Комплекс геодезических измерений при возведении монолитных зданий и сооружений
Опыт строительства монолитных зданий и сооружений в скользящей опалубке в СССР и за рубежом показывает, что особенностью геодезического обеспечения при использовании этого метода является оперативное выполнение необходимых измерений и незамедлительная их обработка.
Особое место измерений и измерительной техники в монолитном строительстве обусловливается тем, что количество контрольно-измерительных операций в нем становится все больше; ошибки технологических операций и ошибки геодезических измерений в равной мере снижают качество и несущую способность сооружений. Контрольные измерения, исключают перенос и распространение брака с одного строительного этапа на другой, способствуют ликвидации различного рода доводок и подгонок.
В строительстве монолитных зданий важную роль играет правильная организация геодезических измерений. Для этой цели перед началом строительства составляют проект производства геодезических работ (ППГР).
Проект производства геодезических работ включает:
- схему построения в натуре основных осей здания с предварительным расчетом точности и указаниями по методике их построения с учетом имеющейся сети опорных пунктов;
- схему размещения осевых знаков и способы их закрепления;
- указания по выполнению детальных геодезических разбивочных работ для обеспечения процесса строительства в увязке с календарными графиками строительных работ;
- схему и методику проведения работ по геодезическому контролю точности возводимых зданий;
- схему проведения исполнительных геодезических съемок зданий по этапам работ с указанием методики и точности выполнения измерений;
- схему и порядок составления технической исполнительной документации;
- схему организации геодезических наблюдений за деформациями зданий в процессе строительно-монтажных работ (если это вызывается неблагоприятными физико-геологическими процессами или явлениями в грунтах);
- указания по охране труда при выполнении этих работ.
В начале строительства разбивают в натуре главные оси зданий, затем создают плановое и высотное локальное разбивочное обоснование. Локальное плановое геодезическое обоснование создают в виде комбинированной линейно-угловой сети, в которой стороны измеряют со средней квадратической относительной погрешностью 1:20 000. Высотная локальная сеть создается по программе III класса государственного нивелирования.
Из-за сложности конфигурации монолитных высотных зданий приходится делать детальную разбивку положения плит фундамента и его арматуры, а также для монтажа скользящей опалубки.
Для геодезического обеспечения строительства высотных монолитных зданий и сооружений на стадии их возведения производят детальные разбивочные работы. Так, для укладки фундаментной плиты на чистом слое (бетон толщиной в 10—12 см) строят оси здания (стен), контур фундаментной плиты, места закладки арматурных стержней и оси установки закладных деталей.
Допускаемые отклонения в размерах и положении монтируемой скользящей опалубки не должны превышать величин, приведенных в СНиП III-15—76.
Пространственная система опалубки имеет шесть степеней свободы по осям х, у и z и от крутящих моментов Мх, Му, Мz в плоскостях этих осей. Для обеспечения вертикальности стен здания существенное значение имеет учет горизонтальных смещений всей системы опалубки в направлении осей х и у, а также кручения всей системы Мz в пдоскости оси z.
В процессе подъема опалубки проводят комплекс геодезических измерений с целью контроля движения опалубки и определения возможных деформаций корпуса опалубки. Этот комплекс можно разделить на следующие основные операции: контроль движения опалубки по вертикали; передача отметок на рабочий пол опалубки по мере ее подъема; контроль горизонтальности рабочего пола опалубки; контроль вертикальности возведения стен здания, а также вертикальности лифтовых шахт; определение кручения опалубки и ее деформаций.
Построение разбивочной основы на исходном горизонте
При возведении монолитных зданий и инженерных сооружений для перенесения проекта в натуру выполняют геодезические разбивочные работы, которые подразделяют на основные и детальные. Основные геодезические разбивочные работы заключаются в построении на местности главных и основных осей зданий и сооружений.
