По объемной характеристике контроль разделяют на сплошной и выборочный. От правильности выбора вида контроля по объемной характеристике зависят объемы выполнения контрольных операций, а следовательно, их трудоемкость, численность и квалификация контролеров, достоверность контролируемых параметров, выбор методов и средств измерений.

При проектировании ГК объектов промышленных предприятий рекомендуется применять методы контроля по объемной характеристике, используя условия, приведенные в табл.1.5.

Таблица 1.5

Назначение метода контроля по объемной характеристике

По управляющему воздействию на ход производственного процесса различают: пассивный и активный контроль. От правильности выбора метода контроля по управляющему воздействию зависит, в первую очередь, точность и периодичность контроля, а следовательно, и достоверность контроля.

Исходя из опыта работ, рекомендуется при проектировании ГК объектов промышленных предприятий применять методы контроля по управляющему воздействию, используя условия, приведенные в табл.1.6.

Таблица 1.6

Назначение метода контроля по управляющему воздействию

Процессы геодезического контроля геометрических параметров рекомендуется разрабатывать последовательно, шаг за шагом.

. На основании материалов проектирования, а также требований по выбору объектов геодезического контроля назначают объекты, подлежащие контролю, и дают краткую характеристику их технических и экономических показателей и условий работы, влияющих на выбор категории, методов и режимов контроля.

. На основании характеристики объекта контроля, его конструктивных решений и условий его работы назначают вид и допустимую величину отклонений геометрических параметров со ссылкой на нормативный документ, проект или подтверждающий расчет.

. На основании общих качественных признаков, характеризующих категорию контроля, признаков и показателей каждого конкретного объекта и требований к назначению методов и режимов контроля, проектируют процессы контроля.

При ГК технического состояния объектов промышленных предприятий применяют нормы точности для пассивного (контроль постоянных параметров) и активного (контроль переменных параметров) метода.

При контроле постоянных параметров точность устанавливается, как правило, введением понижающего коэффициента (коэффициента точности ) на технологические или эксплуатационные допуски. При этом понижающий коэффициент принимается по различным литературным источникам от 0,2 до 0,7 в зависимости от требуемой достоверности получения результатов контроля. В этих случаях точность геодезического контроля выражается формулами:

при условии

где  - допуск на геодезические измерения при пассивном контроле;

 - соответственно, эксплуатационный и технологический допуски;

 _- допускаемое отклонение на геодезические измерения при пассивном контроле;

 - соответственно, эксплуатационное и технологическое предельное отклонение;

 - среднее квадратическое отклонение (СКО) результата измерения при пассивном контроле (термин применяется в метрологии, наряду с термином средняя квадратическая погрешность (РМГ-29-99);

 _- средняя квадратическая погрешность (СКП) измерения при пассивном контроле (термин применяется в метрологии, геодезии и инженерной геодезии, согласно РМГ-29-99).

Чем меньше коэффициент точности с_п, тем выше достоверность контроля, т.е. точнее будет выполнена разбраковка проверяемых деталей (конструкций объекта) на годные (в допуске) и негодные (вне допуска), тем меньше будет относительный выход за границу поля допуска, тем меньше ожидаемый процент повторной разбраковки.

Для практического применения названной методики очень важно назначить конкретные величины коэффициента точности  для разнообразнейших объектов контроля. Так как коэффициент  характеризует достоверность разделения измеренных значений геометрических параметров на допустимые и недопустимые, то основным критерием к его применению следует считать категорию геодезического контроля объекта промышленного предприятия, которая зависит от технико-экономических показателей объекта (табл.1.7).

Таблица 1.7

Показатели точности и достоверности категорий геодезического контроля

Нормы точности геодезических измерений при активном контроле предназначаются для решения точностных задач, связанных с изучением и контролем характера изменений размеров, положения и формы сооружений и оборудования, а также их элементов во времени от статических и динамических нагрузок. По существу, это нормы точности измерений при контроле развития осадок, горизонтальных перемещений сооружений и их оснований, а также деформаций их конструкций во времени. В этих случаях важно изучить характер изменения параметра через определенные интервалы времени, сравнить результаты этих изменений с заданными проектными или нормативными значениями и сделать соответствующие выводы и решения заблаговременно, упреждая нежелательный ход событий. Известно, что при контроле какого-либо геометрического параметра объекта, при соблюдении заложенных проектом условий строительства и эксплуатации распределение действительных отклонений конструкций будет подчиняться законам, описанным выше. Если построить графики изменений геометрических параметров во времени, то они, как правило, описываются кривыми, имеющими асимптоты, отстояние которых от оси ординат будет равно . Из всех этих графиков интересны только графики тех кривых, асимптота которых отстоит от оси ординат на величину предельного отклонения , так как именно она является границей качественного состояния конструкций объекта. График такой кривой, показывающей изменение во времени эксплуатационного отклонения  (например, развития осадки), представлен на рис.3. Чтобы получить такой график, предельное отклонение  разбивается на интервалы слежения . В результате пересечения кривой  с границами интервалов образуются точки A, B, C.

Из теории планирования экспериментов известно, что, чем меньше выбрана величина , тем большее число контрольных точек будет при экспериментальном изучении какого-либо процесса или явления, тем более точно будет подобрана функция, описывающая данный процесс. Эти положения справедливы и для контроля переменных геометрических параметров, а следовательно, и для прогнозирования и управления процессом, характеризующим техническое состояние конструкций зданий, сооружений и оборудования промышленных предприятий.

