Файл: Донских, И. Е. Створный метод измерения смещений сооружений.pdf

В Польской Народной Республике [82] испытывался фото­ электрический способ определения смещений. На пунктах за­ крепления створа устанавливали источник и приемник света, а в контрольных пунктах — диафрагмы. О смещении судили по электрическим сигналам, фиксируемым в приемнике света.

По сообщениям англо-американской печати [85, 86], испыта­ ниям подвергаются створные способы, основанные на примене­ нии светодальномера и лазера. При длине створа свыше 1 км рекомендуется применять способ трилатерации с измерением длин сторон светодальномером.

Можно заключить, что основным методом, лрменяемым для определения смещений сооружений и находящимся в стадии непрерывного развития и совершенствования, является створный метод. Определения смещений сооружений при малой длине створа и наличии хорошей видимости между пунктами закреп­ ления створа выполняются сравнительно легко. При большой же длине и плохой видимости между пунктами закрепления створа они сопряжены с преодолением ряда трудностей, обуслов­ ленных конструктивными особенностями применяемой аппара­ туры и серьезным искажением результатов измерений действием внешней среды, в частности действием боковой рефракции. Заметим, кстати, что и луч лазера, получающий все возрастаю­ щее применение в створных способах, не свободен от действия боковой рефракции. Многие из этих трудностей могут быть преодолены применением более совершенных программ створ­ ных наблюдений.

§ 3. Схемы определения горизонтальных смещений гидротехнических сооружений

Из опыта работ известны следующие схемы определения горизонтальных смещений гидротехнических сооружений.

С х е м а 1. Створ расположен на гребне сооружения, а пунк­ ты закрепления его вынесены за пределы воронки осадок, установлены в недеформирующихся грунтах и принимаются за неподвижные на весь период исследований.

С х е м а 2. Контрольные пункты створа расположены на гребне сооружения, а пункты закрепления створа — в деформи­ рующихся грунтах (например, в земляной плотине) или на исследуемом сооружении, подверженном смещению. Смещения пунктов закрепления створа наблюдаются с пунктов триангу­ ляции. Такая схема была применена в 1953 г. МИИГАиК при определении горизонтальных смещений сооружений Цимлян­ ского гидроузла. В некоторых циклах измерений наблюдалась только часть пунктов триангуляции, непосредственно связанных с пунктами закрепления створа.

Существенный недостаток схем 1 и 2 определения смещений сооружений состоит в том, что контрольные пункты створа,

18

расположенные на гребне сооружения, подвержены горизонталь­ ным смещениям вследствие наклонов сооружения, обусловлен­ ных изменением уровня воды в водохранилище и непрерывным изменением температурного режима бетона сооружения. Эта смещения зависят также и от инженерно-геологических свойств основания, высоты сооружения и других факторов.

Дело в том, что в летнее время бетон верхней стенки соору­ жения, соприкасаясь с водой водохранилища, имеет более низ-

кую температуру по сравнению с температурой бетона нижней стенки, открытой для воздействия солнечных лучей. В зимнее время температура бетона верхней стенки, омываемой водой водохранилища, всегда имеющей положительную температуру, выше нуля, а бетона нижней стенки, подверженной воздействию холодной атмосферы, на значительной территории СССР — ниже нуля. Поэтому можно ожидать, что д летнее время плотина должна наклоняться в сторону верхнего, а зимой — в сторону нижнего бьефа [23].

Из опыта наблюдений горизонтальных смещений сооружений ряда гидроузлов установлено, что смещения верхней грани со­ оружения в сторону верхнего и нижнего бьефа могут достигать 20 мм и более, что в десятки раз превышает величины сме­ щений, определяемых в данном цикле наблюдений.

С х е м а 3. Наблюдения горизонтальных смещений здания Волжской им. В. И. Ленина гидроэлектростанции выполнялось по створу, расположенному в потерне (рис. 2 и 3). В районе гидроэлектростанции была создана триангуляция, в состав кото­ рой были включены пункты А и В, расположенные на крыше здания. Связь пунктов А и В с пунктами 1 и 25 закрепления створа осуществлялась «прямыми» отвесами. Положение отве­ сов фиксировалось на линейках координатомеров. Одна из линеек ориентировалась по створу, а вторая — по нормали к створу. Смещения пунктов закрепления створа принимались равными смещениям соответствующих координатомеров [27]. Малые изменения температуры и близость потерны к основанию

19

почти полностью исключают влияние температурного фактора и наклонов, обусловленных изменением уровня воды в водохрани­ лище и инженерно-геологическими условиями основания соору­ жения. Эта схема была разработана и осуществлена институтом Гидропроект в 1954—1955 гг.

А

Рис. 3. Поперечный разрез здания гидроэлектростанции:

Опыт работ показал, что применение прямых отвесов в усло­ виях работы мостовых кранов в монтажной площадке и в ма­ шинном зале здания гидроэлектростанции (см. рис. 2 и 3) затруднено, поэтому в 1956 г. был предложен и опробован более гибкий (оптический) способ связи пунктов А и В с пунктами 1 и 25 закрепления створа — способ измерения зенитных и надирных расстояний в плоскостях, параллельных осям абсцисс и ординат (створ 1—25 был принят за ось абсцисс условной си­ стемы координат) [22].

