Геодезические методы мониторинга

Геодезические методы в составе геотехнического мониторинга применяются для измерения вертикальных и горизонтальных перемещений искусственных сооружений, земной поверхности, грунтового массива по глубине, конструкций зданий и сооружений.

При проведении мониторинга геодезическими методами осуществляется измерение следующих параметров:

• вертикальные перемещения (осадки, вертикальные сдвиги, просадки, подъемы, прогибы и т.п.);
• горизонтальные перемещения (сдвиги);
• наклоны (крены).

Задачи геодезических методов мониторинга

Основными задачами, решаемыми при использовании геодезических методов мониторинга, являются:

• определение участков, подверженных наибольшим отклонениям от первоначального положения;
• выявление величины и направления деформационных процессов;
• выявление закономерностей, позволяющих спрогнозировать дальнейшее развитие деформационных процессов.

При проведении мониторинга с применением геодезических методов применяются нивелиры, теодолиты, тахеометры, сканеры и навигационные спутниковые системы.

Этапы выполнения работ

Работа по организации геодезического мониторинга делятся на шесть основных этапов:

Первый этап (подготовительный). На данном этапе производства изучаются исходные и архивные данные, выполняется детальное рекогносцировочное обследование объекта и прилегающей территории. Производится выбор места расположения исходных геодезических знаков высотной и плановой основы (пунктов опорной сети) вне зоны возможных деформаций и пунктов наблюдательной сети (деформационные марки).

Второй этап. Разработка и согласование программы мониторинга. По результатам изучения исходных данных и рекогносцировочного обследования объекта и прилегающей территории составляется программа геодезического мониторинга, в которой указываются данные о системе координат и высотных отметок, места установки и конструкция пунктов опорной сети (реперов) и пунктов наблюдательной сети (деформационных марок) с учётом конструктивных особенностей здания или сооружения, статических и динамических нагрузок на отдельные части, ожидаемых значений осадок и их неравномерностей, инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, особенностей эксплуатации здания или сооружения. В программе указывается предварительная схема измерительной сети, точность определения деформаций и методы измерений горизонтальных и вертикальных перемещений, применяемые инструменты, периодичность проведения измерений. Программа мониторинга согласуется с Заказчиком.

Третий этап. Установка пунктов опорной сети (реперов). В соответствии с согласованной программой мониторинга выполняется установка исходных геодезических знаков высотной и плановой основы (пунктов опорной сети) в количестве не менее 3 знаков (реперов), которые будут использоваться в качестве исходных. Опорные знаки снабжаются центровочными устройствами в верхней части для установки геодезического инструмента.

После установки репера должна быть выполнена его планово-высотная привязка к пунктам Государственной геодезической (нивелирной) сети или сети местного значения. При значительном (более 2 км) удалении пунктов геодезической сети от устанавливаемых реперов допускается принимать условную систему высот. В этом случае координаты и отметки опорных пунктов целесообразно определять с применением глобальных навигационных спутниковых систем, используя мобильные приёмники.

Четвертый этап. Установка пунктов наблюдательной сети (деформационных марок). На данном этапе осуществляется установка пунктов наблюдательной сети (деформационных марок). Деформационные марки устанавливаются в соответствии с программой мониторинга на ограждающих конструкциях, по всему периметру здания (сооружения), внутри его, в том числе на углах, на стыках строительных блоков, по обе стороны осадочного или температурного шва, в местах примыкания продольных и поперечных стен, на поперечных стенах в местах пересечения их с продольной осью, на несущих колоннах, вокруг зон с большими динамическими нагрузками, на участках с неблагоприятными геологическими условиями.

Пятый этап. Исходный (нулевой) цикл измерений. Данный этап включает в себя выполнение исходной (нулевой) серии инструментальных наблюдений. После геодезической съёмки выполняется обработка, анализ результатов наблюдений и выпуск технического отчета. Отчет по результатам нулевого цикла содержит исполнительные схемы опорной геодезической сети и расположения деформационных марок, первичные результаты измерений, являющиеся "нулевыми" для последующих измерений.

Шестой этап. Мониторинг. На данном этапе осуществляются периодические измерения вертикальных и горизонтальных перемещений, наклонов (кренов). Измерения могут проводиться как с применением автоматических измерительных устройств: роботизированных тахеометров или навигационных (спутниковых) систем мониторинга с передачей информации в систему мониторинга напряженно-деформированного состояния (СМДС) или систем мониторинга инженерных (несущих) конструкций (СМИК), так и с применением ручных измерительных устройств (теодолитов, нивелиров, тахеометров). Периодичность проведения измерений определяется в программе мониторинга. По результатам каждого цикла измерений проводится анализ полученных результатов и формируются промежуточные отчёты, содержащие пояснительную записку и результаты измерений в виде таблиц и графиков с выводами. При составлении отчёта осуществляется оценка точности проведенных измерений, включая сравнение полученных погрешностей с допускаемыми для данного метода и класса точности измерений. Сравниваются результаты с предыдущими циклами измерений и нулевым циклом.

После завершения всего цикла измерений, предусмотренных программой мониторинга, составляется окончательный отчет по результатам всех геодезических измерений на объекте.

