автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Геодезическое обеспечение современной технологии строительства мостов

На правах, рукописи

Никитин Андрей Вячеславович

УДК 528.48:624.21

ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА МОСТОВ

Геодезия-05.24.01

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК »995

Работа выполнена в Сибирской Государственной Геодезической Академии

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор В.Г. КОНУСОВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Г. Г. ACTA ШЕИ КО В

кандидат технических наук, доцент B.C. РЕДЬКОВ

Ведущая организация: АО СИБМОСТ

Защита диссертации состоится f « ¿(A&Sfjf iggs r_ B 'J_часов

на заседании диссертационного совета Д 064.14.01 при Сибирской Государственной Геодезической Академии по адресу : 630108, Новосибирск, 108, ул. Плахотного, 10, СГГА в аудитории №

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГГА.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного cobci .Д. СЕРЕДОВИЧ

9К9 Подписано в печать 21 апреля 1995 г. Объем 1 печ. лист. 0,9 уч.-нзд. листа. Заказ 33. Тираж 100.

630103, г. Новосибирск, 108, Плахотною, 8, РИО, КПЛ СГГА.

26\ _1995 г

1. ОШ/Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Геодезические 'работы в мостостроении относятся к одному из ватных направлений прикладной геодезии а гаев? больше значение при развитии транспортной системы страны.

Научно-техническая конференция "Транспорт России, проблемы и пути решения", проходимая в Суздале в 1992 году, ' основными направлениями повышен;^ тэхн:мес:хго уровня мостостроения определила создание гибких уодульних технологий. На начальном пути создания гибких производств в мостострсожи наиболее целесообразным может бить путь агрегатирования отдельных специфических устройств и технологу на базе использования типэзих конструктивных решений. Перспективной разработкой з данной области является погружающий агрегат (ПА),позволяющий выполнять гибкий непрерывный технологический процесс возведения фундаментов и опор постое.

Для рационального функционирования гибкой производственной скс-теи»'необходимо ее геодезическое сбеспечеяже, которое должно срга-нически вписываться в технологический процесс строительства мостов. Традиционные методы гэодезкческих ра5от в мостостроении в ряде случаев невозможно применить з связи с конструктивными особенностями агрегата. Поэтому, объективны! и оперативный геодезический контроль при возведении мостсз с применение;,) гибкой производственной системы является актуальной научно-технической задачей.

Формулировка задачи. Разработка технологии геодезического обеспечения строительства мостов с применением гибкой производственной скстеии, использующей погружающий агрегат.

Задача потребовала: . 1) обоснования точности геодезических измерений при строительстве опор мостов с применение« гибкой производственной системы;

2) разработки методики контроля геометрических параметров на каждом из технологически этапов возведения мостов.

Основа исследований: принципы и методы производства инженерно-геодезических работ, теория и методы математической обработки результатов измерений.

Объект исследований: транспортные сооружения (мосты).

Научная новизна и значимость обуслов-

лены разработкой технологии геодезического обеспечения строительства мостов с применением гибкой производственной системы,- основными компонентами которой, являются: методика разбивки и контролп планового положения цилиндрической оболочки погружавшего агрегата, позволяющая оперативно определять разворот осей и смещение цс-ктра агрегата относительно проектного положения; способ.определения крена с одной стащи-/., на основе измерения разности • вертикальная углов наклона; обоснование норм точности разбивки искусственного . островка.

Практическая ценность заключается в. разработке законченной и доведенной до. уровня практического применена методики контроля геометрических параметров при возведения мостов, мзтодики обработки результатов измерений с использование« пакета программ автора на ПЗЗЫ.

Практическая реализация, работы осуцеств-лзаа путем внедрения результатов исследований при определении геометрических параметров ыостоз в.г. Хабаровске. •

Предложенная технология' геодевического контроля монет исполь- .' всзатьса з различных областях строительства, например, при возведении сооружений баиекнсго типа.

Апробация работы. Положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях ХГТУ (1930-1993 г.г.) И СГГА (1Э95 г.).

Публикация. Основное содержание работы опубликовано в шести научных статьях. Получены две приоритетные справки по заявкам на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общи объем работы составляет 91 страницу и включает: 6 таблиц, 18 рисунков и 12 страниц приложений. Список литературы содержит 63 наименования.

