Вы здесь

Особенности инженерно-геодезического обеспечения строительства

Версия для печати

Универсальная спортивно-зрелищная арена с трибунами на 15 000 зрителей и вантовым покрытием, входящая в состав комплекса, – уникальный объект как с точки зрения реализованных проектных решений, технологии производства строительно-монтажных работ, так и с точки зрения его геодезического обеспечения.

В связи с этим возникла необходимость разработки специальных методик ведения не только строительно-монтажных, но и геодезических работ. Особенностью последних являлись высокая точность выноса в проектное положение элементов строительных конструкций и, что не менее важно, получение результатов геодезических измерений в наиболее удобном для строителей виде и в оперативном режиме. Наряду с геодезическими приборами, обеспечивающими высокую степень автоматизации и необходимую точность измерений, непосредственно на объекте имелся персональный компьютер с соответствующим программным сопровождением для автоматического решения задач и выдачи необходимой информации, а также выхода в Интернет для оперативной связи с генеральным конструктором проекта и другими специалистами, принимающими решения. Можно сказать, что в данных условиях было создано и функционировало автоматизированное рабочее место геодезиста.

Наибольший интерес, по нашему мнению, представляет решение задач геодезического обеспечения строительства вантового покрытия. Геодезические работы определялись проектом их производства (ППГР), согласованным с генеральным проектировщиком, заказчиком и подрядчиком. Основное их содержание и методика проведения были тесно связаны с последовательностью и технологией производства строительно-монтажных работ и имели особенности на различных этапах.

При расчете необходимой точности геодезических измерений на всех этапах исходили из требований закрепления и контроля проектных геометрических параметров элементов строительных конструкций, которые характеризуются величинами, не превышающими ±5.0 мм в пространственном положении и ±0.005 рад. по ориентировке.

Определение геометрических параметров металлического кольца

Металлическое кольцо состоит из двух частей – нижней и верхней, которые представляют собой сварную конструкцию, формирующую кольцо болтовыми соединениями и металлическими фермами.

Геометрические параметры 8 секторов верхней и нижней частей кольца определялись непосредственно на заводе-изготовителе и на строительной площадке на специально созданном стенде. По данным геодезических измерений производилась их установка и прецизионная доводка в положение, обеспечивающее с необходимой точностью общую геометрию кольца (плоскостность поверхностей, симметричность формы). После сварки элементов в единое целое проведен геодезический контроль геометрических параметров сварной конструкции.

Затем производилось формирование кольца из нижней и верхней частей металлическими соединительными фермами для установки его на временную опору. До начала подъемных работ на временной опоре и нижней части кольца геодезическими методами были зафиксированы контрольные точки, проектные разности координат (в плане и по высоте) которых определены аналитическим расчетом. При этом также решалась задача установки кольца в планово-высотное проектное положение и его ориентирование относительно закладных конструкций в железобетонном кольце. Учитывая трудоемкость процесса и необходимость высокоточной доводки в проектное положение кольца на временной опоре, использовались оперативные методы высокоточных геодезических измерений с выдачей результатов монтажникам в режиме реального времени. После установки кольца на временную опору произведена исполнительная съемка по контрольным точкам, на основании чего подписан акт на его установку.

Создание опорной и разбивочной геодезических сетей

Разбивочная геодезическая сеть, необходимая для вынесения в проектное положение элементов строительных конструкций вантового сооружения, создавалась методом линейно-угловых измерений в соответствии с требованиями ППГР и ТКП [1, 2] и представляет собой векторную сеть. Точность измерений вертикальных и горизонтальных углов характеризуется средними квадратическими ошибками (СКО) mb ≤ 5.0°, а расстояний в относительной мере – mS: S ≤ 1:15 000, при этом абсолютная СКО в расстояниях m≤ 0.002 м. Точность взаимного планового положения пунктов опорной геодезической сети характеризуется ошибками mX, Y ≤ 0.002 м. Высотное положение пунктов сети также контролировалось геометрическим нивелированием II, III, IV классов. Класс нивелирования определялся техническими допусками на установку конструкций по высоте [3, 4 и др.].

В качестве исходной планово-высотной основы для построения разбивочной геодезической сети использовались 4 исходных пункта, определенные ранее и закрепленные грунтовыми центрами на строительной площадке. Согласно ТКП и ППГР [1, 2], на данном объекте в опорной геодезической сети точность угловых измерений должна характеризоваться mb ≤ 3.0°, а расстояний –
mS: S ≤ 1:25 000. Высотная опорная сеть создавалась нивелированием по точности, соответствующим требованиям нивелирования II класса повышенной точности.

