Опорные сети и разбивочные работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ Факультет Дистанционных Форм Обучения (Заочное отделение) АВАКЯН В.В. ЛЕКЦИИ ПО ПРИКЛАДНОЙ ГЕОДЕЗИИ ЧАСТЬ 1 Москва 2014 г. УДК 528.(075.8) Автор: Авакян Вячеслав Вениаминович, профессор кафедры Прикладной геодезии. Лекции по прикладной геодезии. Часть 1. Опорные сети и разбивочные работы. Учебное пособие для студентов МИИГАиК. Электронная книга. 153 стр. формата А4. Курс лекций подготовлен в соответствии с программой курса «Прикладная геодезия» для студентов учреждений высшего профессионального образования по направлению «Прикладная геодезия» и «Городской кадастр». В лекциях рассматриваются технологии производства геодезических работ для строительного производства, отражены происшедшие в геодезии изменения, связанные с внедрением новых средств измерений: электронных тахеометров, навигационных спутниковых систем, цифровых нивелиров и программных средств обработки результатов измерений. Содержание лекций одобрено кафедрой прикладной геодезии МИИГАиК и рекомендовано к изданию. Рис. – 46, табл. - 13, библиография – 45 названий. Рецензенты: Директор центра геодезии «Инженерно Технического Центра» «ЭКСПЕРТ» Березина Елена Валентиновна. 1 СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ………………………………………………………………..…..3 ВВЕДЕНИЕ 1.1. Предмет и задачи прикладной геодезии………………………………………4 1.2. Связь прикладной геодезии с другими науками……………………………..5 1.3. Инженерно-геодезические работы для строительства……………………….6 1.4. Проект инженерного сооружения и нормативные документы. ……………13 2. СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ 2.1. Общие понятия…………………………........................................................17 2.2. Конструктивные элементы и схемы зданий...............................................21 2.3. Основания и фундаменты.................................................................................34 2.4. Сведения о строительных материалах...........................................................42 3. ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОЕКТА. РАЗБИВОЧНЫЕ РАБОТЫ 3.1. Генеральный план и его геодезическая основа………………... ...................47 3.2. Методы геодезической подготовки проекта сооружения…………..……....50 3.3. Нормы точности производства инженерно-геодезических работ……….…53 3.4. Этапы и основные элементы разбивочных работ………..………................59 3.5. Способы разбивочных работ ………………………….................................64 4. ОПОРНЫЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ 4.1. Общие сведения и историческая справка………………………….…………75 4.2. Классификация и технические характеристики геодезических сетей….....81 4.3. Методы построение плановых опорных геодезических сетей……………..94 4.4. Построение опорных сетей спутниковыми методами………………...…....112 4.5. Высотные опорные инженерно-геодезические сети................................116 4.6. Проектирование и оценка проектов высотных сетей……………………...134 4.7. Разбивочные сети стройплощадки и отдельного здания…………………140 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................................150 2 ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящий курс лекций предназначен для студентов учреждений высшего профессионального образования, изучающих курс прикладной геодезии. Прикладную геодезию будущие специалисты изучают после освоения основных курсов геодезической науки. По этой причине используемые в издании положения параллельных дисциплин приводятся без излишней детализации, но в объёме, необходимом для решения задач прикладной геодезии. Вместе с тем для целей грамотной реализации геодезических работ в строительстве необходимы элементарные знания технологии строительного производства и организация строительства. В этой связи в пособии приводятся в краткой форме общие сведения о строительных конструкциях и строительном деле. Основное внимание в пособии уделено методам и приёмам геодезических работ на объектах гражданского строительства, воздвигаемых по технологии монолитного домостроения, хотя описанные геодезические методики могут быть успешно применены и при реализации сборного, каркасного и других способов строительства, как в гражданском, так и в промышленном строительстве. Рассматривается технология и техника производства геодезических работ на строительной площадке с использованием современных геодезических приборов. Приводятся способы построения разбивочных сетей на строительной площадке и на монтажных горизонтах, существующие на сегодняшний день нормы точности производства геодезических разбивок. Материал, приведённый в Курсе лекций, носит учебный характер и соответствует программе курса «Прикладная геодезия» для учреждений высшего профессионального образования. 3 ВВЕДЕНИЕ 1.1. Предмет и задачи прикладной геодезии. Предметом прикладной геодезии является изучение методов топографогеодезического обеспечения различных народнохозяйственных задач, возникающих в строительном производстве, в горно-разведочном и горнопроходческом деле, исследовании природных ресурсов и изучении стабильности сооружений и земной поверхности в пространстве и во времени. В более узком смысле в прикладной геодезии изучаются методы топографо-геодезических изысканий, методы вынесения проектов сооружений в натуру и по этой причине прикладную геодезию иногда называют инженерной, подчёркивая тем самым её тесную связь с инженерно-строительным производством. Процесс возведения объектов строительства, зданий и сооружений можно условно разделить на несколько этапов, тесно связанных друг с другом:  изыскания и экономическое обоснование строительства;  проектирование инженерного сооружения;  собственно строительство;  эксплуатация возведённого объекта. Все эти этапы самым тесным образом связаны с решением инженерногеодезических задач. На этапе топографо-геодезических изысканий геодезистами строятся опорные планово-высотные сети и производятся крупномасштабные топографические съёмки, трассируются линейные сооружения, производится привязка геологических выработок, гидрологических створов и др. На основе инженерногеодезических изысканий составляются топографические планы и профили в необходимых масштабах. Проектирование инженерных сооружений производится на топографических планах крупных масштабов. В процессе проектирования сооружений геодезистами решаются задачи горизонтальной и вертикальной планировки, разрабатываются проекты производства геодезических работ, в которых обосновываются приборы и методы геодезического обеспечения строительства сооружения. Вынесение проектов инженерных сооружений в натуру носит название 4 разбивка сооружений. В процессе строительства геодезистами решаются задачи построения разбивочных сетей, вынесения на местность разбивочных осей и элементов конструкций, обеспечение соответствия геометрических параметров здания или сооружения его проектным размерам, контролируется качество производства строительно-монтажных работ. Геодезическая выверка конструкций и технологического оборудования, выполняемая в плане, по высоте и по вертикали, является одним из наиболее точных видов инженерно-геодезических работ, осуществляемых специально разработанными методами и приборами. В процессе возведения сооружений, а также в период их эксплуатации возникают задачи наблюдений за осадками и деформациями оснований зданий и сооружений. Эти наблюдения выполняются высокоточными геодезическими приборами и методами на основе научно обоснованных программ. Таким образом, легко видеть, как тесно связано инженерно-геодезическое производство со строительным процессом на всех его основных этапах. Перечисленный круг задач, решаемых геодезистами, составляет практическую сторону предмета прикладной геодезии. Основными научно-техническими задачами прикладной геодезии следует считать разработку научно обоснованных схем и программ геодезических построений, обеспечивающих необходимую и достаточную точность измерений при возведении инженерных сооружений. Кроме того, в научно-технические задачи прикладной геодезии входят вопросы разработки современных методов и приборов для производства изысканий, разбивки и выверки инженерных сооружений, основанных на новейших достижениях науки и техники. 1.2. Связь прикладной геодезии с другими науками. Курс прикладной геодезии основывается на теоретических и практических положениях геодезии, высшей геодезии, спутниковой геодезии, математической обработки результатов геодезических измерений. Современный техник или инженер-геодезист по направлению прикладная геодезия – это специалисты широкого профиля, глубоко владеющие теорией и практикой геодезических наук, имеющие достаточные знания в области проектирования и строительства инже5 нерных сооружений. Знание персонального компьютера, специальных программ, таких как AutoCAD и СREDO является абсолютно необходимым инструментом для решения практических задач прикладной геодезии, а без знаний теоретических основ и практических навыков в области спутниковой геодезии сегодня невозможно эффективно решать задачи геодезических изысканий и съёмок, задачи построения плановых и высотных сетей, изучения движений земной коры и пр. В инженерно-геодезических работах соблюдается принцип «от общего к частному». Иначе говоря, от общих всеобъемлющих геодезических построений переходят к более детальным, частным схемам геодезических измерений. Однако требования к точности измерений здесь возрастают в обратном направлении по сравнению с общими геодезическими требованиями, иначе говоря, возрастают от этапа к этапу. Так при монтаже оборудования некоторых технологических линий требования к точности линейных измерений могут достигать десятых и сотых долей миллиметра, требования к вертикальности монтируемых элементов и к их створности также могут выходить за рамки привычных представлений. В современных условиях роль прикладной геодезии в научных исследованиях и строительном производстве резко возрастает. Строительство сверхвысоких зданий (высотой в 150 и более метров), крупных физических машин, радиотелескопов, научные исследования в аэродинамике больших скоростей ведут к необходимости применения особо точных геодезических приборов, внедрения новейших достижений электроники и лазерной техники. В прикладной геодезии используются самые современные приборы (электронные тахеометры, цифровые нивелиры и спутниковые приёмники), методы геодезических измерений и построений, способы математической обработки результатов измерений, программные продукты CREDO, AutoCAD, Pythagoras, GeoniCS и др. 1.3. Инженерно-геодезические работы для строительства. Геодезические работы занимают важное место в решении задач строительного производства, они предшествуют строительно-монтажным работам и сопровождают процессы строительства. Ещё в период подготовки строительства геодезистами производится комплекс работ по созданию крупномасштабных то6 пографических планов. Это, так называемые инженерно-геодезические изыскания. Инженерно-геодезические изыскания для строительства выполняются с целью получения топографо-геодезических материалов и данных о ситуации и рельефе местности. Инженерно-геодезические изыскания, включают геодезические, топографические, аэрофотосъемочные, стереофотограмметрические, инженерногидрографические, трассировочные работы, геодезические стационарные наблюдения, кадастровые и другие специальные работы и исследования, а также геодезические работы в процессе строительства, эксплуатации и ликвидации предприятий, зданий и сооружений. В процессе инженерно-геодезических изысканий осуществляется:  построение опорных геодезических сетей, включая геодезические сети специального назначения для строительства;  обновление топографических и инженерно-топографических планов;  создание инженерно-топографических планов, профилей и других топографо-геодезических материалов и данных, предназначенных для обоснования проектной подготовки строительства (градостроительной документации, обоснований инвестиций в строительство, проектов и рабочей документации);  создание и ведение геоинформационных систем (ГИС) поселений и предприятий, государственных кадастров;  создание и обновление тематических карт, планов и атласов специального назначения (в графической, цифровой, фотографической и иных формах);  создание топографической основы и получение геодезических данных для выполнения других видов инженерных изысканий, в том числе при геотехническом контроле, обследовании грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений, разработке мероприятий по инженерной защите и локальном мониторинге территорий, авторском надзоре за использованием изыскательской продукции в процессе строительства. В строительном деле, при возведении современных сложных сооружений требуются разносторонние геодезические данные, которые обеспечиваются методами и приёмами прикладной геодезии. Геодезические работы, выполняемые 7 на строительных площадках, часто обобщённо называют геодезическими разбивочными работами. Они обеспечивают соответствие возведённых зданий и сооружений требованиям проекта, строительных норм и правил в части геометрических параметров. Возросшая роль и объём геодезических работ в строительстве обусловлены современными тенденциями развития строительного производства, а именно значительным увеличением этажности возводимых зданий и сооружений, увеличением объёмов строительно-монтажных работ и возросшей ответственностью геодезии за результаты своей деятельности в связи с переходом строительно-монтажного производства на технологии монолитного домостроения. Если в сборном (панельном, каркасном и др.) домостроении унификация конструкций облегчала задачу геодезии, поскольку при этом возводятся гражданские здания нескольких очень схожих серий, то при монолитном строительстве практически каждый объект строится по специальному (индивидуальному) проекту. При большом многообразии архитектурных форм и решений, в монолитном домостроении используют разнообразные межосевые размеры, нестандартные сечения конструкций, глубокие котлованы для многоэтажных подземных сооружений, сложные формы перекрытий и фасадов. Серьёзные изменения претерпели и методы геодезического обеспечения столь сложного в геометрическом отношении домостроения, каким является монолитное строительство. Широкое внедрение электронных тахеометров в практику инженерно–геодезических работ коренным образом изменило саму технологию разбивок, изменяются столь устоявшиеся принципиальные понятия как внешняя разбивочная сеть здания, внутренняя разбивочная сеть, детальные разбивочные работы на монтажных горизонтах и пр. Обобщённо, инженерно-геодезические работы по прикладной геодезии для целей проектирования и строительства сооружений можно разделить на следующие составные части:  и трасс; топографо-геодезические изыскания площадок строительства  инженерно-геодезическое проектирование;  геодезические разбивочные работы;  геодезическая выверка конструкций и технологического обо8 рудования;  наблюдения за деформациями сооружений и их оснований. Топографо-геодезические изыскания – наиболее распространённый вид геодезических работ, который входит в состав строительного проекта. Топографо-геодезические изыскания заключаются в построении на данной территории плановых и высотных опорных и съёмочных сетей; топографической съёмки территории; трассировании линейных сооружений; геодезической привязке геологических выработок, точек геофизической разведки и др. Инженерно-геодезическое проектирование состоит в проектировании и оценке проектов геодезических сетей, в проектировании трасс линейных сооружений в плане и по высоте, разработке Проектов Производства Геодезических Работ для конкретных строительных объектов, геодезической подготовки проектов для перенесения их на местность; решении задач горизонтальной и вертикальной планировки и др. Разбивка сооружений является основным видом геодезических работ при вынесении проекта на местность. В состав работ по разбивке сооружений входит построение разбивочной основы строительной площадки, внешней и внутренней разбивочных сетей зданий, основные и детальные разбивочные работы, исполнительные съёмки и пр. Геодезическая выверка строительных конструкций и технологического оборудования производится в плане, по высоте и по вертикали и является наиболее точным видом инженерно-геодезических работ и осуществляется специально разрабатываемыми методами и приборами. Наблюдения за деформациями зданий и сооружений выполняются для уникальных и высотных зданий как в процессе их строительства, так и по его завершении. Наблюдения включают измерения осадок оснований и фундаментов, определение плановых смещений и кренов и производятся высокоточными геодезическими методами и приборами. Геодезические работы в строительстве осуществляются в соответствии с нормативно-технической документацией для строительства. Такой документацией, как отмечено ранее, являются своды правил (СП), строительные нормы и правила (СНиП); государственные стандарты (ГОСТ), технические условия (ТУ) и другие инструкции и наставления. В этих документах указываются методы и 9 способы производства геодезических работ, их точность для этапов строительства, видов сооружений и их особенностей. Состав, содержание и технические требования к производству геодезических работ на строительной площадке определяются «СП 126.13330.2012. (СНиП 3.01.03-84). Геодезические работы в строительстве» и зависят от характера и размеров сооружения, его высоты и конструктивных особенностей. Различна при этом и точность измерений и построений. При строительстве отдельно стоящего сооружения создаются так называемые внешняя и внутренняя разбивочные сети здания. Если предприятия и группы зданий занимают значительные площади, скажем более 100 тыс. м2, или более 1 км2, то для их возведения строятся специальные разбивочные сети строительной площадки. Эти разбивочные сети являются геодезической разбивочной основой строительства. С пунктов такой основы выносятся в натуру основные или главные оси зданий и сооружений, магистральные и другие линейные сооружения, а также производится детальная разбивка здания и монтаж технологического оборудования. В состав геодезических работ в строительстве входит контроль точности геометрических параметров зданий (сооружений) и производство исполнительных съемок с составлением исполнительной геодезической документации, без которой сооружение не может быть принято в эксплуатацию. Нормы точности производства того или иного вида работ регламентированы такими стандартами, как ГОСТ 21778-81 и ГОСТ 21779-82. Геодезические наблюдения за осадками и деформациями оснований, как возводимых сооружений, так и зданий окружающей застройки также является составной частью геодезических работ для строительства. Методы и требования к точности геодезических измерений деформаций сооружений устанавливаются государственным стандартом «ГОСТ 24846-81. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. М., 2001, стр. 26». Геодезические работы являются неотъемлемой частью технологического процесса строительного производства, и они осуществляются по единому для данной строительной площадки графику, увязанному со сроками выполнения общестроительных, монтажных и других работ. 10 Обобщая комплекс геодезических работ на строительной площадке, можно выделить такие этапы:  построение разбивочной основы строительной площадки;  вынос в натуру и закрепление главных и (или) основных осей сооружения;  геодезические разбивки нулевого цикла – работы по сооружению подземной части здания (котлована, свайного поля, фундамента, технического подполья, гаражей и других подземных сооружений и их перекрытий);  прокладка трасс подземных коммуникаций в плане и по высоте;  геодезические работы при возведении надземной части здания (построение внутренней разбивочной сети здания на исходном горизонте, перенос разбивочных осей и отметок на вышележащие монтажные горизонты, построение разбивочных осей на монтажных горизонтах, детальная разбивка мест положения конструкций, контроль установки конструкций);  вынос в натуру проекта вертикальной планировки (дорог, площадок, насыпей и выемок и др.). Практически все перечисленные работы сопровождаются производством исполнительных съемок и надлежащим оформлением исполнительной документации. На строительной площадке геодезическое обеспечение строительномонтажных работ, построение разбивочных сетей, производство разбивок и исполнительных съёмок выполняет группа геодезистов. Это могут быть штатные работники строительной организации, производящей работы, но могут быть и привлеченные специалисты других организаций и фирм. Основной задачей геодезической группы является обеспечение соответствия геометрических параметров, мест размещения возводимых сооружений и конструкций их проектным значениям. Геодезическое сопровождение или обеспечение строительно-монтажного производства осуществляется коллективом специалистов с геодезическим образованием. Количество специалистов в группе зависит не только от размеров строительной площадки, количества сооружений и конструктивной или технологической сложности возводимого объекта, но и от интенсивности или темпов производства строительно-монтажных работ. Минимальное количество геодези11 стов в группе – это два человека: специалист и его помощник, образующих звено. Помощник должен быть обучен правилам выполнения измерений и, безусловно, должен понимать смысл производимых работ. Что касается специалиста, то его квалификация должна соответствовать самым современным требованиям в части знаний приборного парка, методов производства работ и программного обеспечения. Практически на каждой строительной площадке можно увидеть современные электронные тахеометры, цифровые нивелиры и другие лазерные приборы, а обработка результатов полевых измерений производится сегодня с использованием компьютеров, плоттеров, сканеров и мощного программного обеспечения. Расчет численности геодезической группы, необходимой для производства проектируемых работ, выполняется исходя из объемов работ, сложности строящегося объекта и характера предстоящих геодезических работ. Инженерно-технический персонал, занятый производством геодезических работ, обязан применять методы и приемы измерений, установленные Строительными нормами и правилами, стандартами и техническими условиями, а также пользоваться поверенными, отъюстированными и аттестованными приборами, обеспечивающими требуемую точность и достоверность измерений. Геодезическая служба строительного объекта обеспечивается современными приборами, инструментами, приспособлениями, инвентарем и, при необходимости, транспортными средствами. В комплекс работ, выполняемых геодезической группой, независимо от штатной принадлежности входят:  приемка от заказчика проектной документации на объект строительства (генпланов, стройгенпланов, рабочих и разбивочных чертежей), пунктов опорной геодезической сети, реперов, пунктов строительной сетки, красных линий и пр.;  проверка чертежей по цепочкам осевых и конструктивных геометрических размеров и связей, устранение выявленных неувязок геодезического характера;  развитие (сгущение) разбивочной основы и восстановление утраченных пунктов;  производство детальных разбивочных работ (вынос на местность и закрепление осей сооружений, трасс коммуникаций, передача и фиксация про12 ектных отметок, перенос осей и отметок на высшие монтажные горизонты, плановая и высотная разбивка элементов сооружения);  инструментальный контроль планового и высотного положения смонтированных конструкций, их исполнительная съемка;  подготовка геодезической исполнительной документации предъявления приемочной комиссии при сдаче объекта в эксплуатацию; для  производство работ по вертикальной планировке территории, по определению объемов земляных работ, требующих геодезических измерений. 1.4. Проект инженерного сооружения и нормативные документы. Инженерные сооружения строят, руководствуясь проектной документацией. Проект инженерного сооружения представляет собой комплекс документов, содержащих технико-экономическое обоснование, расчёты, чертежи, пояснительные записки, необходимые при строительстве сооружения. Строящееся сооружение должно соответствовать своему функциональному назначению, должно быть долговечным и выглядеть эстетично, должно быть сооружено в установленные сроки при минимальных затратах труда, материальных и денежных средств. В процессе проектирования по материалам соответствующих изысканий решается вопрос о местоположении сооружения, о его схеме, конструкции и основных параметрах, стоимости и технологии производства строительно-монтажных работ, очерёдности ввода в эксплуатацию отдельных частей сооружения и т.д. Проекты инженерных сооружений разрабатываются специализированными проектными организациями и состоят из нескольких частей: архитектурной, строительной, технологической и экономической. В архитектурно-строительных разделах проекта содержатся данные о назначении, размещении и компоновке сооружения, принятых конструктивных решениях, размерах и организации строительства, а также другие сведения, необходимые для осуществления строительных работ. Технологическая часть проекта определяет технологию и организацию строительно-монтажных работ, используемую технику и оборудование. Здесь 13 рассматриваются вопросы механизации и автоматизации процесса строительного производства. В экономической части проекта устанавливаются целесообразность строительства сооружения и его сметная стоимость. Смета является документом, определяющим финансирование строительства и контроль над правильным расходованием средств инвестора. Смета включает полную стоимость строительства сооружения со всеми затратами по подготовке и осуществлению строительства и его пуска в эксплуатацию. Проектирование сооружений осуществляется в несколько стадий, обычно это две стадии: технический проект и рабочие чертежи. Но также проектирование может выполняться в одну стадию, совмещающую технический проект и рабочие чертежи. При проектировании крупных строительных комплексов и особо важных сооружений для подтверждения экономической целесообразности и хозяйственной необходимости предполагаемого строительства разрабатывается так называемое технико-экономическое обоснование (ТЭО), в котором решаются принципиальные вопросы необходимости и значимости возводимого объекта. ТЭО состоит из пояснительной записки с прилагаемыми к ней расчётами, таблицами и графиками, отражающими основные проектные и технические решения, содержащими сведения об объёмах работ и эффективности использования выделяемых средств. Проект строительного объекта разрабатывается на основе технического задания на проектирование. В задании определяются район и место предполагаемого строительства, основные параметры сооружения, источники снабжения сырьём, топливом, водой и электроэнергией. Приводятся сведения о размерах вкладываемых средств, стадийность и другие, необходимые для реализации строительства показатели. В техническом проекте даётся оценка архитектурно-планировочных и конструктивных решений, приводятся обоснования решений по инженерному оборудованию и технологической части проекта, решений вопросов изготовления строительных элементов и конструкций, приводится сметная стоимость строительства и основные технико-экономические показатели. Рабочие чертежи разрабатываются на основе технического проекта и слу14 жат исходной документацией для непосредственной реализации строительномонтажных работ на объекте. К примеру, состав проекта жилого дома может быть представлен следующей документацией.  Общая часть, включающая генеральный план строительного объекта, основные сведения и комплектацию; пояснительную записку с описанием строительных конструкций и указаний по производству работ.  Архитектурно-строительная часть, включающая чертежи фасадов и их фрагменты; планы фундаментов и их сочетания; планы перекрытий и кровли; разрезы по характерным частям сооружения; строительную часть лифтов, систем вентиляции и каналов коммуникаций и др.  Чертежи и спецификация по отоплению, вентиляции, водоснабжению и канализации, электроснабжению и слаботочных устройств.  Смета проекта и др. На всех стадиях проектирования объекта используется разнообразная геодезическая продукция и соответствующая ей документация. Это топографические планы, координаты и высоты характерных точек проекта, материалы аналитической подготовки и планировки территории, специальные проекты производства геодезических работ (ППГР) и др. Основные положения, которые необходимо соблюдать при проектировании и строительстве инженерных сооружений, определяются нормативными документами - Государственными стандартами (ГОСТ) и Строительными нормами и правилами (СНиП). ГОСТ(ы) определяют стандарты на техническую документацию (чертежи, нормы расчёта), на строительные материалы (например, на кирпич, бетон, стекло), на конструкции и изделия (балки, колонны, оконные блоки, двери), на методы их испытаний, контроля качества и др. Государственные стандарты - основная категория стандартов в СССР, сегодня межгосударственный стандарт в СНГ. Принимается Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (МГС). В советские времена все стандарты являлись обязательными для применения в тех областях, которые определялись преамбулой самого стандарта. 15 В Российской Федерации федеральным законом о техническом регулировании № 184-ФЗ от 27 декабря 2002 года разделены понятия «технический регламент» и «стандарт», в связи с чем все стандарты должны утратить обязательный характер и применяться добровольно. До 1 сентября 2011 года, до принятия соответствующих технических регламентов, закон предусматривал обязательное исполнение требований стандартов в части, соответствующей целям защиты жизни или здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального имущества; охраны окружающей среды, жизни или здоровья животных и растений; предупреждения действий, вводящих в заблуждение приобретателей. C 1 сентября 2011 года все нормативные правовые акты и нормативные документы в области технического регулирования, не включенные в перечень обязательных, имеют добровольное применение. Строительные нормы и правила (СНиП) это совокупность принятых органами исполнительной власти нормативных актов технического, экономического и правового характера, регламентирующих осуществление градостроительной деятельности, а также инженерных изысканий, архитектурно-строительного проектирования и строительства. В СНиП(ах) содержатся основные положения по проектированию и строительству городов и населённых пунктов, всех видов зданий и сооружений, выбору и проектированию конструкций и инженерного оборудования, определению сметной стоимости строительства. При проектировании и строительстве инженерных сооружений кроме отмеченных нормативных актов используются также СП (своды правил), ТУ (технические условия), ВСН (ведомственные строительные нормы), РДС (руководящие документы в строительстве), ТСН (территориальные строительные нормы), СТП (стандарты предприятий строительного комплекса), инструкции и другие нормативные документы. 16 2. СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ 2.1. Общие понятия Строительство — одна из главнейших ведущих отраслей материального производства, в значительной мере определяющая темпы развития всех остальных отраслей народного хозяйства, повышения материального благосостояния и культуры всего народа. С развитием строительных технологий, строительство, с его масштабами и темпами, неразрывно связано с выполнением программы создания материально-технической базы в стране. Субъекты строительной деятельности. Строительство (в широком смысле) включает деятельность следующих субъектов.  Инвесторы — лица, осуществляющие капитальные вложения с использованием собственных и (или) привлеченных средств.  Застройщики — физические или юридические лица, обеспечивающие на принадлежащих им земельных участках строительство, реконструкцию, капитальный ремонт объектов капитального строительства. Застройщиками также инициируется выполнение инженерных изысканий, подготовку проектной документации для их строительства, реконструкции, капитального ремонта.  