Главными осями здания или сооружения являются две линии, пересекающиеся под прямым углом, относительно которых здание или сооружение располагается симметрично. Основными осями являются линии, определяющие контур здания или сооружения в плане, и подразделяются они на продольные и поперечные. Главные и основные оси служат геодезической основой для детальных разбивочных работ.
Главные оси разбивают в тех случаях, когда здание или сооружение имеет сложную конфигурацию и большие размеры, а также когда группа зданий тесно связана между собой технологическими процессами.
Исходными проектными данными для разбивки главных и основных осей зданий и сооружений служат генеральный план строительной площадки, архитектурно-строительные рабочие и разбивочные чертежи.
Современный уровень развития капитального строительства требует построения локальной геодезической разбивочной основы для производства строительно-монтажных работ при возведении высотных монолитных зданий. Ее создают в виде внешней основы, расположенной вне возводимого объекта, и внутренней, размещаемой внутри здания. Внешнюю геодезическую основу закрепляют осевыми знаками на земной поверхности. Внутренняя геодезическая основа создается от пунктов внешней геодезической основы на исходном горизонте здания или сооружения. Служит она для монтажа опалубки и конструкций надземной части здания, а также технологического оборудования внутри его. Так как схема основы повторяет геометрическую схему расположения осей здания, ее называют осевой геодезической основой.
Возведение крупных зданий позволяет при проектировании и построении локальной сети совмещать ее стороны с основными и промежуточными осями зданий или располагать параллельно им и тем самым создавать более благоприятные условия для последующих геодезических построений при возведении зданий. В таком случае точность положения пунктов локальной осевой основы будет обусловливаться требуемой точностью положения разбивочных осей.
Класс точности докальной разбивочной основы, методы достижения расчетной точности, количество знаков, их конструкция и расположение в районе строительства здания должны быть указаны в проекте производства геодезических работ (ППГР).
Ниже рассмотрена технология построения внешней локальной разбивочной основы для высотных монолитных зданий.
Вначале на местности строят основные и промежуточные оси от пунктов разбивочной основы способом прямоугольных или полярных координат, угловых или линейных засечек. Предварительно вынесенные оси закрепляют на местности сразу постоянными (до сдачи объекта в эксплуатацию) знаками, при этом конструкция их должна учитывать возможность перемещения центра знака в плане. Геодезическими измерениями определяют точные координаты точек, предварительно закрепляющих оси на верхней пластинке знака. Выбор метода определения координат этих точек зависит от требуемой точности разбивочных работ, размеров стройплощадки и условий работы на ней, формы здания или сооружения и других факторов.
Взаимосвязь местоположения объектов строительства определяется осевыми системами, закрепляют которые на местности в период строительства специальными знаками.
На основании разбнвочного чертежа, плана подвала, первого и типового этажей здания составляют схему закрепления осей с учетом обеспечения максимального удобства выполнения геодезических работ, возможности постоянного контроля и восстановления утраченных осей, незыблемости знаков закрепления в натуре этой схемы.
Главные и основные разбивочные оси зданий и сооружений закрепляют на местности постоянными знаками. Места закрепления осей выбирают на стройгенплане с учетом долговременной сохранности знаков, а также обеспечения беспрепятственного ведения строительных работ. Место закрепления знака должно быть удобным для установки на нем геодезических приборов и ведения измерений с них.
Знаки устанавливают на строительной площадке в таких местах, где обеспечивается неподвижность их как В плане, так и по высоте. Их нужно располагать вне зоны земляных работ в местах, свободных от складирования строительных материалов, размещения временных сооружений и др.
Выбор конструкций знаков закрепления главных и основных осей зданий и сооружений зависит от условий строительной площадки, наличия строительных материалов, изделий и конструкций, сроков строительства, применяемых методов и видов разбивочных работ.
Высотной разбивочной основой при возведении зданий и сооружений должны служить реперы нивелирного хода, прокладываемого вблизи строящегося здания. Класс точности опорной нивелирной сети должен быть не ниже класса точности высотного обоснования, запроектированного для данного здания.