Для обеспечения требуемой точности в ориентировке минимальная длина стороны должна быть не менее 200 м при данном типе центров. Существующая опорная сеть имела длины сторон от 14 до 47,1 м и была закреплена центрами, не обеспечивающими возможность принудительного центрирования. Поэтому для достижения высокой точности во взаимном положении разбивочная сеть создавалась и уравнивалась как свободная, а затем трансформировалась в систему координат объекта. При производстве измерений особое внимание уделялось минимизации ошибок во взаимном положении пунктов сети.

Такой подход позволил повысить точность измеренных величин методами математической обработки и уменьшить ошибки взаимного положения пунктов в 1,5 раза. Методами математической статистики были определены вероятнейшие значения координат пунктов существующей исходной основы и произведена оценка точности. Эти значения координат использовались в дальнейшем как исходные величины. В табл. 1 приведены основные характеристики сети и оценка точности, полученная по результатам уравнивания.

При построении разбивочной геодезической сети приняты схема, расположение пунктов и типы центров, обеспечивающие:

– сохранность пунктов и возможность оперативного контроля их стабильного положения на весь период ведения строительно-монтажных работ на объекте;

– доступность и удобство передачи пространственных координат на рабочие точки, используемые для выноса в натуру проектных элементов;

– минимизацию погрешностей за центрирование геодезических приборов и визирных целей (принудительное центрирование);

– возможность (при необходимости) наращивания числа и восстановление утраченных пунктов разбивочной сети методами многократной векторной засечки с достаточным числом избыточных измерений, обеспечивающими однородную точность;

– контроль качества измерений, их уравнивание строгими методами математической обработки с оценкой точности результатов измерений по материалам уравнивания.

Пункты разбивочной сети закреплялись на элементах строительных конструкций таким образом, чтобы не менее чем 3 из них просматривались с любой точки строительной площадки. Это обеспечивало минимально возможное удаление приборов от точек разбивочной сети и оптимальные условия для сопровождения монтажа.

Учитывая условия строительной площадки, а также габаритные размеры сооружения, центры всех пунктов геодезических разбивочных сетей на всех горизонтах закреплялись специально разработанными металлоконструкциями (рис. 1), геометрия которых идентична подставкам для отражателя, входящим в комплектацию тахеометра. Эти типы центров обеспечивали принудительное центрирование отражателей, доступность для измерений в режиме “свободной станции”, надежность закрепления и максимально возможную сохранность на объекте, удобство использования, минимально возможные погрешности при производстве геодезических работ.

В связи с изменениями условий монтажа и развитием общей ситуации на строительной площадке разбивочные геодезические сети создавались и восстанавливались на различных строительных горизонтах и включали в себя различное число пунктов. Качественные характеристики этих сетей приведены в табл. 2–5.

В связи с утратой и повреждением 4 пунктов сети на отметке +20.5 м, а также изменившимся на строительной площадке температурным режимом разбивочная сеть на данной отметке была восстановлена.

Для контроля положения нижнего кольца после снятия его с временной опоры и выполнения исполнительной съемки опорных площадок стоек вантового покрытия была создана разбивочная сеть на отметке +35.3 м, состоявшая из 20 пунктов.

В связи с утратой трех пунктов сети на отметке +35.3 м, а также изменившимся на строительной площадке температурным режимом была восстановлена разбивочная сеть на этой отметке. Данная сеть уравнивалась как “свободная” и затем трансформировалась в систему координат объекта. Это было вызвано отсутствием видимости на существующие геодезические пункты из-за сплошного настила на строительных лесах.

Пункты этой сети использовались также для выполнения исполнительной съемки геометрических центров вертикальных стоек-распорок, служащих опорными элементами металлических плит покрытия. По результатам исполнительной съемки определялись размеры и форма металлоконструкций перекрытия, по которым они изготавливались на заводе.

Вместе с сохранившимися пунктами ранее созданных сетей пункты данной сети могут служить основой при создании геодезической сети для осуществления мониторинга сооружения в процессе испытаний и эксплуатации. Многократное ее восстановление связано не только с нарушениями самих центров вследствие производства строительно-монтажных работ, но и с изменениями температуры воздуха при осуществлении монтажа (от +25° до –15°). Расчеты и экспериментальные исследования показали, что необходимо учитывать влияние температурных изменений размеров строительных конструкций, в тело которых заложены центры геодезических пунктов [2, 5 и др.].

Геодезические работы по закладным конструкциям на отметке +29.5 м

Геодезическое обеспечение общестроительных работ, включая вынос в проектное положение анкерных групп под установку закладных конструкций вантового покрытия на данной отметке, выполнено независимо (различными исполнителями) от общестроительной разбивочной геодезической сети.