Однако увеличение числа точек потребует увеличения числа измерений и повышения точности измерений. По временной характеристике такой контроль будет являться периодическим и должен выполняться через определенные интервалы времени, величина которых будет зависеть от величины выбранного интервала слежения и планируемого хода развития процесса эксплуатации, например, процесса консолидации грунтов основания.

Вполне логично для целей назначения точности измерений при активном контроле применить теорию назначения точности, используемую при пассивном контроле, но уже с учетом требований, изложенных выше. А именно, точность контроля следует сопоставлять не с величинами предельных отклонений  геометрических параметров, а с величинами интервалов слежения .

Тогда точность измерения параметра при активном контроле, характеризующаяся предельным отклонением , получится делением допускаемого отклонения на геодезические измерения при пассивном контроле  на число  равных интервалов слежения или n - 1 (n - число циклов измерений):

 (2)

либо по преобразованной формуле

 (3)

Причем

, (4) , (5)

где  - коэффициент точности при активном контроле.

Минимальное число интервалов , которое является основой для расчета точности, определяется по формуле

 (6)

Это объясняется тем, что при числе интервалов, равном , величина интервала слежения  (см. рис.3) с учетом предельного отклонения  ее измерения при активном контроле, будет равна предельному отклонению измерения постоянного параметра :

 (7)

Следовательно, за время между циклами измерений при планируемом процессе эксплуатации не произойдет неконтролируемого выхода изменяющегося во времени параметра, с учетом ошибки его измерения, за границу эксплуатационного отклонения.

Расчет точности измерений параметров для активного контроля производится для параметров:

допустимая абсолютная осадка здания (),

допустимая относительная разность осадок ().

Расчет производится по формуле (3) для активного контроля

, (8)

где  - предельная ошибка измерения параметра;

 - коэффициент точности при пассивном контроле;

 - допускаемое предельное отклонение на геометрический параметр ( - для абсолютной осадки здания,  - для относительной разности осадок).

1.4 Разработка схемы размещения геодезической контрольно-измерительной аппаратуры (КИА). Типы реперов и марок

Геодезическая контрольно-измерительная аппаратура для измерения осадок объекта состоит из закрепленных на объекте и местности контрольных точек, с которых производится съем первичной информации о контролируемом параметре.

КИА для измерения осадок подразделяют на две группы: опорные и деформационные знаки. Опорные знаки - исходные неподвижные знаки, закладываемые на территории промплощадки и служащие для измерения абсолютных полных осадок; деформационные знаки - стенные или плитные нивелирные знаки, устанавливаемые на колонны каркаса здания или фундаменты оборудования и перемещающиеся вместе с ними.

Типы глубинных реперов и глубина закладки их якорей определяются по геологическому разрезу площадки предприятия и физико-механическим свойствам грунтов, полученным из материалов изысканий. Конструкция наиболее применяемого в проектах репера для измерения осадок промышленных предприятий приведена в прил.3.

Проект размещения исходных опорных реперов (рис.4) составляют на выкопировке из генплана предприятия. Местоположение их определяют с учетом существующих подземных коммуникаций, вне зоны осадочной воронки, но не более, чем в 200 - 300 м от контролируемых объектов и друг друга.

Места установки глубинных и грунтовых реперов на выкопировке генплана показывают условными знаками с привязкой к пунктам строительной сетки или характерным точкам здания. Чертеж типа выбранного знака должен быть приложен к проекту.

Тип осадочной марки и заделка ее в конструкцию зависит от материала конструкции, применяемых методов и средств измерения осадок и расчетной точности измерения превышений в разрабатываемом проекте. Типы наиболее употребительных марок приведены в прил.4.

Проекты размещения осадочных марок составляют на схемах генплана (для малых объектов и наружным размещением марок); на схематических крупномасштабных планах (1: 100 - 1: 500) и разрезах зданий, сооружений и оборудования (для крупных объектов с внутренним размещением марок).

Места закладки осадочных марок на конструкциях здания также показываются на схеме условными знаками (см. рис.4). При назначен-ии мест закладки марок необходимо учитывать следующие требования:

места закладки марок необходимо проектировать на несущих конструкциях (в каркасных зданиях - на несущих колоннах) на высоте, удобной для нивелирования, о чем дается сообщение в примечаниях к схеме;

если фундаменты под колонны каркаса здания столбчатые (отдельностоящие), то марки должны проектироваться на каждой несущей колонне;

если фундаменты под колонны каркаса ленточные, то марки должны проектироваться с установкой на колоннах по углам здания, по обе стороны осадочных швов, и через одну колонну;

если фундаменты плитные, то марки должны проектироваться с установкой по углам здания или сооружения, на конструкциях по обе стороны осадочных швов, не менее чем через 12 м по контуру при шаге колонн 6 и 12 м, не менее чем через 10 - 14 м по контуру бескаркасных зданий и сооружений;

на фундаментах оборудования или самом оборудовании, в зависимости от конструктивных решений и контролируемых геометрических параметров;

марки рекомендуется проектировать с фронтальной (передней) стороны колонн цеха, что создаст более благоприятные условия при проектировании системы нивелирных ходов.