Заказчики — уполномоченные на то инвесторами физические и юридические лица, которые осуществляют реализацию инвестиционных проектов. При этом они не вмешиваются в предпринимательскую и (или) иную деятельность других субъектов инвестиционной деятельности, если иное не предусмотрено договором между ними. Заказчиками могут быть инвесторы. Заказчик, не являющийся инвестором, наделяется правами владения, пользования и распоряжения капитальными вложениями на период и в пределах полномочий, которые установлены договором и (или) государственным контрактом.  Подрядчики — физические и юридические лица, которые выполняют работы по договору подряда и (или) государственному или муниципальному контракту. 17 Кроме того в строительном процессе участвуют саморегулируемые организации изыскателей, проектировщиков и строителей, профессиональные научные и творческие организации (например, Союз архитекторов России),  Государство в лице органов государственной власти и местного самоуправления является специфическим субъектом строительной деятельности. Оно определяет градостроительную и жилищную политику, осуществляет правовое (в том числе техническое) регулирование, а также государственный строительный надзор. В простых случаях (например, индивидуальное жилищное строительство) инвестор, застройщик, заказчик и подрядчик могут совпадать в одном лице, а саморегулируемые и иные некоммерческие организации — не участвовать в таких отношениях вовсе. Объектами строительства являются здания и сооружения. Здания это объемные строительные системы, имеющие надземную и (или) подземную части. Здания включают помещения, сети инженерно-технического обеспечения и системы инженерно-технического обеспечения и предназначены для проживания и (или) деятельности людей, размещения производства, хранения продукции или содержания животных. В соответствии с назначением зданий их разделяют на жилые и нежилые. К жилым зданиям можно отнести гостиницы, общежития, пансионаты, жилые дома. Общественные здания - это зрелищные, лечебные, спортивные, торговые, административные, учебные и другие. Всё это гражданские здания. Промышленные или производственные здания – это заводы, фабрики, электростанции и пр. К транспортным зданиям можно отнести гаражи, ангары, вокзалы, депо. Сельскохозяйственные здания – это теплицы, зверофермы, птицефабрики, зернохранилища и другие. Более подробно вопросы строительства рассмотрены, например, в [22]. Сооружения это объемные, плоскостные или линейные строительные системы, имеющие наземную, надземную и (или) подземную части, состоящие из несущих, а в отдельных случаях и ограждающих строительных конструкций и предназначенные для выполнения производственных процессов различного вида, хранения продукции, временного пребывания людей, перемещения людей и грузов: К сооружениям относят плотины, мосты, шахты, башни, причалы, аэро 18 дромы, резервуары, линии электропередачи, трубопроводы, автомобильные и железные дороги, туннели т.п. Деление зданий и сооружений на отдельные группы является в некоторой степени условным, поскольку ряд зданий может быть одинаково отнесён к любой из приведённых групп. Все строительные объекты по большому счёту можно назвать сооружениями. Рис. 2.1. Процесс сборного строительства Виды строительства. В зависимости от назначения строящихся объектов различают следующие виды строительства: Промышленное (заводы, фабрики).  Транспортное (дороги, мосты, туннели).  Гражданское (жилые дома, общественные здания).  Военное (объекты военного назначения).  Гидротехническое (плотины, дамбы, каналы, берегоукрепительные сооружения и устройства, водохранилища).  Гидромелиоративное (системы орошения, осушения). Рост объемов капитального строительства требует ещё более ускоренного развития и технического совершенствования всей строительной индустрии, а так же увеличения выпуска строительных материалов высочайшего качества, в то  19 же время требует сокращения сроков и снижения стоимости строительномонтажных работ. Рис. 2.2. Изготовление конструкции в опалубке Индустриализация является главным направлением развития строительства, превращающим строительное производство в механизированный поточный процесс сборки и монтажа зданий и сооружений из конструкций заводского изготовления. Кроме технологии сборного строительства значительное развитие приобретают методы монолитного домостроения. Здания могут собираться из отдельных конструктивных элементов, изготавливаемых на заводах железобетонных конструкций (рис.2.1), но могут строиться по технологии монолитного домостроения, при которой конструкции зданий и сооружений или его части отливаются непосредственно в местах их проектной установки (рис. 2.2). Деление объектов строительства по признаку применяемых технологий на сборные и монолитные несколько условно, поскольку при возведении зданий всё чаще применяют сочетания этих методов. Сборные конструкции позволяют максимально механизировать строительный процесс, переводя его на индустриальные рельсы, сократить сроки строительства и снизить трудовые затраты на строительной площадке. Особенно эффективен сборный железобетон при членении сооружения на небольшое ко20 личество различных типов повторяющихся элементов. При изготовлении сборных конструкций в заводских условиях можно широко применять наиболее прогрессивную технологию приготовления, укладки и обработки бетонной смеси. Сооружения из сборных элементов уступают монолитным конструкциям по прочности, особенно в зонах сейсмической активности. Монолитные конструкции применяют в сооружениях, трудно поддающихся членению, или в объектах, которые могут быть возведены без подмостей в скользящей или переставной опалубке (например, высотные и сверхвысотные здания, градирни, водонапорные башни, дымовые трубы и др.). Монолитное домостроение предпочтительно также в зонах повышенной сейсмоактивности. Монолитные конструкции, как правило, используют при устройстве резервуаров, плавательных бассейнов, фундаментов высотных зданий и под тяжёлое оборудование. Монолитное строительство позволяет создавать многообразные неординарные конструктивные и архитектурные формы. 2.2. Конструктивные элементы и схемы зданий В зависимости от назначения здания делятся на гражданские, промышленные и сельскохозяйственные. К гражданским зданиям относятся: жилые здания — дома, общежития, гостиницы; общественные здания — больницы, санатории, школы, магазины, клубы, театры; спортивные сооружения. В промышленные здания входят: производственные здания фабрик и заводов, склады, мастерские, мельницы, элеваторы и др. К сельскохозяйственным зданиям относятся: коровники, конюшни, здания птицеферм, склады, ремонтные мастерские. Здания должны удовлетворять требованиям капитальности, экономичности и архитектурной выразительности. Капитальность зданий характеризуется степенью его огнестойкости и долговечностью. Здания по огнестойкости подразделяются на пять степеней в зависимости от возгораемости и минимального предела огнестойкости отдельных конструкций зданий. Предел огнестойкости строительных конструкций, т.е. сопротивление их воздействию огня, характеризуется временем в часах, по истечении которого в конструкции образуются сквозные трещины и она разрушает21 ся. Например, предел огнестойкости кирпичной стены толщиной 25 см составляет 5,5ч., перекрытий и покрытий из железобетонных плит 1—1,5ч., деревянной стены толщиной 16 см — 0,75ч. Здания большой протяженности, выстроенные, из сгораемых или трудносгораемых материалов, должны разделяться на отсеки противопожарными преградами — стенками из несгораемых материалов. Назначение таких преград — препятствовать распространению огня по всему зданию. Долговечность зданий определяется сроком службы ограждающих конструкций без потери ими эксплуатационных качеств при заданном режиме эксплуатации. В зависимости от срока службы ограждающие конструкции делятся на три степени долговечности: I — срок службы не менее 100 лет, II — не менее 50 лет; III — не менее 20 лет. Все здания независимо от материала, из которого они выполнены, состоят из конструктивных элементов, имеющих определенное функциональное назначение и в соответствии с этим подразделяющихся на две основные группы: несущие и ограждающие и конструкции смешенного типа. Несущие конструкции служат для восприятия нагрузок, возникающих в зданиях и сооружениях от масс оборудования, снега и других, выше расположенных конструкций. К ним относятся фундаменты, стены, опоры, покрытия и перекрытия. Несущие конструкции в совокупности образуют пространственную систему, называемую остовом сооружения или каркасом. Ограждающие конструкции служат для разделения помещений, а также для их защиты от атмосферных воздействий. К ним относят наружные и внутренние стены, перекрытия, полы, перегородки, заполнения оконных и дверных проёмов. Ограждающие конструкции защищают помещения, расположенные в здании, от атмосферных воздействий, отделяют их друг от друга и обеспечивают в них необходимые влажностно-температурные и звукоизоляционные условия. К ограждающим конструкциям относятся покрытие или крыша, фонари (световые), перегородки, двери, окна. Фундаментом называется часть здания, расположенная ниже уровня земли. Фундамент воспринимает нагрузки от здания и передает (распределяет) их на основание (грунт). Плоскость, которой фундамент опирается на грунт, называется подошвой фундамента. 22 Расстояние по вертикали от поверхности земли до подошвы фундамента называется глубиной заложения фундамента. Верхняя часть массива фундамента называется его телом, а нижняя, обычно уширенная, — подушкой. Несущие и ограждающие конструкции совмещают функции как несущих, так и ограждающих конструктивных элементов. Таковыми, например, бывают внешние или внутренние стены некоторых конструкций зданий. В зависимости от количества этажей здания делятся на одноэтажные, многоэтажные, повышенной этажности и высотные, а также небоскрёбы. Основные схемы конструктивных решений гражданских зданий таковы:  бескаркасные, т.е. здания с несущими стенами;  каркасные, т.е. с несущим каркасом;  из объёмных блоков. Бескаркасные здания представляют собой конструкции, объединяющие наружные и внутренние стены в единый стеновой остов. Этот остов, являясь одновременно ограждающей и несущей конструкцией, воспринимает все нагрузки: ветровые, от покрытий и перекрытий. В каркасных схемах нагрузки воспринимает система вертикальных и горизонтальных элементов, связанных между собой в виде этажерки. Вертикальными элементами служат колонны, а горизонтальными – балки, прогоны и ригели перекрытий. В зданиях с полной каркасной системой колонны устанавливают во всех точках пересечения осей планировочной схемы (внутри здания и по его периметру), а стены, которые служат только ограждающими конструкциями, навешивают на горизонтальные элементы, называемые рандбалками. Если в каркасном здании промежутки между колоннами каркаса заполняют панелями, здание называется каркасно-панельным. При массовом строительстве жилых домов высотой до 16 этажей во второй половине прошлого столетия успешно применялась панельная схема строительства жилых зданий. Крупнопанельные здания собирают из железобетонных стеновых панелей и панелей перекрытия размером на комнату. Широкое распространение в жилищно-гражданском строительстве получили так называемые объёмно-пространственные блоки. Объёмными блоками называют крупные железобетонные коробки, вмещающие отдельные помещения 23 (кухни, санузлы и др.) и даже квартиры, изготовляемые в заводских условиях. Такие блоки доставляют на строительную площадку и монтируют в готовом виде с настланными полами, остеклёнными окнами, законченной внутренней и лицевой отделкой, полным санитарно-техническим и электротехническим оборудованием. Блоки могут быть несущими и ненесущими, сборными и монолитными. Рис. 2.3. Одноэтажное промышленное здание с железобетонным каркасом 1 – фундаменты под колоннами; 2 – колонны наружного ряда; 3 – колонны внутреннего ряда; 4 – подкладка; 5 – фундаментная балка; гидроизоляция; 7 – подкрановая балка; 8 – колонна с консолью; 9- ферма; 10 – покрытие; 11 - колонна торцевой стены; 12 – самонесущая стена. Промышленные здания и сооружения выполняют, как правило, каркасными. Каркасы бывают железобетонными, металлическими и смешанными. Образец такого каркаса приведён на рис. 2.3. Каркасы могут быть сборными и монолитными. В бескаркасных сооружениях в качестве несущих элементов часто проектируют отдельно стоящие опоры из железобетона, стали или кирпича. 24 Основными элементами железобетонного каркаса являются фундаменты, фундаментные балки, колонны, подкрановые балки, стропильные балки и фермы. Дадим описание некоторых конструктивных элементов. Стена – вертикальная конструкция с плоскими либо криволинейными поверхностями, предназначенная для отделения помещения от внешнего пространства или от соседних помещений. Стены могут быть несущими, ограждающими и самонесущими. Рис. 2.4. Части и основные конструктивные элементы здания. 1 – фундаменты; 2- наружная стена; 3 – внутренняя стена; 4 – междуэтажное перекрытие; 5 – оконный проём; 6 – чердачное перекрытие; 7 – стропильная нога; 8 – кровля; 9 – стойка и подкос; 10 – слуховое окно; 11 – перегородка; 12 – дверной проём; 13 – цокольное перекрытие; 14 – пол подвала. Стены зданий, которые опираются на фундамент и, кроме нагрузок от собственного веса, воспринимают нагрузки от перекрытий и покрытия (крыши), называются несущими. Стены, опирающиеся на фундамент, но воспринимающие нагрузку от собственного веса на всю высоту здания и ветровую нагрузку, называются самонесущими. Стены, опирающиеся на каркас здания и воспринимающие нагрузки от собственного веса и ветра в пределах одного этажа, называются ненесущими (рис. 2.4). В зданиях с наружными самонесущими и ненесущими стенами нагрузки от перекрытий и покрытий передаются на каркас здания или 25 внутренние поперечные несущие стены здания. Наружные стены одновременно служат вертикальным ограждающим элементом зданий. Наружные стены являются основной частью здания, определяющей его архитектурный облик. Внутренние стены одновременно выполняют функции несущих и ограждающих конструкций; они воспринимают нагрузки от перекрытий и делят здание на отдельные помещения; внутренние стены могут быть продольными и поперечными. Отдельные опоры (столбы, колонны) служат для поддержания горизонтальных элементов здания или внутренних и наружных ограждений и передачи от них нагрузок через фундаменты на грунт. Перекрытие предназначено для разделения здания на этажи и ярусы и для восприятия нагрузки от массы оборудования, материалов, мебели, людей и т.п. Перекрытия обеспечивают пространственную жесткость здания. Перекрытие бывает цокольным (в уровне верха фундамента), междуэтажным и чердачным (между верхним этажом и крышей). Крыша - верхнее ограждение здания. Водонепроницаемая оболочка крыши называется кровлей. Кровля защищает здание от атмосферных осадков. Пространство между крышей и верхним перекрытием здания называется чердаком. В некоторых случаях чердачное перекрытие объединяется с крышей, образуя бесчердачное покрытие или совмещенную крышу. Перегородки устанавливаются на перекрытиях и делят этажи на отдельные помещения или комнаты; кроме собственного веса они никакой нагрузки не несут. Лестницы служат для сообщения между этажами. Они располагаются в лестничных клетках, которые прорезают здание снизу доверху. Колонной называют самонесущую или несущую вертикальную конструкцию прямоугольного или криволинейного сечения, поддерживающую балки или плиты. Ригель – это главная балка, опирающаяся на стены, колонны или стойки и соединяющая их в единый каркас. На ригель опираются второстепенные балки и плиты перекрытия. Фермой называется деревянная, металлическая или железобетонная жест26 кая стержневая конструкция, перекрывающая большие пролёты между двумя стенами или пролётами. Каркас многоэтажных промышленных зданий состоит из колонн и балочных или безбалочных междуэтажных перекрытий и покрытия. В зданиях с балочными перекрытиями ригели и колонны связаны между собой в узлах сваркой закладных деталей, т. е. шарнирно, в этом случае каркас в целом воспринимает только вертикальные нагрузки. Рис. 2.5. Многоэтажное здание с балочными перекрытиями Такая конструктивная схема здания называется связевой. Ветровые и другие горизонтальные нагрузки воспринимают перекрытия, которые передают их на торцовые стены и стены лестничных клеток. Иногда устраивают специальные стены или диафрагмы для обеспечения жесткости и устойчивости каркасного здания связевой системы. Многоэтажные здания могут также иметь каркас рамной конструкции. В этом случае поперечными железобетонными рамами с жесткими узлами обеспечивается пространственная жесткость здания. 27 Балочная схема многоэтажных зданий является наиболее распространенной. При этой схеме в поперечном направлении располагаются ригели, опирающиеся на консоли колонн, а по ригелям укладываются сборные железобетонные ребристые или пустотелые настилы. Настилы, укладываемые вдоль разбивочных осей ряда колонн, имеют вырезы для пропуска колонн (рис. 2.5). Ригели имеют тавровое поперечное сечение. В некоторых случаях для уменьшения высоты перекрытия применяют ригели трапецеидального сечения с четвертями для опирания настилов. Колонны делают высотой на этаж, при этом стыки колонн располагаются не в уровне междуэтажного перекрытия, а на 60 см выше него. Для унификации размеров всех сборных элементов сечения колонн, ригелей и настилов перекрытий всех этажей принимают одинаковыми. Узлы и стыки сборных элементов выполняются сваркой закладных стальных частей с последующим замоноличиванием (рис. 2.6). Рис. 2.6. Сопряжение элементов каркаса. а — ригелей и настилов; б, в — ригелей с колоннами; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — настил. 28 Стальные планки, заложенные в нижнем поясе ригелей, привариваются к планкам, заложенным в консоли колонн. Планки в консолях шире планок ригелей, благодаря чему сварные швы накладываются в нижнем положении, самом удобном для производства сварочных работ. Поверху ригели соединяются стыковыми накладками, которые обнимают колонну с двух сторон и привариваются к закладным планкам верхнего пояса ригелей. Вертикальные зазоры между торцами ригелей и колонной заполняют бетонной смесью на мелком гравии или цементным раствором. Элементы настила соединяются с ригелями сваркой закладных деталей. Рис. 2.7. Многоэтажное промышленное здание со сборными безбалочными перекрытиями. Вместо ригелей могут быть применены парные прогоны, которые опираются на консоли вдоль разбивочных осей колонн. На прогоны укладываются многопустотные настилы. Швы между элементами настила замоноличиваются. Перекрытие получается с гладким потолком, что является большим преимуществом перед перекрытием с ребристым настилом. Безбалочная схема многоэтажных промышленных зданий в сравнении с балочной обеспечивает большую полезную высоту помещений так как само перекрытие имеет меньшую высоту (рис.2.7). Основные несущие элементы безбалочного перекрытия — это колонны с капителями, на которые опираются многопустотные надколонные панели тол- 29 щиной 30 см. На надколонные панели в свою очередь опираются пролетные панели перекрытия толщиной 16 см. Капители имеют форму усеченной пирамиды с квадратным основанием и с отверстием посередине, через которое проходит колонна. Капитель выполняет роль обоймы стаканного типа, которая охватывает верхушку колонны, опирается на консоли колонны и скрепляется с ними путем приварки закладных деталей. Поэтажный стык колонн осуществляется в пределах капители. Сборные безбалочные перекрытия сложны в монтаже и неэкономичны по расходу бетона и стали, поэтому применяются редко. Более экономичными являются сборно-монолитные безбалочные перекрытия, которые устроены следующим образом: плоская железобетонная плита с отверстием посередине для пропуска колонны служит капителью; на капители опираются межколонные предварительно напряженные многопустотные панели, на которые в свою очередь опираются пролетные панели (рис. 2.8). По межколонным панелям укладывается арматурная сетка, которая сваривается с выпусками арматуры пролетных панелей и заполняется бетоном. Такая сборно-монолитная конструкция безбалочного перекрытия благодаря тому, что элементы не разрезаны, отличается большой жесткостью. Достоинство сборномонолитного перекрытия — значительно меньший расход бетона и стали по сравнению со сборным; недостаток — применение монолитного бетона. Рис. 2.8. Сборно-монолитное безбалочное перекрытие (а — план; б — разрез) 30 Стены гражданских зданий должны обладать достаточной прочностью и устойчивостью при действии на них вертикальных и горизонтальных нагрузок. Кроме того, к стенам предъявляются требования долговечности и огнестойкости в соответствии с классом капитальности здания, требования высокого качества теплозащитных и звукоизоляционных свойств. Стены современных гражданских зданий подразделяются на стены из каменной кладки и стены из сборных крупноразмерных элементов. Долговечность стен обеспечивается применением материалов, удовлетворяющих требованиям влагостойкости, морозостойкости, биостойкости, стойкости против коррозии, высокой температуры и других воздействий внешней среды. Стальные закладные крепежные детали — связи, узлы элементов стен — должны иметь такую степень долговечности, как и вся ограждающая конструкция. Основные элементы стен в зависимости от их назначения имеют свои наименования. Нижняя часть наружной стены, возвышающаяся непосредственно над землей, называется цоколем (рис. 2.9). Цоколь защищает стену от увлажнения и механических повреждений. Верхняя грань цоколя выступает из плоскости стены; она называется обрезом (должен быть особенно водоустойчивым). Цокольная часть стены оштукатуривается или выполняется из прочных долговечных материалов — железобетонных панелей, цокольных балок, блоков, хорошо обожженного кирпича, естественного камня. Горизонтальные профилированные выступы на стенах называются поясками, карнизами. Карниз, расположенный по верху стены, называется венчающим. Карнизы отводят от стен дождевую воду, предохраняя их от увлажнения. Иногда стены здания выводятся выше венчающего карниза, образуя парапет (рис. 2.10). Вертикальные профилированные выступы на стенах называются пилястрами или раскреповками. Наружные стены имеют оконные и дверные проемы. Часть стены, расположенная в одном этаже между окнами, называется простенком; различают простенки рядовые и угловые. Боковые и верхняя грани оконных и дверных проемов образуют наружные и внутренние откосы. Низ оконного проема внутри 31 здания оформляется в виде подоконника, а снаружи — в виде подоконного слива. Рис. 2.9. Наружная стена жилого здания. 1 — цоколь; 2 — гидроизоляция; 3 — отмостка; 4 — подвальное перекрытие; 5 — подоконный слив; 6 — наружный оконный откос; 7 — внутренний оконный откос; 8 — междуэтажное перекрытие; 9 — чердачное перекрытие; 10 — кровля; 11 — чердак; 12 — стена подвала; 13 — фундамент Подоконные сливы и карнизы должны быть выполнены из влагостойких и морозостойких материалов, защищены водонепроницаемым покрытием и иметь уклон для стока воды от стены. Стены зданий возводятся из крупных панелей, крупных бетонных или кирпичных блоков, кирпича, керамических камней, естественного камня, дерева и других материалов. 32 Рис. 2.10. Глухой парапет Крупнопанельные стены монтируются из крупноразмерных плит или панелей размером по высоте на этаж и по ширине на одну или две комнаты (рис. 2.11). В каркасных зданиях применяются простеночные панели высотой на два этажа. Панели крепятся к элементам каркаса или к перекрытиям здания путем сварки закладных стальных деталей и замоноличивания стыков и швов. Стеновые панели имеют высокую степень заводской готовности; с наружной стороны они оштукатурены или облицованы, а с внутренней подготовлены под окраску или оклейку обоями. В стеновые панели на заводах заделывают оконные и дверные блоки с остекленными переплетами и дверными полотнищами. В панели также заделываются на заводе элементы (трубы) водопровода, отопления, скрытой электропроводки. Рис. 2.11. Крупноразмерные наружные стеновые панели В жилых зданиях с поперечными несущими стенами наружные самонесущие стены выполняются из утепленных бетонных, виброкирпичных и виброкерамических панелей. 33 В зданиях с каркасным остовом панели наружных стен являются панелями навесного типа; они крепятся к стойкам и панелям междуэтажных перекрытий на сварке. Панели навесного типа выполняются в виде утепленной вибропрокатной железобетонной ребристой плиты. В опытном порядке применяются панели асбестоцементные, панели с утеплителем и из слоистых пластиков с сотовидным утеплителем. По температурному режиму здания можно разделить на отапливаемые и неотапливаемые, а по материалам основных конструкций на каменные (кирпичные), металлические, деревянные, железобетонные и смешенного типа. Здания или сооружения большой протяжённости разделяют на отдельные отсеки деформационными (осадочными, температурными) швами, исключающими повреждения конструкций этих сооружений от внутренних температурных напряжений, от неравномерных осадок фундаментов и других неблагоприятных факторов. Количество швов и их размещение зависит от конструктивного решения здания или сооружения, от состояния грунтов в районе строительства и других причин. 2.3. Основания и фундаменты Сооружения, возводимые на дневной поверхности, опираются на грунт, т.е. горную породу, располагающуюся под возводимым сооружением. Грунты под сооружением называют основанием, воспринимающим давление от возводимого здания. Грунты основания могут быть однородными и неоднородными. Основания называются однородными, если они состоят из одного грунта, и неоднородными, если состоят из нескольких слоев грунта. Основания могут быть естественными и искусственными. Они должны быть прочными, устойчивыми, морозостойкими и не должны вспучиваться или проседать. Осадки оснований должны быть равномерными. Естественным основанием служат грунты, способные в своём природном состоянии выдерживать нагрузку от возводимого здания. К ним относятся скальные, обломочные, песчаные, глинистые, суглинистые, супесчаные и лессовые грунты. 34 Скальные грунты - это изверженные, осадочные и метаморфические породы, которые имеют жесткую связь между частицами. Скальные породы залегают сплошным или трещиноватым слоем, но, несмотря на это, скальные породы как основание обладают большой прочностью. Нескальные породы - крупнообломочные, песчаные и глинистые. Обломочные грунты в основном состоят из обломков различных скальных пород – это щебень, гравий. Скальные и обломочные грунты являются наиболее надёжными естественными основаниями, практически несжимаемыми. Песчаные грунты – частицы обломочного материала, размерами 0,1 – 3 мм, бывают гравелистые, крупные, мелкие и пылеватые. Песчаные грунты, как и обломочные не обладают свойством пучения при замерзании и просадок при оттаивании и могут служить хорошим естественным основанием при возведении различных сооружений. Глинистые грунты состоят из очень мелких частиц и обладают свойством впитывать и удерживать воду. Сухая глина может выдерживать значительные осадки, однако во влажном состоянии глинистые грунты могут изменять свой объём. Глинистые грунты могут сжиматься, размываться и при замерзании вспучиваются. Это самый неприятный грунт для возведения фундамента, который в этом случае должен быть заложен на всю глубину промерзания Суглинистые и супесчаные грунты являются смесью песка глины и пылеватых частиц в разных пропорциях. Супеси, разжиженные водой, называются плывунами и вследствие своей подвижности в качестве оснований являются мало пригодными. Лёсс по своим свойствам относится к группе пылеватых суглинков и при замачивании водой размокает и сильно уплотняется, образуя просадки. Поэтому, при использовании просадочных грунтов в качестве оснований принимаются меры, устраняющие возможность их замачивания. Например, сооружается дренаж. Уровень подземных, грунтовых вод оказывает существенное влияние на поведение многих грунтов. Более хорошими условиями для будущего фундамента будут условия, при которых глубина промерзания меньше глубины грунтовых вод. И, наоборот, тяжелыми условиями считаются условия, когда глубина промерзания больше глубины грунтовых вод. В последнем случае по мере уси35 ления морозов будет увеличиваться и глубина промерзания грунта. Когда глубина промерзания достигнет уровня подземных грунтовых вод, начнется их превращение в лед, а вместе с этим и вспучивание, "вздутие" грунта. Это неприятное явление омрачается еще и тем, что это вспучивание практически никогда не бывает равномерным и в разных местах фундамента подъем грунта будет неравномерным. Следствие этого - перекос фундамента, перераспределение нагрузок в нем и во всем строении, возможность появления трещин, как в самом фундаменте, так и в стенах дома. Если бы процесс шел равномерно, то проблеме вспучивания грунта не следовало бы уделять столько внимания - зимой дом равномерно приподнялся, а весной равномерно опустился. К сожалению, это не достижимо и по ряду других причин. Искусственные основания устраивают путём укрепления слабых грунтов различными способами: уплотнением, цементацией, силикатизацией, битумизацией или термическим способом. Фундамент - одна из самых ответственных частей здания, воспринимающая нагрузку от надземных частей здания. Фундаментом называется подземная часть здания, передающая нагрузку от надземных частей здания на основание. Рис. 2.12. Ленточный фундамент Подошвой фундамента называется нижняя часть фундамента, совмещенная с поверхностью основания. Глубиной заложения фундамента называется 36 расстояние от планировочной отметки до подошвы фундамента. Основанием называется толща грунта, воспринимающая нагрузку от сооружения. Фундаменты, как любые конструктивные элементы сооружения, должны соответствовать предъявляемым к ним требованиям: прочности, долговечности, экономичности, устойчивости. Конструкция фундамента зависит от характера зданий или сооружений, степени чувствительности их к возможным осадкам, геологических и гидрологических условий участка, на котором будет осуществляться постройка; еще один немаловажный фактор — наличие местных строительных материалов. Ленточные фундаменты (рис. 2.12, рис. 2.13) являются наиболее распространёнными. Их используют при возведении домов любого типа, в том числе с тяжелыми стенами, цокольными этажами и подвалами. Ленточные фундаменты прокладываются сплошной линией под всеми наружными и внутренними капитальными стенами. Собственно, сам ленточный фундамент и представляет собой стенку - высокую или не очень (в зависимости от глубины заложения). Для устройства ленточного фундамента сначала роется котлован. Внутри него размечается линия фундамента. По этой линии устанавливают опалубку - пустотелые временные стены для заливки бетона (рис.2.13). Рис. 2.13. Разрез ленточного фундамента После того как опалубка смонтирована, в нее помещают укрепляющую металлическую арматуру, а затем заливают бетоном. Оставшиеся пустоты между стенками построенного фундамента заполняют тем же самым грунтом, который был снят при рытье котлована (строители это называют обратной засып37 кой). Затем грунт трамбуется, и на нем при необходимости устраивается бетонный пол подвала или цокольного этажа. Стены фундамента в этом случае становятся стенами цокольного этажа или подвала. На стены фундамента устанавливают горизонтальные перекрытия - сплошные или в виде балок, после чего приступают к возведению стен дома. Рис. 2.14. Вид плитного фундамента Плитные фундаменты тоже достаточно популярны и распространены. Благодаря жесткой конструкции - монолитной плите, выполненной под всей площадью здания, им не страшны никакие перемещения грунта: плита двигается вместе с ним, предохраняя от разрушения конструкции дома. Поэтому подобного рода фундаменты также называют плавающими. Сплошная плита плавающих фундаментов изготавливается из железобетона и имеет жесткое армирование по всей несущей плоскости. Это еще увеличивает их устойчивость к нагрузкам, возникающим