¡1а защиту выносятся:

- разработка принципов геодезического обеспечения строительст-

■ ва мостов с применением гибкой производственной системы, использующей погружающий агрегат;

- разработка методики контроля геометрических параметров на всех технологических этапах возведения мостов.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Зо .введении обоснована актуальность темы диссертации,

- в -

кратко изложены оспозкке положения работы.

В первой главе рассмотрены созрокенные надрав-' ленкя совершенствования технологии мостостроения и раскрыта сущность гибкой технолог:;;: строительства опер мостов с использованием погружающего агрегата (ПА). Предложена технологическая схема контроля объектов транспортных сооружений, рыбрзны категории контроля и назначена необходимая точность ис^ерэнкй. Проанализированы методы и средства ягыерений геометрических параметров, применяемые при строительстве мостов.

Погружающем агрегат, являющийся основой новей технологии строительства мостов, представляет собой систему, вклвчепцую цилиндрическую оболочку больного диаметра, (до 8 м), составленную из четы-рея колец и оснащенную необходимым технологическим оборудованием. С помощь» ПЛ осуществляют устройство свайного основания, плиты ростверка и возведение тела опоры.

Предложенная технологическая схема геодезического контроля объектов транспорта« сооружений (мостов) включает:

1. Разработку и выбор объектов, параметров и процессов контроля.

■ 2. Разработку методики измерений геометрических параметров.

3. Разработку методов обработки результатов и форм отчетной до' кумсятации.

Екбор объектов контроля зависит от назначения конструктивно- технологических элементов, уровня надежности, условий внутренних и. внешних воздействий и др. Б соответствии с перечисленными показателями, назначены следующие объекты контроля (рис. 1).

Точность геодезических намерений для различных объектов контроля следует определять из известного выражения

5Г - Сп 5а , (1)

где Зг - допускаемое отклонение на геодезические измерения; Сп -коэффициент, точности; 5э - эксплуатационное допускаемое отклонение.

фи этом коэффициент точности назначается в зависимости от категории контроля и его величина находится в пределах Сп = (0.3 0.5).

В результате анализа установлено, что при разбивке центра опоры в условиях применения ПА, когда возведение опоры будет осуществляться внутри цилиндрической оболочки, наиболее технологично использование прямой угловой аасечки. Для определения крена, при

вибропогружении оболочки, необходимо разработать способ определения крена, позволяющий выполнять измерения с одной, станции.

Объекты контроля транспортного сооружения

Технологичес Нкое оборудо-| вание

Рис. 1

Обоснован вывод о том, что активный геодезический контроль должен основываться • на сочетании лазерных и оптических приборов. Предпочтение лазерным геодезическим приборам должно быть отдано при выполнении динамичных видов работ, таких как: погружение свай-оболочек, надвижка, навеской и полунавесной монтаж пролетных строений.

Вторая глава посвящена разработке геодезического обеспечения гибкой технологии строительства опор мостов. В ней предложена методика разбивки и контроля планового положения ПА, разработан способ определения крена с одной станции на основе из-

мерэкия.разности вертикальных углов наклона, обоснована норкы точности раэбктз!С! искусственного остревгса (термзн костсстрозппя).

Псрпм объекте:,! геодезкчгсг-ого контроля в техвологкчссиой цепочке является контроль сооружения искусственного островка. Согласно дейстзущиа нор:<атиЕККм документам, остроэоч до 4 и по высоте возводит без ограждения, а свете 4м- его сооружение выполнят под защитой шпунтового ограждения.

В работа обоснованы норш точности рагбивии искусственного ост-рока. Получена формулы расчета средних квадратическнх огзйск и 1Гд, соответственна: зысоткой к плановой рягб;гок вря уелозии, что ошибка з определении о5ъеш островка составляют не более 52 ст величины объема.

Срзднял квядрагичеекзя ошкбка шн высотной 'разбив:« искусственного остров.ча, при испоЕьэаванпи Елунговсго огравдешет и без него, определяется на основании следущих соотношений

Ш

пн -- - ; (2)

20 / ¡г2 + тЧг

. Г^Н + т>Н2К + п2Нэ/3

тн --' (3)

20 /Н4 + + 712) +■ Н4Т)2(12 + ц2)

где И - радиус островка; Н - высота; Ь - переходной коэффициент между Инн шн; л - коэффициент заложения откосов.