Рис.4. Фрагмент схемы размещения геодезической КИА и нивелирования для контроля осадок объектов промышленных предприятий:

- исходные глубинные или грунтовые реперы; 2 - контрольные осадочные марки; 3 - ходы нивелирования первой ступени; 4 - основные ходы второй ступени; 5 - вспомогательные ходы второй ступени; 6 - ходы нивелирования третьей ступени; 7 - ходы связи между ступенями.

Примечание. Марки закладывать на высоте 0,6 м от отметки чистого пола.

1.5 Проектирование схемы нивелирования

Практика геодезических работ показывает, что основным методом измерения общих осадок и деформаций зданий и сооружений промышленных предприятий является метод геометрического нивелирования (примерно 95% объектов), а для технологического крупногабаритного оборудования - методы геометрического и гидростатического нивелирования, причем точность определения превышений может колебаться в широких пределах.

Нивелирование следует проектировать по следующей схеме (см. рис.4):

построение локальной сети высотного обоснования - первая ступень;

построение локальных сетей и ходов для контроля деформаций каждого здания или сооружения - вторая ступень;

построение локальных сетей и ходов для контроля деформаций оборудования различного вида, размещенного внутри зданий и сооружений, - третья ступень;

построение хода связи между ступенями.

Локальная сеть первой ступени служит для контроля параметра "абсолютная" или "средняя" осадка здания и оценки неподвижности исходных глубинных реперов.

Ходы первой ступени (см. условную ходовую линию на рис.4) проектируют по глубинным реперам. Как правило, для отдельного здания проектируются ходы в виде замкнутого полигона или хода, а для группы зданий - в виде нескольких полигонов. Исходя из расстояния между реперами (расстояние определяется приближенным методом с использованием масштаба плана здания), рассчитывают число станций нивелирования в ходах между реперами по формуле n = l / 50м и подписывают над ходом.

Ходы второй ступени служат для контроля параметров, определяющих деформацию взаимосвязанных конструкций здания, и одновременно необходимы в дальнейшем для контроля параметров "абсолютная" или "средняя" осадка здания. Поэтому ходы второй ступени прокладывают по маркам, установленным на конструкциях зданий и сооружений. Такие ходы являются локальными для каждого объекта и могут образовывать один полигон на небольших объектах (см. рис.4) или систему замкнутых полигонов и ходов на крупных объектах.

Ввиду множества марок на крупных объектах, а также затруднения нивелирования между марками взаимосвязанных конструкций в поперечном разрезе цеха из-за загруженности его производственным оборудованием, ходы второй ступени разделяют на основные и вспомогательные.

Основные ходы проектируют (см. ходовую линию на рис.4) в виде системы полигонов по маркам колонн каркаса здания с выборочным включением марок и учетом конструктивных особенностей помещений. Как правило, эти ходы проектируют вдоль рядов здания, при этом длины плеч при нивелировании, в условиях возмущающих воздействий от работающего оборудования цеха на нивелир, принимают не более 25м. В начале и в конце каждого цеха (в зонах свободных от оборудования) производится соединение продольных ходов в единую систему полигонов объекта. При этом, если марки колонн обращены внутрь цеха, связь осуществляется через одну станцию нивелирования; если марки обращены вне цеха - связь проектируется через две станции нивелирования (через так называемую "x" точку (см. рисунок 4)).

Вспомогательные ходы прокладывают от марок основных ходов в виде висячих ходов с минимальным числом станций (лучше одна станция). При этом точность измерения превышения в дальнейшем при расчетах принимают равной точности основного хода.

Третья ступень нивелирования (см. условную линию ходов на рис.4) по точности и схеме построения ориентируется на контроль геометрических параметров технологического оборудования, расположенного внутри зданий и сооружений.

Ходы третьей ступени прокладывают по контрольным маркам, размещенным на самом оборудовании или его фундаменте. Они также представляют собой локальные системы ходов для каждого объекта. Схемы ходов третьей ступени зависят от конфигурации оборудования, условий измерений и образуют, как правило, один замкнутый ход на каждом контролируемом объекте. Для сложных и протяженных объектов могут проектироваться сложные системы ходов, аналогичные системам второй ступени.

Для сложных объектов (высотных плотин, турбоагрегатов и др.) и решения задач по раздельному контролю ряда параметров ходы нивелирования могут проектироваться и в виде нескольких уровней, как связанных, так и не связанных между собой.

Ход связи между первой и второй, а также второй и третьей ступенями служит для передачи отметок от глубинных реперов на марки здания и оборудования и, следовательно, необходим для контроля параметра "абсолютная" или "средняя" осадка здания. Ход связи между ступенями должен быть одним (а не несколько, как в высотных сетях для съемочных работ). Это обусловлено тем, что из-за меньших величин допусков, как правило, во второй ступени, расчетная точность измерений превышений намного выше, чем в первой (тоже между второй и третьей). Поэтому, если запроектировать несколько ходов связей между первой и второй ступенями (аналогично между второй и третьей), результаты точных измерений во второй ступени могут быть существенно искажены при вынужденном совместном их уравнивании.

В ходе связи также необходимо определить число станций нивелирования по методике назначения числа станций в первой ступени.