при замораживании, оттаивании и просадке грунта. Плитные фундаменты сооружают в основном на проблемных грунтах пучинистых и просадочных. Их применение особенно оправдано на влажных грунтах с высоким уровнем стояния грунтовых вод. Плитные фундаменты оказываются идеальными для создания водонепроницаемой защиты подвалов и цокольных этажей. Например, здание ЦУМа в Москве, построенное над речкой Неглинкой, покоится на сплошном монолитном фундаменте 38 Рис. 2.15. Столбчатый фундамент Для постройки плитного фундамента сначала роют котлован, затем его утрамбовывают и делают на дне подушку из слоя песка и слоя гравия. Сверху на них укладывают гидроизоляционный материал. Поверх гидроизоляции наливают тонкий слой бетона. А затем укладывают арматуру и закачивают в котлован бетонный раствор. На сооруженной таким образом плите устраивается ленточный монолитный фундамент под несущие стены дома. В дальнейшем фундаментная плита может стать полом цокольного этажа. Столбчатые фундаменты для гражданских зданий используют под деревянные дома с легкими стенами и без подвалов - рубленые, каркасные, щитовые. Столбы возводятся во всех углах и в точках пересечения стен. Столбы могут изготавливаться из различных материалов - бетона, природного камня, кирпича. Расстояние между столбами обычно не превышает 2,5-3,0 метров. Для создания жесткой устойчивой конструкции по верху столбов укладываются обвязочные балки (металлические или деревянные). Применение таких фундаментов на площадках с перепадом высот невозможно: возникает опасность их опрокидывания из-за бокового давления грунта. Столбчатые фундаменты промышленных зданий и сооружений могут иметь некоторые конструктивные различия (рис. 2.16). Так, колонны могут устанавливаться на сборный железобетонный фундамент-башмак (рис. 2.16, а и г) или бутовый фундамент под несущие элементы в виде кирпичных столбов (рис. 2.16, б). Если несущими элементами являются каменные или железобетонные 39 стены, то их устанавливают на фундаментную балку, опирающуюся на собственно столбчатый фундамент (рис. 2.16, в, г). Рис. 2.16. Конструкции столбчатых фундаментов Свайные фундаменты (рис. 2.17) используют там, где верхний слой грунта не может выдержать большую тяжесть, а снимать его до более плотных слоев и ставить фундамент на них оказывается слишком дорогой затеей - по той причине, что они начинаются чересчур глубоко. Их также используют при высоком уровне стояния грунтовых вод и на плывунах. Свайные фундаменты характерны, например, для Венеции и Санкт-Петербурга. Сваи - это столбы с заостренным нижним концом. Их забивают или вворачивают в землю. По понятным причинам винтовые сваи более устойчивы. Они подобны гигантским шурупам, но вкручиваются с помощью малогабаритного оборудования. Подобная технология способствует сохранению первозданного 40 ландшафта и оказывает минимальное техногенное воздействие на строительной площадке и вокруг нее. Рис. 2.17. Конструкция свайного фундамента Проходя сквозь слабые слои грунта, свая упираются в более твердые породы и передает им нагрузку от здания. Несущая способность одной сваи обычно находится в пределах от 2 до 5 тонн, то есть это подходящий вариант для крупногабаритного строительства. Для создания жесткой конструкции верхняя часть всех свай соединяется балками или монолитной плитой (рис. 2.18). Фундамент на свайной опоре называют ростверком. Но иногда сваи не забивают и не вворачивают, а изготовляют непосредственно в грунте. В этом случае бурят скважину, в нее вставляют арматурный каркас или полые трубы, после чего скважину заливают бетоном. Затем бетон обязательно уплотняется утрамбовкой или вибрацией. Чем такие сваи отличаются от столбов, образующих фундаменты столбчатого типа? Принципиально ничем, только размером и несущей способностью. В данном случае свая - это большой столб. По роду материала фундаменты бывают железобетонные, бетонные, бутовые, бутобетонные, кирпичные и деревянные (в виде свай). Под ответственными сооружениями устраивают, как правило, железобетонные фундаменты. По способу изготовления фундаменты делят на монолитные и сборные. В тех случаях, 41 когда отдельные части одного и того же здания имеют различную этажность, нагрузки, сроки возведения или различные основания (грунты), то возможны неравномерные осадки частей здания и как следствие – трещины и разрушение здания. Во избежание таких последствий здание делят на части температурными (осадочными, деформационными) швами по всему вертикальному разрезу. Рис. 2.18. Ростверк и свайное поле 2.4. Сведения о строительных материалах Строительные конструкции должны быть прочными, долговечными, иметь достаточную огнестойкость, хороший внешний вид и низкую стоимость. При проектировании несущих конструкций учитывают нагрузки в их критическом значении и в невыгодных сочетаниях, а при проектировании ограждающих конструкций учитывают климатические характеристики района строительства, температуру и влажность в помещениях. Ограждающие конструкции должны обеспечивать необходимую тепло, пара, - гидра - и звукоизоляцию помещений, а при наличии оконных проёмов – достаточную освещённость. Подземные конструкции должны быть стойкими к воздействию агрессивных грунтовых вод. При выборе конструкций зданий учитывают удобство их эксплуатации, на42 дёжность при сейсмических воздействиях, возможность производства ремонтных работ и др. Одним из основных требований, предъявляемых к строительным конструкциям, является их экономичность. Экономичность конструкции определяется стоимостью и расходом материала на её изготовление, стоимостью самого изготовления конструкции и её транспортировки, а также стоимостью монтажа и эксплуатационных расходов. Тем не менее, требования прочности, долговечности, жёсткости и устойчивости являются приоритетными. Кроме того, строительные конструкции должны быть индустриальными и технологичными (простыми) в изготовлении, удобными при монтаже и транспортировке автомобильным или железнодорожным транспортом. Наиболее долговечны бетонные и каменные конструкции. Высокой долговечностью обладают также железобетонные и стальные конструкции при их защите от коррозии. Деревянные конструкции, защищённые от атмосферных воздействий, и в условиях сухого климата могут эксплуатироваться свыше ста лет. Металлические конструкции в условиях агрессивных и влажных сред быстро подвергаются коррозии. Деревянные конструкции в аналогичных условиях подвергаются гниению и разрушению грибками. Железобетонные и каменные конструкции стойки к атмосферному и химическому воздействию, но не во всех случаях. Наиболее высокой огнестойкостью обладают каменные и бетонные конструкции; железобетонные по сравнению с ними менее огнестойки. При выборе конструктивного решения особое внимание уделяется применению индустриальных типовых изделий массового производства. Под типизацией подразумевают такое техническое направление в проектировании и строительстве, которое позволяет многократно осуществлять строительство зданий и сооружений, изготовлять конструкции на основе специально разработанных проектов с применением унифицированных, т.е. однотипных объёмно – планировочных и конструктивных решений. Применяя принцип унификации в строительстве, можно возводить здания и сооружения различного назначения из одних и тех же конструкций. Основные положения, которые необходимо соблюдать при проектировании и строительстве, определяются Государственными стандартами (ГОСТ) и Строительными нормами и правилами (СНиП). 43 ГОСТами определены стандарты на техническую документацию (чертежи, нормы расчёта), строительные материалы (например, на кирпич, бетон, стекло), конструкции и изделия (балки, колонны, оконные блоки, двери), методы их испытаний, контроля качества и др. В СНиП содержатся основные положения по проектированию и строительству городов и населённых пунктов, всех видов зданий и сооружений, выбору и проектированию конструкций и инженерного оборудования, определению сметной стоимости строительства. При проектировании и строительстве конструкций кроме отмеченных нормативных актов используются также своды правил (СП) технические условия (ТУ), ведомственные строительные нормы (ВСН), инструкции и другие нормативные документы. Бетон – один из основных строительных материалов. Его широко применяют для изготовления как сборных бетонных и железобетонных конструкций, так и для возведения монолитных сооружений различного назначения. Бетоном называют искусственный материал, получаемый в результате затвердения смеси, состоящей, в основном, из трёх компонентов: чистой воды, вяжущего материала и заполнителей. В качестве вяжущих веществ в бетонах применяют цементы и гипсы, а в качестве заполнителей для приготовления бетонной смеси применяют песок, гравий, щебень. Вяжущие вещества и вода являются активными составляющими бетона, так как между ними происходит реакция, благодаря которой образуется цементный камень и происходит сцепление его с заполнителями. Заполнители в большинстве случаев не вступают в химические соединения с цементом и водой, поэтому их обычно называют инертными материалами. В зависимости от физико-механических свойств бетоны бывают кислотостойкие, морозостойкие, жаростойкие, пористые и другие. Классификация бетонов приведена в СНиП II-21-75 «Бетонные и железобетонные конструкции». Бетоны классифицируют по следующим признакам: по структуре – это плотные, ячеистые, крупнопористые бетоны; по плотности - особо тяжёлые, тяжёлые, облегчённые, лёгкие и особо лёгкие бетоны; по виду вяжущего материала - цементные, силикатные, гипсовые, специальные; по виду заполнителя - массивные, пористые; по условиям твердения, характеру твердения и др. 44 Прочность бетона с течением времени возрастает, поэтому чтобы исключить влияние фактора времени, бетон испытывают на прочность в 28-дневном возрасте. Прочность бетона характеризуется его маркой и определяется пределом прочности на сжатие образцов в виде кубиков с размером ребра 15х15х15 см, выдержанных в течении 28 суток в нормальных условиях, т.е. при температуре 20±2 °С и относительной влажности 90-100 %. Марка бетона обозначается буквой М и записывается как М 50, что означает предел прочности на сжатие 50 кгс/см², или М 600 – соответственно 600 кгс/см². Прочность бетона на растяжение в 10-15 раз меньше его прочности на сжатие. На прочность бетона оказывают влияние такие факторы как активность цемента, водоцементное отношение, состав бетона (т.е. соотношение между количеством цемента и количеством заполнителя), качество заполнителей, способ приготовление бетонной смеси, её укладки и уплотнения, возраст бетона и др. Железобетон представляет собой искусственный материал, в котором целесообразно используются свойства бетона, хорошо сопротивляющегося сжимающим усилиям, и стальной арматуры, хорошо работающей на растяжение. Железобетонные конструкции по технологическому признаку их строительства в составе здания подразделяют на сборные и монолитные, а также сборномонолитные. Для изготовления железобетонного изделия предварительно из щитов и других приспособлений готовится форма будущей конструкции (опалубка) в которую помещают арматуру (металлические стержни). Заполнив форму бетонной смесью, выжидают некоторое время, пока бетон не наберёт достаточную прочность. Разобрав форму (опалубку) получают готовую конструкцию. Преимущества железобетона это значительная механическая прочность статическим и динамическим нагрузкам; долговечность (прочность бетона со временем может только медленно возрастать); огнестойкость и хорошая сопротивляемость атмосферным и химическим воздействиям и другое. К недостаткам железобетона следует отнести значительную массу конструкций по сравнению с таковыми из других строительных материалов; повышенную тепло- и звукопроводность; сложность производства конструкций из железобетона в зонах отрицательных температур; опасность образования трещин. 45 Удельное значение строительных материалов и изделий в народном хозяйстве по объему производства и стоимости велико; потребление их с каждым годом возрастает во всех областях строительства; они составляют значительную часть стоимости зданий и сооружений. Экономное расходование и технически правильное применение материалов и изделий при проектировании и возведении зданий и сооружений является одним из основных средств снижения стоимости строительства. Промышленность строительных материалов и изделий достигла больших успехов в области производства цементов, керамических изделий, ячеистых бетонов и, особенно, сборных железобетонных изделий. По производству сборного железобетона Россия занимает ведущее место в мире. Этому способствовали достижения науки как в изучении свойств природных материалов, так и в создании новых искусственных высокоэффективных материалов. Среди новых искусственных материалов наиболее перспективными являются строительные материалы и детали, изготовляемые на основе пластических масс. Для правильного применения и лучшего использования материалов в строительстве необходимо знание их физико-механических свойств. Основными физико-механическими свойствами строительных материалов являются  удельный, объемный и насыпной вес;  плотность и пористость;  водопоглощение, водопроницаемость и морозостойкость;  теплопроводность и теплоемкость;  огнестойкость и огнеупорность;  химическая стойкость против коррозии;  прочность, упругость, пластичность и хрупкость;  твердость, истираемость и износ. 46 3. ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОЕКТА. РАЗБИВОЧНЫЕ РАБОТЫ 3.1. Генеральный план и его геодезическая основа Выносу на местность проекта здания или сооружения предшествует специальная геодезическая подготовка, которая предусматривает его аналитический расчет, геодезическую привязку, составление разбивочных чертежей. Для выноса проекта сооружения необходимо на местности иметь ряд пунктов с известными координатами, которые должны быть приведены в той же системе координат, в которой рассчитаны координаты основных точек сооружения. Координаты пунктов геодезической основы получают по результатам измерений и вычислений, произведенных при ее построении и привязки к пунктам государственной геодезической сети. Координаты же точек, принадлежащих сооружению, находят из графических измерений и аналитических вычислений, что обобщенно называется геодезической подготовкой проекта. Генеральным планом (генпланом) называется проект размещения на топографическом плане крупного масштаба (1:500, 1:1000, 1:2000) зданий, сооружений и инженерных сетей, составляющих комплекс жилой застройки или стройплощадку промышленного предприятия. Генплан является важнейшим проектным документом, на основе которого разрабатывается проект планировки и застройки объектов строительства, инженерных коммуникаций, городского транспорта, очередности строительства и т.п. На основе генплана составляются разбивочные чертежи для перенесения проектируемых объектов на местность; подготавливаются геодезические данные для проведения работ по вертикальной планировке и благоустройству территории. В зависимости от назначения различают генпланы сводные, поэлементные, строительные (стройгенпланы) и исполнительные. Генеральные планы строительных объектов сегодня приводятся не только на бумажном носителе, но и в электронном (цифровом) виде, в основном используя форматы dxf, dwg или pdf. Первые два формата позволяют работать в координатах, иначе говоря, наносить на графическое изображение объекта точки с известными координатами или снимать с генплана координаты интересующих 47 точек, что значительно облегчает работу геодезиста. При разработке проекта на крупное строительство не представляется возможным разместить на одном топографическом плане весь комплекс зданий, сооружений и коммуникаций. В этом случае комплекс проектируемых элементов расчленяют на ряд поэлементных генпланов, например, генплан наземных сооружений, подземных сооружений и инженерных сетей, дорожной сети, вертикальной планировки и др. Если все элементы проекта размещаются на одном документе, его называю сводным генпланом. Проект расположения комплекса или отдельных капитальных зданий и сооружений, а также временных сооружений, дорог, инженерных сетей и помещений, механизмов и вспомогательных цехов на период строительства называют строийгенпланом. Геодезической основой при разработке генплана является опорная геодезическая сеть, которая используется для обеспечения инженерно- геодезических изысканий. Однако при проектировании на генплане объектов строительства и затем для перенесения проекта в натуру, геодезического обслуживания строительства и производства в дальнейшем исполнительных съемок требуется более густая геодезическая сеть. Ее проектируют на генплане в развитие существующей и реализуют на местности. Выбор способа построения геодезической основы зависит от размеров территории и особенностей местности, вида строительства и требуемой точности построения сети, а также возможностей геодезической службы. При разработке генплана застройки объектов жилищного и гражданского строительства в качестве разбивочной геодезической основы проектируют так называемые красные линии застройки. Красными линиями называют границы, отделяющие территорию застройки квартала от улиц, проездов, площадей и т.п. Красную линию проектируют так, чтобы здания вдоль улиц располагались по линии застройки, отступающей от красной линии вглубь территории на магистральных улицах не менее 6 м, а на жилых – 3 м. Для перенесения красных линий в натуру необходимо знать координаты точек поворота линии. Координаты некоторых характерных точек красных линий (X, Y) определяют графически по координатной сетке топографического плана. Координаты остальных вычисляют аналитически по геометрическим свя48 зям между точками (длинам линий и углам между линиями). Координаты характерных точек выносимых в натуру зданий и сооружений также могут определяться как графически, если нет геометрических связей между сооружением и красной линией, но и аналитически, если такие связи существуют. Характерные точки красных линий, равно как точки и линии будущих сооружений выносят на местность от пунктов городской геодезической сети. При разработке генпланов промышленных комплексов, аэропортов и т.п. геодезическую основу чаще создают в виде так называемой строительной сетки – системы знаков, образующих ряд прямоугольников или квадратов с длинами сторон 100, 200, 300 м, стороны которых параллельны основным осям проездов, зданий или сооружений. Такое построение создавало определенные преимущества при подготовке разбивочных элементов и выносе точек в натуру простыми способами (прямоугольных координат, створных засечек и пр.). В настоящее время строительные сетки утратили свою привлекательность и преимущества в связи с внедрением новой геодезической электронной аппаратуры, а именно электронных тахеометров. 1 12 Д Д Главная ось А А 1 Рис. 3.1. Оси сооружений 12 Геометрической основой проекта для перенесения его на местность служат разбивочные оси, относительно которых в рабочих чертежах показано расположение всех элементов и конструкций сооружения. Различают несколько видов разбивочных осей: главные, основные и промежуточные или монтажные. Главными осями являются оси симметрии зданий и сооружений (рис. 3.1). Для линейных сооружений (дорог, плотин, каналов и пр.) главными ося49 ми служат продольные оси этих сооружений. Основными осями называются оси, определяющие форму и габариты зданий и сооружений. Промежуточные или детальные оси – это оси отдельных конструкций и элементов сооружения. Оси на чертежах изображают штриховыми линиями и обозначают буквами и цифрами, которые размещают в окружностях. 3.2. Методы геодезической подготовки проекта сооружения Необходимые величины для перенесения проекта на местность определяют в процессе геодезической подготовки проекта строительного объекта и составления на этой основе разбивочных чертежей. Цифровые величины геодезической подготовки генплана – это координаты и отметки характерных точек зданий и сооружений, величины углов, линий и превышений, которые необходимо перенести и закрепить на местности от опорных точек разбивочной основы. Геодезическая подготовка проекта сооружения может быть осуществлена графическим, аналитическим и графоаналитическим методами, и производится путем измерений на генплане и математических расчетов. Если генеральный план строительного объекта представлен на бумажном носителе и нет информации о координатах точек сооружения, подлежащих построению на местности, то эту информацию следует получить с генплана, используя свойства топографического плана, на основе которого построен генплан. Графический способ заключается в том, что координаты выносимых на местность точек определяются на генплане графически, при помощи циркуляизмерителя и масштабной линейки, используя координатную сетку топографического плана. Точность этих данных зависит от масштаба плана и деформации бумаги, на которой составлен план. Чем крупнее масштаб плана, тем выше точность получаемых с плана линейных величин. При отсутствии существенной деформации бумаги средняя квадратическая ошибка mD расстояния D на местности определяется по формуле mD = md M, (3.1) где md – ошибка длины отрезка d линии, взятой графически с плана, которую 50 можно принять равной графической точности масштаба, т.е. 0,2 мм с учётом деформаций бумаги; М – знаменатель масштаба плана. Так, для плана масштаба 1:500 измеренный отрезок на плане будет иметь ошибку в натуре mD = 0,2 мм·500 = 0,10 м. Если учесть, что проектирование производится на копиях топографических планов, то реальная точность будет еще ниже. Поэтому графический метод подготовки, будучи наименее точным, применяют крайне редко, лишь для разбивок, не требующих взаимной увязки разбиваемых точек. X A(XA,YA) αN SA β αA D(XD ,YD) C(Xc,Yc) B(XB,YB) T(XT,YT) N(XN,YN) Y Рис. 3.2. Аналитическая подготовка проекта Аналитический способ заключается в вычислении координат проектных точек, решением прямых геодезических задач. Для решения прямых геодезических задач необходимые данные (длины линий и дирекционные углы) находят из геометрических связей между осями, элементами и конструкциями зданий и сооружений, используют аналитические связи между исходными пунктами и разбиваемыми. Дирекционные углы и длины линий могут быть найдены из решения обратных геодезических задач, а разбивочные углы как разность дирекционных углов направлений. На рис. 3.2. показаны пункты геодезической основы Т и N c известными 51 координатами (ХТ, YТ) и (XN, YN). Координаты характерных точек здания А, В, С, и т.д. находят по геометрическим связям между этими точками и их расположению по отношению к пунктам основы. Расстояние между любыми точками с координатами находится из решения обратной геодезической задачи. Тут же находят дирекционный угол направления Так, для стороны ТА имеем S A  ( X A  X T )2  (YA  YT )2 ; SA  X A  X T YA  YT  ; cos  A sin  A tgrТA  YA  YT . X A  XT (3.2) (3.3) (3.4) Найдя arctgrТA и, руководствуясь знаками числителя и знаменателя формулы (3.4), находят четверть, в которой расположен румб rТA и, наконец, вычисляют дирекционный угол ТA . Легко видеть, что по разности дирекционных углов, каких-либо двух направлений, исходящих из одной точки, можно найти горизонтальный угол между ними. Например   ТN  ТA (рис. 3.2). Графоаналитический способ представляет собой сочетание аналитического и графического способов. Результаты геодезической подготовки отображают на разбивочных чертежах. Разбивочный чертеж – графический документ, по которому на местности производят разбивочные работы. Чертеж выполняют в крупном масштабе (1:500 – 1:5000), но также и без масштаба. Главное, на разбивочном чертеже должны быть отражены разбивочные элементы, подлежащие построению на местности. Во-первых, на чертеже схематически отображают исходные пункты и контуры зданий и сооружений, точки которых должны быть вынесены, их размеры и расположение осей, выписывают значения разбивочных элементов (горизонтальных углов и длин линий). Иногда на чертеже выписываются значения исходных данных, высот, координат и дирекционных углов, что позволяет выполнять контрольные измерения и вычисления в случае каких либо неувязок. 52 3.3. Нормы точности производства геодезических работ Требуемая точность производства того или другого вида геодезических работ зависит от многих факторов, среди которых основные – это назначение и вид работ. Если геодезические работы выполняются для строительства сооружения, то определяющими факторами при установлении точности будут размеры и назначение сооружения, способ возведения и материал из которого строится данное сооружение. Нормы точности геодезических работ при возведении сооружений задаются в нормативных документах: строительных нормах и правилах (СНиП), государственных стандартах (ГОСТ), в сводах правил (СП), ведомственных инструкциях и других нормативно-технических документах. Нормы точности в этих документах могут быть указаны в явном виде, непосредственно относящиеся к построению точек, осей или высотных отметок, как это сделано в ГОСТ 2177982 «Технологические допуски». Точность может быть приписана к выполнению тех или иных геодезических измерений (угловых, линейных, высотных), что сделано в СНиП 3.01.03-84 «Геодезические работы в строительстве». Качественное возведение зданий может быть достигнуто только путем обеспечения установленных проектом параметров, а также соблюдением допусков при изготовлении и монтаже строительных конструкций и на разбивочные работы. Точность изготовления железобетонных конструкций зависит в основном от состояния технической оснастки, т.е. искривления бортов опалубки, прогиба ее плоскостей, износа замковых шарниров и других технологических факторов. Погрешности разбивочных работ неизбежны и зависят от условий измерений на строительной площадке, а именно:  подготовленности площадки для производства измерений;  квалификации исполнителей работ;  применяемых технических средств;  способов и приемов выполняемых работ;  влияния внешней среды. Точность геометрических параметров определяется характеристиками действительной и нормативной точности, которые установлены ГОСТ 21778-81. 53 В практике измерений различают действительный размер хi и номинальный хnom. Отклонение действительного размера от номинального называют погрешностью. Различия между понятиями «погрешность» и «ошибка» незначительны, но они имеются. Например, принято говорить «инструментальные погрешности», «погрешность формулы», но «ошибки наблюдателя» и т. п. Действительный размер – это размер, полученный в результате измерений или построений с допустимой погрешностью. Номинальный размер – это основной проектный размер, определенный исходя из его функционального назначения и служащий отправным пунктом отсчета отклонений. Учитывая погрешности изготовления, разбивки и монтажа конструкции, в стандартах и других нормативных документах, а также на чертежах помимо номинального (проектного) размера хnom указывают два предельно допустимых размера, наибольший хmax, и наименьший хmin. Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами, или интервал значений размера, называют допуском Δ, или полем допуска, т.е. Δ = хmax – хmin. (3.5) Половина допуска δ = Δ/2 является предельным отклонением параметра х от середины поля допуска. Под геометрической точностью в строительстве понимают степень приближения действительных геометрических параметров, определяющих конфигурацию и положение конструкций сооружений и их элементов, к номинальным (проектным) параметрам. Различают нормативную (установленную стандартами, ГОСТ и СНиП) и действительную точность. Действительная точность характеризуется величиной действительного отклонения vi, определяемого алгебраической разностью между действительным хi и номинальным хnom значением размера vi = хi – хnom (3.6) Приведенную формулу условно словами можно выразить так: «отклонение (погрешность) равно тому, что есть минус то, что должно быть». Для нормального распределения результатов измерений согласно теории ошибок, истинному значению измеряемой величины (т.е. хnom) соответствует среднее арифметическое результатов измерений при количестве измерений, стремящихся к бесконечности. Характеристикой результата измерения одной 54 величины является средняя квадратическая ошибка m, определяемая по формуле Бесселя. Ее доверительная вероятность составляет 68%. Предельной погрешности δ может соответствовать удвоенное значение средней квадратической ошибки (δ = 2m) с доверительной вероятностью 95%, или можно принять δ = 2,5m при доверительной вероятности 99%. Для особо ответственных работ принимают δ = 3m, что соответствует доверительной вероятности 99,7%. Таблица 3.1. Допуски разбивки точек и осей в плане в мм Интервал номинального размера L, мм До 2500 2500 до 4000 4000-8000 8000-16000 16000-25000 25000-40000 40000-60000 60000-100000 100000-160000 Значение допуска для класса точности 1 0,6 1,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 2 3 4 5 1,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 40,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 40,0 60,0 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 40,0 60,0 100,0 4 6 10 16 24 40 60 100 160 6 6 10 16 24 40 60 100 160 - ГОСТ 21778-81 предписывает устанавливать доверительный интервал для погрешностей, выходящих за поле допуска не более 5% в обе стороны. Иначе говоря, самому допуску или полю допуска может быть приписана доверительная вероятность не ниже 95% (см. ГОСТ 23615-79). Это позволяет по известному значению Δ сначала найти δ = Δ/2 и, задавшись мерой точности (т.е. коэффициентами 2, 2,5 или 3) вычислить среднюю квадратическую ошибку измерений для реализации данного допуска. Например, переход от Δ к m при доверительной вероятности 99% будет выглядеть так: δ = Δ/2; m = δ/2,5 = Δ/5. Технологические допуски, регламентирующие точность технологических процессов и операций при изготовлении, установке строительных конструкций и 55 при выполнении геодезических разбивок приведены в «ГОСТ 21779-82. Технологические допуски». Таблица 3.2. Допуски передачи точек и осей по вертикали и створности точек в мм Интервал номинального Значение допуска для класса точности размера Н, м L, м до 2,5 2,5-4,0 4,0-8,0 8,0-16,0 16,0-25,0 25,0-40,0 40,0-60,0 60,0-100,0 100,0-160,0 до 4,0 4,0-8,0 8,0-16,0 16,0-25,0 25,0-40,0 40,0-60,0 60,0-100,0 100,0-160,0 - 1 2 3 4 5 6 0,6 1,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 0,6 1,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 0,6 1,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 1,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 40,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 40,0 60,0 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 40,0 60,0 - Эти допуски геометрических параметров сгруппированы по классам точности технологических процессов и операций, что позволяет на основе расчета закладывать в проект производства работ требуемый класс точности производства разбивок в зависимости от назначения здания, принятой конструктивной схемы и способа монтажа. Допуск, являющийся мерой точности любого размера, формы или положения конструкции, зависит от величины и характера этого размера. Точность разбивочных работ в ГОСТ 21779-82 регламентирована такими технологическими допусками как:  допуск разбивки точек и осей в плане;  допуск передачи точек и осей по вертикали и створности точек;  допуск разбивки и передачи высотных отметок. Все допуски разбивочных работ сгруппированы по 6 классам точности. Классы точности определяют величину допуска для конкретных условий 56 технологического процесса, следовательно, предопределяют выбор методов и средств выполнения работ. Допуски разбивки точек и осей в плане (табл.3.1) охватывают размеры L между точками и разбивочными осями до 160 м, которые для упрощения таблицы разбиты на 9 интервалов размеров. Таблица 3.3. Допуски разбивки и передачи высотных отметок в мм Интервал номинального размера Н, м L, м до 2,5 2,5-4,0 4,0-8,0 8,0-16,0 16,0-25,0 25,0-40,0 40,0-60,0 60,0-100,0 100,0-160,0 до 8,0 8,0-16,0 16,0-25,0 25,0-40,0 40,0-60,0 60,0-100,0 100,0-160,0 - Значение допуска для класса точности 1 2 3 4 0,6 1,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 0,6 1,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 1,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 40,0 1,6 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 40,0 60,0 5 2,4 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 40,0 60,0 100,0 6 4,0 6,0 10,0 16,0 24,0 40,0 60,0 100,0 160,0 Таким же образом построены таблицы допусков для передачи точек и осей по вертикали на высоту Н (табл. 3.2) и таблица допусков передачи высотных отметок на ту же высоту (табл. 3.3) с такими же интервалами. Для створности точек, как видно из табл. 3.2, предусмотрено 8 интервалов номинальных размеров, а для разбивок точек по высоте – 7 (табл. 3.3). Из анализа таблиц нетрудно убедиться, что в каждом классе точности допуски, отнесенные к номинальному размеру, имеют практически одну и ту же относительную точность. Приведенные допуски даны с учетом точности нанесения и закрепления соответствующих точек и осей. Классы точности не связаны с видами сооружений. Класс выбирается в зависимости от средств технологического обеспечения и контроля точности. 