При построении высотной основы отметки на строительные реперы передают от реперов опорной нивелирной сети, между которыми прокладывают нивелирный ход.
Относительная отметка 0,00 чистого пола первого этажа здания должна соответствовать абсолютной Отметке, указанной в чертежах проекта здания при его высотной привязке.
Построение высотной основы для строительства здания начинают с составления рабочей схемы, на которой указывают отметки исходных реперов, количество строительных реперов высотной основы, направления нивелирных ходов.
Нивелирную сеть строят в виде отдельных ходов, опирающихся обоими концами на реперы и марки опорной нивелирной сети, а также в форме замкнутых полигонов. Отметки на строительные реперы передают не менее чем от двух реперов или марок государственной нивелирной сети ходами длиной не более 1 км. Высотную рабочую основу под отдельные здания при массовой застройке создают по программе IV класса государственного нивелирования.
Для зданий повышенной этажности (12—14 этажей) и сильно развитых в плане в зависимости от их конструктивных особенностей рабочее высотное обоснование строят по программе III класса государственного нивелирования.
При создании геодезической рабочей высотной основы необходимо применять такие типы нивелиров, технические данные которых должны соответствовать требованиям данного класса. Марки нивелиров и требования, предъявляемые к ним, указаны в табл. 21-1.
Отклонения точек рабочего пола от горизонтальной плоскости вызывают наклоны и кривизну, перегибы внешних щитов опалубки, а также скручивание последней.
Горизонтальную плоскость условно можно провести через одну и ту же точку рабочего пола на различных отметках или через самую высокую точку рабочего пола на горизонте. Тогда отклонение в каждой отдельной точке составит
где ав — отсчет по нивелирной рейке в самой высокой точке рабочего пола опалубки; аi — отсчет по нивелирной рейке на низкой точке пола опалубки.
Контроль горизонтальности рабочего пола показан на рис. 21-2.
Средние отклонения точек рабочего пола опалубки от горизонтальной плоскости по внешнему контуру ?hк.о, центральному отделению ?hц.о и по всему полу ?hп.о определяют по следующим формулам:
где nк, nц, nп — количество наблюдаемых точек соответственно по внешнему контуру, центральному отделению и по всему полу.
Сопоставление ?hк.о, ?hц.о и ?hп.о дает возможность установить положение рабочего пола опалубки в процессе ее подъема и принять меры к перераспределению нагрузки по всему рабочему полу.
Контроль высотного положения пола опалубки и вынесение в натуру проектных отметок положения закладных деталей балок перекрытий, фасадных элементов, а также дверных и оконных проемов является обязательным и трудоемким процессом.
В комплекс высотных измерений входят передача отметок от исходного репера у основания здания на рабочий пол опалубки; вынесение проектных отметок под закладные детали; нивелирование рабочего пола опалубки.
Допустимые отклонения при установке скользящей опалубки указаны ниже, мм:
В настоящее время создаются новые типы высокооборачиваемой унифицированной опалубки, позволяющей до минимума свести затраты ручного труда на подготовительных работах. Скорость подъема опалубки, которая в настоящее время достигает 15—35 см/ч, можно увеличить. Необходимо вести постоянный геодезический контроль при возведении зданий, поскольку в процессе строительства возможны отклонения от вертикального положения стен.
Отклонение сооружения от вертикали не должно превышать 1/500 высоты сооружения, а в целом оно не должно превосходить 100 мм при высоте сооружения до 50 м.
Допускаемые отклонения монолитных бетонных конструкций и сооружений от проектных следующие, мм:
Контроль вертикальности движения скользящей опалубки и стен зданий и сооружений
Контроль вертикальности ведут способом отвесной плоскости. При геодезическом контроле вертикальности движения скользящей опалубки и возводимых стен зданий применяют способ отвесной плоскости или отвесной линии. При первом способе применяется теодолит, при втором — приборы вертикального проектирования (зенит-прибор, ОЦП, PZL и др.).