На схеме здания все виды ходов обозначаются условными знаками.

1.6 Расчет точности нивелирования

Точность нивелирования в каждой ступени, характеризуемую средней квадратической погрешностью (СКП) измерения превышения на станции (), определяют расчетом. При расчете исходными данными служат:  - предельные погрешности измерения параметров, рассчитанные по формуле (2 или 3); геометрические характеристики нивелирной сети, определяемые на основании составленного проекта (см. рис.4).

Все расчеты в запроектированных ступенях и ходах связи производят для наихудшего случая контроля параметра по схеме ходов в ступенях.

При контроле параметра "абсолютная осадка здания" таковым будет случай определения осадки наиболее удаленной марки второй ступени для объекта с наименьшим допуском относительно стабильного репера; а для контроля параметра "абсолютная осадка оборудования" таковым будет случай определения осадки наиболее удаленной марки третьей ступени для объекта с наименьшим допуском относительно стабильного репера. Если наиболее устойчивым в последующих циклах окажется не первоначально принятый исходный репер, от которого осуществляется привязка ступеней общей схемы, а репер более удаленный от него, то при расчете точности нивелирования это необходимо учесть.

При написании последующих формул расчета точности нивелирования в ступенях принято во внимание следующее:

схема и точность измерений в нивелирной сети постоянны во всех циклах измерений;

допустимые СКП контролируемых геометрических параметров (видов деформаций) находятся в соответствии с правилом "трех сигм" ();

полные ошибки контролируемых геометрических параметров складываются из неравных по величине составляющих, обусловленных влиянием погрешностей каждой ступени.

Точность нивелирования в первой ступени вычисляется по формуле:

, (9)

где  - средняя квадратическая погрешность измерения превышения на одну станцию нивелирования в первой ступени;  - предельная погрешность измерения параметра "абсолютная осадка здания", вычисляемая по формуле (2 или 3);  - обратный вес отметки "слабого" пункта первой ступени схемы контроля, или для замкнутого нивелирного хода с числом станций  (в этом случае )

. (10)

За окончательное значение  берут наименьшее значение среди рассчитанных погрешностей для всех объектов контроля на данном предприятии.

Приводимые формулы и методика расчета точности характеризуют именно изложенный подход, основными признаками которого является наличие ступенчатой схемы, каждая ступень которой нацелена на определение "своего" вида деформации. Точность измерений превышений в ступенчатой схеме с возрастанием ее номера не снижается, как это обычно в сетях государственного нивелирования, а возрастает. Это связано с тем, что исходные допускаемые величины деформаций объектов, служащие для расчета точности нивелирования в ступенях, как правило, уменьшаются по мере возрастания номера ступени.

Существуют и другие подходы к проектированию нивелирных сетей и расчету их точности.

Расчет точности нивелирования в сетях второй ступени рекомендуется выполнять в зависимости от вида контролируемой деформации объекта по формулам:

) для контроля геометрического параметра "относительная разность осадок" взаимосвязанных конструкций

, (11) или

, (12)

где  - СКП измерения превышения на одну станцию нивелирования в сети второй ступени;

= - предельная погрешность определения относительной разности осадок взаимосвязанных конструкций объекта при активном контроле, рассчитываемая по формуле (2 или 3);

l - расстояние между взаимосвязанными конструкциями;

 - обратный вес измеряемого превышения между взаимосвязанными конструкциями в наиболее слабом месте сети;

 - число станций нивелирования между взаимосвязанными конструкциями в наиболее слабом месте по схеме ходов;

) для контроля параметра "прогиб"

, (13) или

, (14)

где  - СКП измерения превышения на одну станцию нивелирования в сети второй ступени;

= - предельная погрешность определения прогиба конструкции при контроле, рассчитываемая по формуле (2 или 3);

 - обратный вес измеряемого превышения между контролируемыми точками по схеме ходов;

 - число станций в замкнутом одиночном ходе;- расстояние между крайними точками;

) для контроля параметра "приращение крена" или "наклона"

, (15) или

, (16)

где  - СКП измерения превышения на одну станцию нивелирования в сети второй ступени;

= - предельная погрешность определения параметра "приращение крена" при активном контроле, рассчитываемая по формуле (2 или 3);- расстояние между контролируемыми точками;

 - обратный вес измеряемого превышения между контролируемыми точками по схеме ходов;

 - число станций нивелирования в ходе, соединяющем контролируемые точки.

Так как величины  для каждого объекта будут индивидуальны, то появляется возможность применения индивидуальных для каждого объекта классов (разрядов) нивелирования, что приведет к стандартизации и существенному удешевлению нивелирных работ.

Точность нивелирования в ходах третьей ступени производят в зависимости от вида контролируемого параметра оборудования по тем же формулам (11-16), что и для второй ступени.