Основные геодезические методы, применяемые при геотехническом мониторинге

Перечень используемых геодезических методов устанавливается в программе мониторинга в зависимости от требуемой точности измерений, степени автоматизации измерительного процесса, конструктивных особенностей контролируемых объектов, инженерно-геологических и гидрогеологических характеристик грунтов.

Основными методами геодезического мониторинга являются:

1. Для контроля за вертикальными перемещениями конструкций зданий и сооружений, основания, фундаментов и поверхности грунтового массива:
   • Геометрическое нивелирование коротким лучом визирования
   • Тригонометрическое нивелирование
   • Гидростатическое нивелирование
   • Метод относительных спутниковых измерений с использованием глобальной спутниковой навигационной системы (ГНСС)
2. Для контроля за вертикальными перемещениями грунтового массива по глубине:
   • Геодезические наблюдения по кустам глубинных реперов
3. Для контроля горизонтальных смещений, сдвига зданий и сооружений, ограждающих конструкций котлованов, грунтового массива:
   • Метод створных наблюдений (метод бокового нивелирования)
   • Метод полигонометрии
   • Метод отдельных направлений
   • Метод триангуляции
   • Метод фотограмметрии
   • Метод трилатерации
4. Для контроля за кренами фундамента и наклоном здания в целом:
   • Метод проецирования
   • Метод координирования
   • Метод измерения углов или направлений
   • Метод фотограмметрии

Основные средства измерений для геодезического мониторинга

Выбор оборудования для проведения геодезического мониторинга зависит от требуемой точности измерений, степени автоматизации измерительного процесса. Используемое измерительное оборудования должно иметь свидетельства об утверждении типа средств измерений РФ и действующие свидетельства о поверке.

Класс точности геодезических измерений

Класс точности измерений вертикальных и горизонтальных перемещений устанавливается:

I класс точности – для зданий и сооружений: исторической застройки, аварийных, технически сложных, в отдельных случаях - уникальных, длительное время (более 50 лет) находящихся в эксплуатации, возводимых на скальных и полускальных грунтах;

II класс точности – в остальных случаях для зданий и сооружений;

III, IV классы точности – для земляных сооружений.

Пункты опорной сети (реперы)

Выбор реперов зависит от точности измерений и грунтовых условий. Используются конструкции следующих типов:

• для I класса точности измерений – глубинные реперы, основания которых закладываются в скальные, полускальные или другие плотные грунты;
• для II – IV классов точности измерений – грунтовые реперы, основания которых закладываются ниже глубины сезонного промерзания или перемещения грунта; стенные реперы, устанавливаемые на несущих конструкциях зданий и сооружений, осадка фундаментов которых практически стабилизировалась.

При наличии на площадке набивных или забивных свай, верхним концом выступающих на поверхность, допускается их использовать в качестве грунтовых реперов с соответствующим оформлением верхней части сваи.

Места закладки реперов необходимо выбирать с особой тщательностью. Главными критериями выбора мест закладки реперов являются их долговременная стабильность, дальнейшая сохранность и удобство работы с их последующим использованием.

Реперы должны размещаться:

• в стороне от мест прохода людей, проезда транспорта, где возможно разрушение или изменение положения репера;
• вне зоны распространения давления от контролируемого здания;
• вне пределов влияния осадочных явлений, оползневых склонов, нестабилизированных насыпей, торфяных болот, подземных выработок, карстовых образований и других неблагоприятных инженерно-геологических и гидрогеологических условий;
• на расстоянии от здания (сооружения) не менее тройной толщины слоя просадочного грунта;
• на расстоянии, исключающем влияние вибрации от транспортных средств, машин, механизмов;
• в местах, где в течение всего периода наблюдений возможен беспрепятственный и удобный подход к реперам для установки геодезических инструментов.

По завершению работ по установке реперов на все пункты опорной сети необходимо нанести обозначения.

При проведении геодезических измерений следует контролировать устойчивость исходных реперов для каждого цикла наблюдений.

Пункты наблюдательной сети (деформационные марки)

Для контроля вертикальных и горизонтальных перемещений исследуемых объектов обычно используются следующие типы деформационных марок:

Тип №1 представляет собой металлический дюбель либо анкерный болт, длиной не менее 150 мм, диаметром стержня 8 – 10 мм с круглой или шестигранной головкой. Данный тип марки используется для мониторинга вертикальных осадок.

Тип №2 представляет собой уголковый кронштейн с размерами, обычно не превышающими 150 мм на 250 мм. Установка его производится в местах, где исследуемый объект расположен в вертикальной плоскости и использование марки типа №1 не предоставит возможности для установки нивелирной рейки или призменного отражателя.

Тип №3 представляет собой рефлекторную марку (пленочный отражатель), наклеиваемую на исследуемый объект.

Нормативные документы

При выполнении работ по мониторингу зданий и сооружений с применением геодезических методов применяются следующие нормативные документы:

ООО «Центр СМИС «БАЗИС» оказывает услуги по проведению геодезического мониторинга зданий и сооружений с применением автоматизированных аппаратно-программных комплексов, с возможностью их подключения к системам мониторинга инженерных (несущих) конструкций (СМИК), системам мониторинга деформационного состояния (СМДС) и структурированным системам мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений (СМИС).

Получить бесплатную консультацию по геодезическому мониторингу зданий и сооружений Вы можете по телефону: +7 (495) 975-75-89 или направив заявку по электронной почте: info@basis-smis.ru