Для переноса отметок на рабочий пол опалубки обычно применяют трех- или четырехметровые разграфленные деревянные рейки, которые постоянно по мере подъема опалубки наращивают и прикрепляют к металлической арматуре.
Способ проектирования с помощью отвесной плоскости заключается в том, что визирную ось трубы теодолита размещают в одной коллимационной плоскости с исходной точкой и путем наклона визирной оси трубы ее переносят на другой горизонт. Так делают при двух положениях вертикального круга, чтобы избежать влияния инструментальных ошибок. Измеряют угловое смещение при двух положениях круга и вычисляют отклонения от вертикали по формуле
где ? — угловое смещение, с; D — расстояние от теодолита до точки наведения, мм; ?=206265''.
Заданное положение вертикальной линии с помощью теодолита характеризуется стандартом погрешности, который определяют по формуле
где ?фок — стандарт погрешности положения оси, вызванной переменой фокусировки при визировании на марку в месте закрепления оси (величина ?фок может достигать 3—4"); ?н —стандарт погрешности положения оси, вызванной наклоном оси вращения прибора, который не исключается проектированием при двух положениях вертикального круга теодолита; ?н=b tg ? sin ?, где ? — угол между горизонтальными проекциями линий визирования и оси вращения инструмента. Величина b зависит от точности поверки уровня и точности установки пузырька уровня в нуль-пункт; ? — угол наклона теодолита; ?в — стандарт погрешности ?в=60''/v, где v — увеличение трубы; ?ц.р — стандарт погрешности положения оси из-за центрирования прибора и редукции визирной цели; для оптического отвеса ?ц=±0,45 мм; для нитяного отвеса ?ц=±10,0 мм; ?р=?(l/S) cos ?, где l — линейный элемент; S — расстояние, ? — угол наклона линии визирования; ?в.н — стандарт погрешности влияния внешних условий.
Наиболее перспективным следует считать применение лазерного излучения в качестве опорного сигнала, относительно которого можно производить измерения.
Для контроля вертикальности зданий и сооружений можно использовать три метода измерений. Схема первого метода показана на рис. 21-3, а. Для обеспечения постоянного контроля планового положения скользящей опалубки и вертикальности возведения стен здания или сооружения на исходном горизонте создается плановая основа. Над каждой закрепленной точкой этой основы на исходном горизонте устанавливают лазерный зенит-прибор, который после центрирования и установки в вертикальное положение посылает вертикальный лазерный луч. Таким образом, все точки плановой основы передаются посредством этого луча на возводимые горизонты. В данном случае луч выполняет роль отвеса. Этот метод, по существу, не отличается от метода производства работ традиционными оптическими приборами вертикального проецирования.
Второй метод (рис. 21-3, б) предусматривает установку в вертикальном положении над одной из закрепленных точек лазерного зенит-прибора с расположенной над ним призмой. Над второй точкой располагают только призму, ориентированную в горизонтальном положении. Посылаемый лазерным зенит-прибором луч частично направляется отвесно вверх, а частично, проходя через призму, отклоняется на 90°, т. е. следует в горизонтальном, направлении до второй призмы, где вновь преломляется на 90° и идет отвесно вверх.
Третий способ (рис. 21-3, в), разработанный в ЦНИИОМТП позволяет оперативно и безопасно для наблюдений проводить комплекс геодезических измерений при строительстве зданий и сооружений повышенной этажности. Эта система позволяет, кроме того, повысить производительность труда геодезистов на строительстве.
Контроль вертикальности подъема скользящей опалубки достигается путем стационарной расстановки перед началом строительства подвешенных в виде маятника пентапризм под контролируемыми точками для последовательного наведения на них луча лазерного нивелира, расположенного вне опасной зоны. Пентапризмы размещают с внешних сторон основания здания около контролируемых углов. Горизонтальный луч лазера, направленный на подвешенную в виде маятника пентапризму, преломляется в ней и получает вертикальное направление, а затем попадает на разграфленную прозрачную мишень, прикрепленную с помощью кронштейна к опалубке.