Точность нивелирования в ходах связи рекомендуется производить по формулам:

для двухступенчатой схемы

, (17)

для трехступенчатой схемы

, (18)

где  - СКП измерения превышения на одну станцию нивелирования в ходе связи между первой и второй ступенями;

 - СКП измерения превышения на одну станцию нивелирования в ходе связи между второй и третьей ступенями;

 - предельная погрешность измерения параметра "абсолютная осадка", установленная расчетом для первой ступени;

 - СКП измерения превышения на одну станцию нивелирования, установленная расчетом для второй ступени;

 - СКП измерения превышения на одну станцию нивелирования, установленная расчетом для третьей ступени;

 - число станций нивелирования от марки привязки второй ступени к первой до наиболее удаленной от нее марки второй ступени;

 - число станций нивелирования от марки привязки третьей ступени ко второй до наиболее удаленной от нее марки третьей ступени;

 - число станций нивелирования в ходе связи между первой и второй ступенями;

 - число станций нивелирования в ходе связи между второй и третьей ступенями;

 - отношение СКП измерения превышений на станции нивелирования соответственно на третьей и второй ступенях.

1.7 Проектирование методов и средств измерений превышений

Основными факторами, влияющими на выбор методов и средств измерений геометрических параметров технических объектов, являются:

характеристика объекта и вид контролируемых геометрических параметров;

требуемая точность контроля параметров;

методы контроля по полноте охвата, временной характеристике и управляющему воздействию;

характеристика условий измерений; продолжительность процесса измерений;

стоимость средств измерений и контроля в целом;

наличие средств измерений и специалистов.

Основным методом контроля осадок объектов промышленных предприятий является метод геометрического нивелирования короткими лучами. Этот метод позволяет охватить очень широкий диапазон точностей измерений превышений (от 0,05 до 5мм на одну станцию), позволяет вести измерения в широком диапазоне внешних и внутренних воздействий природной и производственной среды, имеет более высокую производительность по сравнению с другими методами и более низкую стоимость работ.

В настоящее время при контроле осадок инженерных объектов используют следующие виды классификаций и методик геометрического нивелирования:

государственное нивелирование I, II, III и IV классов;

разрядное нивелирование для измерения осадок гидротехнических сооружений;

разрядное нивелирование для измерения деформаций оснований зданий и сооружений;

нивелирование специальных классов для инженерно-геодезических работ.

Основные технические характеристики названных видов классификаций геометрического нивелирования приведены в табл.1.8 - 1.11.

Таблица 1.8

Технические характеристики государственного нивелирования I, II, III и IV классов.

Таблица 1.9

Технические характеристики разрядного нивелирования для измерения осадок гидротехнических сооружений.

Таблица 1.10.

Технические характеристики разрядного геометрического нивелирования для измерения деформаций оснований зданий и сооружений.

Таблица 1.11.

Технические характеристики геометрического нивелирования специальных классов.

Каждая из приведенных видов классификаций и методик нивелирования имеет свои положительные и отрицательные стороны в зависимости от объектов и условий контроля.

Классификация и методика государственного нивелирования хорошо приспособлены для ведения геодезических работ на больших территориях, когда реперы расположены на большом удалении друг от друга и необходимо получить их отметки с наименьшими затратами средств и времени при заданной точности измерений на километр хода. В этих случаях стараются работать на предельных длинах визирных лучей, пользоваться для ускорения работ двумя рейками, а измерения вести по башмакам или костылям. Так как ходы большой протяженности, то методика измерений направлена в значительной мере на уменьшение систематических погрешностей, влияние которых на точность возрастает по мере увеличения длин ходов. Для наблюдений за осадками зданий, сооружений и оборудования промышленных предприятий этот вид классификации и методики измерений мало пригоден из-за недостаточной точности измерения превышений по контролю оборудования, где часто требуются точности выше первого класса, необходимости применения различных по точности приборов, реек и приспособлений при смене классов нивелирования, что создает ряд неудобств при производстве работ в производственных цехах.

Классификация и методика для измерения осадок гидротехнических сооружений хорошо приспособлены для ведения геодезических работ на специфических (как правило, построенных по индивидуальным проектам) сооружениях - протяженных плотинах, каналах, шлюзах. Осадочные марки расположены на бетонных сооружениях через 20 - 40 м, а на земляных сооружениях через 100 - 200 м. Точность измерений превышений в ходах на бетонных и земляных плотинах существенно различается, что и проявляется в разработанных для этой цели классификации и методике нивелирования. Для контроля осадок и деформаций зданий, сооружений и оборудования в других отраслях промышленности этот вид классификации и методики измерений применяется редко.

Классификация и методика нивелирования для измерения деформаций оснований зданий и сооружений по своим характеристикам близки к государственному нивелированию. Это связано с основной целью наблюдений - определением параметра "абсолютная осадка" фундамента, в то время как контроль параметров, характеризующих деформации взаимосвязанных конструкций объектов, находится на втором плане. Поэтому, из-за точности измерений превышений на станции, длин визирных лучей и их неравенства и других характеристик, данный вид нивелирования не получил широкого распространения для контроля технического состояния конструкций сооружений и оборудования промышленных предприятий.

Классификация и методика геометрического нивелирования специальных классов разработаны для контроля осадок и деформаций сооружений и оборудования промышленных предприятий. Точность измерений превышений на станциях, а также все другие основные характеристики нивелирования позволяют контролировать наиболее распространенные виды деформаций сооружений и оборудования многочисленных промышленных предприятий. При этом измерения во всех классах нивелирования выполняются нивелирами и рейками одной точности, что создает удобство и возможность быстрого выполнения работ при большом количестве марок на объектах предприятия и разной точности измерений превышений в ступенях.

