Обзор геодезических работ при возведении сооружений

РАБОТЫ НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ

Лекция 7

На всех этапах строительного производства: в процессе изысканий, проектирования, возведения и эксплуатации сооружений – выполняют геодезические измерения и съемки. Строители стремятся к тому, чтобы каждое возводимое ими сооружение отвечало своему назначению, было долговечным и красивым, строилось в установленные сроки, при минимуме затрат труда, времени и денежных средств. Соблюдению этих условий в немалой степени способствуют правильно организованные и тщательно выполненные топографо-геодезические работы. Инженер-строитель должен четко знать содержание этих работ на строительной площадке, уметь пользоваться топографическими материалами и картами и самостоятельно выполнять отдельные виды работ.

Общие сведения об изысканиях и проектировании

инженерных сооружений

Работы по комплексному изучению природных и экономических условий района предполагаемого строительства называют изысканиями, или исследованиями. Различают два вида изысканий – экономические и технические.

Экономические изыскания обычно предшествуют техническим и ставят своей целью определение экономической целесообразности строительства сооружения в данном месте. В ходе этих изысканий собирают и анализируют материалы, характеризующие условия района предполагаемого строительства, обеспечивающие нормальное функционирование проектируемого объекта. Перечень материалов зависит от типа возводимого сооружения и определяется специальными инструкциями. Сбор экономических данных проводят в государственных учреждениях, министерствах, статистических управлениях и на отдельных предприятиях.

На основе экономических изысканий, учитывая перспективные государственные планы развития отдельных районов и отраслей народного хозяйства, заинтересованная организация (заказчик) выдает задание на проектирование. В задании определяются район и место предполагаемого строительства; основные параметры сооружения; источники снабжения его сырьем, топливом, электроэнергией, водой; транспортные связи и др. Получив такое задание, специализированная организация (проектный институт) проводит дополнительные экономические и технические изыскания и на основе полученных материалов разрабатывает по этапам (стадиям) проект сооружения.

Технические изыскания подразделяют на инженерно-геодезические, инженерно-геологические, гидрологические, климатические и др. Вид технических изысканий и их содержание зависят от стадии проектирования. В настоящее время принята в основном двухстадийная система проектирования. На первой стадии составляют технический проект, на второй разрабатывают рабочие чертежи. На несложных объектах, где можно использовать типовые проекты сооружений, применяют одностадийное проектирование, в ходе которого решаются вопросы об основных технических параметрах сооружения, о привязке его к конкретному месту и т. д.

В техническом проекте определяется экономическая целесообразность и техническая возможность строительства сооружения в выбранном месте, сметная стоимость строительства и выясняется возможность использования типовых проектов отдельных сооружений. На первой стадии создается предварительный генеральный план возводимого объекта. На второй стадии проектирования окончательно разрабатывают и согласовывают генеральный план, создают проекты производства строительных работ (ППР) и производства геодезических работ (ППГР). Рабочие чертежи предназначены для непосредственного осуществления строительных и монтажных работ.

Для особо сложных и крупных объектов, имеющих важное народнохозяйственное значение, прежде чем составить технический проект, выполняют внестадийные работы по технико-экономическому обоснованию (ТЭО) намечаемого строительства.

Технический проект инженерного сооружения содержит ряд документов, которыми руководствуются при организации и проведении строительных работ. Проекты транспортных, промышленных и сельскохозяйственных объектов состоят из трех частей: экономической, технологической и строительной; проекты гражданских сооружений – из двух частей: экономической и строительной.

В экономической части проекта дается обоснование выбранному варианту сооружения, определяется его проектная мощность и сметная стоимость строительства. В технологической части описывается технология производства, вид предназначенного к использованию оборудования, степень механизации и автоматизации производственного процесса. В строительную часть входит генеральный план сооружения – крупномасштабный топографический план, на котором показывают размещение будущих сооружений и коммуникаций, план вертикальной планировки, проектные элементы трасс линейных сооружений и проект организации строительства (ПОС). Одновременно с этими документами разрабатывается строительный или совмещенный генеральный план, на котором кроме постоянных сооружений изображают временные здания и сооружения (необходимые на период строительных работ), размещение механизмов, строительных материалов и пр.