Результаты исполнительной съемки анкерных групп указали на недостаточно точное их вынесение, что существенно осложнило установку закладных конструкций и высокоточную их доводку в проектное положение. Для обеспечения высокой точности (в планово-высотном положении с ошибками не более 0.005 м, а в ориентировке – не более 0.005 рад.) потребовались многократные и последовательные геодезические измерения и доводка, а также специальные монтажные приспособления, гарантирующие малые перемещения конструкций и их высокоточную фиксацию.

Поскольку маркировка контрольных точек на поступивших с завода деталях отсутствовала, были рассчитаны проектные координаты этих точек, разработаны и использованы специальные приспособления для их разметки и закрепления в условиях строительной площадки.

Следующим этапом геодезических работ по выносу конструктивных элементов вантового покрытия стали исполнительные съемки закладных деталей стабилизирующих вант на отметке 29.5 м, которые, к сожалению, уже были заложены.

Определенную сложность выноса в проектное положение закладной детали А-2 массой 400 кг вызывал ряд факторов:

– необходимость высокой точности выноса;

– необходимость производства многократных микросмещений при доводке закладной детали в проектное положение;

– обеспечение доступности установки отражательных систем на маркированные контрольные точки;

– разный уровень квалификации монтажных бригад, не имеющих достаточного опыта ведения подобных работ, и др.

По окончании монтажа закладные детали фиксировались в проектном положении и осуществлялась их исполнительная съемка по маркированным точкам до бетонирования. Величины отклонений от проекта всей закладной конструкции, включая ее разворот и планово-высотное положение, не превышали допустимых. Разворот поперечной оси закладной детали определялся с помощью поверенного электронного уровня.

В связи с огромными объемами строительно-монтажных работ, выполняемыми одновременно и параллельно различными субподрядными организациями, после установки закладных деталей до их бетонирования проходил определенный промежуток времени. Поэтому по требованию заказчика геодезический контроль планово-высотного и ориентирного положения закладных конструкций вантового покрытия производился и непосредственно перед бетонированием.

С целью сохранить доступ к маркированным точкам после бетонирования на вторых от центра арены точках закладной детали приваривалась специальная трубка. Результаты исполнительной съемки закладных деталей А-2 после затвердевания бетона показали, что в процессе загрузки бетонной массы и последующего ее уплотнения с помощью виброустановки происходили некоторые смещения закладной, в основном вдоль оси ванты.

Геодезические работы по закладным конструкциям на отметке +32.5 м

Для того чтобы процесс монтажа закладных деталей шел непрерывно на различных уровнях и осях сооружения, геодезические работы по выносу закладных деталей производились по мере монтажа опалубки. Вынос наклонных анкерных групп на отметке +32.5 м оказался весьма сложной проблемой в реализации микросмещений шаблона анкерной группы.

Учитывая опыт работ на отметке +29.5 м, было принято решение о предварительной установке анкерной группы с помощью электронного уровня для задания нужного угла наклона. Однако доступными для установки отражателя электронного тахеометра являлись вершины анкерных групп, а проектное положение было задано для закладной, расположенной у их оснований. Проектный угол наклона площадки и закладной конструкции составлял 19°. Зная высоту анкеров и угол их наклона, производились редукционные вычисления, результаты которых учитывались. После предварительной установки выполнялась доводка шаблона анкеров до проектного положения. Причем количество приближений для выноса анкеров по сравнению с их числом на горизонте +29.5 м существенно уменьшилось, величины отклонений от проектного положения анкеров составили от 1 до 7 мм. Таким образом, меры, принятые к повышению точности выноса анкерных групп, обеспечили условия для существенного ускорения работ по монтажу закладных А-1 на отметке +32.5 м.

Закладные несущих вант А-1 маркировались, как и закладные стабилизирующих вант А-2. Для получения проектных координат маркированных точек аналитические расчеты по данным проектной организации выполнялись независимо двумя исполнителями. Установка закладных деталей А-1 несущих вант оказалась сложнее, во-первых, потому, что производилась на наклонную плоскость, во-вторых – их масса вместе с металлическим армированным каркасом составляла порядка 2,5 т.

Наклонные анкерные группы были вынесены в проектное положение с достаточно высокой точностью. Положение всей конструкции после установки на анкеры оказалось близким к проектному, а число микросмещений закладной для высокоточной доводки в проектное положение уменьшилось по сравнению с отметкой +29.5 м в 5 раз. Для этого использовались различные приспособления в виде механических и гидравлических домкратов, позволяющих перемещать закладную деталь в различных направлениях с учетом общего наклона.

Бетонирование наклонных площадок, естественно, вызывает некоторые смещения не только всей конструкции опалубки, но и самой закладной детали. Крепление закладной детали в армированном каркасе осуществлялось в опалубке, что при огромной массе достаточно проблематично.