Методы гидростатического и гидродинамического нивелирования являются менее распространенными при изучении осадок сооружений и оснований, чем метод геометрического нивелирования, но для ряда объектов и условий контроля являются предпочтительными. Наибольшее применение они находят благодаря своим достоинствам:

·   обращение с оборудованием и производство измерений не требуют высокой квалификации исполнителей;

·   возможность определения осадок точек, доступ к которым затруднен и в некоторых случаях вообще отсутствует;

·   при использовании гидростатических стационарных систем время и трудозатраты на непосредственное измерение осадок значительно меньше, чем при геометрическом нивелировании;

·   возможность автоматизации процессов измерений;

·   в благоприятных условиях точность гидростатического нивелирования может быть более высокой, чем при геометрическом нивелировании.

В то же время гидростатические приборы и системы имеют и ряд серьезных недостатков, не позволяющих использовать их широко в практике контроля деформаций многих объектов промышленных предприятий. К ним относятся:

колебание температуры, которое приводит к изменению плотности жидкости, а следовательно, и высот столбов жидкости, что не позволяет применять повсеместно гидростатический метод в производственных цехах, особенно это проявляется в системах с перераспределением жидкости;

влияние вибрационных нагрузок от работающего оборудования на точность отсчитывания, что не позволяет применять этот метод на сооружениях и оборудовании со значительными динамическими нагрузками;

малый диапазон измеряемых превышений, что затрудняет работы по установке КИА и использование метода при больших осадках и деформациях;

большие затраты на установку, проверку и обслуживание автоматизированных систем контроля, что делает выгодным его использование только при непрерывном контроле или периодическом контроле с высокой частотой замеров;

отсутствие общепринятых классов и методик гидростатического, гидродинамического нивелирования и приборов с перераспределением жидкости, что затрудняет метрологическое обеспечение геодезических работ на контролируемых объектах.

Исходя из перечисленных выше преимуществ и недостатков, переносные приборы гидростатического нивелирования целесообразно применять при измерении осадок объектов с летучим или периодическим контролем, где требуются точности измерения превышений выше, чем это может обеспечить геометрическое нивелирование, при этом отсутствуют большие перепады температуры окружающей среды и действуют незначительные вибрационные нагрузки, а измерения приходится производить в стесненных для других методов условиях.

Стационарные гидростатические и гидродинамические системы целесообразно применять при измерении осадок объектов с непрерывным или частым периодическим контролем и требуемой высокой точностью измерений. При этом температурные и вибрационные нагрузки на систему должны быть незначительными. Автоматизированные стационарные системы, дополнительно к сказанному, целесообразно создавать и при контроле деформаций сооружений на разных уровнях и в разных помещениях, что позволит значительно ускорить и удешевить съем информации.

Метод тригонометрического нивелирования для контроля осадок применяется значительно реже по сравнению с методами геометрического и гидростатического нивелирования. Это связано с относительно низкой точностью измерений превышений и значительными затратами, связанными с точными измерениями не только вертикальных углов, но и линий. Однако, в настоящее время, в связи с созданием высокоточных электронных тахеометров, роль его значительно возрастает. Свое место он находит там, где методы геометрического и гидростатического нивелирования неприемлемы по причине значительных перепадов высот или недоступности КИА - определение осадок арочных плотин, земляных плотин и насыпей, глубоких котлованов. Особенно хорошие результаты можно получить при контроле объектов, где одновременно необходимо контролировать как вертикальные, так и горизонтальные перемещения - оползания откосов земляных плотин, бортов водохранилищ и др.

1.8 Проектирование методов обработки результатов измерений и документация контроля

Документация, отражающая результаты геодезического контроля осадок, может проектироваться в виде акта, заключения или технического отчета. Эта документация должна содержать материалы первичной и вторичной обработки информации по контролю осадок.

Как правило, при проектировании видов первичной документации по обработке результатов измерений осадок необходимо определить перечень обязательных отчетных документов, характеризующих полноту и качество самих геодезических измерений. Перечень таких документов подбирают в зависимости от категории объекта, проектируемых методов и средств измерений, наличия программного обеспечения вычислительных и оформительских работ у контролеров.

Типовой набор документов по обработке результатов измерений осадок включает:

оформленные и проверенные полевые журналы или электронные носители первичной информации;

результаты исследований нивелира и реек с актом метрологической аттестации;

схемы размещения геодезической КИА со схемой нивелирования;

материалы уравнивания нивелирования с оценкой точности результатов измерений и сравнительной характеристикой расчетной и фактически полученной точности;

результаты оценки неподвижности исходных реперов;

ведомость отметок и осадок марок.

При проектировании видов вторичной документации, отражающей результаты геодезического контроля, следует также учитывать как категорию объекта контроля, так и требования проектировщиков и эксплуатационников к качеству и содержанию материалов, отображающих реальную картину происходящих с сооружением и основанием процессов и явлений. Как правило, в проектах по контролю осадок объектов промышленных предприятий указывают следующие основные документы:

ведомости или таблицы фактически полученных и допускаемых величин контролируемых геометрических параметров как отдельных конструкций, так и объектов в целом - средних осадок объектов, относительных разностей осадок рам, прогибов, наклонов и т.п.; по ним путем простого сравнения устанавливают степень соответствия полученных осадок и деформаций установленным нормам;

графики развития осадок фундаментов конструкций объектов во времени, по которым судят о степени развития процесса деформации каждого контролируемого элемента объекта во времени;

графики линий равных осадок фундаментов объектов, по которым наглядно определяют места воронок оседания частей сооружения и основания и тем самым уточняют места поиска причин возникновения осадок;

развернутые графики осадок фундаментов объектов, на которых наглядно изображают деформации рам каркасов зданий, вследствие неравномерных осадок фундаментов;

·   материалы прогнозирования деформаций по данным геодезических измерений (в случаях больших отклонений от проектных величин).

