2.2. Наблюдения за осадками оснований и деформациями зданий и сооружений (ч. 2)
При анализе деформированного состояния фундаментов и их оснований в ряде случаев необходимы лишь значения относительных вертикальных перемещений осадочных знаков. Относительные вертикальные перемещение могут быть определены путем сравнения соответствующих превышений, измеренных в различные моменты времени t.
Последовательность превышений отдельных осадочных марок (реперов), расположенных вдоль заданного контура, будем записывать в виде столбца чисел и называть вектором превышений. При этом контур должен определенным образом охватывать исследуемую область основания или сооружения. Оптимальное направление вектора превышений (плановое положение контура нивелирования) следует предусматривать программой наблюдений из расчета получения максимальной точности величины деформаций. Вектор превышений запишем в виде
.
(2.1)Понятие вектор в данном случае использовано по следующим соображениям: во-первых, последовательность превышений задает конкретное направление измерений в системе марок; во-вторых, вектор перемещений для заданного промежутка времени определяется как разность векторов превышений соответствующих моментов времени и вычисляется по правилам векторной алгебры (рис. 2.1), т.е.
.(2.2)Положительному направлению элементов вектора перемещений соответствует направление вниз, если t2 > t1.
Для вектора превышений может быть получена более определенная оценка точности, чем для высотной координаты (отметки), поскольку ошибка последней зависит от положения репера и пути нивелирования. Кроме того, на значениях вектора превышений в меньшей степени сказываются систематические ошибки, чем на значениях отметок.
Математическое ожидание вектора превышений характеризуется средним арифметическим из значений измеренных превышений. Доверительный интервал отклонения от среднего арифметического выражается через среднюю квадратическую ошибку Мij в виде
,(2.3)здесь tp[n – 1] — значение коэффициента Стьюдента для вероятности p при числе измерений n; Мij — показатель, определяемый по формуле:
,(2.4)где Dij — отклонение от среднего арифметического отдельного измерения.
Доверительный интервал возможных отклонений для перемещений за время t2 – t1 можно найти по формуле
,(2.5)и таким образом установить однозначную оценку измеряемых деформаций при условии, что плановое положение осадочных марок является точным.
Методика безреперного нивелирования, помимо однозначной оценки точности, характеризуется простотой обработки результатов измерений, поскольку отпадает необходимость вычисления отметок. Анализ характера деформаций может выполняться непосредственно в процессе наблюдений и служить в качестве дополнительного критерия ошибок.
Название "методика безреперного нивелирования" не означает отсутствия глубинного репера, высотное положение которого неизменно. Термин следует понимать как отсутствие конкретного репера, от которого производится отсчет высотного положения. Вектор превышений может включать один или несколько глубинных реперов, окончательное решение об устойчивости положения которых может быть сделано в результате соответствующего анализа. В ряде случаев можно вообще отказаться от устройства глубинных реперов, заменяя их достаточным числом поверхностных марок и марок, закрепленных на сооружениях с малыми нагрузками на основание, и учитывая, что будет выполнен анализ устойчивости всей системы.
Преимущество методики безреперного наблюдения за деформациями реконструированного сооружения можно показать на следующем примере. Рамные фундаменты турбоагрегатов мощностью 300 000 кВт на Трипольской ГРЭС в результате чрезмерных деформаций песчаного основания потребовали реконструкции. Нижние элементы всех фундаментов были объединены "сплошной железобетонной плитой толщиной 2,5 м. Частичному усилению подверглось также верхнее строение фундамента, расположенное на высоте 10 м от подошвы. После реконструкции проводились систематические геодезические наблюдения за вертикальными смещениями фундамента.
Глубинные реперы располагались на значительном удалении от осадочных марок как в плане, так и по высоте. Нормативная средняя квадратическая ошибка определения осадки для наблюдений I класса составляет ±1,0 мм, В связи со значительным удалением реперов фактическая ошибка определения осадок марок по отношению к глубинным реперам превышала нормативную. Поскольку при наблюдениях за деформациями рамного фундамента турбоагрегата наибольший интерес представляет взаимное смещение жестких рам, было принято решение использовать методику безреперного нивелирования, которая обеспечивала требуемую точность.
Измерения проводились по программе нивелирований I класса, т.е. каждое превышение измерялось 4-кратно. Статистическая обработка результатов измерений показала, что доверительные интервалы деформации крена оказались в пределах 0,05—0,18 мм/м. С учетом нормативной ошибки измерения осадок (±1,0 мм) рассчитанный доверительный интервал деформации крена составлял ±0,76 мм/м. Среднее значение измеряемой деформации крена, как показали наблюдения, изменялось в пределах 0,1—0,9 мм/м. Результаты анализа точности наблюдений по методике безреперного нивелирования позволили заключить, что кривые развития крена описывают реологические процессы в основании и не являются ошибками измерений.