57 Таблица 3.4. Погрешности разбивочных сетей и разбивок Величины средних квадратических погрешностей построения внешней и внутренней разбивочных сетей здания (сооружения) и других разбивочных работ Характеристики зданий, сооружений, строительных конЛиней- Угловые струкций ные из- измеремерения ния, с 1 Металлические конструкции с фрезерованными поверхностями, сборные ж/б конструкции, монтируемые методом самофиксации в узлах; сооружения высотой свыше 100 м до 120 или с пролетами свыше 30 до 36 м. 2 Здания свыше 5 до 15 этажей, сооружения высотой свыше 15 до 60 м или с пролетами свыше 6 до 18 м 3 1 15000 Здания свыше 15 эта1 жей, сооружения высотой свы10000 ше 60 до 100 м или с пролетами свыше 18 до 30 м 1 5000 Здания до 5 этажей, сооружения высотой до 15 м или с пролетами до 6 м 1 3000 Конструкции из дерева; инженерные сети, дороги, подъездные пути 1 2000 Земляные сооружения, в том числе вертикальная планировка 1 1000 Определение отОпределеметки на монние превытажном горизоншения на те относительно станции, мм исходного, мм 5 10 20 30 30 45 Примечания к таблице: 58 4 1 2 2,5 3 5 10 5 Передача точек и осей по вертикали, мм 6 Числовые значения погрешностей следует назначать в зависимости от высоты монтажного горизонта (согласно обязательным приложениям СНиП 3.01. ) 1. Величины средних ква-дратических погрешностей (гр. 2-4) назначаются в зависимости от наличия одной из характеристик гр. 1. 2. Точность геодезических построений для строительства уникальных и сложных объектов и монтажа технологического оборудования следует определять расчетами на основе специальных технических условий. Расчетный метод определения точности разбивочных работ требует от исполнителя определенной подготовки. Для более простого решения задачи разработаны специальные строительные нормы и правила «СНиП 3.01.03-84». Геодезические работы в строительстве». В этом СНиПе приводятся допустимые средние квадратические ошибки, с которыми можно строить на местности разбивочные элементы (расстояния, углы, превышения). Ошибки разбивочных элементов даны по 6 классам точности в зависимости от конструктивных особенностей, этажности, способов выполнения соединений, сопряжений и узлов возводимых сооружений (табл. 3.4). Наличие одной из характеристик, указанных в таблице, служит основанием для назначения соответствующих требований к точности. Здесь же названы приборы, при помощи которых можно обеспечить требуемую нормативную точность разбивочных работ. Для приведения в соответствие расчетов, выполненных по ГОСТ 2177982 и СНиП 3.01.03-84 в первом приближении классы точности можно идентифицировать. Однако следует иметь в виду, что в случаи различия результатов расчета приоритетными являются расчеты по ГОСТ 21779-82. 3.4. Этапы и основные элементы разбивочных работ Процесс разбивки сооружения можно условно разделить на три этапа. На первом этапе выполняются так называемые основные разбивочные работы. На местности находят и закрепляют главные или основные разбивочные оси сооружения. Основные разбивочные работы производят по данным привязки от пунктов геодезической разбивочной основы. На втором этапе производится детальная разбивка сооружения, т.е. от 59 закрепленных точек главных или основных осей разбиваются оси строительных конструкций и частей сооружения. Разбивку начинают с обозначения контура котлована, далее разбивают свайное поле, фундаменты, оси подземных сооружений и т. д. Одновременно с плановой разбивкой конструкций производится их высотная увязка с проектом. Детальная разбивка производится значительно точнее основных разбивочных работ, так как общее положение основных или главных осей сооружения, иначе говоря, положение самого сооружения относительно окружающей застройки не столь жестко регламентировано. Это положение определяется эстетическими соображениями и требованиями стыковки коммуникаций нового строения с существующими. В общем случае плановое положение нового строения может характеризоваться средней квадратической ошибкой около 3-5 см и грубее. Взаимное же положение детальных осей определяется с очень высокой точностью – 2÷3 мм и точнее. Для промышленных сооружений возможен третий этап разбивочных работ, который заключается в разбивке осей технологического оборудования. На этом этапе иногда требуется наивысшая точность, вплоть до долей миллиметра. Для реализации таких требований разрабатываются новые технологии производства работ, новая техника и методы измерений. Разбивочные работы в отличие от съемочных заключаются в реализации проектов, т.е. построении на местности того, что запроектировано на плане. Перенесение проектов на местность в геодезическом отношении сводится к элементарным построениям на местности проектных горизонтальных углов и длин линий, плоскостей и проектных отметок. Построением этих элементов определяется пространственное положение конструкций будущего сооружения. При построении проектного горизонтального угла, во-первых, должно быть рассчитано само значение этого угла β, должны быть заданы вершина А и исходное направление АВ (рис. 3.3). Установив теодолит в точке А, наводятся на точку В, где заблаговременно центрируется визирная марка. Отсчет по горизонтальному кругу обнуляется (для цифрового теодолита) и вращением алидады добиваются отсчета, равного проектному углу. Если используется оптический теодолит, то к отсчету на точку В прибавляют значение угла β и вращением алидады добиваются отсчета по гори60 зонтальному кругу, равного вычисленному. Это направление визирной оси закрепляют на местности в точке С1. Аналогичные действия выполняют при другом круге теодолита и отмечают на местности вторую точку С2. Точка С берется как среднее из двух построенных и принимается за окончательное значение проектного угла ВАС. В С1 С Δl C2 С' β1 Δβ β А Рис. 3.3. Построение угла При использовании цифровых (электронных) теодолитов и тахеометров для построения горизонтальных углов все измерения также следует выполнять при двух положениях вертикального круга, поскольку в этих приборах многие инструментальные погрешности компенсируются при осреднении результатов, полученных при двух кругах. В электронных угломерных приборах предусмотрены функции исправления коллимационной ошибки автоматическим введением коррекции в измеренные направления. Компенсируются также ошибки за наклон вертикальной и горизонтальной осей вращения, исключены ошибки за влияния эксцентриситета блока датчика угла. При должной юстировке прибора перечисленные погрешности компенсируются автоматическим введением поправок. Даже если требования к точности построения угла не очень высокие (несколько десятков секунд), то все равно угол строят при двух кругах, что обеспечивает контроль измерений или построений. Однако если необходимо построить проектный угол с повышенной точностью, то независимо от конструкции прибора поступают следующим образом. Построенный на местности каким-либо способом угол измеряют несколькими 61 приемами и определяют его среднее значение. Необходимое число приемов приближенно можно определить по формуле m02 n 2 . mβ (3.7) Здесь m0 – номинальная средняя квадратическая ошибка измерения угла данным прибором; m – требуемая средняя квадратическая погрешность построения угла. Измерив угол, и, найдя среднее, вычисляют разность     1 и находят поправку, Δŀ=ŀΔβ/ρ, где l – расстояние от вершины до построенной точки. Иначе говоря, построенный угол исправляют, редуцируют. Для контроля угол измеряют повторно. Точность построения угла на местности зависит от многих факторов. Основными ошибками построения являются ошибки визирования, центрирования, приборные ошибки и ошибка фиксации уже построенного угла. При построении проектного отрезка данной длины необходимо от исходной точки отложить в заданном направлении расстояние, горизонтальное проложение которого равно проектному значению. При этом следует помнить, что в проектах и планах отражаются именно горизонтальные проекции линий. Если построение отрезка производится электронным тахеометром, то необходимо отслеживать на дисплее именно горизонтальную составляющую строящегося расстояния и не забывать перед построениями, вводить в прибор исходные параметры атмосферы (температуру и давление) и поправку за постоянную прибора (отражателя). Если построение проектного отрезка выполняется рулеткой, то подстилающую поверхность, на которую будет укладываться полотно мерного прибора необходимо предварительно подготовить: выровнять и, если необходимо, выстлать досками или другим подручным материалом. В измерения вводят поправки за компарирование мерного прибора, температуру и наклон местности. Уравнение мерного прибора, иначе говоря, вероятнейшая его длина на момент измерений выглядит так: lt  ln  lk  lt0  t  t0   lt0  t  t0  . 2 62 (3.8) В этой формуле lt – длина мерного прибора при температуре измерений t; ln – номинальная длина мерного прибора; lt – длина мерного прибора при температуре t0, полученная из компарирования; α, β – коэффициенты температурного расширения мерного прибора. Поправка за наклон местности (из-за превышения h одного конца линии над другим) вычисляется по формуле h2 h4 lh   , (3.9) 2 S 8S 3 где S – длина откладываемого отрезка. При вынесении точки с заданной проектной отметкой должны быть известны высота исходного репера и место или конструкция, на которой отмечается эта проектная отметка (рис. 3.4). Для выноса проектной отметки Нпр устанавливают нивелир приблизительно посередине между репером с известной отметкой и выносимой точкой. На исходном репере устанавливают нивелирную рейку и производят отсчет по этой рейке, вычисляя, таким образом, горизонт прибора: Рис. 3.4. Схема построения проектной отметки 63 H ГП  H Rp  a . (3.10) По горизонту прибора и проектной отметке вычисляют такой отсчет по рейке, как если бы она была установлена на проектной отметке: b  H ГП  H пр . Далее в нужном месте рейку перемещают в вертикальной плоскости так, чтобы прочитанный отсчет по ней был бы равен вычисленному. Затем под пяткой рейки отчерчивают найденную проектную высоту. Вынесенную отметку контролируют, определяя ее высоту из нивелирования по другому реперу с известной отметкой. 3.5. Способы разбивочных работ Разбивочные работы по своему характеру и смыслу обратны съемочным. Если в процессе съемки контуров и предметов местности плановое положение точек определяется из измерений угловых и линейных величин, то при разбивочных работах координаты точки заданы в проекте сооружения, но ее положение нужно найти на местности из построений угловых и линейных размеров. Разбивка точек производится теми же способами и по той же схеме, что и съемка (способом полярных координат, прямой угловой засечки, прямоугольных координат, линейной и створной засечек и др.), но в обратной технологической последовательности. Выбор способа разбивки зависит от условий производства работ, имеющихся средств измерений, схемы взаимного расположения пунктов исходной разбивочной основы и других факторов. Точность разбивки точки, в свою очередь, будет зависеть как от геометрии избранного способа, применяющихся средств, условий измерений и других факторов. Ошибки, зависящие от геометрии способа разбивки, т.е. от способа построения на местности проектных линий и углов называют ошибками собственно разбивочных работ mср. Эти ошибки можно заранее вычислить по известным в геодезии формулам. Кроме этих ошибок на плановое положение разбиваемой точки влияют ошибки исходных данных mи, т.е. ошибки в положении опорных пунктов, с которых производится разбивка, а также ошибки фиксации mф, т.е. проектирования точки с уровня визирной цели на поверхность разбивки. Эта ошибка при ис64 пользовании нитяных отвесов может составлять 2-3 мм и более. При использовании визирных марок на оптических центрирах точку можно зафиксировать с ошибкой около 0,5 мм, если отмечать точку иглой, карандашом или гвоздем. На положение разбиваемой точки оказывают влияние ошибки центрирования прибора и визирной цели, а также ошибки визирования. Ошибка визирования зависит от увеличения зрительной трубы прибора Гх и ее значение в угловой мере можно приблизительно подсчитать по формуле 20   х . mвиз (3.11) Г Кроме перечисленных, на точность разбивочных работ могут оказывать влияние ошибки из-за внешних условий: турбулентность воздушных масс и боковая рефракция. Рассмотрим кратко основные способы выноса на местность точек, наиболее часто употребляемые в практике разбивочных работ. Способ полярных координат. Это наиболее распространенный способ разбивки осей, конструкций, точек, особенно в связи с широким внедрением электронных тахеометров, позволяющих одновременно с высокой точностью строить и углы и расстояния. В этом способе положение искомой точки С на местности (рис. 3.5.) находится путем построения в точке А (полюс) полярного угла β от исходного на правления АВ и полярного расстояния S. Средняя квадратическая ошибка mc разбивки точки способом полярных координат определится по формуле 2 m  m  m  m   β  S 2  mцр2  mф2 ,  ρ  2 c 2 и 2 s (3.12) где mи – средняя квадратическая ошибка планового положения исходных пунктов; ms – ошибка построения расстояния S; mβ – ошибка построения полярного угла β; mцр – ошибка совместного влияния центрирования прибора и редукции визирной цели. Зная ошибки планового положения исходных пунктов и принимая их равными m1 и m2 можно подсчитать результирующее их влияние на положение разбиваемой точки по формуле 65   S 2 S  m  m 1     cos  .  b b  2 и 2 1,2 (3.13) Ошибку совместного влияния центрирования прибора и редукции визирной цели можно подсчитать по формуле 2 ц, р m   S 2 S   e 1     cos  .  b b  2 (3.14) В этой формуле e – величина линейного элемента центрирования или редукции. В С S β А Рис. 3.5. Схема способа полярных координат Из анализа двух последних формул следует, что полярный угол β должен быть меньше 90°, а полярное расстояние S не должно быть больше базиса разбивки b. Способ прямоугольных координат. Способ применяется в основном при наличии на площадке геодезической строительной сетки. Используя вычисленные от ближайших пунктов приращения координат Δх и Δу (рис. 3.6), откладывают большее приращение по соответствующей стороне сетки, а в найденной точке устанавливают теодолит и, построив прямой угол, откладывают второе линейное приращение. Полученную точку закрепляют и выполняют контрольные промеры, используя другие пункты и другую схему измерений. Таким образом, элементами разбивки являются две линейные величины Δх и Δу и одна угловая β = 90°. Средняя квадратическая ошибка в положении разбиваемой точки способом прямоугольных координат может быть подсчитана по формуле 66 2 m  m  m  m  m     x 2  mцр2  mф2 ,    2 C 2 и 2 x 2 y (3.15) где mx и my – ошибки построения линейных величин Δх и Δу, m – ошибка построения прямого угла. Если по перпендикуляру откладывается ордината, то в формуле (3.15) вместо Δх берется Δу. Влияние ошибок в положении исходных пунктов определяют по формуле X C 90° ΔΥ ΔΧ B A Y Рис. 3.6. Способ прямоугольных координат   x 2  y 2 y  m  m 1         . b    b   b  2 и 2 1,2 (3.16) Ошибки центрирования и редукции вычисляются по аналогичной форму2 ле, но вместо ошибок m1,2 следует вставить величину линейного элемента цен- трирования или редукции e. В формуле (3.16) b – длина стороны АВ. Способ прямой угловой засечки. Способ применяется для разбивки точек, находящихся на значительном удалении от исходных пунктов и расстояния до которых по каким то причинам измерить нет возможности. В этом способе положение определяемой точки С на местности находят построением на исходных пунктах А и В (рис. 3.7) проектных углов 1 и 2 . Средняя квадратическая ошибка планового положения точки, построенной способом прямой угловой засечки, может быть подсчитана по формуле 2 2 mC2  mзас  mи2  mцр  mф2 , (3.17) где ошибка собственно засечки mзас определяется из выражения 2 2 зас m  m  2 sin 2 1  sin 2 2   b . 4  sin    67 (3.18) Влияние ошибок в положении исходных пунктов можно найти по формуле m  m1,2 2 и 2 sin 2 1  sin 2 2 , sin 2  (3.19) а ошибки за центрирование и редукцию находят из выражения 2 mцр  e2 sin 2 1  sin 2 2 . sin 2  (3.20) Контролируют разбивку, произведя построения с третьего исходного пункта. Для повышения точности разбивки, построенные углы многократно измеряют, вычисляют реальные координаты вынесенной точки и, сравнив их с проектными, находят редукции. Положение построенной точки исправляют, редуцируют. С γ S2 S1 β2 β1 A B b Рис. 3.7. Схема способа прямой угловой засечки Кроме описанных выше, есть еще ряд способов выноса в натуру проектных точек. Рассмотрим некоторые способы разбивок, которые наиболее часто применяются, но преимущественно в особых случаях, в основном при производстве так называемых детальных разбивочных работ. Детальные разбивочные работы, в своей массе, производятся при строительстве зданий и сооружений на монтажных горизонтах, когда на бетонном перекрытии строятся в натуре положения осей, строительных элементов и конструкций зданий. Способ створной засечки. В этом способе искомая точка К находится на пересечении двух створов АВ и СД (рис. 3.8). Створы проще всего задавать теодолитами. Точность створной засечки зависит от ошибок построения створов АВ и СД и от ошибок фиксации точки К. 68 В свою очередь, основными ошибками при построении створов являются ошибки планового положения исходных пунктов mи , ошибки центрирования C S2 d1 B A S1 d2 D Рис. 3.8. Схема разбивки створной засечкой прибора и визирных целей mц , р , ошибка визирования mвиз , а также ошибка за влияние внешних условий mвн . 2 mК2  mи2  mц2, р  mвиз  mвн2 . (3.21) Влияние ошибок исходных данных следует рассматривать только в направлении, перпендикулярном створу, иначе говоря, для каждого створа это будет одна координата, для которой ошибка вычисляется по формуле  d  2  d  2  m  m  1       ,  S   S   2 и 2 х, у (3.22) где d – расстояние от точки установки прибора до определяемой точки; S – расстояние между исходными точками (длина створа). Совместное влияние средних квадратических ошибок центрирования теодолита и визирной цели определяется формулой: e 2  d   d    1      2  S   S  2 2 ц, р m 2  .  (3.23) Ошибку визирования в угловой мере подсчитывают по формуле (3.11). При построении створа приходится визировать дважды: вначале на визирную цель, установленную на исходной точке, затем на цель, фиксирующую 69 положение разбиваемой точки в створе. В обоих случаях линейная величина ошибки визирования для определяемой точки будет пропорциональна расстоянию d от теодолита до этой точки. Следовательно, для створных построений ошибка визирования будет равна: mвиз    d 2 mвиз ,  (3.24) или с у четом формулы (3.11) получим: mвиз  20  d 2 . Г х   (3.25) Из внешних условий существенное влияние на точность построения створов может оказать боковая рефракция. Этот фактор следует принимать во внимание при любых способах разбивки, связанных с оптическим визированием. Способ створно-линейной засечки. В этом способе выносимая точка С (рис. 3.9) находится путем отложения проектного расстояния d по створу АВ. Рис. 3.9. Схема разбивки створно-линейным способом Средняя квадратическая ошибка положения точки С в этом способе может быть подсчитана по выше приведенным формулам для створной засечки с добавлением в формулу (3.21) ошибки md , т.е. ошибки построения отрезка d. Способ линейной засечки. В этом способе положение выносимой точки С находят на пересечении построенных проектных отрезков S1 и S 2 (рис. 3.8), отложенных от исходных пунктов А и В. Средняя квадратическая погрешность в положении определяемой точки C S1 γ S2 A B 70 Рис. 3.10. Схема разбивки способом линейной засечки при одинаковой точности mS отложения расстояний S1 и S2 может быть подсчитана по формуле: mлин.  mS 2 . sin  (3.26) Минимальная погрешность собственно линейной засечки будет при угле γ = 90°. В этом случае влияние погрешностей исходных данных может быть учтено по формуле mи  mx , y sin  . (3.27) Линейными засечками удобно производить разбивки на очищенной от мусора поверхности как, например перекрытии зданий, если разбивочные элементы не превышают длины мерного прибора. При этом, естественно отсутствуют ошибки центрирования и редукции. Обратная засечка. Непосредственно обратной засечкой вынести точку в натуру нельзя. Однако при помощи обратной засечки на первом этапе можно определить координаты точки стояния прибора – теодолита или электронного тахеометра, а уж потом вынести точку полярными координатами. Для целей разбивки точки посредством обратной засечки работу выполняют следующим образом. Сначала находят на местности приближенно положение разбиваемой точки. Прибор устанавливают в этой точке и определяют координаты точки стояния прибора по координатам нескольких пунктов, расположенных вблизи района работ, иначе говоря, реализуют обратную засечку. Вычисленные координаты точки стояния прибора сравнивают с координатами выносимой точки и находят их разность. По разностям координат вычисляют элементы так называемой редукции: расстояние до выносимой точки от прибора и дирекционный угол этого отрезка. По дирекционному углу находят горизонтальный угол, образованный этим отрезком и каким либо известным направлением. Построив угол и отложив горизонтальный отрезок на местности, находят положение проектной точки. Обратная засечка или классическая задача о четвертой точке иначе называется задачей Потенота. В этой задаче исходными являются три и более пункта с известными координатами. Теодолит устанавливают в произвольной (четвертой) точке и измеряют горизонтальные углы, на исходные пункты. По 71 известным формулам вычисляют координаты точки стояния теодолита. Это обратная угловая засечка. Х Т L1 L2 β В А S α12 2(X2,Y2) 1(X1,Y1) У Рис. 3.11. Обратная линейно-угловая засечка С внедрением в практику инженерно-геодезических работ электронных тахеометров появилась возможность легко и с высокой точностью измерять не только углы, но и расстояния, а встроенный компьютер позволяет быстро решать по результатам измерений разнообразные геодезические задачи, в том числе и обратную засечку. Если разбивочные или другие работы выполняются с произвольной точки стояния прибора, координаты которой определены из обратной засечки, то эту станцию иногда называют «свободной станцией». Поскольку электронным тахеометром измеряются также и расстояния, то для решения задачи достаточно иметь два исходных пункта. В этом случае засечка будет называться линейно-угловой. Схема засечки приведена на рис. 3.11, где Т – точка стояния электронного тахеометра, точки 1 и 2 исходные пункты с известными координатами X1, Y1 и X2, Y2. Прибором измерены расстояния до исходных пунктов L1 и L2, а также угол β. По известным координатам исходных пунктов можно найти расстояние S между ними и дирекционный угол α12, из решения обратной геодезической задачи. Координаты точки Т могут быть вычислены дважды: по расстоянию L1 и по расстоянию L2. Для этих целей в соответствии с теоремой синусов запишем 72 S L L  1  2 . sin  sin B sin A (3.28) Эти равенства позволяют найти углы А и В: L  A  arcsin  2  sin   . (3.29) S  Так же находится угол В, но по стороне L1. Через найденные углы вычисляются дирекционные углы сторон L1 и L2. Для стороны L1 будем иметь L  1  12  arcsin  2  sin   . (3.30) S  Координаты точки стояния, т.е. точки Т находятся обычным путем: X T  X 1  L1 cos 1  . YT  Y1  L1 sin 1  (3.31) Считая координаты исходных пунктов безошибочными, продифференцируем формулу (3.31) по переменным L1 и α1 и перейдем к средним квадратическим ошибкам, опуская индексы у переменных: m2  m  m cos   L sin   2    . 2  m my2  mL2 sin 2   L2 cos 2   2    2 x 2 L 2 2 2 (3.32) С некоторым приближением ошибка планового положения точки Т может быть описана величиной M 2  mx2  my2 , которая представляет собой среднюю величину скаляра вектора смещения точки на плоскости. Выполнив сложение двух равенств формулы (3.32), получим m2 M m L  2 .  2 2 L 2 (3.33) Тот же результат будет получен, если вычисления производить по углу В и расстоянию L2. Однако эти результаты будут зависимыми, так как в обоих вычислениях участвует угол β. Среднее значение из двух М примерно будет в 2 раз меньше. Если координаты точки Т получены из измерений по трем исходным точкам, то и результат соответственно будет точнее примерно в 3. Нетрудно видеть, что первый член выражения (3.33) отражает влияние 73 ошибок измерения расстояний L1 или L2, а второй член в неявном виде содержит ошибку измерения угла β и расстояний L, так как дирекционный угол стороны определяется через эти величины, см. формулу (3.30). Для приближенной оценки точности эту формулу можно упростить, предположив, что расстояния L (от прибора до исходных пунктов) в пределах строительной площадки примерно равны расстоянию между исходными пунктами S. В этом случае 1  12  arcsin(sin )  12   . (3.34) Следовательно mα  mβ . Подставив полученное значение mα в (3.33) получим M m L 2 2 L 2 m2 2 , (3.35) что вполне логично: средняя квадратическая ошибка планового положения «свободной станции» прямо пропорциональна ошибкам измерения расстояний до исходных пунктов, величинам этих расстояний и ошибкам измерения углов между направлениями на исходные пункты. В качестве замечания следует отметить, что сказанное справедливо в случаях, если расстояния до исходных пунктов L меньше или равно расстояниям между исходными пунктами S. В противном случае ошибки планового положения «свободной станции» будут расти прямо пропорционально соотношению между отмеченными отрезками. С увеличением количества исходных пунктов, казалось бы, должна увеличиваться точность конечного результата, однако процесс вычислений, при этом, всё больше будет отягощаться ошибками исходных данных и результат ни как не станет лучше, чем точность исходной сети. 74 4. ОПОРНЫЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ 4.1. Общие сведения и историческая справка Геодезические сети вообще подразделяются на четыре вида: государственные, сети сгущения, съёмочные и специальные. Государственные геодезические сети служат исходными для построения всех других видов сетей. Инженерно-геодезические опорные плановые и высотные сети создаются на территориях городов, крупных промышленных, энергетических, горнодобывающих объектов и служат геодезической основой для производства проектноизыскательских и строительных работ. Плановые геодезические сети подразделяются:  по территориальному признаку или иначе, по уровню распространения – на глобальные, государственные и локальные, иначе местные;  по функциональному назначению – на сети межгосударственного, федерального и специального назначения;  по виду заложенной в них информации – на пространственные, плановые, высотные и гравиметрические;  в зависимости от методов и средств их построения – на спутниковые и классические (традиционные астрономо – геодезические). К основным параметрам геодезических сетей, подлежащих нормированию в нормативно-технической документации, относятся:  плотность пунктов;  расстояние между пунктами;  средняя квадратическая погрешность взаимного положения пунктов в плане и по высоте;  средняя квадратическая погрешность определения координат пунктов. Государственная геодезическая сеть, созданная на территории России, к настоящему времени состоит из 28 астрономо-геодезических пунктов космической геодезической сети (КГС), 131 пункта доплеровской геодезической сети (ДГС), 164306 пунктов астрономо-геодезической сети (АГС) 1 и 2 классов точности и порядка 300000 пунктов геодезических сетей сгущения 3 и 4 классов. Началом истории построения в нашей стране единой геодезической 75 системы координат можно считать 1816 год. С этого года начались работы по построению первого ряда триангуляции на территории России от устья Дуная до Северного Ледовитого океана через Финляндию с включением территорий Швеции и Норвегии. Этот ряд триангуляции, протяженностью 25°20ʹ, получил впоследствии название дуги Струве. Работы выполнялись под руководством академика Петербургской Академии Наук, основателя и первого директора Пулковской обсерватории В.Я. Струве и генерала от инфантерии, почетного члена Петербургской Академии Наук К.И. Теннера. В 1898 году Корпусом Военных Топографов под руководством генерала К.В. Шарнгорста было начато уравнивание разрозненных «губернских триангуляций», покрывавших страну от западных границ до Урала, включая Кавказ. Завершена эта работа была только в 1926 году изданием силами Военнно-топографической службы каталога Шарнгорста. Референцэллипсоидом служил эллипсоид Бесселя, а исходными пунктами являлись астрономическая обсерватория в Дерпте и пункты триангуляции меридианной дуги Струве. Началом следующего этапа построения единой системы координат на всю территорию России является 1928 год, когда Главным геодезическим управлением СССР была утверждена единая схема и программа развития государственной триангуляции страны, предложенная Ф.Н. Красовским. В схеме Ф.Н. Красовского передача координат на большие расстояния осуществляется построением по возможности вдоль меридианов и параллелей звеньев (рядов) триангуляции 1 класса, образующих при взаимном пересечении полигоны с периметром 800 - 1000 км. Звено триангуляции 1 класса длиной обычно не более 200 км состоит из треугольников, близких к равносторонним, или из комбинации треугольников, геодезических четырехугольников и центральных систем. Длины сторон в звеньях триангуляции 1 класса составляют, как правило, не менее 20 км. Схема полигона триангуляции 1 класса и заполняющей сети триангуляции 2 класса приведена на рис.4.1. На концах звеньев триангуляции 1 класса измерялись базисные стороны непосредственно прибором Едерина (инварными проволоками) или светодальномером. На обоих концах базисных сторон (в вершинах полигонов) 76 определялись пункты Лапласа (астрономические определения широт, долгот и азимутов). Рис. 4.1. Схема полигона триангуляции 1 класса и заполняющей сети триангуляции 2 класса Звено полигонометрии 1 класса вытянуто и состоит не более чем из 10 сторон длиною 20 - 25 км. На обоих концах крайних сторон звена (в вершинах полигонов) определяются пункты Лапласа с целью исключения накопления ошибок от полигона к полигону и решения редукционных задач высшей геодезии. Для решения редукционных задач необходимо знать составляющие уклонения отвесных линий в плоскости меридиана и в плоскости первого вертикала. Государственная геодезическая сеть подразделялась на сети 1, 2, 3 и 4 классов, различающихся между собой точностью измерений углов и расстояний, 77 длиной сторон сети и порядком последовательного развития. В 1930 году под общим руководством Ф.