зданий и сооружений тесна связана с технологией строительного производства и определяется точностью всего комплекса разбивочных работ в учетом точности изготовления конструкций и производства строительно-мон­тажных работ.

Учитывая то, что рабочие чертежи составляются в основном на планах масштаба 1:500 и СКП планового определения точки равняется 0.2 мм, эта погрешность на местности составит 0.10 м. Такой точ­ности и придерживаются при выносе в натуру точек, фиксирующих по­ложение основных осей. Требования же к точности детальной разбив­ки значительно выше и определяются исходя из эксплуатационных требований строительных объектов и характеризуются величинами единиц миллиметров.

Нормы точности геодезических работ в строительстве регламен­тируется СНиП 3.01.03-84 "Геодезические работы в строительстве". Для погашения погрешностей в сборных конструкциях предусматрива­ются так называемые компенсаторы: зазоры, швы или площадки опира­ния одного элемента конструкции на другой. В зависимости от кли­матических зон температурно-осадочные швы устраиваются через 60-80 м. Все технологические ошибки, в том числе и геодезических измерений, компенсируются на участках между швами.

Точность (СКП) построения разбивочной сети строительной пло­щадки (строительная сетка, красные линии застройки, построенные методами триангуляции, полигонометрии, геодезических ходов, засе­чек и т.д.) принимают в зависимости от площади застройки, класса точности строительных объектов и материала конструкций в следую­щих пределах: угловые измерения - 3...30"; линейные - 1/25000...1/2000; определение превышений на 1 км хода - 4...15 мм, - на станции - 1...5 мм.

До начала выполнения строительно-монтажных работ должна быть составлена техническая документация (каталоги координат и высот, абрисы всех пунктов) на геодезическую разбивочную основу, закреп­ляющую осевыми знаками на местности основные оси здания (сооруже­ния), места температурных (деформационных) швов, начала и конец трасс линейных сооружений, колодцы (камеры). По границам и внутри застраиваемой территории у каждого здания закладывают не менее двух нивелирных реперов, а вдоль осей инженерных сетей - не реже чем через 0.5 км.

Величины СКП геодезических построений для строительства уникальных и сложных объектов и монтажа технологического оборудо­вания определяют расчетами с учетом технических условий и требо­ваний к строительно-монтажным и эксплуатационным допускам, пре­дусматриваемых проектом.

При монтаже колонн и другихсборных бетонных и железо-бе­тонных конструкций отклонения осей от вертикали при высоте (Н)до10 м не должны превышать 10 мм, при высоте свыше 10 м - 0.001Н, но не более 35 мм.Отклонение от вертикали оси ствола башни или трубы от проектного положения-0.003Н,но не более 150мм.

Правильность выполнения монтажных строительно-мантажных ра­бот проверяется контрольными геодезическими измерениями с точ­ностью не ниже, чем при разбивке. Предельные (допустимые) откло­нения определяются по формуле: d = tm,

где t - величина, равная 2; 2.5; 3; определяется при разработке проекта производства работ (ППР) или ППГР; m - СКП геодезических разбивочных работ.

ЧАСТИ СООРУЖЕНИЯ.

Перед разработкой котлована производят следующие работы:

1) нивелирование поверхности участка строительства по квадратам или тахеометрическую съемку с целью последующего уточнения и корректировки объемов земляных работ;

2) вынос в натуру основных осей, их детальная разбивка на обноске и закрепление створными, грунтовыми знаками и цветной откраской на со­седних зданиях (рис 65); 3) разбивка контура котлована.

Перед разработкой котлована колышками закрепляют границы его от­косов. Проектные отметки дна контролируют несколько раз во избежании перебора грунта геометрическим нивелированием вершин сетки, стороны которой параллельны основным осям. Вершины сетки закрепляют коль­ями-маяками, по которым видны глубины необходимых срезок грунта. Рабо­ты по устройству котлована завершаются исполнительной съемкой и сос­тавлением схемы, на которой указывают фактические и проектные отметки дна котлована.

Рис. 65 Схема разбивки и закрепления основных осей здания

Перенесение основных осей на обноску и на дно котлована выполняют теодолитом при двух положениях вертикального круга (КЛ и КП) от створ­ных знаков.

Плановое и высотное положение фундаментов, стен подвала, цокаля и перекрытия над подвалом обеспечивается геодезическими наблюдениями и фиксируется на исполнительных чертежах.

СЪЕМКА ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ.

Подземное пространство застроенных городских территорий насчитыва­ет около двадцати видов сетей и сооружений. Они подразделяются на три группы:

1.Трубопроводы - водопровод, канализация, теплотрасса и другие;

2.Кабельные прокладки - электрические, связи и другие;

3.Сооружения особого типа - метро, тоннели.

Для поиска и выноса на поверхность инженерных подземных коммуника­ций (ИПК) применяются индукционные методы и приборы: высокочувстви­тельные трассоискатели подземных коммуникаций, щупы, угольники, диа­метрометры, трубокабелеискатели (ТКИ).

На рис.72а приведена схема работы с ТКИ, в состав которого входят генератор звуковой частоты (ГЗЧ), подключаемый к подземной коммуника­ции (ПК), и приемник с антенной (ПР) и головными телефонами переноси­мый по направлению оси коммуникации. По наименьшему между двумя макси­мальными сигналами определяют плановое положение оси коммуникации (рис.72б).

Рис.72 Схема работы с ТКИ

Предмет и задачи инженерной геодезии

Геодезия - наука, изучающая форму и размеры Земли, геодезические приборы, способы измерений и изображений земной поверхности на планах, картах, профилях и цифровых моделях местности. В современной геодезии находят применение новейшие измерительные средства, используют последние достижения в физике, механике, электронике, оптике, вычислительной технике. По разнообразию решаемых народнохозяйственных задач геодезия подразделяется на ряд самостоятельных дисциплин, каждая из которых имеет свой предмет изучения:

- высшая геодезия (гравимметрия, космическая геодезия, астрономическая геодезия) изучает форму и размеры Земли, занимается высокоточными измерениями с целью определения координат отдельных точек земной поверхности в единой государственной системе координат;

- топография и гидрография развивают методы съемки участков земной поверхности и изображения их на плоскости в виде карт, планов и профилей;

- фотограмметрия занимается обработкой фото-, аэрофото- и космических снимков для составления карт и планов;

- картография рассматривает методы составления и издания карт;

- маркшейдерия - область геодезии, обслуживающая горнодобывающую промышленность и строительство тоннелей;

- инженерная (прикладная) геодезия изучает методы геодезических работ, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных зданий и сооружений, а также рациональном использовании и охране природных ресурсов.

Задачами инженерной геодезии являются:

1) топографо-геодезические изыскания различных участков, площадок и трасс с целью составления планов и профилей;

2) инженерно-геодезическое проектирование - преобразование рельефа местности для инженерных целей, подготовка геодезических данных для строительных работ;

3) вынос проекта в натуру, детальная разбивка осей зданий и сооружений;

4) выверка конструкций и технологического оборудования в плане и по высоте, исполнительные съемки;

5) наблюдения за деформациями зданий и сооружений.

При топографо-геодезических изысканиях выполняют:

а) измерение углов и расстояний на местности с помощью геодезических приборов (теодолитов, нивелиров, лент, рулеток и др.);

б) вычислительную (камеральную) обработку результатов полевых измерений на ЭВМ;

в) графические построения планов, профилей, цифровых моделей местности (ЦММ).