Документация, отражающая результаты геодезического контроля, заканчивается анализом осадок и деформаций объектов и выводами.

Таблица 2.1

Исходные данные к составлению проекта

Последняя цифра зачетной книжки              Номер варианта задания               Допустимая абс. осадка  ммДопустимая относит. разность осадок

Таблица 2.2

Исходные данные к составлению проекта (объекты, признаки и условия эксплуатации)

Вариант 3. Главный корпус приборостроительного завода

Тип фундаментов: столбчатые, отдельностоящие.

Заключение

Главный корпус приборостроительного завода - серийное (типовое) здание основного производственного назначения, каркасного типа из сборных железобетонных конструкций, испытывающих незначительные нагрузки и воздействия внутренней среды, основание - слежавшиеся пески на всю сжимаемую толщу

А) Учитывая заданные характеристики объекта и условия его эксплуатации, а также в соответствии с классификацией категорий контроля объектов, назначаем четвертую категорию контроля объекта. Назначая периодический метод контроля по временной характеристике, учитываем условия эксплуатации и другие качественные признаки объекта. По заданным параметрам здания можно назначить проведение выборочного контроля, но ввиду отсутствия информации о проведении какого либо контроля назначаем сплошной метод контроля по объемной характеристике и активный метода контроля по управляющему воздействию. Данные вносим в таблицу.

Б) Показатели точности и достоверности категорий геодезического контроля выбираем по четвертой категории контроля, т.е. с_n=0.50. Производим расчет коэффициента точности при активном контроле, предельных ошибок и средних квадратических ошибок измерений и вносим в таблицу.

В) Составляем проект размещения исходных опорных реперов (т.к. генплан и план расположения существующих подземных коммуникаций не были предоставлены, то выбираем места закладки реперов произвольно, но не более чем в 200-300м от контролируемого объекта и друг от друга. Эскиз глубинного репера см. прил.3.

Г) Составляем проект размещения осадочных марок. Учитывая, что здание каркасного типа, а фундаменты под колонны каркаса здания столбчатые (отдельностоящие), осадочные марки закладываем на всех несущих колоннах на отметке +0,6м от уровня пола. Эскиз осадочной марки см. прил.4 тип "а".

Д) В соответствии с методом геометрического нивелирования проектируем:

.        локальную сеть высотного обоснования (ходы первой ступени);

2.      локальную сеть и ходы для контроля деформаций здания (основные и вспомогательные ходы второй ступени);

.        ход связи между ступенями.

План здания с проектом принятых решений по размещению геодезической КИА и построению нивелирных ходов см. прил.2.

Е) Производим расчет точности нивелирования (см. прил.5) и назначаем классы нивелирования.

Согласно расчету точности по формулам, получены следующие СКП измерения превышений: в первой ступени - 1.85 мм, во второй ступени - 0.34 мм, в ходе связи - 3.02 мм.

На основании полученных погрешностей и характеристик нивелирования назначаем следующие классы нивелирования:

в первой ступени - ГН-050; или III класс государственного нивелирования,; или III разряд (для гидросооружений; или III класс (по измерению деформаций оснований);

во второй ступени - ГН-025; или II класс государственного нивелирования; или II разряд (для гидросооружений; или II класс (по измерению деформаций оснований;

в ходе связи между ступенями - ГН-050, или III класс государственного нивелирования; или III разряд (для гидросооружений; или III класс (по измерению деформаций оснований.

Выбор средств измерений производится по классу нивелирования. Для этого воспользуемся нормативными документами.

Ж) Проектируем метод обработки результатов измерений и документации контроля.

Первичная документация по обработке результатов измерений осадок:

Типовой набор документов по обработке результатов измерений осадок:

оформленные и проверенные полевые журналы или электронные носители первичной информации;

результаты исследований нивелира и реек с актом метрологической аттестации;

схемы размещения геодезической КИА со схемой нивелирования;

материалы уравнивания нивелирования с оценкой точности результатов измерений и сравнительной характеристикой расчетной и фактически полученной точности;

результаты оценки неподвижности исходных реперов;

ведомость отметок и осадок марок.

Вторичная документация по обработке результатов измерений осадок:

ведомости или таблицы фактически полученных и допускаемых величин контролируемых геометрических параметров как отдельных конструкций, так и объектов в целом - средних осадок объектов, относительных разностей осадок рам, прогибов, наклонов и т.п.;

графики развития осадок фундаментов конструкций объектов во времени;

графики линий равных осадок фундаментов объектов;

развернутые графики осадок фундаментов объектов;

·   материалы прогнозирования деформаций по данным геодезических измерений (в случаях больших отклонений от проектных величин).

Документация, отражающая результаты геодезического контроля, должна заканчиваться анализом осадок и деформаций объектов и выводами.