Зенитные расстояния были измерены двухсекундным астро­ номическим универсалом с центральной ломаной трубой семью приемами при двух положениях круга. Средняя квадратическая ошибка измерения зенитного расстояния составила 0,"36, а средняя квадратическая ошибка определения ординаты при длине визирного луча 60 м — около 0,10 мм. Наклон оси вра­ щения трубы теодолита в этом способе не искажает результатов измерений.

В некоторых циклах измерений по схеме 3 наблюдались не все пункты триангуляции, а только имеющие прямую связь

спунктами А и В.

Ксущественным недостаткам схем 2 и 3 следует отнести большую продолжительность наблюдений триангуляции и срав­ нительно низкую точность определения координат пунктов закрепления створа-— 2—3 мм [3, 27]. Поэтому кафедрой при­ кладной геодезии МИИГАиК была разработана и применена

20

на Братском гидроузле более совершенная схема 4, в которой учтены недостатки схем, примененных на Цимлянском и Куй­ бышевском гидроузлах.

С х е м а 4. Створ для определения горизонтальных смеще­ ний плотины Братского гидроузла создан в галерее (потерне), расположенной в непосредственной близости от основания зда­ ния гидроэлектростанции (рис. 4). Концы створа закреплены кустами обратных поплавковых отвесов по три отвеса в каждом кусту. Кроме этого, в створе заложен

трольных пунктов относительно створа, образованного отвесами, определялись по способу подвижных марок.

Опыт определения горизонтальных смещений гидроэлектро­ станций на Днепре, Волге и Ангаре позволил разработать и применить на Красноярской гидроэлектростанции более совер­ шенную с х е м у 5, представленную на рис. 5 [16]. Определения горизонтальных смещений выполняли по створам, расположен­ ным на гребне плотины, в потерне № 3 и по основанию плотины. Закрепление первых двух створов, удаленных от основания пло­ тины соответственно на 107 и 37 м, выполнено обратными отве­ сами длиной 46 м, а третьего — от 10 до 20 м. Дополнительно установлено два прямых отвеса (в секциях 37 и 54) и шесть кустов обратных с выводом оголовков на уровень потерны № 3, а одного из них (в секции 22) — на уровень гребня плотины. Якорь одного обратного отвеса каждого куста укреплен на уровне основания, а второго— на 10 м ниже основания соору­ жения.

Анализом результатов наблюдений установлено, что смеще­ ния основания плотины распространяются на глубину от 18 до 50 м. Из этого факта следует сделать важный вывод: в скаль­ ных грунтах якори обратных отвесов следует закреплять не ме­ нее 50 м ниже основания сооружения.

Оригинальность схем 4 и 5 состоит не только в полном отказе от триангуляции, но и в том, что система прямых и обратных отвесов в сочетании со створными наблюдениями позволяет определять абсолютные смещения подошвы сооруже­ ния, отдельных слоев основания и наклоны сооружения в сто­ рону верхнего и нижнего бьефов.

21

Таким образом, в разработке схем определения горизонталь­ ных смещений гидротехнических сооружений прослеживается три направления:

— створ расположен на гребне сооружения, пункты закреп­ ления створа принимаются за неподвижные или за ними ведут наблюдения с пунктов триангуляции (схемы 1 и 2). Полученные величины горизонтальных смещений отнесены к гребню соору­ жения и поэтому искажены наклонами его, обусловленными влиянием изменений уровня воды в водохранилище и темпера­ турного режима сооружения. Никаких выводов о смещениях подошвы сооружения и его основания сделать нельзя;

— створ расположен в потерне сооружения, связы пунктов закрепления створа с пунктами триангуляции осущестляется ■определением координат вспомогательных пунктов на гребне сооружения и снесением их в потерну (схема 3). Результаты измерения смещений почти полностью исключены от влияния наклонов сооружения, но продолжительность наблюдений три­ ангуляции затрудняет выбор даты относимости смещений. От­ сутствуют какие-либо данные для суждения о смещениях грунтов основания сооружения;

■— створ расположен в потерне сооружения и закреплен кустами обратных отвесов с закладкой якорей на разной глу­ бине от подошвы сооружения (схемы 4 и 5). Дополнительно устанавливаются обратные и прямые отвесы. Получаемые ре­ зультаты измерений свободны от влияния изменений уровня -воды в водохранилище и температурного режима сооружений. С достаточной уверенностью можно судить о наклонах соору­ жения.

§ 4. Ошибки центрирования и редукции

Важным источником ошибок при створных измерениях явля­ ются погрешности центрирования теодолита (алиниометра,

ных марок и др.), Исследуя элементарные ошибки, возникающие при центри­

ровании теодолита, Ю. В. Кемниц [39] указывает, что оно может быть выполнено или с соблюдением 1\ '— линейного эле­ мента внецентренной установки теодолита, регламентированного соответствующей инструкцией, или с минимально возможной величиной /{. Для этих двух случаев центрирования теодолита

23