Для строительства опор мостов на искусственных островках, с применением ПА, ■ рассчитаны средние квадратические ожбки плановой и высотной разбивки (таблица 1).

Следующим объектом геодезического контроля будет цилиндрическая оболочка ПА. Автором предложена методика разбивки и контроля планового положения оболочки. Разработанная система разбавки включает : построение опорных точек раабивочной сети, определение координат стандартных точек и вычисление раабивочных углов. Для ее выполнения предварительно маркируются восемь стандартных точек, (рис. 2) на внесшей и внутренней поверхностях колец цилиндрической оболочки. Количество точек выбрано оптимальным, с учетом нескольких критериев, а именно: конкретного расположения на оболочке несущих мачт; требования возможно надежного контроля оболочки в самых неб-

лагопрлятных условиях размещении наблюдательных геодезических пуиктоз, оборудования й т.п.; определения крена оболочки).

Таблица 1

Средние квадратические ошибки плановой и еысотной разбивки искусственного островка

Объекты контроля Значения ошибок,см

в плане по Еысоте

1. Островки со пшунтоЕыи ограждение« при вы- 11

сотах: 5 - 6 м 4

7 - 12 ы 12 4

2. Островки без ограждения с откос&чи 1:1-8-1.5 6

при высотах 1 м 3

2 м 7 3

3 м 8 3

4 ы 10 4

При подготовке разбиЕОчных данных, проектные координаты следует находить по фор^лак

XI = Хц ± газоа*!;!

(4)

у, = уц ±

где хц, Уц - координаты центра опоры; И - радиус оболочки; «1 -величина угла на соответствую!*/» стандартную точку.

По координатам стандартных точек, центров опор и пунктов геодезической разбивочной сети, ив решения обратных геодевических задач вычисляются дирэкционные углы и горизонтальные пролокения линий до опорных пунктов на выносные в натуру точки. По разностям дирекци-оншх углов следует определить разбивочные углы Оа ~ йе (рис. 2).

Разбивочные работы необходимо выполнять следующим образом. С пунктов разбивочной сети прямой углоеой засечкой еыносятся в натуру центр опоры на искусственный островок. Установив теодолит в центре опоры, ориентируют его по створу на пункт А и получают соответственно точки 1 и 5. От этих точек теодолитом откладывается проектЫ1Э углы и рулеткой - длины радиусов. На поверхности островка все стандартные точки кестко закрепляются шпунтами.

Г-ошж: оболочки начинают с установки з плане опорного галька, путем совмещения замаркированных точек ка- поверхности кольца с згкстга закрепленными на островке. Контроль аа установкой оперного кольца осуцэстялг.ется с пункта А, находящегося на оси иостс-.ого перехода, а в случсо отсутствия видимости - с центра уже. возведенной споры.

Отличительными признаками возведения опор настов с поиоцьа ПА, является использование металлических колец, облзданщгх дсста-точной жесткостью, так что их можно считать условно недефор:<жруо-В этих условиях, при контроле планового положения, особоэ значение приобретает определение положении осей этих колец, а именно - определение координат пересечения главных осей колец и их разворота относительно проектного положения, потому что на цилиндрических кольцах расположены различные Еставки, опорные площадки для опирания конструкций и т.д.

Для анализа измерений, при выполнении методики контроля планового положения ПА на ЭЕМ, составлена программа на языке программн-рования C-I + . Схема выполнения контроля показана ка рисунке 3.

Последовательность операций (алгоритм) при выполнении методики должна быть следующей. После погружения ПА до проектной отметки

Схема рззбигкй ПА

Рис. 2

определяется фактические координата точек (1®' - 8Ф ). На каждой из полученных точек в режиме графического изображения выполняется построение зллияса средник квадраяжческях гавяйок, элементы которого рассчитаны по стандартные формулам. Затем выполняется перемеще-к>:е (впитывание) проектной окруяности при условии, что все восемь точек не выходят га пределы эллипса ошибок и получеэт "новые" ко-орязгнахы точек (1© - £3®). Такае в качестве критерия следует принимать мишшальное отклонение центра оболочки от проектного положения. В результате этого появляется возможность определения величин (Ка - Кз) - смешения точек с "ноаыии" координатами по дуге окружности, относительно проектных направлений осей.