Список литературы

1. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия. - М. Недра, 2010. - 438 с.

. Жуков Б.Н. Геодезический контроль сооружений и оборудования промышленных предприятий: Монография. - Новосибирск: СГГА, 2003. - 356 с.

. Жуков Б.Н. Руководство по геодезическому контролю сооружений и оборудования промышленных предприятий при их эксплуатации. - Новосибирск: СГГА, 2009. - 376 с.

. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. ГКИНП (ГИТА) - 03-010-03.2004.

. Руководство по натурным наблюдениям за деформациями гидротехнических сооружений и их оснований геодезическими методами. - М.: Энергия, 2010. - 200 с.

. ГОСТ 24846-81. Грунты. Методы измерений деформаций оснований зданий и сооружений. - Введ.01.01.82. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 26 с.

. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - Взамен СНиП II-15-74 и СН 485-75; Утв.05.12.83. ГП ЦПП. - М.: Стройиздат, 1985. - 40 с.

. СНиП 3.01.03-84. Геодезические работы в строительстве. - Утв.04.02.85. ЦИТП Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1985.

. Геодезический контроль инженерных объектов промышленных предприятий и гражданских комплексов: учебное пособие / Б.Н. Жуков, А.П. Карпик. - Новосибирск: СГГА, 2010. - 148 с.

Приложения

Приложение А

Таблица 2.3

Проектирование процессов ГК осадок колонн каркаса здания (деревообрабатывающий цех автозавода). Назначение объектов, параметров и допусков на них, методов и категорий контроля, точность и средства измерений.

Приложение - Б

Схемы нивелирных ходов.

Главный корпус приборостроительного завода.

Примечание: марки устанавливают на отм. +0,6 м от уровня чистого пола.

Масштаб 1: 1 000 (в одном сантиметре плана - 10 метров на местности)

Приложение В

Эскиз глубинного репера

Приложение Г

Эскизы осадочных марок

Приложение Д

Расчет точности измерения параметров и точности нивелирования.

Минимальное число интервалов слежения:

Т.е. n-число циклов измерений =4.

Коэффициент точности при активном контроле:

Задано: с_n=0,50, S_i=180мм, i=0,002

Предельная ошибка измерения параметра "абсолютная осадка здания"

а СКП составит

_{г (а)} =m_Si=δ_Si/3=30.0/3=10.0мм

Предельная ошибка измерения параметра "относительная разность осадок"

а СКП составит

_{г (а)} =m_i=δ_i/3=3.3*10^-4/3=1.1*10^-4

Расчет точности нивелирования.

1. Точность нивелирования первой ступени:

m _{(hcp) cm (1) -} средняя квадратическая погрешность измерения превышения на одну станцию нивелирования в первой ступени; δ_{г (1)} = δ_{г (а)} = δ_Si - предельная погрешность измерения параметра "абсолютная осадка здания"

где

где k₁=n_1.2+n_2.3=4+3=7 и k₂= n_1.3=6 - число станций между репером № 1, к которому привязана вторая ступень, и наиболее удаленным от него по схеме ходов репером № 3.

. Точность нивелирования второй ступени:

m _{(hcp) cm (2) -} СКП измерения превышения на одну станцию нивелирования в сети второй ступени; δ_{г (2)} = δ_{г (а)} = δ_{i -} предельная погрешность определения относительной разности осадок взаимосвязанных конструкций объекта при активном контроле; l_прод =6м - расстояние между осями колонн здания;

l _{попереч} =18м - наименьшее расстояние между рядами колонн здания; k_2прод=2 (согласно схеме ходов, число станций нивелирования, соединяющих две взаимосвязанные колонны ряда вдоль здания); k_{2попереч}=16 (согласно схеме ходов, число станций нивелирования, соединяющих две взаимосвязанные колонны пролета цеха).

вдоль здания

поперек здания

. Точность нивелирования в ходах связи:

m _{(hcp) 1,2} - СКП измерения превышения на одну станцию нивелирования в ходе связи между первой и второй ступенями; m _{(hcp) cm (2) -} СКП измерения превышения на одну станцию нивелирования, установленная расчетом для второй ступени; k’₂ = 16 (число станций нивелирования от марки (марки привязки второй ступени к первой) до наиболее удаленной от нее по схеме ходов марки); k_1.2 = 20 (число станций нивелирования в ходе связи между первой и второй ступенями).

Приложение Е

Реферат

Блажко М.И. Геодезический контроль (ГК) осадок зданий и сооружений промышленного предприятия.

Место выполнения - кафедра инженерной геодезии и информационных систем СГГА.

г., ___ с., 13 табл., 5 рис., 6 прил., 9 источников.

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ, ОСАДКА, ДЕФОРМАЦИЯ, ТОЧНОСТЬ, НИВЕЛИРОВАНИЕ, СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ДОКУМЕНТАЦИЯ.     В работе представлена технология производства геодезического контроля осадок фундаментов зданий и сооружений промышленного предприятия. Выполнена разработка проекта ГК осадок фундаментов колонн каркаса дробильного корпуса обогатительной фабрики.

Запроектированы схема размещения геодезической контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) и схема нивелирных ходов. Рассчитана точность измерения превышений в ходах нивелирования и выбраны средства измерений.