Н. Красовского вычислительное бюро Главного геодезического управления приступило к уравниванию 8 полигонов 1 класса для Европейской части СССР. Позднее к этим полигонам был присоединен Уральский полигон. Вычисления велись относительно эллипсоида Бесселя методом развертывания, за начальный пункт принимался пункт Саблино. Основная особенность и главный недостаток метода развертывания состоит в том, что результаты измерений, выполненные на земной поверхности и редуцированные к уровню моря, при дальнейшей обработки считались выполненными на поверхности референц-эллипсоида без каких либо поправок за несовпадение поверхности эллипсоида и уровенной поверхности нулевой высоты. Работы по уравниванию триангуляции были завершены в 1932 году и, принятая система координат получила название системы 1932 года. В те же годы в ЦНИИГАиК под руководством Ф.Н. Красовского и А.А. Изотова начались работы по выводу параметров референц-эллипсоида, наилучшим образом подходившего для территории СССР. Под руководством и участием М.С. Молоденского велись работы по определению высот геоида по данным астрономо-гравиметрического нивелирования. В 1942 году начались работы по переуравниванию АГС. Совместным решением Главного управления геодезии и картографии (ГУГК) и Военнотопографического управления Генерального Штаба Министерства Обороны (ВТУ ГШ МО) от 4 июня 1942 года в качестве референц-эллипсоида при уравнивании был принят эллипсоид (в последующем получивший имя Красовского) со следующими параметрами: большая полуось а = 6378245,0 м и сжатие α = 1:298,3, Эту систему координат, в которой выполнялись вычисления, было решено именовать системой координат 1942 года. Установление системы координат 1942 года предполагало также вывод значений исходных геодезических дат в исходном пункте геодезической сети Пулково. В состав исходных геодезических дат входят геодезические широта и долгота исходного пункта на референц-эллипсоиде Красовского, геодезический азимут исходного направления, составляющие уклонения отвесной линии и 78 высота квазигеоида над эллипсоидом Красовского в исходном пункте. Эти данные в совокупности определяют пространственную ориентировку осей референц-эллипсоида в теле Земли при выполнении следующих теоретически строгих условий:  малая ось эллипсоида параллельна направлению к положению среднего полюса;  плоскость нулевого меридиана параллельна плоскости начального астрономического меридиана;  поверхность референц-эллипсоида имеет в среднем наименьшие уклонения от поверхности геоида на всей территории расположения обрабатываемой геодезической сети. Реальная строгость выполнения перечисленных условий определяется точностью всех использованных астрономо-геодезических данных и не зависит от конкретного выбора исходного пункта. Значения исходных геодезических дат устанавливают систему отсчета координат, но не определяют внутреннюю точность самой геодезической сети. Точность взаимного положения геодезических пунктов в сети также не зависит от местоположения исходного пункта, а также от значений исходных геодезических дат. Подобное установление по существу референцных систем координат был единственно возможным в то время при использовании традиционных астрономо-геодезических измерений, выполняемых на земной поверхности. Исходные геодезические даты лишь частично определяют пространственное положение референцной системы в теле Земли через взаимное положение поверхности референц-эллипсоида и геоида для данной территории. Однако положение центра референц-эллипсоида относительно центра масс Земли остается неизвестным без привлечения дополнительной информации. Например, высот геоида над общим земным эллипсоидом или координат некоторого количества пунктов, известных в референцной и общеземной геоцентрической системе координат. При установлении системы координат 1942 года в уравнивание вошли 87 полигонов АГС, покрывавших большую часть Европейской территории СССР и узкой полосой распространяющих координаты до Дальнего Востока. Обработка выполнялась на эллипсоиде Красовского с использованием метода 79 проектирования. Метод проектирования в отличие от метода развертывания предполагал редуцирование данных геодезических измерений с земной поверхности через поверхность уровня моря на поверхность референцэллипсоида. Определение высот квазигеоида и составляющих уклонений отвесных линий, необходимых для такого редуцирования, выполнялось с использованием гравиметрических данных: сначала для повышения точности интерполяции астрономо-геодезических уклонений отвеса и для расчета приращений высот квазигеоида, а затем с развитием гравиметрического метода высоты квазигеоида и составляющие уклонений отвесных линий определялись независимо от астрономо-геодезических данных. Постановлением Совета Министров СССР от 7 апреля 1946 года № 760 на основе результатов выполненного уравнивания была введена единая система геодезических координат и высот на территории СССР - система координат 1942 года. Дальнейшее распространение системы координат 1942 года на территорию СССР проводилось последовательно несколькими крупными блоками полигонов триангуляции и полигонометрии 1 класса. При присоединении каждого очередного блока координаты пунктов на границах блоков уравненной сети принимались как жесткие. Для сгущения АГС, сформированной в виде системы полигонов, выполнялось их заполнение сплошными сетями триангуляции 2 класса (рис. 4.1). Реальная схема полигонов рядов триангуляции 1 класса часто существенно отличалась от приведенной на этом рисунке. Сплошные сети триангуляции 2 класса уравнивались в пределах отдельных полигонов с использованием уравненных координат пунктов триангуляции 1 класса в качестве исходных. Система координат 1942 года прослужила около 50 лет. Однако в настоящее время система координат 1942 года во многом уже не отвечает современным требованиям науки и практики. 28 июля 2000 года постановлением Правительства Российской Федерации от № 586 «Об установлении единых государственных систем координат» введена новая единая государственная система геодезических координат 1995 года (СК95) для использования при осуществлении геодезических и картографических работ начиная с 1 июля 2002 года. 80 Указанным постановлением Правительства Российской Федерации Роскартографии было поручено осуществить организационно-технические мероприятия, необходимые для перехода к использованию системы координат 1995 года. До завершения этих мероприятий Правительство Российской Федерации постановило использовать единую систему геодезических координат 1942 года. 4.2. Классификация и технические характеристики геодезических сетей Государственная геодезическая сеть представляет собой совокупность геодезических пунктов, расположенных равномерно по всей территории и закрепленных на местности специальными центрами, обеспечивающими их сохранность и устойчивость в плане и по высоте в течение длительного времени. ГГС включает в себя также пункты с постоянно действующими наземными станциями спутникового автономного определения координат на основе использования спутниковых навигационных систем с целью обеспечения возможностей определения координат потребителями в режиме, близком к реальному времени. ГГС предназначена для решения следующих основных задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение:  установление и распространение единой государственной системы геодезических координат на всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований;  геодезическое обеспечение картографирования территории России и акваторий окружающих ее морей;  геодезическое обеспечение изучения земельных ресурсов и землепользования, кадастра, строительства, разведки и освоения природных ресурсов;  обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации, аэрокосмического мониторинга природной и техногенной сред;  изучение поверхности и гравитационного поля Земли и их 81 изменений во времени;  изучение геодинамических явлений;  метрологическое обеспечение высокоточных технических средств определения местоположения и ориентирования. Наряду с ГГС созданы государственные нивелирная и гравиметрическая сети, а также геодезические сети специального назначения. Государственные геодезическая, нивелирная и гравиметрическая сети, созданные за счет средств федерального бюджета, относятся к федеральной собственности и находятся под охраной государства. Структура и точность государственной геодезической сети РФ по состоянию на 1995 год представляется следующим образом. ГГС, созданная по состоянию на 1995 год, объединяет в одно целое:  астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети (далее - АГП КГС);  доплеровскую геодезическую сеть (ДГС);  астрономо-геодезическую сеть (АГС) 1 и 2 классов;  геодезические сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов. Пункты указанных построений совмещены или имеют между собой надежные геодезические связи. Космическая геодезическая сеть представляет собой глобальное геодезическое построение. Координаты ее пунктов определены по доплеровским, фотографическим, дальномерным радиотехническим и лазерным наблюдениям искусственных спутников Земли (ИСЗ) системы геодезического измерительного комплекса (ГЕОИК). Точность взаимного положения пунктов при расстояниях между ними около 1... 1,5 тыс. км характеризуется средними квадратическими ошибками, равными 0,2...0,3 м. Из всего состава глобальной космической геодезической сети в ГГС по состоянию на 1995 год включены данные о 28 стационарных астрономогеодезических пунктах, расположенных в границах АГС. Доплеровская геодезическая сеть, как отмечено ранее, представлена 131 пунктом, взаимное положение и координаты которых определены по доплеровским наблюдениям ИСЗ системы Транзит. Точность определения взаимного положения пунктов при среднем расстоянии между пунктами 82 500...700 км характеризуется средними квадратическими ошибками, равными 0,4...0,6 м. Астрономо-геодезическая сеть состоит из 164306 пунктов и включает в себя ряды триангуляции 1 класса, сети триангуляции и полигонометрии 1 и 2 классов, развитые в соответствии с «Основными положениями о построении государственной геодезической сети СССР», 1954 г и 1961 г, а также соответствующими инструкциями о построении ГГС. Полученные из уравнивания средние квадратические ошибки измеренных углов на пунктах АГС 1 и 2 классов равны 0,74" и 1,06" соответственно. Астрономо-геодезическая сеть 1 и 2 классов содержит 3,6 тысячи геодезических азимутов, определенных из астрономических наблюдений, и 2,8 тысячи базисных сторон, расположенных через 170...200 км. Точность выполненных в АГС астрономических определений координат характеризуется следующими средними квадратическими ошибками:  астрономической широты - 0,36",  астрономической долготы - 0,043 s . Средние квадратические ошибки измерений астрономических азимутов и базисов, полученные по результатам уравнивания, соответственно равны 1,27" и 1:500 000. Точность определения взаимного планового положения пунктов, полученных в результате выполненного в 1991 году общего уравнивания АГС как свободной сети, характеризуется в собственной системе координат средними квадратическими ошибками:  0,02...0,04 м для смежных пунктов,  0,25...0,80 м при расстояниях от 500 до 9 000 км. Высоты квазигеоида над референц-эллипсоидом Красовского определены методом астрономо-гравиметрического нивелирования. Сеть линий астрономо-гравиметрического нивелирования покрывает всю территорию страны и образует 909 замкнутых полигонов, включающих 2897 астрономических пунктов. При вычислениях превышений квазигеоида использованы данные гравиметрических съемок масштаба 1:1000000 и крупнее. Точность определения превышений высот квазигеоида характеризуется средними квадратическими ошибками: 83  0,06...0,09 м при расстояниях 10...20 км,  0,3...0,5 м при расстоянии около 1000 км. Геодезические сети сгущения 3 и 4 классов включают в себя около 300 тысяч пунктов. Эти сети созданы методами триангуляции, полигонометрии и трилатерации в соответствии с «Основными положениями о построении государственной геодезической сети СССР», 1954 и 1961 г.г. Плотность пунктов ГГС 1, 2, 3 и 4 классов, как правило, составляет не менее одного пункта на 50 кв. км. На пунктах геодезических сетей 1, 2, 3 и 4 классов в соответствии с «Инструкцией о построении государственной геодезической сети Союза ССР», М., Недра, 1966 г. определены по два ориентирных пункта с подземными центрами. Нормальные высоты верхних марок подземных центров пунктов ГГС определены из геометрического или тригонометрического нивелирования. Существующая плотность ГГС при условии применения современных спутниковых и аэросъемочных технологий обеспечивает решение задач картографирования и обновления карт всего масштабного ряда до 1:500 для городов и 1:2000 для остальной территории. Современная реконструкция и дальнейшее развитие ГГС РФ базируется на активном применение спутниковых технологий. Предполагается, что спутниковая геодезическая сеть будет включать в себя построения трёх уровней. Верхний уровень занимает фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС). На следующем уровне находится высокоточная спутниковая геодезическая сеть (ВГС), а третий уровень занимает спутниковая сеть 1 класса (СГС-1) [3, 8, 9, 28]. Таким образом, с учётом существующих плановых геодезических сетей, структура государственной геодезической сети РФ по точности определения положения пунктов может быть подразделена на:  фундаментальную астрономо–геодезическую сеть (ФАГС);  высокоточную геодезическую сеть (ВГС);  спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1);  астрономо – геодезическую сеть 1 и 2 классов (АГС);  государственную геодезическую сеть 3 и 4 классов;  геодезические сети сгущения. 84 Пункты указанных геодезических сетей, связанные между собой геодезическими измерениями, могут быть совмещены. Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС) занимает высший уровень в структуре координатного обеспечения территории России. Она служит исходной геодезической основой для дальнейшего повышения точности пунктов государственной геодезической сети. ФАГС практически реализует геоцентрическую систему координат в рамках решения задач координатно-временного обеспечения (КВО). К настоящему времени сеть насчитывает 38 пунктов, 28 из которых открытого пользования. Данные наблюдений на этих пунктах служат для формирования основы национальной геоцентрической системы координат и одновременно для определения точных эфемерид искусственных спутников земли (ИСЗ) и глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС). Из 28 постоянно действующих пунктов открытого пользования (из них 9 подведомственны Росреестру), часть пунктов относятся к системе дифференциальной коррекции и мониторинга Роскосмоса, а часть пунктов подведомственны Российской академии наук, в том числе три пункта радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами и пункты Ростехрегулирования. В состав постоянно действующих пунктов ФАГС включаются пункты Роскартографии и АГП КГС, а также, по согласованию, расположенные на территории России пункты лазерной локации спутников, сверхдлиннобазисной радиоинтерферометрии, пункты службы вращения Земли, и другие пункты спутниковых наблюдений, измерения на которых позволяют поддерживать и уточнять геоцентрическую систему координат. Расстояние между смежными пунктами ФАГС около 1000 км. Количество, расположение постоянно действующих и периодически определяемых пунктов ФАГС, состав аппаратуры и программы наблюдений определяются программой построения и функционирования ФАГС. Все пункты ФАГС фундаментально закреплены с обеспечением долговременной стабильности их положения, как в плане, так и по высоте. Часть этих пунктов должна стать постоянно действующими астрономическими обсерваториями. 85 Пространственное положение пунктов ФАГС определяется методами космической геодезии в геоцентрической системе координат относительно центра масс Земли со средней квадратической ошибкой 10...15 см. Средняя квадратическая ошибка взаимного положения пунктов ФАГС должна быть не более 2 см по плановому положению и 3 см по высоте с учетом скоростей их изменения во времени. В число основных задач построения ФАГС входит достижение требуемой точности и достоверное оценивание точности создаваемой новой геоцентрической системы координат и определение изменений координат пунктов ФАГС во времени. На пунктах ФАГС выполняются определения нормальных высот и абсолютных значений ускорений силы тяжести. Определения нормальной высоты производится нивелированием не ниже II класса точности, абсолютные определения силы тяжести - по программе определения фундаментальных гравиметрических пунктов. Периодичность этих определений на пунктах ФАГС устанавливается в пределах 5...8 лет и уточняется в зависимости от ожидаемых изменений измеряемых характеристик. Задаваемая пунктами ФАГС геоцентрическая система координат согласовывается на соответствующем уровне точности с фундаментальными астрономическими (небесными) системами координат и надежно связывается с аналогичными пунктами различных государств. Второй уровень в современной структуре ГГС занимает высокоточная геодезическая сеть (ВГС), основное назначение которой это дальнейшее распространении на всю территорию России геоцентрической системы координат и уточнение параметров взаимного ориентирования геоцентрической системы и системы геодезических координат. ВГС, наряду с ФАГС, служит основой для развития геодезических построений последующих классов, а также используется для создания высокоточных карт высот квазигеоида совместно с гравиметрической информацией и данными нивелирования. ВГС представляет собой опирающееся на пункты ФАГС, однородное по точности пространственное геодезическое построение, состоящее из системы 86 пунктов, удаленных один от другого на 150...300 км. Пункты ВГС определяются относительными методами космической геодезии, обеспечивающими точность взаимного положения со средними квадратическими ошибками, не превышающими 3 мм +5×10 -8 D (где D расстояние между пунктами) по каждой из плановых координат и 5 мм +7×10 -8 D по геодезической высоте. Каждый пункт ВГС связывается измерениями со смежными пунктами ВГС и не менее чем с тремя ближайшими пунктами ФАГС. В исключительных случаях на труднодоступных территориях допускается отсутствие связей между смежными пунктами ВГС при условии их связи с большим количеством близких пунктов ФАГС и использовании наблюдений большей продолжительности. На пунктах ВГС выполняются определения нормальных высот и абсолютных значений ускорений силы тяжести. Периодичность этих определений устанавливается Роскартографией в зависимости от ожидаемых изменений измеряемых характеристик. Для связи существующей сети с вновь создаваемыми геодезическими построениями определяется взаимное положение пунктов ФАГС и ВГС с ближними пунктами АГС со средней квадратической ошибкой, не превышающей 2 см по каждой координате. Для связи с главной высотной основой пункты ВГС привязываются к реперам нивелирной сети I ... II классов или совмещаются с реперами соответствующих линий нивелирования. Спутниковая геодезическая сеть 1-го класса (СГС-1) представляет собой пространственное геодезическое построение, создаваемое по мере необходимости в экономически развитых районах страны со средними расстояниями между смежными пунктами около 25-35 км. СГС-1 занимает третий уровень в современной структуре ГГС. Основная функция СГС-1 состоит в обеспечении оптимальных условий для реализации точностных и оперативных возможностей спутниковой аппаратуры при переводе геодезического обеспечения территории России на спутниковые методы определения координат. СГС-1 создается относительными методами космической геодезии, обеспечивающими определение взаимного положения ее смежных пунктов со 87 средними квадратическими ошибками 3 мм +1×10-7 D по каждой из плановых координат и 5 мм +2×10-7 D по геодезической высоте. СГС-1 может строиться отдельными фрагментами. В каждый фрагмент должны включаться все пункты ВГС и ФАГС, попадающие в область, перекрывающую фрагмент на треть расстояния между смежными пунктами ВГС на данной территории. Средняя квадратическая ошибка определения положения пунктов СГС-1 относительно ближайших пунктов ВГС и ФАГС не должна превышать 1...2 см в районах с сейсмической активностью 7 и более баллов и 2...3 см в остальных регионах страны. Нормальные высоты должны определяться на всех пунктах СГС-1, либо из геометрического нивелирования с точностью, соответствующей требованиям к нивелирным сетям II ... III классов, либо из спутникового нивелирования как разности геодезических высот, определяемых относительными методами космической геодезии, и высот квазигеоида. Для связи СГС-1 с АГС и нивелирной сетью часть пунктов СГС-1 должна быть совмещена или связана с существующими пунктами АГС и реперами нивелирной сети не ниже III класса. Связь, как правило, должна определяться относительным методом космической геодезии со средними квадратическими ошибками не более 2 см для плановых координат при привязке пунктов АГС и 1 см для геодезических высот при привязке нивелирных реперов. При высотной привязке использование пунктов АГС с известными нормальными высотами вместо нивелирных реперов не допускается. Расстояние между пунктами АГС, совмещенными с пунктами СГС-1 или привязанными к ним, не должно быть больше 70 км при средней плотности СГС-1 и 100 км при построении разреженной сети СГС-1 в необжитых районах. Расстояние между нивелирными реперами для связи с пунктами СГС-1 должно быть не более 100 км. В случае необходимости могут создаваться геодезические сети сгущения в соответствии с нормативно-техническими актами, утверждаемыми Роскартографией. Повторные определения координат пунктов ГГС и высот реперов должны планироваться в необходимом объеме и с требуемой точностью для выявления деформаций земной поверхности и изучения закономерностей их изменений. 88 При необходимости повторных определений координат пунктов в сейсмоактивном регионе построение СГС-1 планируется с повторным определением пунктов ВГС на этой и смежной территориях. Пункты СГС-1, совмещенные или связанные с реперами нивелирной сети I ... III классов, используются для уточнения высот квазигеоида. В исключительных случаях в районах, не обеспеченных необходимыми данными о высотах квазигеоида, для определения нормальных высот допускается применение тригонометрического нивелирования. В последнем случае средняя квадратическая ошибка взаимного положения смежных пунктов по высоте должна быть не более 20 см. Средняя квадратическая погрешность определения положения пунктов СГС-1 относительно ближайших пунктов ВГС и ФАГС должна быть не более 2 см в районах с сейсмической активностью 7 и более баллов и 3 см в остальных регионах страны. Астрономо - геодезическая сеть 1 и 2 классов включает геодезические пункты, положение которых определяют традиционными методами (триангуляция, полигонометрия, трилатерация) со средними квадратическими погрешностями во взаимном положении не более 4 см в плане и 8 см по высоте. Расстояния между пунктами АГС составляет 8-25 км. Плотность государственной геодезической сети при применении современных спутниковых и аэросъёмочных технологий должна обеспечивать решение задач картографирования и обновления карт всего масштабного ряда до 1:500 для городов и 1:2000 для остальной территории. В случае необходимости и экономической целесообразности могут создаваться геодезические сети сгущения и геодезические сети специального назначения. Сети сгущения строят для дальнейшего увеличения плотности государственных сетей и включают сети 3 кл, 4 кл., и 1-го и 2-го разряда. Съёмочные сети – это тоже сети сгущения, но с ещё большей плотностью. С точек съёмочной сети производят непосредственно съёмку предметов местности и рельефа для составления планов и карт различных масштабов. Специальные геодезические сети создаются для обеспечения строитель89 ства отдельных инженерных сооружений, а также решения ряда научных задач. Построение геодезической основы в виде сетей на площадках изысканий и строительства выполняется поэтапно в несколько ступеней по принципу от «общего к частному», от крупных (с большими расстояниями между пунктами) и высокоточных построений к меньшим по размеру и менее точным построениям. Целью этих построений является обеспечение площадки изысканий достаточным для производства съёмочных работ количеством пунктов планово-высотной съёмочной основы. Количество ступеней развития обоснования зависит от размеров площадки. Так, если площадь участка изысканий не превышает 1 км2, то плановая опорная геодезическая сеть не строится, а строится только съёмочная сеть в виде теодолитных ходов, т.е. в одну ступень. При площади участка от 10 до 25 км2 плановая опорная геодезическая сеть может состоять из построений 4 класса, а также 1 и 2 разрядов. Сгущаются эти построения съёмочными сетями в виде теодолитных ходов. Более подробно требования к построению геодезической основы отражены в сводах правил СП 47.13330.2012. (СП 11-104-97). К специальным геодезическим сетям следует отнести разбивочные сети строительной площадки, внешние и внутренние разбивочные сети здания. Названные специальные разбивочные сети рассматриваются в курсах прикладной геодезии. Здесь же скажем, что способы создания разбивочных сетей могут быть как традиционные, так и основанные на спутниковых технологиях. Форма, размеры и класс таких сетей обусловлены видом и размерами строящегося сооружения, конфигурацией размещения зданий и инженерных коммуникаций на строительной площадке. Исходными для таких сетей служат пункты государственной или городской геодезической сети в количестве не менее трёх. Разбивочная сеть строительной площадки служит исходной плановой и высотной основой для производства разбивочных работ и выноса на местность объектов и конструкций строительного комплекса. Внешняя разбивочная сеть здания создаётся для выполнения всех разбивочных работ на всех этапах строительства, включая исполнительные съёмки и наблюдения за деформациями возводимого конкретного объекта и окружающей его застройки. Внутренняя разбивочная сеть здания создаётся для производства разбивочных работ и исполнительных съёмок на монтажных горизонтах многоэтаж90 ных зданий. Строится внутренняя разбивочная сеть в виде базисной фигуры на исходном монтажном горизонте и повторяется на высших монтажных горизонтах по мере возведения сооружения. Высотная разбивочная основа строительного объекта создаётся в виде нивелирных ходов, класс которых определяется размерами строительной площадки. Высотные ходы должны опираться на реперы государственной или городской геодезической сети в количестве не менее трёх. Геодезические сети 3 и 4 класса, сети сгущения, съёмочные сети, специальные геодезические и разбивочные сети могут быть объединены общим названием – инженерно-геодезические сети. При построении инженерногеодезических сетей в качестве опорных используются государственные геодезические сети (АГС 1 и 2 классов, спутниковые сети высших классов). Необходимость в построении инженерно-геодезических сетей возникает при изысканиях площадок под строительство и проектировании сооружений, составлении генеральных планов городов и посёлков, разработке технических проектов и рабочих чертежей гражданских, промышленных, гидротехнических, транспортных и других сооружений. В более широком смысле инженерно-геодезические сети предназначены для решения практических задач:  топографической съемки и обновления планов населённых пунктов всех масштабов;  землеустройства, межевания, инвентаризации земель;  топографо-геодезических изысканий на территориях предполагаемого строительства;  инженерно-геодезического обеспечения процесса строительства;  геодезического изучения локальных геодинамических природных и техногенных явлений на территории городов и посёлков. Требования к точности и плотности пунктов плановых инженерногеодезических сетей достаточно разнообразны. Это обусловлено разнообразием тех задач, которые решаются при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений. Тем не менее, при отсутствии специальных требований, инженерно-геодезические сети проектируются с учётом возможности их последующего сгущения и развития для обеспечения основных 91 разбивочных работ и топографической съёмки в масштабе 1:500. Исходным началом для расчёта точности плановых геодезических сетей, предназначенных в качестве обоснования топографических съёмок, является требование к точности построения съёмочных сетей. Требование таково: предельные ошибки положения пунктов уравненного съёмочного обоснования относительно пунктов государственной геодезической сети и геодезических сетей сгущения не должны превышать на открытой местности и застроенных территориях 0,2 мм на плане. Так, для планов масштаба 1:500 предельные ошибки координат пунктов сети съёмочного обоснования выразятся величиной 0,10 м, а для съёмочных сетей при производстве съёмок в масштабе 1:2000 эта величина составит 0,40 метра. Однако, поскольку опорные геодезические сети на застроенных и незастроенных территориях городов, посёлков и промышленных предприятий проектируются с учётом возможности их последующего сгущения и развития для обоснования топографической съёмки в масштабе 1:500, а также для производства инженерно-геодезических разбивочных работ, то их точность, естественно, определяется предельной ошибкой в координатах 0,10 м. Предельная погрешность (то же, что и предельная ошибка) взаимного планового положения смежных пунктов опорной геодезической сети после её уравнивания установлена СП 47.13330.2012. «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. 2012» и составляет 5 см. Следовательно, средняя квадратическая погрешность взаимного положения пунктов, при доверительной вероятности 0,67 не должна превышать 2,5 см. Требования к точности производства разбивочных работ могут быть значительно выше точности топографической съёмки. В таком случае создаются специальные опорные инженерно-геодезические сети. При построении таких локальных сетей пункты старших классов используются только для передачи дирекционного угла на одну из сторон сети и координат на один из пунктов этой сети. При построении специальных геодезических сетей их точность и плотность могут существенно меняться при переходе от одного этапа строительства сооружения к другому. Так, например, при возведении гидроузла на стадии изысканий геодезическая сеть строится из расчёта требований съёмочных работ, на стадии строительства – на удовлетворение требований к точности разбивочных 92 работ, а в период эксплуатации сооружения – на удовлетворение требований к точности работ, выполняемых при наблюдениях за осадками и деформациями основных сооружений гидроузла. При этом требования к точности геодезических измерений возрастают от этапа к этапу. Способы построения инженерно-геодезических сетей могут быть различными, как традиционными – это триангуляционные построения, трилатерация, линейно-угловые сети и полигонометрия, но также могут быть применены новые, более прогрессивные методы построения. Развитие науки и техники в последние десятилетия привело к созданию и внедрению в геодезическое производство принципиально нового метода определения координат – спутникового. В этом методе в качестве опорных точек берутся подвижные спутники, пространственные координаты которых вычисляются на любой интересующий момент времени. Измерив и вычислив расстояния до нескольких спутников (обычно более четырёх), вычисляются координаты точки, над которой установлен спутниковый приёмник или приращения координат между точками. Внедрение спутниковых геодезических технологий потребовало существенного пересмотра традиционных подходов к проблеме построения и реконструкции инженерно-геодезических сетей. Основным достижением спутникового метода, безусловно, является исключительно высокая точность определения приращений координат. Спутниковые системы постоянно совершенствуются, но уже сегодня приращения координат между двумя спутниковыми приёмниками могут быть определены со средней квадратической погрешностью 5 мм + D·10-6, где D – расстояние между пунктами. Сравнив эту величину с обозначенным выше требованием СП 47.13330.2012 относительно погрешности взаимного положения пунктов опорной сети, легко видеть, что применение сегодня спутниковых технологий для построения инженерно-геодезических сетей не просто обеспечивает эти требования, но перекрывает их по точности в несколько раз. В общем случае построение опорных сетей, сетей сгущения или съёмочного обоснования, а также разбивочных сетей с применением спутниковой технологии (аппаратуры и методов) не имеет существенных ограничений, поскольку 93 точность этой технологии выше существующих требований к точности построения большинства инженерно-геодезических сетей. Что касается специальных сетей с повышенными требованиями к точности взаимного положения пунктов, то и при их построении могут быть найдены соответствующие схемы и пути решения задач с применением спутниковых методов в комбинации с современной высокоточной оптоэлектронной геодезической аппаратурой. Некоторые ограничения в применении спутниковой аппаратуры могут возникнуть при выборе местоположения пунктов развиваемой сети. Однако, при наличии навыков и соответствующего опыта организации работ, почти всегда удаётся обеспечить возможность беспрепятственного проведения спутниковых наблюдений. Поэтому для масштабного ряда топографических планов (карт) 1:10000, 1:5 000, 1:2 000, 1:1 000 и 1:500 построение съёмочного обоснования уверенно может выполняться спутниковой аппаратурой и спутниковыми методами. При обеспечении съёмок масштаба 1:10000 спутниковая технология может быть применена для развития съёмочного обоснования (планово-высотной привязки опознаков). Плотность пунктов опорной и съёмочной геодезических сетей должна составлять на незастроенной территории на 1 км 2 не менее 4, 12, 16 пунктов для съёмок в масштабах соответственно 1:5000, 1:2000 и 1:1000. Для съёмки в масштабе 1:500 плотность пунктов должна устанавливаться в программе изысканий. При производстве инженерно-геодезических изысканий линейных сооружений геодезической основой служат пункты (точки) планово-высотной съёмочной сети, прокладываемой вдоль трассы в виде магистральных ходов. 