Схема контроля планового положения ПА

1П - 8П - проектное положение точек; 1ф' - 8®' - фактическое положение точек; 1в - Вф - координаты точек, полученные после вписывания окружности в эллипс ошибок; К1 - Кв - смещение точек с новыми координатами относительно проектных направлений по дуге; 1' - в' -положение точек на проектных направлениях.

Рис. 3

Таким образом определяют- разворот осей и смещения центра оболочки относительно проектного положккя.

Вычисление общего смещения центра оболочки Ь производится по (формуле

/Lx2 + Ly* , (5)

где Lx, Ly - прое:щии общего смещения на соответствующие оси координат.

Угловой элемент смещения (разворот осей) находят так

Lx

«и - arctg- . (6)

Ly

Оценку точности, при нахождении смещения центра оболсчки и разворота осей, Еыполняат по формулам подсчета средней кзадратической ошибки общего вида, принимая во вгжаниэ то, что оззйки Ееличнн L и са_ будут зависеть от окибоь: (шх и гь) определения координат стандартных точек:

.. _ ilx2™*2 t ДЬу'-тПу^

^ -, g f , 2- ' <7>

ьх f ¡-у

„ (LyV - LxW)

I" ciL = -7—5-rr»- • (8)

(Lx2 + L/)*

В диссертации были определены значения средних квадратических ошибок координат стандартных точек, с учетом методики вписывания проектной окружности в эллипсы ошибок, методом статистических испытаний на модели с применением генератора случайных чисел (табл. 2). Для рассматриваемого в работе примера величина nt получилась равной 4 мм, что отвечает требованиям, предъявляемым к точности определения смещения осей мостов.

Автором разработан способ оперативного определения крена цилиндрической оболочки с одной станции на основе измерения разности вертикальных углов наклона (рис. 4). Применение данного способа наиболее целесообразно в условиях, когда вертикальные углы наклона изменяются в небольших пределах (при возведении мостов с использованием ПА ±5°).

Таблица 2

Средние гсвадратические ошибки стандартных точек

Вид | Величины огибок (см) для точек

ошбки 1 2 3 4 5 6 7 8

Пх | 0.30 0.30 0.35 0.28 0.26 0.30 0.36 0.30

Шу | 0.17 0.15 0.17 0.15 0.19 0.21 0.19 0.16

Схема определения крена

Рис. 4

Разности вертикальных углов определяются по парам стандартных точек (2-8, 3-7, 4 - 6 и 1 - 5, 2 - 4, 8 - 6). Составляющую крена по оси У (для точек 2 - 8, 3 - 7, 4 - 6) следует вычислять по формуле

„

= -у (9)

Р

где Ду - разность вертикальных углов наклона, I.!13 - расчетное горизонтальное продозхение до стандартных точек.

С учетом Ешесказанного, выражение поперечной составляющей крена ДЬХ соответственно примет вид

(Ду® - Дур)

ДЪХ = - , (Ю)

где - фактическая разность вертикальных углов; Д\>р - расчетная разность вертикальных углов. Общая величина крена К будет равна

К = /¿Их2 АЪУ2 . (11)

'у

Оценка точности определения крена производится по известной формуле подсчета средней квадратическсй ошибки тригонометрического нивелирования и составляет 1% = 10 мм (для расчетного примера). Полученное значение удовлетворяет требованиям нормативных дскумен-тов.

В третьей главе усовершенствована методика измерений при монтаже пролетных строений мостов с применением лазерных геодезических приборов.

Особенностью моста, как инженерного сооружения, является то, что при значительном линейном протяжении, он имеет сложную конструкцию по высоте. Это и обусловливает необходимость применения современных лазерных геодезических приборов многофункционального назначения, позволяющих выполнять измерения для различных объектов контроля.

Примером такого прибора многофункционального назначения яЕляет-ся лазерный теодолит (ЛТ-1), разработанный и изготовленный, при участии автора, на кафедре инженерной геодезии ХГТУ. Универсальность ЛТ-1 позволяет использовать его как средство активного геодезического контроля на большинстве монтажных операций при возведении мостов (таблица 3).