Смешение и кручение скользящей опалубки относительно вертикальной оси определяют непосредственно по расположению пятна лазерного луча на мишени. Далее, луч, пройдя через прозрачную мишень, попадает на следующую пентапризму, вращающуюся вокруг своей оси от мотора. Таким образом создается светящаяся лазерная плоскость, с помощью которой можно вести нивелирование и брать отсчет по рейке, поставленной в любой точке пола скользящей опалубки.
Этот способ можно считать наиболее перспективным при возведении монолитных зданий в скользящей опалубке, когда требуется иметь большое количество отсчетов по рейке (нивелирование домкратов, вынос в натуру проектных отметок для закладных деталей и т. д.).
Преимуществом нивелирования лазерной плоскостью является быстрота работы благодаря возможности одновременного использования большого числа реек; кроме того, появляется возможность работать в ночное время суток. В случае необходимости пентапризму с мотором можно переставлять на другие кронштейны, закрепленные на рабочем полу опалубки над маятниковыми призмами, расположенными у основания здания. Таким путем можно нивелировать уровень пола и положение домкратов опалубки по частям.
При этом геодезиста и приборы (за исключением призм, находящихся у основания здания) можно располагать вне опасной зоны строительства. Повышается производительность труда вследствие сокращения установок прибора, а также использования «лазерной плоскости» для нивелирных работ на монтажном горизонте опалубки. Использование лазерного луча позволяет также выполнять геодезические работы в неблагоприятных метеорологических условиях (снег, туман, дождь) и в ночное время суток.
В качестве эксперимента Министерством электронной промышленности был изготовлен образец лазерного зенит-центрира ЛЗЦ-1, который проходил испытания на строительстве телевизионной башни в Останкине и шахтах Метростроя. Источником света в этом-приборе служил гелий-неоновый лазер марки ОКГ-14г установленный вертикально на подставке от двухсекундного теодолита. Вертикальное положение направления излучения лазера задается высокоточным уровнем. Мощность излучения ОКГ-14 составляет 3 мВт, коллимирующая система для фокусирования луча дает 25-кратное увеличение.
При строительстве телевизионной башни прибор устанавливался внизу, световое -же лазерное пятно наблюдалось на монтажных горизонтах. Точность проектирования на высоте 300 м составила ±15 мм. Прибор позволял определять не только отклонение башни от вертикали, обусловленное погрешностями строительства, но и колебания ее от ветровых нагрузок, неравномерного нагревания солнцем и других причин.
Заключение. В 11-й пятилетке перед инженерами-строителями встают новые ответственные задачи в связи с большим увеличением объема строительства гражданских и промышленных зданий и сооружений из монолитного и сборно-монолитного железобетона. В 1981—1985 гг. применение его намечено увеличить примерно на 30%, а в жилищном строительстве — почти в три раза.
Предстоит резко увеличить выпуск бетонной смеси на мощных автоматизированных заводах товарного бетона, перейти на централизованное изготовление унифицированной арматуры и опалубки.
Поставлена задача по разработке и внедрению комплексно механизированной технологии железобетонных работ. В связи с этим на стройках необходимо более широко применять специальное оборудование для перевозки, распределения и укладки бетонной смеси, а также унифицированные арматурные изделия с крупноразмерным монтажом арматуры на площадках. Целесообразно укрупнять опалубку и дифференцированно применять ее в зависимости от типа монолитных конструкций.
Основным направлением совершенствования методов и средств геодезического обеспечения в монолитном строительстве является переход к созданию и внедрению автоматизированных систем контроля точности выполнения строительно-монтажных работ на основе широкого применения электронно-оптических приборов.