4.3. Методы построение плановых опорных геодезических сетей Известные способы триангуляции, трилатерации и полигонометрии, а также сочетания этих способов относятся к традиционным способам построения плановых опорных инженерно-геодезических сетей. Некоторые из этих способов, как например триангуляция сегодня утратили своё значение. Другие, как полигонометрия, наоборот, в связи с широким внедрением электронных тахео94 метров, наиболее востребованы, а в сочетании со спутниковыми определениями в настоящее время составляют основу методов и схем построения и сгущения инженерно-геодезических сетей. Точность определения планово-высотного положения, плотность и условия закрепления пунктов (точек) геодезической основы должны удовлетворять требованиям производства крупномасштабных топографических съёмок, в том числе для разработки проектной и рабочей документации предприятий, сооружений, гражданских объектов. Кроме того, точность сетей должна быть достаточной для выноса проектов в натуру, выполнения специальных инженерно-геодезических работ, наблюдений за опасными природными и техногенными процессами, обеспечения строительства и эксплуатации объектов. Технические требования к построению геодезической основы традиционными способами приведены в СП 47.13330.2012. Для инженерных целей преимущественно развиваются сети 4 класса, 1 и 2 разрядов, а на территориях больших городов могут строиться сети 2 и 3 классов с большими длинами сторон и более точными измерениями. Класс сети определяется площадью участка изысканий. Так, если площадь участка составляет от 25 до 50 км2 и от 10 до 25 км2, то плановая опорная геодезическая сеть развивается построениями 4 класса, 1 и 2 разрядов.. Высотные опорные сети для случая больших площадей строятся нивелированием III и IV классов; для меньших площадей нивелированием IV класса. Если площадь участка изысканий заключена в пределах от 5 до 10 км2, то плановая основа создаётся построениями 1 и 2 разрядов; высотная основа нивелированием IV класса. Для площадей менее 1 км2 опорные сети не предусмотрены, а только съёмочные сети. Съёмочные сети строятся теодолитными ходами или триангуляцией взамен теодолитных ходов. Высоты съёмочных сетей определяются техническим нивелированием независимо от площади съёмок. В таблице 4.1. приведены характеристики точности классов построения инженерно-геодезической основы способами триангуляции, полигонометрии, трилатерации и теодолитными ходами. Высотная привязка центров пунктов опорной геодезической сети должна производиться нивелированием III и IV классов или техническим нивелированием, для которых предельные погрешности определения превышений на станции 95 соответственно равны 2,6; 5,0 и 10,0 мм. Таблица 4.1. Характеристики точности классов построения инженерно-геодезических сетей Плановая опорная геодезическая сеть, съёмочная сеть Средняя квадратическая погрешность измерения углов, сек 4 класс 3 Предельна погрешность линейных измерений 1:25000 а) Цепочка треугольников 1 разряд 5 1:10000 2 разряд 10 1:5000 Теодолитные ходы 30 1:2000 Триангуляция. Триангуляцией называют построенные на местности фигуры из треугольников, в которых измерены все углы и одна или для целей контроля, две из сторон. Вершины треугольников закрепляют подземными центрами и обозначают наземными знаками – сигналами и пирамидами. В таких треугольниках по формулам тригонометрии легко находятся недостающие величины, что позволяет вычислять координаты вершин треугольников. Триангуляционные сети используются в качестве основы для топографических съёмок, для производства разбивочных работ, а также для наблюдений за осадками и деформациями зданий и сооружений. В зависимости от назначения геодезической сети, размеров и формы объекта изысканий или строительства форма триангуляционных построений, размеры сторон и точность измерений в триангуляционных сетях могут значительно различаться. Некоторые типовые схемы простейших триангуляционных построений приведены на рис. 4.2. На рисунках измеренные стороны, называемые базисами, обозначены буквой b. В качестве исходных базисов и пунктов могут быть использованы стороны сетей более высокого класса (рис. 4.2, б, в). Отличительной особенностью триангуляционных построений является минимальный объём линейных измерений, что являлось весьма весомым аргу96 ментом в пользу триангуляции во времена, когда электронные способы измерения расстояний ещё не были известны. b1 b2 б) Геодезический четырёхугольник b b в ) Центральная система Рис. 4.2. Некоторые типовые схемы триангуляционных построений В таблице 4.2 приведены некоторые требования к развитию опорной инженерно-геодезической сети способом триангуляции для построений 4 класса 1 и 2 разрядов [34, 35]. Специальные инженерно-геодезические сети, построенные способом триангуляции (например, тоннельная триангуляция, гидротехническая триангуляция или мостовая триангуляция) имеют другие технические показатели, причём более жёсткие. 97 Таблица 4.2. Некоторые характеристики построения опорных сетей способом триангуляции Показатели 4 класс Длина стороны треугольника, км 2-5 Число измеренных базисных сторон 2 Предельная невязка в треугольнике, с Средняя квдратическая ошибка измерения угла по невязкам в треугольниках, с, не более Длина базисной стороны, км, не менее Число треугольников между исходными (базисными) сторонами 2 разряд 0,5-5 0,25-3 2 2 1:50000 1:20000 1:20000 1:10000 30 30 30 8 20 40 Относительная средняя квадратическая, ошибка, не более: Базисной стороны 1:200000 Стороны в наиболее слабом месте 1:70000 Наименьшее значение угла треугольника в цепочке треугольников, градусов: 1 разряд 2 5 10 2 1 1 20 10 10 В соответствии с действующими нормативными документами основными показателями класса триангуляции являются средние квадратические ошибки измеренных углов mβ, средние относительные ошибки наиболее слабых сторон ma/a и ошибки исходных сторон (базисов) mb/b. Для разбивочных сетей характерной особенностью является соблюдение заданной ошибки во взаимном положении соседних пунктов или пунктов, образующих опорную сторону для разбивочных работ. Такая специфика разбивочных сетей обусловлена тем, что с её пунктов производится разбивка точек, принадлежащих одному сооружению. Требования к взаимному положению точек некоторых сооружений могут быть достаточно жёсткими. 98 Триангуляционная сеть 4 класса проектируется на карте, руководствуясь при этом нормативными требованиями СП. Сеть должна быть локальной, хотя отдельные её пункты могут быть совмещены с имеющимися на карте пунктами государственной сети, считая их пунктами более высокого класса. Проектируя сеть на карте, следует руководствоваться тем положением, что наблюдения углов в сети будут выполняться со штатива на пирамиды высотой 6-8 м. Условия прохождения визирного луча между пунктами могут быть определены по профилям местности. Выбор схемы или формы сети остаётся за проектировщиком в соответствии с условиями местности. Для территорий городов, населённых пунктов и строительных площадок могут оказаться целесообразными центральные системы или системы из треугольников, покрывающих весь участок. В триангуляционной сети обязательно должно быть не менее двух исходных (базисных) сторон. В случае, если на участке имеется твёрдая сторона (между существующими пунктами), в проекте должно быть предусмотрено измерение ещё одной базисной стороны. Выполнение этих требований обеспечивает контроль масштаба сети. Для наглядности проект сети (в уменьшенном масштабе) отдельным рисунком изображается на отдельном листе бумаги (например, рис. 4.3). Для предварительной оценки проекта типичных схем построения сети можно пользоваться приближёнными формулами. Оценка в данном случае сводится к определению средней квадратической ошибки взаимного положения пунктов слабой стороны запроектированной сети. Слабой считается наиболее удалённая от обоих базисов сторона. При равенстве числа треугольников до разных сторон наиболее слабой будет сторона с наименьшей длиной. На рис. 4.3 приведен ряд триангуляции (цепочка треугольников), опирающийся на две исходные базисные стороны b1 и b2. Стороны S1, S2,…, общие для двух соседних треугольников, называют связующими, а противолежащие им углы А, В – связующими углами. Стороны S используются в последовательных вычислениях координат вершин треугольников и проходящую по ним линию называют ходовой. Так сторона S1 определится из соотношения S1  b1 sin A1 . sin B1 99 (4.1) Для стороны S2 , будем иметь S1  b1 sin A1  sin A2 . sin B1  sin B2 (4.2) В такой последовательности, решая треугольники, находят все стороны S ходовой линии Стороны с1, c2… называют промежуточными, а противолежащие им углы С1, С2, …, промежуточными углами. Средняя квадратическая ошибка связующей стороны цепочки, опирающейся на две исходные базисные стороны, может быть определена по известным приближённым формулам. Эти формулы основаны на сложении весов оцени- F c2 C1 b1 A2 B2 S1 A1 B1 C2 Sn S2 Cn Bn c1 b2 An M Рис. 4.3. Ряд триангуляции ваемой стороны. Веса определяются через среднюю квадратическую ошибку оцениваемой стороны. Ошибку вычисляют дважды: от начальной и конечной базисных сторон. Если среднюю квадратическую ошибку стороны МF = S, полученную от базисной стороны b1, обозначить через mS1, а от базисной стороны b2 – через mS2, то соответствующие веса стороны S будут равны p1 = μ²/m²S1, p2 = μ²/mS2 . Вес среднего значения длины стороны определится по формуле mS21  mS2 2 p  p1  p2   , mS21mS2 2 2 а средняя квадратическая ошибка определяемой стороны S будет 100 (4.3) mS21  mS2 2 m  / p 2 mS1  mS2 2 2 s 2 (4.4) Средние квадратические ошибки ms определяются по формуле 2 2 2 m m  m   S  2  (ctg 2 Ai  ctg 2 Bi  ctgActgB i i) 3  2 S 2 b (4.5) Эта формула записана в предположении, что mAi = mBi = mβ и стороны в треугольниках приблизительно равны: т.е. S1 ≈ S2 ≈ ···≈ S ≈ b1 ≈ b2. Для сети в виде центральной системы или геодезического четырёхугольника коэффициент перед S2 , будет равен 0,5. Величина ∑(ctg²Ai +ctg²Bi + ctgAi ctgBi) не зависит от точности измерений, а зависит только от значений углов Ai и Вi, т.е. от формы треугольников, её называют ошибкой геометрической связи, или обратным весом треугольников и обозначают ΣR. Величины R табулированы и выбираются по связующим углам А и В. Углы для этих целей измеряются транспортиром по схеме на карте. Также по карте определяют длины сторон. Если вычисления производятся для измерений по направлениям, то m  mн  2 . Ошибка исходной стороны mb практически всегда значительно меньше ошибок измерений развиваемой сети, хотя бы в два раза: т.е. mb/b ≤ mS/2S. Поэтому, опустив mb в формуле 4.5, можно найти mS, задавшись mβ и наоборот. Формулу 4.4 из аналогичных рассуждений можно записать и для дирекционных углов связующих сторон треугольников m21  m2 2 m  2 , m1  m2 2 2  (4.6) где m²αi = 2/3·m²β·k , а k – число треугольников от базисной стороны до данной, оцениваемой. Поперечная ошибка конечного пункта стороны S определится по формуле mq = (mα/ρ)L, где L = S1 + S2 + ··· + Sk ≈ k·Sср – диагональ звена. 101 Х F1 ms mα m F M Y Рис. 4.4. Ошибки угловых и линейных измерений Ошибку взаимного положения пунктов М и F находят из выражения m2  m2s   m2  где первый член формулы отражает ошибку в длине стороны, а второй ошибку её дирекционного угла, или иначе m² = m²S + (mα/ρ)²·L² . Сказанное поясняет рисунок 4.4. Исходя из принципа равных влияний ошибок угловых и линейных измерений, можно записать mS = (mα/ρ)·L, что позволит вычислить ошибку взаимного положения пунктов М и F по вычисленному значению mS. Итак, m² = 2m²S. Найденное значение m сравнивают с допустимым. При удовлетворительном результате по принятому значению mβ определяют класс сети и точность измерения базиса. В противном случае берут за основу другое значение mβ, иначе говоря, назначают более высокий класс сети, и расчёты повторяют. Для оценки проекта сети на компьютере, имеющем соответствующую программу уравнивания (оценки) параметрическим способом, необходимо определить по карте или на схеме в масштабе в условной системе приближённые координаты всех пунктов. Как правило, во всех программах для оценки проекта параметрическим способом необходимо ввести следующие данные:  - номер исходных точек и их координаты;  - среднюю квадратическую ошибку измеренного угла;  - приближённые координаты определяемых пунктов. 102 Обычно при оценке проектов принимают один из пунктов в качестве исходного, а координаты определяются по километровой сетке карты. В результате оценки будут получены обратные веса функции определения координат всех пунктов и их средние квадратические ошибки по осям координат mx и my. Средняя квадратическая ошибка М планового положения пункта может быть приближённо подсчитана по формуле M  mx2  my2 (4.7) Максимальное значение этой ошибки, соответствующее наиболее слабо определяемому пункту, сравнивается с допустимой величиной 2,5 см. Далее делается вывод и принимается соответствующее решение. Следует иметь в виду, что во многих программах заложена и оценка функции определения взаимного положения пунктов в наиболее слабо определяемом месте сети. Эту величину так же можно сравнить с допустимой и принимать соответствующее решение. Основными достоинствами метода триангуляции являются его оперативность и возможность использования в разнообразных физико-географических условиях. Метод позволяет непосредственно в поле осуществлять контроль измеренных величин и с высокой точностью определять взаимное положения смежных пунктов сети. Проектирование триангуляционных сетей выполняют на топографических картах 1:10000 и 1:25000 исходя из назначения сети, формы и площади территории, её рельефа и застроенности, наличия пунктов государственной сети и других параметров. Способ трилатерации. Метод трилатерации, как и триангуляция предусматривает построение на местности геодезических сетей из треугольных фигур в виде цепочек треугольников, геодезических четырёхугольников и центральных систем, в которых измеряются не углы, а длины сторон. Сети трилатерации создаются для решения ряда инженерно-геодезических и специальных задач и строятся в виде свободных сетей, состоящих из отдельных типовых фигур и их комбинаций или в виде сплошных сетей треугольников. Базовой фигурой сети трилатерации является треугольник с измеренными сторонами a, b, c, см. рис. 4.5. 103 Рис. 4.5. Треугольник трилатерации Длины сторон в фигурах трилатерации измеряются электронными тахеометрами и светодальномерами, а в сетях, создаваемых в качестве разбивочной основы, при строительстве зданий стороны измеряются компарированной рулеткой в 30 и 50 метров, что очень удобно на бетонной поверхности. Таблица 4.3. Основные требования к сетям трилатерации Показатели 4 класс 1 разряд 2 разряд Длина стороны треугольника, км 1-5 0,5-5 0,25-3 Относительная средняя квадратическая ошибка стороны 1/100000 1/50000 1/20000 Наименьшее значение угла треугольника, градусы 20 20 20 Число сторон между исходными сторонами, исходным пунктом и исходной стороной, не более 10 10 10 Количество приёмов измерения длин сторон электрооптическими дальномерами 3 2 1 Необходимые нормативные требования к проектированию сети трилатерации 4 класса также выбираются из СП 47.13330.2012. Всё, что сказано применительно к триангуляции, относится и к сети трилатерации с учётом особенностей её построения. В таблице 4.3 приводятся основные требования к построению 104 инженерно-геодезических сетей способом трилатерации [34, 35]. Угол α в треугольнике трилатерации (рис.4.5) может быть вычислен через тригонометрические функции tg  2 или cos по формулам: tg   2 cos   bc 1 ; p p  a (4.8.) 2 p( p  a)  1; bc (4.9) abc . (4.10) 2 Для линейно протяжённых объектов сеть трилатерации создают из цепочки треугольников или четырёхугольников. Оценка проекта сети трилатерации может быть выполнена как на компьютере, при наличии соответствующей программы, так и при помощи приближённых формул для оценки точности типовых построений. В любом случае возникает необходимость в обозначении абсолютной ошибки измерения стороны сети. Для сетей 4 класса относительная средняя квадратическая ошибка измерения стороны должна быть не более 1:100000. Следовательно, абсолютная ошибка для разных длин сторон будет различной. В силу этого необходимо заранее определить рекомендуемый светодальномер или электронный тахеометр, обеспечивающий эту точность на минимальных длинах проектируемых линий. Формулы для предварительной оценки точности проекта сети приведём для свободного ряда трилатерации [16]. Обозначим: ms – средняя квадратическая ошибка измерения сторон ряда трилатерации; k – число треугольников от исходной стороны до оцениваемой связующей стороны; β – среднее значение связующего угла ряда; М – ошибка взаимного положения двух пунктов связующей стороны k – го треугольника; mt – средний квадратический продольный сдвиг; mu – средний квадратический поперечный сдвиг пунктов k – го треугольника. Тогда: p M  3 k ctg  ms ; mt  k  ms ; mu  Mk  3 k 3 ctg  ms . (4.11) Расчёты по таким формулам для предварительного обоснования проектных решений достаточно эффективны в силу своей простоты и оперативности. Средняя квадратическая ошибка вычисленного угла может быть найдена 105 по формуле m2  2  Ama2  B 2 mb2  C 2 mc2  , (4.12) где ma, mb и mc - средние квадратические ошибки измерения сторон; 2 2 1 h  h  A  ; B  A 1  a  ; C  A 1  a  , ha b c (4.13) где ha – высота треугольника, опущенная из вершины на сторону a. Для линейно протяжённых объектов сеть трилатерации создают из цепочки треугольников. Одним из недостатков вытянутого ряда цепочки треугольников с измеренными сторонами является значительное превышение поперечного сдвига конечных точек ряда по отношению к продольному. При оценке ожидаемой точности ряда равносторонних треугольников трилатерации используют формулы: а) для продольного сдвига mt  ms N 2 N 1 2 mt  mS (при N чётном); (4.14) (при N нечётном), (4.15) где mS – средняя квадратическая ошибка измерения сторон; N - число фигур ряда; б) для поперечного сдвига mu  mS 0,111k 3  0,25k 2  1,3k , (4.16) где k – порядковый номер связующей стороны; в) для дирекционного угла связующей стороны mk  mS ρ 1,33k  0,67, S (4.17) где S – длина стороны треугольников. Недостатком сетей трилатерации из треугольников является также отсутствие полевого контроля качества измерений для каждой фигуры. Действитель106 но, сумма вычисленных углов треугольника всегда будет равна 180° при любых ошибках измерения сторон, даже при грубых промахах. В связи с этим на практике взамен фигур из треугольников строят сети из геодезических четырёхугольников. В каждом геодезическом четырёхугольнике измеряются две диагонали и все четыре стороны. Ясно, что одно из этих измерений является избыточным и может быть вычислено по результатам измерения других сторон. Это может служить полевым контролем качества измерений длин линий. Кроме того, геодезический четырёхугольник является более жёсткой фигурой и ряд, составленный из таких фигур, обладает более высокой точностью. Оценка точности ряда геодезических четырёхугольников, состоящего из квадратов и уравненного за условия фигур, может быть выполнена по следующим формулам: mt  mS 0,9 N ; mu  mS 0,67 N 3  0,13N 2  0,98 N  1,4; mk  (4.18) mS  2N . S Наибольшее применение в практике инженерно-геодезических работ сети трилатерации получили при строительстве высотных зданий, дымовых труб, атомных и тепловых электростанций, а также при монтаже сложного технологического оборудования. В таких сетях высокую точность измерения длин сторон (до десятых долей миллиметра) обеспечивают, используя высокоточные светодальномеры, электронные тахеометры, инварные проволоки, а в некоторых случаях и жезлы специальной конструкции. Сети трилатерации с короткими сторонами называют сетями микротрилатерации. Способ полигонометрии. Полигонометрией называют построенный на местности многоугольник, замкнутый или разомкнутый, в котором измерены все длины сторон и горизонтальные угла при вершинах. Вершины такого многоугольника закрепляются на местности специальными подземными знаками. Инженерно-геодезические сети из полигонометрических построений сегодня являются наиболее распространённым способом создания опорных плановых сетей, что обусловлено широким внедрением в геодезическое производство 107 электронных тахеометров и светодальномеров. Различают разомкнутые вытянутый и ломаный полигонометрические ходы, которые опираются на исходные пункты и стороны с известными дирекционными углами. Таблица 4.4. Некоторые характеристики построения опорных сетей способом полигонометрии Показатели Предельные длины отдельного хода при измерении линий электронными тахеометрами, км (n-число сторон) 4 класс 10 при n=50 6 при n =30 12 при n=15 15 при n=25 10….n=10 20 при n=6 25 при n=10 14….n=6 не устанавливаются. Средняя квадратическая ошибка измерения угла по невязкам в ходах, с, не более Предельная относительная погрешность хода 3 5 10 5 n 10 n 20 n 1:25000 1:10000 1:5000 6 3 2 Количество приёмов измерения угла теодолитом 3Т2КП Периметр полигона, образованного ходами в свободной сети, км 2 разряд 8 при n=30 Предельные длины сторон Угловая невязка в ходах или полигонах, с, не более 1 разряд Не более 30 Не более 15 Не более 9 Примечание к таблице 2.4: В ходах полигонометрии 1 разряда длиной до 1 108 км и 2 разряда длиной до 0,5 км допускается абсолютная линейная невязка 10 см. В зависимости от площади объекта, его формы, обеспеченности исходными пунктами полигонометрия проектируется в виде одиночных ходов, системы ходов с узловыми точками или в виде замкнутых полигонов. В практике инженерно-геодезических работ наибольшее применение нашли полигонометрические сети из ходов 4 класса, 1 и 2 разрядов. Основные характеристики таких ходов приведены в таблице 4.4 [34, 35]. Полигонометрия строится в виде различных систем с узловыми точками или одиночными ходами для решения разнообразных задач при производстве изыскательских работ и разбивках сооружений. В полигонометрической сети следует предусмотреть минимальное число порядков, ограничиваясь, как правило, полигонометрией 4 класса и 1 разряда. Исходными данными для полигонометрических сетей служат пункты построений более высокого класса. В зависимости от выбора исходных данных сеть может рассматриваться как свободная или несвободная. Более подробно вопросы построения инженерно-геодезических сетей методом полигонометрии, оценки проектов, полевых измерений и прочее рассмотрены отдельно во второй части курса. Линейно-угловые сети. Линейно-угловые сети определяются как построенные на местности примыкающие друг к другу геометрические фигуры из треугольников, четырёхугольников и центральных систем в которых измерены все стороны и все углы или часть углов и все стороны или ряд сторон и все углы. Естественно, вершины фигур закрепляются на местности подземными центрами и обозначаются наружными знаками. При построении инженерно-геодезических разбивочных сетей существенным является не только высокие требования к точности планового положения пунктов, но и к равномерному распределению ошибок по сети. В этом свете описанные ранее способы построения разбивочных сетей имеют некоторые специфические недостатки. Так, главным недостатком триангуляции является резкое падение точности определения длин сторон при увеличении расстояния между базисом и определяемой стороной, особенно при резко неравносторонней форме треугольников, что часто встречается в инженерно-геодезических сетях. 109 Основной недостаток трилатерации состоит в том, что если форма треугольников значительно отличается от равносторонней, то углы, вычисленные по измеренным сторонам, имеют существенную неравноточность. Линейно-угловые сети лишены этих недостатков и являются наиболее точными геодезическими построениями на местности, вбирающими в себя достоинства, как триангуляции, так и трилатерации. Линейно-угловая сеть в 1,3 – 1,5 раза точнее триангуляции и трилатерации. В такой сети точность её элементов практически не зависит от формы треугольников, существенно уменьшается зависимость между продольным и поперечным сдвигами, обеспечивается весьма жёсткий контроль угловых и линейных измерений. Вид и конфигурация инженерно-геодезических плановых сетей зависят от формы и размеров территории города или посёлка, строительной площадки или объекта строительства. Для линейно-угловой сети геометрические параметры, схема построения, требования к точности измерения углов аналогичны сети триангуляции 4 класса. Требования к точности измерения длин сторон могут быть приняты как в трилатерации. Так же как и для трилатерации, оценка проекта линейно-угловой сети может быть выполнена двояко: на компьютере с применением существующих программ по обработке инженерно-геодезических измерений или по приближенным формулам. Оценку точности линейно-угловых сетей выполняют в зависимости от её конструкции одним из двух методов. 1. Сеть построена так, что интересующий элемент может быть оценен раздельно по данным угловых и линейных измерений. Очевидно, для этого имеются исходные данные – координаты, дирекционные углы, базисные стороны и прочее. В рассматриваемом случае расчёт точности линейно-угловой сети значительно упрощается из-за того, что вес линейно-углового элемента равен сумме весов этого элемента из угловой и линейной сети, т. е. 1 1 P  s  Ps  P ; Ps  2 ; P  2 , ms m следовательно, m  s  2 110 ms2  m2 ms2  m2 . (4.19) 2. Интересующие элементы сети могут быть оценены на основе совместных угловых и линейных измерений. В этом случае оценку точности линейноугловой сети выполняют по общим формулам средней квадратической ошибки функции уравненных величин. Одним из существенных моментов оценки точности линейно-угловой сети является правильное соотношение ошибок угловых и линейных измерений. Оптимальное соотношение ошибок угловых и линейных измерений должно обеспечить равенство по модулю поперечного и продольного сдвигов конца любой стороны геодезической сети, т. е. |mu| = |mt|. Это будет наблюдаться тогда, когда m   ms . S (4.20) Это равенство может быть нарушено в пределах до 3 раз в ту или другую сторону. Здесь ρ – число секунд в радиане. При необходимости введения весов измерений принимают P  1; Ps  m2 ms2 . (4.21) От правильного соотношения mβ/ms зависит достоверность оценки проекта сети. Для оценки проектируемой линейно-угловой сети, состоящей из равносторонних треугольников можно использовать формулу средней квадратической ошибки связующей стороны после уравнивания. При прежних обозначениях для случая, когда измерены все стороны и все углы имеем [17]: 6ms4 m m  . s2 2 2 9ms  2 2 m 2 св 2 s (4.22)  Эта формула справедлива и для случая, когда измерены все углы и только связующие стороны. Средняя квадратическая ошибка угла в равностороннем треугольнике после уравнивания, когда в сети измерены все углы и все стороны может быть подсчитана по формуле 111  2 s2 2  m  ms  2 m   2 2  . mуг  m  2 s 3ms2  2 m2 2 (4.23)  В этой формуле mβ – средняя квадратическая ошибка измеренного угла. Следует сказать, что для линейно-угловых построений ошибки уравненных углов и линий не зависят от числа треугольников в цепочке. 4.4. Построение опорных сетей спутниковыми методами При написании настоящего раздела использовались следующие литературные источники и нормативные акты [3, 8, 9, 10, 18, 28]. Спутниковые методы являются относительно новым поколением измерительных систем. Способ построения и реконструкции опорных инженерногеодезических сетей, основанный на спутниковых технологиях, сегодня является наиболее востребованным и распространённым. Переход топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений обеспечивает наиболее рациональное и эффективное практическое определение координат и высот пунктов земной поверхности на всей территории страны с точностями, требуемыми для решения возможно более широкого круга научно-технических и производственных задач. При обеспечении съёмок масштаба 1:10000 спутниковая технология может быть применена для развития съёмочного обоснования (планово-высотной привязки опознаков). При съёмках масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 (далее – крупномасштабных съёмках) эта технология может быть применена как для развития съёмочного обоснования, так и для съёмки ситуации и рельефа с высотами сечения рельефа 5,0; 2,5; 2,0; 1,0; 0,5 м. Главной особенностью работ по построению и реконструкции региональных, городских (локальных или местных) геодезических сетей является необходимость сохранения системы координат, в которой ранее были выполнены крупномасштабные съемки территории региона (1:500-1:2000) и одновременно с этим обеспечить высокую однородную точность строящейся геодезической сети для решения других задач. 