Перечисленные материалы создают на основе предварительно проведенных технических изысканий, среди которых важнейшая роль отводится инженерно-геодезическим изысканиям, выполняемым по заранее составленной программе на всех стадиях проектирования для получения данных о топографических условиях района строительства. В их состав входит сбор и анализ материалов ранее выполненных геодезических и топографических работ на участке строительства, создание новых или сгущение существующих геодезических сетей, проведение крупномасштабных топографических съемок (или их обновление), трассировочные работы и работы по геодезическому обслуживанию других видов изысканий: инженерно-геологических, гидрологических и гидрогеологических.

В программе изысканий дается обоснование предполагаемых геодезических и съемочных работ. В ней приводится проект создания геодезической основы с расчетом ее точности и описанием методики измерений и очередности работ. Запланированные топографо-геодезические работы проводят с соблюдением норм и требований действующих инструкций и наставлений.

Объем и содержание инженерно-геодезических изысканий меняются в зависимости от стадии проектирования по принципу перехода от общего к частному. В соответствии с этим принципом постепенно повышаются требования к точности геодезической основы, детализации топографических съемок и их масштабам. Так, при проектировании объектов на незастроенной территории или на площадках с малоценной застройкой, подлежащей сносу, технический проект можно составлять на планах масштаба 1:2000 – 1:5000, а рабочие чертежи – на планах масштаба 1:500 – 1:1000. При проектирования объекта на застроенной территории с густой сетью коммуникаций технический проект составляют на планах масштаба 1:1000 – 1:2000 с сечением рельефа через 0,5 – 1,0 м, а рабочие чертежи – на планах масштаба 1:500 с сечением рельефа через 0,25–0,50 м.

Особенность топографической съемки, проводимой при изысканиях, – это требование аналитического определения координат углов опорных зданий и сооружений, центров колодцев подземных коммуникаций, углов поворота и примыкания путей сообщения и т. д. Помимо планово-высотной съемки выходов подземных коммуникаций производится обмер и обследование этих сооружений и составляются исполнительные чертежи.

Для удобства проектирования иногда необходимо использовать крупномасштабные планы, на которых должна обеспечиваться не столько точность, сколько наглядность изображения предметов местности. Такие планы можно получить путем увеличения оригиналов планов более мелкого масштаба (не более чем на одну масштабную ступень) фотографическим методом или методом пантографирования, или в результате полевых работ пониженной точности, регламентируемой требованиями более мелкомасштабной ступени.

Основной метод топографических съемок, выполняемых при изысканиях, – аэрофотосъемка, в горной местности – наземная фототеодолитная съемка. Мензульную, тахеометрическую и теодолитную съемки проводят, как правило, лишь на небольших участках или в тех случаях, когда применение крупномасштабной аэрофотосъемки затруднительно и она не дает надежных результатов (например, на застроенных или закрытых территориях).

При полевых изысканиях сооружений линейного типа (путей сообщения, линий связи, подземных коммуникаций) задача сводится к определению на местности наиболее выгодного варианта трассы проектируемого сооружения. В программу геодезических работ включают: составление предварительного проекта трассы (или сети коммуникаций) по карте или плану; полевое обследование трассы и согласование проекта с землепользователями; укладку выбранной трассы на местности; топографическую съемку полосы трассы в масштабах 1:2000 – 1:5000; геометрическое нивелирование закрепленных точек трассы. Результатами проведенных изысканий являются топографический план, продольный и поперечный профили трассы.

Инженерно-геодезическое проектирование

Инженерно-геодезическим проектированием называют решение ряда геометрических задач по размещению будущих сооружений на местности и благоустройству территории, т. е. решение задач по горизонтальной и вертикальной планировке строительной площадки.

При решении задач по горизонтальной планировке составляют проект размещения всех зданий и сооружений, укладки транспортных и иных коммуникаций. С этой целью вначале на плане проектируют систему линий регулирования застройки, за которую не должно выходить ни одно из возводимых зданий, а при проектировании жилых массивов – систему красных линий, отделяющих территории кварталов от улиц и проездов.

Положение красных линий определяется координатами узловых точек, дирекционными углами направлений и расстояниями между точками. Эти линии рассчитывают аналитическим методом, если исходными данными служат координаты углов опорных зданий и сооружений, положение которых в процессе планировки остается неизменным. При отсутствии опорных сооружений расчет можно выполнять графоаналитическим методом. В этом случае координаты главных (узловых) точек системы берут графически с плана и аналитически определяют параметры всей системы линий при заданных размерах отдельных кварталов.