Отметим, что одной из основных операций, при выполнении измерений с использованием лазерного теодолита ЛТ-1, будет ориентирование прибора относительно базовых осей конструкций. Для этого следует применять уже опубликованные в литературе методики, основанные на применении способа бокового нивелирования.

Таблица 3

Области применения ЛТ-1 при выполнении активного геодезического контроля '

Реям работы ЛТ-1 Вид и точность регистрации Обслуживаемые монтажные операции Способ оперативного контроля

i 2 3 4

1. Гооизонталь-ный луч ' Визуальная регистрация, ш = 3 ш. С помощью марки-экрана, т = 2 мм. Фотоэлектронная регистрация, п = 0.5 мы. Монтаж фундаме-та тела опоры из блоков. Погрует-ние свай-оболочек. Полунавесной и навесной монтак пролетных строений. Надви-хка пролетных строении Срезка голов свай. Монтаж ригелей и опорных частей. Задание створов по основной и вспомогательны:,! осям сооружения. Контроль соосности в плане и прямолинейности. Развертка луча в горизонтальной плоскости на "рабочем" уровне - контроль горизонтальности и отметок.

2. Вертикальный луч 3. Наклонный луч _ II _ Погружение сваи и установка стоек опор. Монтан тела опоры из блоков и в скользящей опалубке Монтаж пролетных строений. Развертка луча в вертикальной плоскости по основной и вспомогательной осям. Контроль вертикальности, прямолинейности. Развертка луча в наклонной плоскости по осям ферм, арок, пилонов, находящихся на разных монтажных горизонтах.

3. ОСНОВНЫЕ выводы

В результате исследований, выполненных в диссертационной работе, решена поставленная задача: разработана технология геодезического обеспечения строительства мостов с применением гибкой про-

' изводственной системы, использующей погружающий агрегат.

1. Для создания единого комплекса геодезического контроля -предложена технологичеаия . схема контроля объектов транспортных сооружений (мостов), выбраны категории контроля и назначена требуемая точность- измерений.

2. Разработана методика оперативной разбивки и контроля планового полог.энкя погружающего агрегата, позволяющая определять разворот осей и смещение центра агрегата относительно проектного положения.

3. Теоретически обоснован и разработан, на основе измерения разности вертикальных углов наклона, способ определения крена с одной станции при. вибропогрудении цилиндрической оболочки.

4. Обоснованы нормы точности разбивки искусственного островка при сооружении опор мостов.

5. Уссверзенствована методика выполнения измерений при возведении. опор мостов и монтаяэ пролетных строений с использованием лазерных геодезических приборов, разработанных, с участием автора.

6. В целом исследования позволяет повысить оперативность и ■ объективность геодезического обеспечения на каждом из технологических этапов при возведении мостов.

Разработанная технология может быть применена при решении широкого круга задач как в мостостроении, так и при сооружении дру- • гих инженерных объектов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Зайцев В.Н., Никитин A.B. Активный геодезический контроль при строительстве мостов// Совершенствование методики и средств топографо-геодезических работ. - Деп. в ВИНИТИ N 3467-В90: Хабаровск, 1990. - С. 88-93.

2. Никитин A.B. Способ контроля геометрических параметров мостов геодезическими методами// Информационный листок N 321-91. Хабаровск: ЦНТИ, 1991. - 4 с.

3. Никитин A.B. Способ контроля монтажа цилиндрических оболочек// Информационный листок N 36-93. Хабаровск: ЦНТИ, 1993. - 4 с.

4. Никитин A.B. Способ разбивки цилиндрических оболочек// Кн-формациопный листок N 37-93. Хабаровск: ЦНТИ, 1993. - 4 с.

5. Никитин A.B. Методика расчета точности разбивки искусственного остроака под сооружение опоры моста// Информационный листок N 48-93. Хабаровск: ЦНТИ, 1993. - 4 с.

6. Никитин A.B. Функциональный геодезический контроль строительства моста// Моделирование и расчеты на прочность искусственная сооружений. Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. ун-та, 1993. - С. 29 -31.