112 Необходимость периодической реконструкции геодезических сетей городов, созданных на основе использования традиционных и спутниковых технологий, возникает по следующим причинам:  геодезические работы в городах выполнены в разное время различными организациями с различным качеством и в соответствии с различными нормативно-техническими документами;  большое количество пунктов городской геодезической сети систематически утрачиваются в результате хозяйственной деятельности;  государственная геодезическая сеть в районе города может иметь относительную погрешность взаимного положения пунктов 1-2-го классов порядка 1:300000 при расстояниях между пунктами 20-30 км, что в 3-5 раз ниже точности построения аналогичных сетей спутниковыми методами;  появление в различных организациях городов современных высокоточных геодезических приборов (спутниковые приемники, светодальномеры и электронные тахеометры) приводит к противоречиям между точностью выполняемых измерений и точностью существующей в городе геодезической основы;  в городах могут быть более двух местных систем координат и высот, особенно на присоединенных территориях;  параметры образования местных систем координат не всегда заданы корректно. Структурная схема построения опорных сетей спутниковыми методами включает следующие этапы:  создание одного или нескольких исходных пунктов (ИП);  создание и спутниковые измерения на пунктах каркасной сети (КС);  сгущение спутниковой сети, спутниковые измерения на пунктах городской (региональной) геодезической сети, в том числе на существующих пунктах ранее созданной геодезической сети для связи с традиционной сетью;  обработка результатов измерений совместно с ранее выполненными плановыми и высотными сетями. Опорная региональная или городская спутниковая геодезическая сеть предназначена для обеспечения практических задач:  штабов; топографической съемки и обновления планов города всех мас113  землеустройства, межевания, инвентаризации земель;  топографо-геодезических изысканий на городской территории;  инженерно-геодезической подготовки объектов строительства;  геодезического изучения локальных геодинамических природных и техногенных явлений на территории города;  навигации наземного и частично воздушного, водного транспорта. Однородная высокая точность городских геодезических сетей достигается применением обоснованных оптимальных методов спутниковых наблюдений и соответствующих методов их обработки, а также за счет использования оптимальной геометрии расположения пунктов, их равномерной плотности и максимально возможного совмещения старой и новой геодезических сетей. Один или несколько исходных пунктов создаются в городах площадью 100 км и более, с населением около 500 тысяч человек и при наличии перспективы преобразования их в пункты ФАГС, ВГС или постоянно действующие пункты для навигационных систем. Для населенных пунктов площадью до 20 км возможно объединение исходных пунктов и пунктов каркасной сети. Наблюдения при этом выполняются по программе пунктов каркасной сети. Значения средних погрешностей взаимного положения любых пунктов спутниковых городских геодезических сетей не должны превышать 30 мм. Пункты городской триангуляции должны быть заменены пунктами спутниковой сети. В случае их утраты пункты спутниковой сети совмещаются с ближайшими к ним (по примыкающим ходам) пунктами полигонометрии. Таким образом, ранее созданная сеть городской триангуляции перекрывается спутниковой геодезической сетью и теряет свое значение. При этом переуравнивание сетей городской триангуляции прошлых лет исключается, так как исходными пунктами для переуравнивания старой сети служат пункты спутниковой сети, в том числе совмещенные с пунктами городской триангуляции. Плотность пунктов создаваемой (реконструируемой) городской (региональной) геодезической сети должна удовлетворять следующим требованиям:  Плотность КС составляет 1 пункт на 40-100 км городской территории, но в любом случае пунктов должно быть не менее трех. 114  Плотность СГС-1 составляет 1 пункт на 5-40 км городской территории. Таблица 4.5. Некоторые характеристики региональной (городской) спутниковой сети Тип сети Исходный пункт (ИП) Каркасная сеть (КС) Спутниковая городская геодезическая сеть (СГС-1) Значения средних Точность Относительная погрешностей взаопределе- ошибка опредеимного положения ния коор- ления линий не пунктов, мм динат, мм грубее 10-20 1:1000000 - 10-20 1:500000 15 10-20 1:150000 20 В таблице 4.5 приведены некоторые характеристики, которым должны соответствовать построенные спутниковые сети. В принятой схеме построения городских и региональных спутниковых геодезических опорных сетей возможна дополнительная ступень развития в виде спутниковой геодезической сети 2 класса (СГС-2). По точности эта ступень построения аналогична СГС-1, однако исходными для неё могут служить все пункты выше обозначенных спутниковых построений. Плотность СГС-2 должна удовлетворять текущие потребности городского и регионального геодезического обоснования. Спутниковая городская геодезическая сеть 2 класса (СГС-2) создается в виде исключения при необходимости создания геодезического обоснования на отдельных участках территории города. Общая плотность закрепленного городского геодезического обоснования должна соответствовать: 115  на плотно застроенной территории не менее - 16 пунктов на 1 км  на слабо застроенной территории не менее - 4 пункта на 1 км ; ;  на незастроенной территории не менее - 1 пункт на 1км . Детальнее вопросы проектирования и реализации проектов спутниковых сетей приведены в главе 3. 4.5. Высотные опорные инженерно-геодезические сети Высотные опорные геодезические сети на территориях, предназначенных для проведения инженерно-геодезических изысканий, производства разбивочных работ на строительных площадках и реализации проектов наблюдений за осадками и деформациями зданий и сооружений строятся в виде сетей нивелирования II, III и IV классов, а также технического нивелирования в зависимости от площади и характера строительства. Требования к точности построения высотной геодезической основы в зависимости от площади производства инженерно-геодезических работ приведены в таблице 4.6 [35]. Таблица 4.6. Требования к точности высотных сетей Площадь участка изысканий, км2 Класс высотной сети Предельная погрешность превышения на станции, мм От 25 до 50 III класс IV класс Техническое нивелирование 2,6 5,0 10,0 От 10 до 25 IV класс Техническое нивелирование 5,0 10,0 От 5 до 10 IV класс Техническое нивелирование 5,0 10,0 До 1 Техническое нивелирование 10,0 Нивелирная сеть площадки изысканий или строительства создаётся в виде отдельных ходов, систем ходов (полигонов) или в виде самостоятельной 116 сети, которая должна быть привязана не менее чем к двум исходным нивелирным знакам (реперам) высшего класса. Допускается производить привязку линий нивелирования опорной геодезической сети IV класса к реперам государственной нивелирной сети IV класса. Таблица 4.7. Технические характеристики высотных сетей Показатели II кл III кл IV кл на застроенных территориях не более на незастроенных территориях не более 2 3 0,3 2,0 0,3 2,0 Длина ходов между узловыми точками, км, не более 10 5 - Длина визирного луча, м, не более 75 100 150 Неравенство расстояний от нивелира до реек на станции, м, не более 1(3) 2(4) 5(7) Накопление неравенства расстояний в секции между марками и реперами, м, не более 2(5) 5(7) 10(12) Высота визирного луча над поверхностью земли, м, не менее 0,5 0,3 0,2 0,7 3 5 Предельные невязки в полигонах и по линиям при числе станций n на 1 км хода не более 15; Более 15 5√L 6√L 10√L 2,6√n 20√L 5√n Случайная средняя квадратическая ошибка мм/км 2,0 5,0 10,0 1,5 3,0 6,0 Расстояние между знаками (марками, реперами) в нивелирных ходах, км: Разность превышений на станции (основной и дополнительной шкалам, красной и чёрной сторонам реек), мм, не более Приборная средняя квадратическая ошибка измерения превышения на 1 км двойного хода, мм, не более 117 Обозначения: L – длина хода в км, n – число штативов в ходе. Примечание: в скобках даны допуски для нивелиров с самоустанавливающейся линией визирования. Технические характеристики построения высотной опорной геодезической сети геометрическим нивелированием соответствующего класса приведены в таблице 4.7 [35]. Исходными для развития опорной геодезической сети для строительства являются пункты государственной нивелирной сети. Приборы для геометрического нивелирования. Геометрическое нивелирование выполняется комплектом оборудования, состоящим из нивелира, установленного на штативе, и пары реек. Естественно, основной частью комплекта является нивелир. Конструкция прибора постоянно изменяется и совершенствуется. В настоящее время самыми распространенными являются автоматические оптические нивелиры – приборы, имеющие специальный конструктивный узел, который называется компенсатором. Компенсатор служит для автоматического поддержания визирной оси нивелира в горизонтальном (рабочем) положении. Такой подход значительно повышает надежность получаемых результатов, облегчает труд исполнителей и экономит рабочее время. Развитие современных технологий привело к созданию новых видов приборов: электронных (цифровых) и лазерных нивелиров. Цифровые нивелиры применяются со специальными штрих-кодовыми рейками, используя которые можно измерять не только превышение, но и расстояние между точками, а также горизонтальные углы. Цифровые нивелиры не только повышают точность и скорость работы, но и исключают одну из основных ошибок нивелирования – ошибку наблюдателя. Оптические и цифровые нивелиры, как правило, предназначены для использования специально подготовленными исполнителями, представляющими суть процесса и имеющими определенные профессиональные навыки. Лазерные нивелиры, напротив, созданы для того, чтобы ими мог пользоваться любой человек для решения самых различных задач. Уровень автоматизации и наглядность работы лазерных нивелиров, таковы, что их использование в боль118 шинстве случаев не требует специальной подготовки. Наибольшее распространение лазерные нивелиры приобрели в строительстве при монтажных и отделочных работах, заменив привычные уровни, бечевки и т.п. Существует большое количество различных моделей лазерных нивелиров, отличающихся по конструкции, по назначению и точности работы. Электронные или цифровые нивелиры - это современные многофункциональные геодезические приборы, совмещающие функции высокоточного оптического нивелира, электронного запоминающего устройства и встроенного программного обеспечения для обработки полученных измерений. Основная отличительная особенность электронных нивелиров - это встроенное электронное устройство для снятия отсчета по специальной рейке с высокой точностью. Применение электронных нивелиров позволяет исключить личные ошибки исполнителя и ускорить процесс измерений. Достаточно навести прибор на рейку, сфокусировать изображение и нажать на кнопку. Прибор выполнит измерение, отобразит на экране полученное значение и расстояние до рейки. Цифровые технологии позволяют значительно расширить возможности нивелиров и области их применения. Оптические нивелиры в РФ по «ГОСТ 10528-90 Нивелиры. Общие технические условия» подразделяются на три группы: высокоточные, точные и технические. По названию групп видно, что основная характеристика для разделения оптических нивелиров на группы - точность. Точность оптического нивелира определяется средней квадратической погрешностью измерения превышения на 1 км двойного хода. В таблице 4.8. приведены основные технические параметры нивелиров отечественной классификации. Значение погрешностей выражены в миллиметрах. Высокоточные и точные оптические нивелиры (согласно ГОСТ) могут изготавливаться в двух исполнениях: с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе и с компенсатором; технические оптические нивелиры изготавливаются с компенсатором. В настоящий момент практически все точные оптические нивелиры имеют компенсатор. Точные и технические оптические нивелиры изготавливаются со зрительной трубой прямого изображения. Высокоточные нивелиры могут иметь трубы как прямого, так обратного изображения. 119 Таблица 4.8. Основные технические параметры нивелиров. Группа нивелиров параметры высокоточные точные технические Средняя квадратическая погрешность измерения превышения на 1 км двойного хода, мм (с компенсатором) 0,3 2,0 5,0 То же с уровнем (мм) 0,5 3,0 Увеличение зрительной трубы, крат, не менее 40 30 20 Следует заметить, что требования, приведенные выше, используются при разработке отечественных нивелиров и действуют только на территории России. Однако, используя данные таблицы 4.8 и, зная технические характеристики нивелира, произведенного за рубежом, можно определить к какой группе приборов он относится (в российской классификации). При выборе оптического нивелира для того или иного вида работ исполнитель руководствуется, как правило, требованиями "Инструкции по нивелированию I, II, III и IV классов", основные из этих требований приведены в таблице 4.8. Приведём несколько примеров различной классификации зарубежной техники, представленной на отечественном рынке. Нивелир цифровой с компенсатором SDL1X. Сделан в Японии. Увеличение зрительной трубы 32х. Средняя квадратическая погрешность на 1 км двойного хода равна 0.2 мм, память 10000 точек. Прибор снабжён аккумулятором, зарядным устройством и пультом дистанционного управления. Понятно, что этот прибор следует отнести к классу высокоточных. Нивелир цифровой с компенсатором SDL30 сделан в Японии. Увеличение зрительной трубы 30х. Средняя квадратическая погрешность на 1 км двойного хода равна 0.6 мм, память 2000 точек. Прибор снабжён аккумулятором и зарядным устройством. Этот прибор следует отнести к классу точных. Наибольшая степень автоматизации геометрического нивелирования достигается в настоящее время при использовании цифровых нивелиров. 120 Цифровые нивелиры являются пассивными приборами. В качестве приёмного устройства в них использована ПЗС – матрица, т. е. прибор с зарядовой связью. ПЗС – матрица это фотоприёмник, который воспринимает и накапливает идущие от объекта частицы света – фотоны и преобразовывает их в электрические заряды. Считывая эти заряды можно затем при помощи компьютера восстановить изображение объекта, спроецированное при помощи оптики на светочувствительную поверхность матрицы. ПЗС – матрица состоит из очень маленьких кремниевых детекторов света прямоугольной формы, называемых пикселями, и имеет двумерную структуру. Каждый пиксель работает как копилка для электронов, возникающих в нём под действием фотонов, пришедших от источника света. Во время экспозиции, продолжительность которой регулируется при помощи механического затвора, каждый пиксель постепенно заполняется электронами пропорционально количеству попавшего на него света. Рис. 4.7. Элемент ПЗС - матрицы Принцип работы элемента (пикселя) ПЗС - матрицы демонстрирует рис. 4.7. Если световой пучок попадёт на проводник, то часть его отразится от по121 верхности, другая часть поглотится на определённой глубине, а третья часть пройдёт «навылет». Для фотоэлектрических устройств, преобразующих «фотоны в электроны», функциональной является та часть светового излучения, которая поглощается в полупроводнике, поскольку отражённая и прошедшая насквозь часть пучка не используется в такого рода преобразованиях. Рис. 4.8. Цифровой нивелир TRIMBLE DiNi 0.3 Поэтому в кремниевой подложке р – типа создаются каналы из полупроводника n – типа. Сверху наносится изолирующий слой окиси кремния. Над каналами размещаются электроды из поликристаллического кремния. При подаче электрического потенциала на электрод в обеднённой зоне под каналом n – типа образуется так называемая потенциальная яма, которая способна хранить электроны. После попадания фотона в слой кремния образуется электрон, который в итоге попадает в потенциальную яму, где и хранится. Чем больше фотонов попадает на поверхность (то есть чем интенсивнее световой поток, падающий на эту поверхность), тем выше накапливаемый в потенциальной яме заряд. Далее заряд (фототок) считывается и усиливается. ПЗС – матрица состоит из множества таких элементов (пикселей) с размерами в несколько микрон. Источником светового излучения для цифровых нивелиров является специальная штрих-кодовая рейка с нанесёнными по определённому закону штрихами. С помощью ПЗС – матрицы распознаётся кодовая маска на нивелирной рейке и проекция визирной оси зрительной трубы прибора на этой маске. При работе с цифровыми нивелирами отсчёты по рейкам производятся автоматически и вносятся в память прибора. Результат нивелирования, т. е. пре122 вышение также высвечивается на дисплее и может накапливаться. Отсчёты по рейкам можно переписать в журнал с дисплея и вычислить превышения обычным путём. Ниже приведены параметры некоторых цифровых нивелиров. Цифровой нивелир TRIMBLE DiNi 0.3 (рис. 4.8) предназначен для измерения превышений с точностью 0,3 мм на 1 км двойного хода. Trimble DiNi 0.3 это продукция фирмы Trimble Integrated Surveying™. Прибор предназначен для работы на любых объектах, где необходимо быстрое и точное измерение высот. Trimble DiNi может использоваться в таких задачах, как точное нивелирование плоских и наклонных поверхностей, задание требуемых уклонов и продольных профилей, слежение за деформациями и создание высотного обоснования опорных геодезических сетей. Основные характеристики Диапазон измерений от 1,5 до 100 м. Диапазон рабочих температур, ° С от -20 до +50. Вес, кг 3,5. Увеличение зрительной трубы, крат 32. Изображение прямое. Точность измерения превышений (на 1 км двойного хода) 0,3 мм на инварную рейку и 1,0 мм на складную рейку. Компенсатор / диапазон работы - маятниковый с магнитным демпфером / ±15 мм. Клавиатура – 19 клавишная алфавитно-цифровая с 4-позиционной клавишей навигации. Дисплей графический, 240 x 160 пикселей, монохромный, с подсветкой. Память До 30000 строк данных Trimble DiNi обеспечивает максимальную производительность при выполнении повседневных геодезических работ. Он имеет прочную конструкцию (с защитой от пыли и влаги по стандарту IP55), позволяющую использовать его в суровых полевых условиях. Подсветка экрана и круглого уровня обеспечивают работу даже в сумерках. С нивелиром DiNi можно проработать три дня без подзарядки батареи. Зарядка осуществляется с помощью зарядного устройства, входящего в комплект 123 прибора. После завершения работы вся информация может быть перенесена из инструмента в компьютер с помощью USB устройства памяти. Нивелир цифровой LEICA Sprinter 200M (рис. 4.9) – новый электронный Рис. 4.9. Нивелир цифровой LEICA Sprinter 200M нивелир, разработанный для использования в сложных условиях на строительной площадке. Нивелир работает при низкой освещенности, в тоннелях, внутри зданий и даже ночью с помощью вспышки. «Электронный глаз» исключает ошибки отсчетов и записи при нивелировании на стройплощадке. Прибор снабжён простой клавиатурой и большим дисплеем. Простой пользовательский интерфейс и встроенный датчик предупреждения при недопустимом отклонении нивелира от горизонта. Встроенные программы для вычисления превышений на станции, приведенных к горизонту расстояний, уравнивания, режим непрерывных измерений и другие функции делают этот нивелир эффективным средством измерений. Технические данные SPRINTER 200/200M. Точность измерения превышений с алюминиевой рейкой оценивается средней квадратической ошибкой 1,5 мм на 1 км двойного хода Точность измерения расстояний с алюминиевой рейкой оценивается средней квадратической ошибкой 10 мм для D< 10 м и (D в м х 0.001) для D> 10 м. Диапазон электронных измерений 2 м – 80 м. Время единичного измерения < 3 сек. 124 Измерения могут быть выполнены как в единичном режиме, так и в режиме слежения. Компенсатор с магнитным демпфированием и рабочим диапазоном ± 10'. Точность установки компенсатора 0,8. Результаты измерений могут быть зарегистрированы в встроенную память и сохранены. Влаго - и пылезащищённость IP55. Питание осуществляется от четырёх элементов АА, 4х LR6/AA/AM3, 1.5V. Вес< 2,5 кг. Нивелирование II класса. Нивелирование II класса производится между марками и грунтовыми реперами I класса в прямом и обратном направлениях. В отдельных случаях ходы нивелирования II класса могут опираться на исходные высотные знаки II класса. Прямой и обратный ходы для каждой секции выполняются в разное время дня и при разных температурных условиях и должны быть совершенно независимыми один от другого. Обратный ход начинают при другом горизонте инструмента, на репер устанавливают другую рейку и весь обратный ход проходят по новым местам установки реек. Наблюдения выполняются на отчётливые и спокойные изображения реек, видимых в трубе нивелира. Это обычно утренние часы после восхода солнца и до 8-9 часов и вечерние часы после 16 часов по полудню и за полчаса до захода солнца. В пасмурную погоду перерыв может быть значительно уменьшен, равно как и в осенний период наблюдений. Нормальная длина визирного луча принимается равной 65 м и при хорошей видимости она может быть увеличена до 75 м. При нивелировании линий с большим уклоном длина визирного луча не должна быть менее 10 м. Высота визирного луча над поверхностью земли должна быть не ниже 0,30,5 м, причём 0,3 м может быть допущено при расстояниях от нивелира до реек менее 30 м. Расстояния от нивелира до реек измеряются стальным 50 метровым тросом. Неравенство расстояний допускается до 1 м, а накопление этих неравенств в секциях между марками и реперами не должно быть более 2 м. 125 Если применяются нивелиры с компенсаторами, то приведённые допуски увеличиваются соответственно до 3 и 5 м. Для обеспечения выполнения указанных допусков в процессе измерений подсчитываются разности задних и передних расстояний до реек и, обнаружив накопление разностей, их уменьшают путём изменения расстояний. Нивелир при работе следует предохранять от прямых солнечных лучей при помощи зонта. Штатив устанавливают на станциях таким образом, чтобы две его ножки располагались по направлению линии нивелирования, а третья ножка – поочерёдно справа и слева от неё. В местах установки ножек штатива нивелира и башмаков дёрн снимают на глубину 5 – 10 см. За стабильностью положения штатива на асфальте и бетонной поверхности следует обращать особенное внимание. Нивелирование секции между твёрдыми знаками следует планировать без перерывов в работе. Если перерыв приходится делать на незастроенной части города, то наблюдения завершают на трёх временных точках: кованые гвозди длиной 20 см, вбиваемые между камнями мостовой, деревянные колья, толщиной 8-10 см и длиной 0,5 м, вбитые в твёрдый грунт и т. п. Нивелирование всех трёх точек во всех комбинациях производится с одной станции до перерыва и после. Грунтовые фундаментальные реперы часто закрываются курганами, которые при привязке следует осторожно вскрыть, снять с марки крышку, очистить и установить рейку. Положение реек на реперах необходимо зарисовывать в журнале, указывая проекции нитей на них. При привязке к стенным знакам нивелир устанавливают на перпендикуляре к стене на расстоянии 20 – 30 м от марки или репера. Такое же расстояние выдерживают до башмака, будь он последним в ходе или первым. Для привязки к марке используют специальную подвесную реечку с делениями, аналогичными основным рейкам. Положение рейки или реечки на марке и проекцию нитей сетки зарисовывают в журнале наблюдений. 126 Наблюдения превышений между башмаком и маркой или репером делают дважды, меняя горизонт инструмента. Одновременно два раза определяют превышения между марками и находящимися рядом с ними стенными реперами. Положение реек на реперах необходимо зарисовывать в журнале, указывая проекции нитей на них. Все превышения между фундаментальными и сопровождающими их грунтовыми реперами определяются дважды как в прямом, так и в обратном ходах. При нивелировании II класса должны применяться высокоточные нивелиры. Это известные нивелиры с контактным уровнем и оптическим микрометром Н-05, Н1, Н2, Ni004, а также нивелиры с компенсатором НС2, Ni1, Ni002, Ni007 и другие. В комплекте с этими приборами применяются 3-х метровые штриховые рейки с инварной полосой. Нивелирование производится из середины способом совмещения и характеризуется средней квадратической случайной ошибкой уравненного превышения в ходе длиной 1 км не более 0,8 мм , а превышения на станции – 0,3 мм. Наблюдения на нечётной станции начинают с задней рейки (З), затем берут отсчёты по передней рейке (П) и заканчивают отсчётами по задней рейке. На чётных станциях отсчёты производят в такой последовательности: передняя, задняя, задняя, передняя. Невязки сумм превышений в полигонах не должны превышать допусков, приведенных в таблице 4.7. Высокоточные электронные цифровые нивелиры имеют схожие по точности измерений показатели, что и оптические нивелиры. Наиболее распространёнными в РФ цифровыми нивелирами являются приборы фирмы Sokkia SDL 30M и SDL 50 и приборы фирмы Trimble Dini 0.3 и Dini 0.7. В цифровых нивелирах используются устройства с зарядовой связью для взятия отсчёта по специально нанесённому на фиберглассовую (или инварную) рейку RAB коду, но могут быть использованы также алюминиевые рейки. Результаты измерений выводятся на экран и могут быть сохранены в памяти прибора. Применение электронных нивелиров полностью исключает личные ошибки наблюдателя, а работа с приборами подобного типа достаточно комфортна и привлекательна. 127 Однако на сегодняшний день нет устоявшейся технологии производства нивелирования цифровыми нивелирами. Отсутствие в «Инструкции по нивелированию I, II, III и IV классов» этой технологии может привести к тому, что каждое предприятие, выполняющее высокоточное нивелирование цифровыми нивелирами, будет использовать свою программу работы на станции. При нивелировании II класса применяется программа наблюдений: ЗП (на нечётной станции) и ПЗ (на чётной станции). В этом случае при использовании цифрового нивелира на станции измеряется только одно превышение, что противоречит действующей Инструкции. Поэтому для целей контроля изменяют горизонт прибора и измерения повторяют. Работа на станции при нивелировании II класса цифровыми нивелирами значительно упростится, если использовать двусторонние штрих-кодовые рейки. В этом случае реализуется вышеприведённая программа для чётной и нечётной станций. На станции вычисляются два превышения по каждой из сторон реек, что обеспечивает контроль измерений. При наличии только односторонних штрих-кодовых реек возможен другой вариант измерений без изменения горизонта инструмента. В этом случае измерения выполняют по двум парам костылей или башмаков, т. е. по двум параллельным ходам. Иначе говоря, на станции производят четыре последовательных отсчёта по ходу часовой стрелки, начиная с задней рейки на чётной станции и против хода часовой стрелки на нечётной станции, начиная отсчёты с передней рейки. Это наиболее надёжная программа измерений на станции. Нивелирование III и IV классов. Ходы нивелирования III класса прокладываются между марками и грунтовыми и стенными реперами нивелирования II класса, а в случае самостоятельных сетей III класса – к реперам и маркам, определённым из прямого и обратного ходов нивелирования III класса. Метод нивелирования зависит от применяемых нивелиров и реек. В случае применения нивелиров с оптическим микрометром и штриховых реек используют метод совмещений. В остальных случаях отсчёты по рейкам выполняют по средней нити. Нивелирование III класса выполняется точными нивелирами типа Н-3 или при помощи равноценных ему нивелиров с компенсаторами в прямом и обратном направлениях, по одной паре костылей. Наилучшие экономические и техни128 ческие показатели нивелирования III класса получаются при использовании точных цифровых нивелиров. Точность нивелирования III класса характеризуется средней квадратической случайной ошибкой уравненного превышения в ходе длиной 1 км не более 1,6 мм, а превышения на станции 0,65 мм [27]. Нормальная длина визирного луча равна 75 м. Неравенство расстояний от нивелира до реек не должно превышать на станциях 2 м, а накопление в секциях – 5 м. Высота визирного луча над почвой не должна быть менее 0,3 м. На каждой станции по наблюдениям основных и дополнительных шкал (или по чёрным и красным шкалам) реек вычисляют превышения hосн и hдоп (или hч и hк); их разность не должна превышать 2 мм. Невязки сумм превышений в полигонах не должны превышать допусков, приведенных в таблице 4.7. Нивелирование IV класса может выполняться нивелирами техническими и точными нивелирами по паре двухсторонних шашечных реек в одном направлении. Средняя квадратическая случайная ошибка уравненного хода длиной 1 км не превышает 6 мм, а превышения на станции – 3 мм. Нормальная длина визирного луча равна 100 м. Неравенство плеч на станции не должно превышать 5 м, а накопление в секции – 10 м. Высота визирного луча над почвой не должна быть менее 0,2 м. На каждой станции вычисляются превышения по чёрной и красной стороне реек. Разность превышений не должна быть более 5 мм. Невязки сумм превышений в ходах и полигонах IV класса не должны превышать допусков, приведенных в таблице 4.7. Нивелирные знаки. Центры пунктов плановой опорной геодезической сети должны быть включены в нивелирные ходы IV класса, технического нивелирования или определены на основе спутниковой геодезической аппаратуры. Целесообразно совмещать центры плановой геодезической сети и реперы нивелирных линий. Нивелирные знаки должны закладываться в стены капитальных зданий и сооружений, построенных не менее чем за два года до закладки знака. Грунтовые реперы закладываются только в случае отсутствия капитальных зданий 129 вблизи территории работ. Нивелирные сети I и II классов образуют единую систему высот в стране с началом от нуля кронштадтского футштока. Кроме того, нивелирование I класса служит основой для решения научных задач по изучению вертикальных движений земной коры, физической поверхности земли и др. Нивелирные сети III и IV классов служат высотным обоснованием топографических съёмок, а также предназначены для решения ряда инженерных задач. Рис. 4.10. Вековой репер в скальных грунтах Пункты государственной нивелирной сети закрепляются на местности постоянными знаками – фундаментальными и вековыми реперами, стенными и грунтовыми реперами, а также стенными марками. При наличии монолитных скальных пород, выходящих на поверхность или залегающих на глубине до 1,3 м, пункты нивелирных сетей закрепляют 130 скальными фундаментальными и вековыми реперами (рис. 4.10). Эта конструкция рекомендована также для закрепления исходных пунктов спутниковых определений. Конструкция представляет собой железобетонный монолит, выполненный в виде усечённой пирамиды, закреплённый с якорем (бетонное основание). Фундаментальные реперы устанавливают на нивелирных линиях I и II классов через 50-60 км, а также в узловых точках вблизи основных морских водомерных постов. Линии нивелирования всех классов закрепляют на местности постоянными знаками не реже чем через 5 км. В труднодоступных районах расстояния между реперами могут быть увеличены до 6-7 км . Рис. 4.11. Грунтовый репер Места для закладки знаков выбирают с целью наилучшего отыскания их вблизи характерных ориентиров и контуров. Знаки маркируют и размещают так, 131 чтобы на них было удобно устанавливать нивелирные рейки, выбирают удобные подходы к знакам. Рис. 4.12. Типы марок Грунтовый репер (рис. 4.11) для районов с сезонным промерзанием грунтов состоит из железобетонного четырёхгранного пилона сечением 16х16 см . Это может быть армированная асбестоцементная труба диаметром 14-16 см, заполненная бетоном. Пилон или труба устанавливаются и скрепляются с якорем, также железобетонным, который в свою очередь заделывается в грунт естественной плотности. Глубина закладки грунтовых реперов принята такой, чтобы основание якоря находилось на 50-65 см ниже наибольшей глубины промерзания грунта 132 для данного региона, но не менее 1,3 м от поверхности земли плюс высота якоря. Верхняя грань трубы или пилона должна располагаться на 50 см ниже земной поверхности. В верхнюю грань пилона (или трубы) заделывается марка из мало окисляющегося металла (рис. 4.12). В районах многолетней мерзлоты закладывают грунтовые реперы таких же типов, как и в зоне сезонного промерзания, но верхние грани металлических труб диаметром 60 мм выводят на поверхность земли. Глубину закладки знака принимают такой, чтобы основание якоря располагалось на 2-3 м ниже границы наибольшей глубины оттаивания. Реперы закладывают в буровые скважины и котлованы. Рис. 4.13. Стенной репер В метре от репера устанавливается опознавательный знак в виде железобе133 тонного пилона с якорем. К опознавательному знаку прикрепляется охранная плита из чугуна или силумина и подписывается номер знака. Над репером насыпают небольшой земляной курган. При нивелировании рейку ставят на головку марки, к которой отнесена высота репера, предварительно сняв верхний слой земли. В городах и населённых пунктах нивелирные знаки закладываются в стены капитальных зданий и сооружений в виде стенных реперов (рис. 4.13). На диске репера обозначается организация, заложившая знак и номер знака. Охранную плиту прикрепляют к стене здания рядом с репером или над ним. При нивелировании рейку устанавливают на ободок диска, к которому и отнесена высота репера. В горных районах стенные реперы могут закладываться в вертикальную поверхность отвесных скал на удобной для производства работ высоте. Центры пунктов плановой опорной геодезической сети должны быть включены в нивелирные ходы III, IV класса, технического нивелирования или определены на основе спутниковой геодезической аппаратуры. Целесообразно совмещать центры плановой геодезической сети и реперы нивелирных линий. Нивелирные знаки должны закладываться в стены капитальных зданий и сооружений, построенных не менее чем за два года до закладки знака. Грунтовые реперы в населённых пунктах закладываются только в случае отсутствия капитальных зданий вблизи территории работ. 