Расчеты по горизонтальной планировке выполняют путем решения прямых и обратных геодезических задач. После этого составляют детальный проект размещения отдельных сооружений.

При проектировании крупного комплекса сооружений на незастроенной территории весьма удобно использовать условную систему плоских прямоугольных координат, оси абсцисс и ординат которой располагают параллельно главным осям будущих сооружений или красным линиям. В этом случае расчеты значительно упрощаются, а саму систему условных координат можно перенести и закрепить на местности в подготовительный период строительства в форме строительной сетки. Она представляет собой систему прямоугольников и квадратов, вершины которых будут закреплены на местности постоянными знаками, а их положение определено с высокой степенью точности. С помощью строительной сетки запроектированные сооружения в ходе разбивочных работ наиболее просто и легко переносятся на местность.

Геодезические расчеты проводят и при создании проекта по вертикальной планировке, в ходе которых составляют проект преобразования и благоустройства существующих форм рельефа, намечают положение запроектированных сооружений по высоте, вычисляют объемы предполагаемых земляных работ; представляют картограмму земляных работ, на которой показывают проектные (красные) и рабочие отметки, линии нулевых работ и значения объемов насыпей и выемок. Исходным материалом для проектирования служат крупномасштабные планы и профили, составленные на территорию строительства.

Вертикальная планировка обычно предшествует возведению инженерных сооружений. Ее проводят в едином комплексе с другими мероприятиями по инженерной подготовке территории.

Определенный объем работ по инженерно-геодезическому проектированию выполняют при составлении проектов трасс линейных сооружений: определяют положение трассы в плане и по высоте, намечают места расположения отдельных сооружений трассы и вычисляют объемы земляных работ.

Широкие перспективы автоматизации проектных работ при выборе наиболее выгодных направлений трасс, расчета проектных линий и вычисления объемов земляных работ открывает применение так называемых цифровых моделей рельефа местности и использование современной вычислительной техники.

Геодезические разбивочные работы

Совокупность геодезических работ на местности по переносу проекта сооружения в натуру называют разбивкой сооружения. По своему содержанию и методам разбивочные работы как бы противоположны съемочным и точнее их. Заданная точность разбивки обычно достигается приближениями.

Перед разбивкой каждого сооружения на местности составляют разбивочный чертеж, на котором показывают геометрические элементы привязки возводимого сооружения к пунктам и линиям геодезической сети, строительной сетки или к существующим капитальным зданиям или сооружениям.

Одновременно с подготовкой разбивочных чертежей составляют проект производства геодезических работ (ППГР), который увязывают с проектом организации строительных работ. В ППГР описывают методику предполагаемых разбивочных работ, их точность и очередность выполнения.

Для подготовки разбивочных чертежей используют: генеральный план сооружений и строительный генеральный план; рабочие чертежи возводимых сооружений с планами расположения осей сооружений (главных, основных и промежуточных); проект вертикальной планировки строительной площадки; планы и профили подземных коммуникаций.

При составлении разбивочных чертежей для переноса в натуру главных осей сооружения используют графический, графоаналитический и аналитический методы.

Графический метод можно применять только при наличии крупномасштабного плана района строительства и непосредственно с этого плана снимать все геометрические элементы разбивочного чертежа. Наиболее точные результаты дает аналитический метод, при котором по известным координатам исходных и проектируемых точек вычисляют элементы геометрической привязки сооружения. Оперативным методом подготовки чертежей является графоаналитический метод, при котором часть необходимых данных снимают графически с планов, а другую часть рассчитывают аналитически.

Разбивку сооружения на местности производят в два–три этапа. На первом этапе переносят в натуру главные оси сооружения и тем самым определяют общее положение контура сооружения на местности. На втором этапе выполняют детальную разбивку основных осей относительно главных осей, перенося в натуру вспомогательные оси. После закладки фундаментов наступает третий этап – разбивка монтажных осей.

Точность разбивочных работ повышается от этапа к этапу. На первом этапе для вписывания общих контуров сооружения достаточна точность в пределах нескольких сантиметров. На втором и третьем этапах детальная разбивка должна выполняться с более высокой точностью. Это обусловлено тем, что сооружение обычно возводят индустриальными методами из заранее изготовленных сборных деталей. Геодезическая разбивка должна обеспечить полную сборность сооружения, т. е. строгое сопряжение всех его частей в соответствии с геометрической схемой.

Разбивку сооружений по высоте выполняют в два этапа. Предварительные работы заключаются в установке вблизи сооружения рабочих нивелирных знаков (строительных реперов) и нахождении их отметок. Детальную разбивку сооружения ведут от строительных реперов. Ее можно выполнять в условной системе высот. Например, при возведении жилых зданий за строительный нуль принимают отметку «чистого» пола первого этажа здания. Если строительный нуль закреплен на местности специальным знаком, то последующую детальную разбивку выполняют относительно этой точки. Нормы точности разбивочных работ регламентируются строительными нормами и правилами (СНИП), которые утверждает Госкомитет по строительству.

Выполняя разбивочные работы, инженер-строитель должен уметь выносить на местность вычисленные значения отрезков прямых, горизонтальные углы, проектные отметки точек, задавать линии и плоскости с проектным уклоном, переносить на дно котлована и монтажные горизонты оси сооружения и высотные отметки.

Геодезические работы при возведении сооружений

При строительстве зданий и сооружений различают три цикла работ: подготовительный, нулевой и надземный.

В подготовительном цикле проводят инженерную подготовку территории строительства: делают планировку и расчистку участков, устраивают водостоки, сооружают дороги, временные ограждения, строят временные вспомогательные сооружения, проводят первоначальные разбивочные работы.

В нулевой цикл входят: разработка котлованов и траншей, установка подкрановых путей, монтаж кранов, возведение фундаментов и стен подвального этажа, монтаж подвального перекрытия, устройство полов и лестниц в подвале, т. е. комплекс работ по сооружению части здания до первого этажа.

В надземный цикл входят: возведение наружных и внутренних стен здания, установка колонн, ригелей и других строительных конструкций, монтаж перекрытий, установка кровли и т. п. На всех этапах возведения сооружения строительные работы сопровождаются контрольными геодезическими измерениями.

В подготовительный период строительства, после выноса и закрепления осей сооружения, на местности разбивают контур котлована и за его пределами возводят сплошную или секционную обноску (ее можно не возводить при строительстве типовых зданий с несущими колоннами, если ось каждого ряда колонн закреплена створными знаками). На обноске фиксируют оси сооружения, и в дальнейшем она служит для детальных разбивок. По окончании этих работ составляют исполнительный чертеж закрепления осей, на котором показывают взаимное расположение осей со всеми размерами, знаки закрепления и исходные пункты, использованные при разбивке.

В процессе производства земляных работ геодезическими методами осуществляется контроль за выемкой грунта и зачисткой котлована или траншеи до заданной проектной отметки. Одновременно вблизи котлована делают геодезические разбивки для установки подкрановых путей, контролируют укладку шпал, рельсов, а затем горизонтальность и прямолинейность рельсовых путей.

При возведении фундаментов геодезические работы состоят в переносе на дно котлована осей сооружения, контроле за установкой опалубки или фундаментных блоков в плане и по высоте, составлении исполнительных чертежей заложенных фундаментов. По завершении работ нулевого цикла на наружную грань стен выносят отметку «строительного нуля» и разбивочные оси, которые называют базовыми. При возведении стен здания периодически проверяют их отвесность, на каждый монтажный горизонт переносят оси сооружения и отметки, контролируют укладку сборных деталей.

Весьма ответственную работу проводят при установке колонн. Здесь геодезический контроль осуществляют, начиная с установки фундаментов под колонны и до момента их окончательной сборки.

Исполнительные съемки

В процессе строительства по окончании работ каждого цикла или монтажа очередного яруса сооружения проводят исполнительную съемку и составляют исполнительные чертежи.

Особенность исполнительных съемок – их повышенная точность по сравнению с обычными топографическими съемками. Для графического изображения результатов съемки используют крупные масштабы (1:100 – 1:500) или внемасштабные исполнительные схемы, на которых вычерчивают детали сооружения с указанием их размеров, полученных при съемке. На чертежах отмечают проектные и фактические данные, характеризующие положения отдельных деталей сооружения, которые подлежат исправлению или должны учитываться при возведении последующих ярусов (этажей).