4.6. Проектирование и оценка проектов высотных сетей При проектировании нивелирные ходы стремятся располагать по шоссейным или грунтовым просёлочным дорогам, избегая участков местности с большими уклонами, болотами и торфяниками. На территориях городов нивелирные трассы намечают вдоль улиц с небольшим движением транспорта и пешеходов. На территориях гидроузлов сеть знаков высотного обоснования проектируют с таким расчётом, чтобы исходные пункты в виде кустов реперов располагались в стабильных грунтах. Эти реперы используют для контроля рабочих реперов при наблюдениях за осадками и деформациями конструкций гидроузла, а 134 также для передачи высот на монтируемые элементы сооружения. Пункты высотного обоснования закрепляются нивелирными знаками (грунтовыми реперами и стенными реперами и марками), конструкции которых рассмотрены выше. Нивелирные знаки должны отвечать следующим основным требованиям:  обеспечивать стабильность рабочей части знака в течение установленного времени;  иметь конструкцию, обеспечивающую длительную сохранность знака;  конструкция знака должна быть простой в изготовлении и надёжной в исполнении. На территории городов нивелирные знаки закладываются в стены зданий и сооружений, построенных не менее чем за два года до закладки знака. Марки закладываются на высоте 1,5 – 1,7 м, а реперы на высоте 0,3 – 0,6 м над поверхностью земли. При закладке стенных знаков следует избегать зданий и сооружений, расположенных вблизи железнодорожных путей, а также имеющих в своих помещениях работающие станки и другое вибрирующее оборудование. В стены одного здания не рекомендуется закладывать более одного знака. Грунтовые реперы закладываются только при отсутствии капитальных зданий и сооружений в местах выхода коренных пород и на участках глубокого залегания грунтовых вод. В практике строительства весьма эффективными оказались геодезические знаки в виде свай. Свайные реперы достаточно надёжны, просты в изготовлении и экономичны. В местах наблюдения за осадками ответственных и крупных инженерных сооружений закладываются фундаментальные реперы. Проекты высотных сетей составляют, руководствуясь требованиями действующих инструкций в отношении предельных длин ходов и плотности пунктов. Поэтому в большинстве случаев при построении высотного геодезического обоснования для топографических съёмок в крупных масштабах и разбивочных работ массового гражданско-жилищного и промышленно-заводского строительства необходимость в оценке качества проектов высотных сетей не возникает. 135 Практикой показано, что нивелирование IV класса в качестве высотного обоснования или будучи сетью сгущения нивелировок более высокого класса, вполне удовлетворяет по точности требованиям топографических съёмок самых крупных масштабов при любой высоте сечения рельефа. Если рассматривать высотное геодезическое обоснование для целей производства разбивочных работ при высотном строительстве, монтаже прецизионного технологического оборудования или для наблюдений за осадками крупных и уникальных инженерных сооружений, то нивелирование в этих случаях производят с отступлениями от требований общеобязательных инструкций в сторону обеспечения более высокой точности результатов измерений. В таких случаях возникает необходимость в оценке качества проектов нивелирных сетей. В некоторых случаях геодезической практики является вполне достаточным подсчёт средних квадратических ошибок определяемых высот узловых точек сети или ошибки слабой точки нивелирного хода. Однако в некоторых случаях представляет интерес также ожидаемая точность определения отметок точек, расположенных в ходах между узловыми точками. На локальных ограниченных территориях специальные сети высотного обоснования проектируются, как правило, одного класса. Нивелирные сети I и II классов практически не используются для обеспечения разбивочных работ на объектах строительства, они имеют специальное назначение и создаются для производства высокоточных работ, таких как строительство метрополитенов, крупных мостовых переходов и водопроводов, а также для наблюдения за осадками и деформациями инженерных сооружений. Характерной особенностью инженерно-геодезического нивелирования IIIV классов является уменьшение длин ходов и расстояний между реперами. При этом сохраняется методика государственного нивелирования для каждого класса (см. «Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. ГУГК при СМ СССР» - М., «Недра» 1990, с. 167). Кроме нивелирования II-IV классов в инженерно-геодезической практике широко используется техническое нивелирование. Сети технического нивелирования прокладываются в виде отдельных ходов, систем ходов и полигонов с узловыми точками. Каждый нивелирный ход опирается своими концами на реперы высших классов или на узловые точки. В 136 особых случаях могут проектироваться «висячие» ходы которые, при этом, прокладываются в прямом и обратном направлениях. Техническое нивелирование выполняется методами геометрического или тригонометрического нивелирования, используя соответственно нивелиры технической точности или электронные тахеометры. Тригонометрическое нивелирование электронными тахеометрами может выполняться по разным схемам:  одностороннее нивелирование, когда измеряют одно расстояние и один угол наклона (зенитное расстояние) с одного конца линии;  двустороннее, когда одновременно измеряют эти же элементы в конечных точках линии;  нивелирование из середины, когда электронный тахеометр для производства измерений устанавливается в середине между точками. В зависимости от типа электронного тахеометра и начальных установок измеряются или углы наклона ν или зенитные расстояния z. Теоретические расчёты и опыт работы показали, что с помощью тригонометрического нивелирования короткими лучами и соответствующей методике выполнения работ можно получить результаты, по точности близкие и даже превосходящие нивелирование III класса. Оценка проектов геодезических сетей, в частности высотных сетей, может быть выполнена в программной среде CREDO или с использованием другой компьюторной программы, предназначенной для обработки результатов геодезических измерений. Исходными данными для такой оценки могут явиться длины ходов или количество установок нивелира (станций) между реперами и узловыми точками, а также погрешность измерения превышения на станции или средняя квадратическая ошибка нивелирования на 1 км хода в зависимости от класса нивелирования. Оценка точности проектов является составной частью проектирования и для высотных сетей несколько облегчается тем, что для инженерногеодезических работ высотные сети проектируются одного класса, локальными и на сравнительно небольшой территории. Если запроектированная высотная сеть имеет две ступени, то оценку точности выполняют отдельно для каждой ступени. 137 Оценка точности может быть выполнена разными способами в зависимости от конкретных требований к проекту. В процессе оценки точности находят ожидаемые средние квадратические ошибки положения реперов в наиболее слабом месте, узловых точек или реперов, от которых в будущем будут выполняться специальные работы Оценку точности начинают с уточнения схемы сети на местности. Далее, пользуясь техническими характеристиками запроектированной нивелирной сети, подсчитывают ожидаемые средние квадратические ошибки и веса превышений в отдельных ходах между исходными и узловыми реперами, между узловыми реперами и реперами, подлежащими оценке. Вычисления ошибок производят по формуле mh2   2 L   2 L2 , (4.24) где η – средняя квадратическая случайная ошибка нивелирования на 1 км хода; σ – средняя квадратическая систематическая ошибка на 1 км хода; L – длина хода в км. В соответствии с инструкцией по нивелированию, средние квадратические случайные ошибки на 1 км хода (значения коэффициента η) для классов нивелирования соответственно принимаются равными 0,8 мм, 2,0 мм, 5,0 мм и 10 мм. Средние квадратические систематические ошибки на 1 км хода указаны для I и II классов соответственно 0,08 мм и 0,20 мм. Формулой (4.24) пользуются для оценки точности нивелирных сетей высших классов. Для оценки точности сетей III и IV классов достаточно пользоваться первым членом формулы (4.24). Поскольку σ по сравнению с η является величиной малой, то для сетей III и IV классов можно записать mh   L , Вес превышений по ходу (4.25) определяется формулой P c mh2 , (4.26) где с – коэффициент, который целесообразно принимать таким, чтобы вес приблизительно равнялся единице. Предельные невязки на километр хода принимают в 2, а для ответственных работ в 2,5 раз больше, чем средние квадратические ошибки. 138 Оценку точности проектов высотных инженерно-геодезических сетей выполняют теми же методами, что и плановых сетей, а именно: коррелатным, параметрическим, последовательных приближений или эквивалентной замены. Рис. 4.14. Оценка проекта высотной сети На рисунке 4.14 изображена нивелирная сеть из семи ходов с узловыми точками и исходным репером. Рассмотрим вкратце порядок вычислений при оценке точности такой сети методом последовательных приближений. На первом этапе, задавшись классом нивелирования, вычисляют по формулам (4.25) и (4.26) средние квадратические ошибки превышений по каждому ходу и их веса. Затем вычисляют веса узловых точек и их средние квадратические ошибки по формулам Pi   Pik ; mi2  c . Pi (4.27) После этого приступают непосредственно к приближениям. В каждом последующем приближении в ходах, идущих от узловых точек, учитывают ошибки этих точек, полученные в предыдущем приближении. Во всех приближениях ошибки исходных реперов принимают равными нулю. Приближения производят до тех пор, пока для одной и той же узловой точки в двух последних приближениях получают практически одинаковые значения средних квадратических ошибок. 139 Так, после вычислений по формулам (4.25), (4.26) и (4.27) находят средние квадратические ошибки всех четырёх узловых точек m1, . m2, m3, и m4. Чтобы учесть влияние ошибок исходных данных на ошибки узловых точек, вычисляют их среднее значение для каждой узловой точки и общую ошибку. Для первой точки ошибками исходных данных будут ошибки точек W, 4 и 2. Ошибка точки W , как исходного репера принимается равной нулю mw  0 . Итак, влияние ошибок исходных данных на ошибку первой узловой точки найдётся из выражения mw2  m42  m22 M  , 3 2 1 а с учётом ошибки самой точки получим общую ошибку первой узловой точки из первого приближения M12общ  M12  m12 . (4.28) Такие вычисления, составляющие первое приближение, производят для каждой узловой точки. Вычисления во втором приближении выполняют с учётом новых значений ошибок узловых точек и продолжают до совпадения их значений в двух последующих приближениях. 4.7. Разбивочные сети стройплощадки и отдельного здания Для обеспечения практически всех видов инженерно-геодезических работ на территории строительства создаются опорные сети, пункты которых хранят плановые координаты и высоты. Разбивочные инженерно-геодезические сети служат основой для выноса на местность проекта инженерного сооружения и коммуникаций. Эти сети обладают следующими характерными особенностями:  часто создаются в местной системе координат с привязкой к государственной системе координат;  форма сети определяется ситуацией на обслуживаемой территории или формой объектов, группы объектов;  имеют ограниченные размеры, часто с незначительным числом фигур или полигонов; 140  длины сторон, как правило, короткие. Различают разбивочную сеть строительной площадки и два вида разбивочных сетей здания (сооружения): внешнюю и внутреннюю. Разбивочная сеть строительной площадки может включать в себя пункты красных линий застройки, а также пункты строительной сетки, а для строительства уникальных сооружений, требующих высокой точности производства разбивочных работ, строятся специальные линейно-угловые сети, микротриангуляция, микротрилатерация, в виде систем прямоугольников, центральных или радиально-кольцевых систем. Для строительства жилых и гражданских зданий разбивочная сеть строительной площадки создается в виде сетей красных или других линий регулирования, а для строительства подземных инженерных сетей разбивочная основа строится в виде теодолитных ходов. Основное требование при создании разбивочных сетей – необходимая точность для обеспечения выноса проекта сооружения на местность. Разбивочные сети создаются обычно как свободные, в местной системе координат. Для определения координат пунктов разбивочной сети используют схемы и методы геодезических построений и измерений, наилучшим образом подходящие для геометрии данной сети, конструкции закрепления ее пунктов и условий видимости на стройплощадке. Используются традиционные методы построения, такие как триангуляция, трилатерация, линейно-угловые сети в виде рядов и типовых фигур, полигонометрические ходы и полигоны, а в случае закрепления пунктов разбивочной сети в недоступных местах (опоры ЛЭП и т.п.) – метод боковых засечек. Всё чаще при построении разбивочных сетей строительных площадок или отдельного здания используются спутниковые технологии. В табл. 4.6 приведены требования к точности разбивочной сети площадки в зависимости от ее размера согласно СП 126.13330.2012. (СНиП 3.01.03-84). Проект разбивочной сети составляется на генплане и производится его оценка точности. Оценку проекта выполняют по приближенным формулам для соответствующего способа построения сети. Можно предрассчитать точность сети, построенной на основе использования спутниковой геодезической аппаратуры, а также для комбинированных способов. 141 Требования к точности разбивочной сети стройплощадки Таблица 4.6 Средние квадратические погрешности Характеристика объектов строительства угловые измерения, сек линейные измерения определение превышения на 1 км хода, мм Предприятия и группы зданий (сооружений) на участках площадью более 1 кв. км; отдельно стоящие здания (сооружения) с площадью застройки более 100 тыс. кв. м 3 1/25000 4 Предприятия и группы зданий (сооружений) на участках площадью менее 1 кв. км; отдельно стоящие здания (сооружения) с площадью застройки от 10 до 100 тыс. кв. м 5 1/10000 6 Отдельно стоящие здания (сооружения) с площадью застройки менее 10 тыс. кв. м; дороги, инженерные сети в пределах застраиваемых территорий 10 1/5000 10 Дороги, инженерные сети вне застраиваемых территорий; земляные сооружения, в том числе вертикальная планировка 30 1/2000 15 Например, для запроектированного полигонометрического хода находят величину М по одной из формул (2.1) или (2.2) см. «Курс лекций. Часть 2», подсчитывают ожидаемую относительную ошибку M L и, таким образом, выносят суждение о точности запроектированной сети. Внешняя разбивочная сеть здания служит основой для работ по возве142 дению конструкций нулевого цикла, а внутренняя разбивочная сеть для обеспечения точного монтажа строительных конструкций. Внешняя разбивочная сеть здания (сооружения) включает в себя пункты закрепления основных и главных осей сооружения (рис. 4.15). Внутренняя разбивочная сеть создается на исходном монтажном горизонте здания при возведении наземной его части. Поэтому, как правило, размер и форма разбивочных сетей соответствуют размеру и форме самого сооружения. Рис. 4.15. Схема внешней и внутренней разбивочных сетей здания Расположение пунктов сети определяется с учетом конкретных условий стройплощадки. Основное требование при этом – обеспечить сохранность пунктов и их стабильность до конца строительства. Во всех случаях места расположения пунктов разбивочной сети должны быть увязаны со стройгенпланом объекта. Точность построения внешней и внутренней разбивочных сетей здания определяется классом сооружения (табл. 3.4). Во всех случаях из соображений эффективности стремятся развить разбивочную сеть с минимальным числом избыточных связей. Разбивочные сети строятся, как правило, в одну стадию. Следует особо подчеркнуть, что внутренняя разбивочная сеть не является второй стадией развития внешней сети, поскольку их назначение различно: внешняя разбивочная сеть является исходной 143 основой для работ нулевого цикла, а внутренняя служит для разбивок на монтажном горизонте и они не связаны друг с другом единым точностным параметром. Рис. 4.16. Разбивки с пунктов внешней сети здания Способы построения внешней разбивочной сети здания могут быть различны, но мы рассмотрим два наиболее распространенных. Сеть из знаков закрепления основных осей здания. Этот традиционный способ построения внешней разбивочной сети здания еще до недавнего времени повсеместно применялся при строительстве основной массы зданий и сооружений. Сущность его заключается в том, что основные или главные оси сооружения закрепляются знаками, устанавливаемыми за границами контура котлована. Знаки могут быть выполнены в виде бетонных монолитов с металлическими центрами, в виде П-образных скамеек из арматуры и пр. Натянув между одноименными знаками струны, получают материализованные оси сооружения, реализованные на местности. Эти оси проектируются отвесами в нужные места, где возводятся те или иные конструкции. Проектирование осей со знаков внешней сети, как на дно котлована, так и вверх в доступных пределах может осуществляться и теодолитом (рис. 4.16). Внешняя разбивочная сеть здания строится с пунктов городской геодезической сети или разбивочной сети строительной площадки. Построение разбивочной сети начинают с вынесения на местность двух 144 точек длинной габаритной или главной оси сооружения. Расстояния между вынесенными точками тщательно измеряют и корректируют положение одной из точек таким образом, чтобы размер построенной оси соответствовал бы его проектному размеру в пределах точности, обусловленной нормами точности построения межосевых размеров по ГОСТ 21779-82. Далее, опираясь на эту ось, как на базис, производят дальнейшие построения всех остальных осей, выполняют контрольные измерения диагоналей, сторон фигур и точки временно закрепляют. Дальнейшие действия будут заключаться в вынесении построенных точек за зону производства строительных работ и надежном их закреплении. Эти вынесенные точки и будут служить пунктами внешней разбивочной сети. Пространственные сети из марок катафотов. Нетрудно представить ситуацию на строительной площадке уже на первых этапах организации строительства, когда на отведенной территории начнут сооружаться вспомогательные цеха, бытовые сооружения, начнется завоз и складирование стройматериалов, а подъемные краны и землеройные механизмы расположатся в зонах производства работ. Ясно, что закрепленные в грунте немногочисленные знаки геодезической разбивочной основы очень быстро потеряют свое назначение: некоторые из них будут разрушены, а на некоторые будет закрыта видимость. Сохранить закрепленные в грунте геодезические знаки строительной площадки на сколь либо значительный период строительства практически невозможно. Они уничтожаются не только по неосторожности строителей и несогласованности их действий, но и в связи с систематическими изменениями планов организации строительства. Уничтожение пунктов геодезических разбивочных сетей ставит серьезные проблемы перед геодезистами, приводит к срыву сроков производства разбивочных работ и к удорожанию строительства. Задача сохранения пунктов и сгущения разбивочной сети всегда была актуальной для геодезистов, работающих в строительстве. В связи с широким внедрением в практику производства геодезических работ электронных тахеометров изменился сам подход к разбивочным работам, изменяется и технология производства работ, обусловленная новыми возможностями тахеометров. Так, например, электронный тахеометр позволяет из наблюдения двух и более точек с известными координатами достаточно оперативно вычислить координаты точки стояния. Далее, зная проектные координаты разбиваемых точек 145 и введя их, тахеометр тут же выдает разбивочные элементы для выноса этих точек в натуру. Такие возможности тахеометров позволяют избежать строительства дорогостоящих грунтовых знаков разбивочной сети сооружения, а разбивочную сеть строительной площадки и здания совместить и представить единой пространственной разбивочной сетью строительной площадки, знаки которой можно закрепить на окружающих площадку объектах: стенах существующих зданий и сооружений, фонарных столбах, опорах ЛЭП, и пр. Сам знак, при этом представляет собой квадратик светоотражательной пленки (катафот), приклеенный на достаточной высоте на объектах так, чтобы обеспечивать видимость этого знака с возможно больших позиций. Размеры катафота могут быть 15×15 мм, 30×30 мм или другие. Преимущество такой разбивочной сети сооружения очевидны: исключается необходимость строительства грунтовых знаков, а сохранность пунктов на период строительства практически абсолютная. Сами пункты всегда открыты для выполнения наблюдений, и нет необходимости устанавливать на них и центрировать отражатели или визирные цели. Координаты центров катафотов можно определить с двух и более пунктов полигонометрического хода методом полярных координат. Подсчитаем среднюю квадратическую ошибку центра катафота, которая будет складываться из ошибки собственно полярной засечки, ошибки центрирования и ошибки исходных данных. Для полярной засечки имеем m2  S 2 m m  , 2 2 с. з 2 S (4.29) где mS – ошибка измерения линии; m – ошибка измерения угла; S – длина линии. Если mS =2 мм, m =5", S=100 м, то mс. з. = 3,2 мм, то относительно ошибок исходных данных следует сказать следующее. Если координаты центров катафотов определены с одной стоянки тахеометра, что характерно для разбивочных сетей здания и небольших объектов строительства, то, естественно, ошибки исходных данных следует принять равными нулю, поскольку для разбивочных работ существенным является не общее смещение сооружения, а взаимное распо146 ложение его осей. Для больших по площади объектов также можно найти способы построения пространственной разбивочной сети, ошибками исходных данных которой можно пренебречь. Таким образом, в ближних окрестностях возводимого сооружения строится пространственная сеть из марок катафотов с погрешностью взаимного положения в несколько миллиметров. В относительной мере для расстояний между знаками в 100 м ошибки выразятся величиной около 1:30000. Следовательно, построенная по описанной технологии разбивочная сеть строительной площадки сможет удовлетворить требованиям СНиП 3.01.03-84 для сооружений самого высокого класса точности. б) а) в) г) Рис. 4.17. Схемы внутренних разбивочных сетей Внутренняя разбивочная сеть здания создается в виде сети плановых и высотных знаков на перекрытиях сооружения и служит для производства детальных разбивочных работ на монтажных горизонтах, а также для производства исполнительных съемок. Разбивочная сеть строится на фундаментной плите или ростверках, на бетонной подготовке или перекрытии подвальной части здания или технического подполья. Эта условная поверхность, на которой закрепляется внутренняя разбивочная сеть, называется исходным горизонтом. 147 Плановая разбивочная сеть на исходном монтажном горизонте создается в виде геометрических фигур, часто повторяющих общую конфигурацию сооружения. Поскольку эта фигура многократно повторяется на последующих монтажных горизонтах, то ее называют базовой или базисной. Число опорных точек базисной фигуры, передаваемых на монтажные горизонты должно быть не менее трех. Базисную фигуру проектируют исходя из следующих соображений. Стороны базисной фигуры должны быть параллельны (перпендикулярны) основным осям сооружения. Пункты фигуры должны располагаться в местах, обеспечивающих взаимную видимость и сохранность на весь период строительства. Их располагают вблизи основных осей на расстоянии 0,5÷1,0 м с учетом возможности их дальнейшего вертикального проектирования на вышележащие монтажные горизонты. При строительстве сравнительно простых по геометрической форме сооружений сети строят в виде треугольников, четырехугольников, рядов из ромбов и центральных систем (рис. 4.17). Измерения в таких фигурах выполняют по программам трилатерации или линейно-угловой сети. При строительстве сложных и уникальных сооружений проектируют специальные высокоточные радиально-кольцевые и линейные сети. Проект внутренней сети сооружения составляют на плане перекрытия, подсчитывают координаты пунктов базисной фигуры в строительной системе координат. Построение базисной фигуры на исходном горизонте производят с пунктов внешней разбивочной сети здания или со свободной станции по проектным координатам пунктов базисной фигуры. Построение начинают с вынесения на поверхность исходного горизонта двух точек длинной стороны фигуры. Приняв одну из точек стороны и ее направление за исходные, строят остальные точки фигуры, производят угловые и линейные измерения и вычисляют координаты всех пунктов сети. Вычисленные координаты сравнивают с проектными и при наличии расхождений выполняют редуцирование. Процесс редуцирования или перемещения построенных точек удобно выполнять на предварительно закрепленных в бетоне металлических пластинах. После контрольных промеров пункты окончательно закрепляют: кер148 нят или просверливают отверстия в металле. Точность построения внутренней разбивочной сети, как отмечено ранее, определяется классом сооружения и отражена в СНиП 3.01.03-84, в табл. 3.4. Так, например, при строительстве сооружений высотой от 100 м до 120 м величина средней квадратической погрешности построения внутренней разбивочной сети здания при линейных измерениях должна быть не хуже 1/15000, угловые измерения должны выполняться с погрешностями менее 5", а ошибки определения превышений на станции не должны быть более 1 мм. Однако относительно точности построения внутренней разбивочной сети здания следует дополнительно сказать следующее. Поскольку внутренняя разбивочная сеть служит для построения осей и производства детальных разбивочных работ на монтажном горизонте, следовательно, ее точность должна удовлетворять потребностям разбивок. Чтобы ошибки исходных данных, т.е. ошибки взаимного положения пунктов сети не влияли на разбивочные работы, погрешности планового положения точек внутренней разбивочной сети должны быть, по крайней мере, в два раза меньше ошибок разбивки точек и осей в плане. Рассчитаем точность построения внутренней разбивочной сети здания исходя из допусков разбивок точек и осей в плане. С этой целью из ГОСТ 21779-82 для интервала номинального размера 4000-8000 мм и класса точности 3 выпишем значение допуска разбивки точек и осей в плане. Он будет равен 4 мм, а средняя квадратическая погрешность составит 1 мм при доверительной вероятности 95%, следовательно, взаимное положение пунктов внутренней разбивочной сети должно быть определено с погрешностью не хуже 0,5 мм. Относительная средняя квадратическая ошибка для средней величины интервала (6000 мм) составит 1/12000, что, в общем – то согласуется со СНиП 3.01.03.-84. 149 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Авакян В.В. Прикладная геодезия. Геодезическое обеспечение строительного производства», изд. «Вузовская книга», 2011 г., с.256. 2. Авакян В.В. Прикладная геодезия: технологии инженерногеодезических работ. М., изд. «Амалданик», 2012, с. 330. 3. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. Т. 1, 2.- М.: ФГУП «КАРТГЕОЦЕНТР», 2006.- 360 С. 4. Баран П.И. Геодезические работы при монтаже и эксплуатации оборудования. – М., «Недра», 1990. – 233 с. 5. Большаков В.Д., Маркузе Ю.И.. Городская полигонометрия (уравнивание и основы проектирования). М., Недра, 1979. 6. Брайт П.И. Геодезические методы измерения деформаций оснований и сооружений. М., «Недра», 1965, с. 300. 7. Ворошилов А.П. Спутниковые системы и электронные тахеометры в обеспечении строительных работ: Учебное пособие. – Челябинск: АКСВЕЛЛ, 2007. – 163 с. 8. Генике А.А., Побединский Г.Г. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Картгеоцентр, 2004. – 355 с.: ил. 9. Герасимов А.П., Назаров В.Г. Местные системы координат. - М: ООО «Проспект», 2010. - 64 с. 10. ГОСТ Р 51794-2008. Глобальные навигационные спутниковые системы. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. 11. ГОСТ 24846-81. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. 12. ГОСТ 21778-81. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Основные положения. 13. ГОСТ 21779-82. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Технологические допуски. 14. ГОСТ 23615-79. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Статистический анализ точности. 150 15. Дементьев В.Е. Современная геодезическая техника и её применение. Тверь, ООО ИПП «АЛЕН», 2006. 16. Зайцев А.К. Трилатерация.-М., Недра, 1989, 216 с. 17. Инженерная геодезия. Под ред. Михелева Д.Ш., М., Академия, 2008. 18. Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. ГКИНП (ОНТА)-02-262-02, ЦНИИГАиК, 2002 г. 19. Инструкция по топографической съёмке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500: ГКИНП-02-033-82. М., Недра, 1982. 20. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия: Основные методы и принципы инженерно-геодезических работ. - М., Недра, 1981. 21. Левчук Г.П., Новак В.Е., Лебедев Н.Н. Прикладная геодезия. Геодезические работы при изысканиях и строительстве инженерных сооружений. Под ред. Г.П. Левчука. Учебник для вузов. М., Недра, 1983. 22. Ломакин В.А. Основы строительного дела. М., Высшая школа, 1976. 23. Пеллинен Л.П. Высшая геодезия. М., Недра, 1978. 24. Пособие по производству геодезических работ в строительстве (к СНиП 3.01.03-84).ЦНИИОМТП. М., Стройиздат, 1985. 25. Правила закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сетей. – М. Картгеоцентр – Геодезиздат, 1993 – 104 с.: ил. 26. Практикум по прикладной геодезии. Геодезическое обеспечение строительства и эксплуатации инженерных сооружений. Клюшин Е.Б., Михелев Д.Ш., Барков Д.П. и др. М., Недра, 1993. 27. Практикум по высшей геодезии (вычислительные работы). Н.В. Яковлев, Н.А. Беспалов, В.П. Глумов и др.: Учебное пособие для вузов. М., Недра, 1982. 368 с. 28. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS". ГКИНП (ОНТА)-01-271-03. 29. Руководство по расчёту точности геодезических работ в промышленном строительстве. ГУГиК при СМ СССР. М., Недра, 1979. 30. Руководство по применению стенных знаков в полигонометрических и теодолитных ходах. М., Недра, 1972. 151 31. Руководство по определению кренов инженерных сооружений башенного типа геодезическими методами. – М., «Стройиздат», 1981. – 56 с. 32. СП 126.13330.2012. (СНиП 3.01.03.84). Геодезические работы в строительстве. 33. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты. 34. СП 47.13330.2012. (СНиП 11-02-96.) Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. 35. СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства. 36. Сытник В.С. Основы расчёта и анализа точности геодезических измерений в строительстве. (ЦНИИОМТП). М., Стройиздат, 1974, 192 с. 37. Сытник В.С. Строительная геодезия. М., Недра, 1974. 38. Тревого И.С., Шевчук П.М. Городская полигонометрия. – М., Недра, 1986. – 199 с., с ил. 39. Уставич Г.А., Шаульский В.Ф., Винокурова О.И. Разработка и совершенствование технологии государственного нивелирования I, II, III и IV классов. Геодезия и картография. 2003. - №7, №8. 40. Уставич Г.А. Технология выполнения высокоточного нивелирования цифровыми нивелирами. Геодезия и картография. 2006, №2, 41. Шануров Г.А., Мельников С.Р. Геотроника. Наземные и спутниковые радиоэлектронные системы и методы выполнения геодезических работ: Учебное пособие – М.; УПП «Репрография», МИИГАиК, 2001, - 136 с.; ил. 42. Яковлев Н.В. Высшая геодезия: учебник для вузов. – М.: Недра: 989. - 445 с.: ил. 43. GB-1000. Спутниковый GPS/ГЛОНАСС приёмник. Руководство пользователя. Перевод на русский язык ЗАО «ПРИН», 2004, стр. 180. 44. GPT-7000. Электронный тахеометр. Руководство пользователя. Перевод на русский язык ЗАО «ПРИН», 2005, стр. 220. 45. Topcon Tools. Руководство оператора. Перевод на русский язык ЗАО «ПРИН», 2007, стр. 456. 152