Особо ответственны работы по съемке подземных коммуникаций, которые должны быть выполнены до засыпки траншей. В этом случае съемке подлежат углы поворота подземных сетей, элементы кривых, колодцы, камеры, места присоединений трубопроводов и другие характерные точки подземного сооружения. Исполнительный чертеж такой съемки обычно включает: план трассы; продольный профиль по оси сооружения с показом высотных отметок; планы и разрезы колодцев, камер и других устройств; каталог координат выходов и углов поворота подземных сетей.

По окончании строительства всего объекта, проведения планировки и благоустройства территории выполняют исполнительную съемку с целью составления исполнительного генерального плана сооружения в том же масштабе, в котором составлялся генеральный план. На такой план наносят все сооружения, дорожную сеть, коммуникации и рельеф. Для лучшей читаемости исполнительный генеральный план выполняют в цветных условных знаках. Планы подземных коммуникаций можно составлять отдельно с показом на них всей сети трубопроводов и отдельных, наиболее важных контуров местности.

Геодезические наблюдения за деформациями

инженерных сооружений

В процессе строительства и после возведения крупных и ответственных инженерных сооружений организуют наблюдения за стабильностью их положения в плане и по высоте. Под воздействием веса строящегося сооружения и в зависимости от характера и вида подстилающих грунтов могут произойти неравномерная осадка и сдвиг сооружения, которые приведут к нежелательным последствиям.

Для определения деформаций сооружения организуют периодические наблюдения за их положением. Получаемые числовые характеристики вместе с характеристиками грунтовых условий, интенсивностью осадок и другими данными дают возможность установить закономерность возникающих деформаций и разработать мероприятия по предотвращению возможных катастрофических последствий.

Для наблюдения за осадкой сооружений обычно применяют метод высокоточного геометрического нивелирования. С этой целью в тело сооружения закладывают специальные осадочные марки, которые периодически нивелируют, опираясь на фундаментальные реперы, расположенные вне зоны возможных осадок. В отдельных случаях для наблюдений за осадкой особо ответственных сооружений применяют автоматизированные методы гидростатического или гидродинамического нивелирования.

Для определения сдвигов сооружений в горизонтальной плоскости широко применяют створный метод наблюдений, в котором смещения отдельных точек сооружения измеряют относительно опорной линии створа, закрепленного двумя точками вне зоны ожидаемых деформаций. Такие работы обязательно проводят на плотинах гидротехнических сооружений. В триангуляционной сети, построенной на этих объектах, используют метод повторных наблюдений.

Перечисленные методы применимы для изучения медленно изменяющихся деформаций. Для определения мгновенных деформаций или колебаний отдельных сооружений и их элементов под воздействием динамических нагрузок используют метод фототеодолитной съемки или киносъемки; для определения колебаний и крена сооружений башенного типа – высокоточные угловые измерения или лучевые приборы вертикального проектирования, позволяющие оценивать колебание сооружения относительно отвесного лазерного луча.

Как видно из вышеизложенного, геодезические работы являются составной частью организационно-технологического процесса возведения зданий и сооружений.

В современном капитальном строительстве возведение зданий и инженерных сооружений выполняется в основном из сборных элементов. Для обеспечения полной сборности зданий необходимо предварительно рассчитывать точность строительно-монтажных и геодезических работ.

Если в недавнем прошлом геодезические работы при возведении сооружений позволяли главным образом осуществлять контроль выполненных работ, то в настоящее время с внедрением в производство лазерных геодезических приборов появилась возможность управлять точностью строительно-монтажных работ уже в ходе их выполнения. Например, видимая линия или плоскость, создаваемые лазерным лучом, могут служить опорой при возведении сооружений.

Следует отметить, что своевременно проведенный геодезический контроль строительных работ – необходимое условие повышения качества строительства. Никогда не потеряет своего значения и своевременно проведенная исполнительная съемка.

Широкие перспективы работ по наблюдению за состоянием инженерных сооружений открываются с развитием автоматизированных средств измерений, основанных на применении лазерной техники, гидростатического и гидродинамического нивелирования.

В связи с этим инженер-строитель обязан быстро ориентироваться в изменяющихся условиях технической оснащенности производства и умело выбирать оптимальные варианты для решения поставленных перед ним задач.