Как показала исполнительная съемка после бетонирования, перемещения закладной детали имели место. Выявлено, что величины отклонений вдоль оси ванты на первоначальном этапе работ носят систематический характер и составляют порядка 10 мм. При этом величины разворота оставались в допустимых пределах, не превышающих 0.005 рад., что учитывалось в последующем.

Монтаж закладных деталей на отметках 29.5 и 32.5 м осуществлялся одновременно на различных осях сооружения, расположенных на значительном удалении друг от друга. Это потребовало оперативного взаимодействия геодезистов и строителей. Задача решалась оптимальным выбором исходных точек опорной разбивочной сети. Если возникала необходимость создания дополнительных пунктов разбивочной сети, совместно со строителями, выполняющими монтаж закладных, такие пункты закреплялись, а впоследствии координировались. После математической обработки (непосредственно в условиях стройплощадки) составлялся каталог координат вновь заложенных пунктов.

Геодезические работы по разметке контрольных точек стенда для формирования вантовых ферм

Важным этапом геодезического сопровождения монтажа вантового покрытия стало создание на отметке +20.5 м четырех специальных стендов для разметки несущих и стабилизирующих вант, симметрично расположенных по два в осях 22–27 и 45–48, 1–3. По указанию французской стороны требования к точности выноса контрольных точек стенда составляли ±2 мм. Для получения такой точности взаимного положения контрольных точек разработана соответствующая методика. По данным, представленным французскими специалистами, проведена аналитическая подготовка для выноса точек стенда. Система проектных координат была трансформирована в систему координат строительной площадки. Перевычисления координат производились двумя независимыми исполнителями. Вынос контрольных точек осуществлялся с точек разбивочной сети, созданной ранее, и проверялся с помощью линейных промеров компарированной 30-метровой стальной рулеткой (более удобной по сравнению с инварной).

Приемку и контроль выполненных работ осуществлял представитель французской фирмы. Исполнительные съемки засвидетельствовали, что величины отклонений взаимного положения контрольных точек на всех 4 стендах по несущим и стабилизирующим вантам не превышали требуемых ±2 мм.

Основными элементами стендов являлись центры для установки и крепления хомутов, формирующих вантовые пряди и служащих для крепления стоек-распорок. Кроме того, на стенде необходимо было определить и зафиксировать положение девиаторов, которые обеспечивали пересечение осей несущей и стабилизирующей вант в проектной точке.

Геодезические работы по контролю геометрии вантовых ферм

После монтажа всех закладных деталей А-2 (для стабилизирующих вант), А-1 (для несущих вант), а также металлического кольца на временной опоре выполнялась геодезическая съемка положения осей закладных деталей и осей опорных пластин верхнего и нижнего кольца. Помимо этого были выполнены работы по определению наклонов опорных пластин нижнего и верхнего кольца на временной опоре. Определение координат центров осей закладных деталей и пластин кольца выполнялось с целью вычисления фактических расстояний между ними.

Выполнялась геодезическая съемка высотного положения смонтированных вантовых ферм узла 10 (низ стойки ближайшей к середине пролета вантовой фермы) во всех 48 вантовых фермах. Измерения выполнены до и после натяжения вант, а также после снятия кольца с временной опоры.

Ответственным этапом геодезического монтажа вантового покрытия стал геодезический контроль вантовых конструкций после снятия с временной опоры (раскружаливание) центрального кольца, выполняемого с помощью гидравлических домкратов. После раскружаливания контролировалось планово-высотное положение кольца и несущих закладных деталей по бетону. Измерения осуществлялись по взаимно перпендикулярным осям 1, 13, 25 и 37. Как следует из исполнительной схемы, центральное металлическое кольцо опустилось на 1.218 м от положения на временной опоре, что соответствовало расчетным значениям. Значительных плановых смещений, которые могли быть вызваны неравномерно распределенной нагрузкой (после раскружаливания) из-за отклонений от проектных геометрических параметров как по кольцу, так и по закладным деталям в бетоне, не выявлено. С целью минимизации погрешностей измерений и повышения точности определения смещений измерения в разных циклах выполнялись по одним и тем же точкам, по одной и той же методике.

Каждая вантовая пара состоит из несущего и стабилизирующего канатов. Несущий вантовый канат из 27 параллельных стальных прядей и стабилизирующий – из 7 параллельных прядей сформированы с помощью специальных хомутов в строго определенные геометрические формы. Это создавало условия для обеспечения идентичности геометрии вантовых ферм, расположенных на различных радиусах. Вантовые пары собирались на стендах параллельно и синхронно подавались на соответствующий диаметр. При установке в рабочее положение каждая из них благодаря высокой точности геодезических работ имела идентичные геометрические размеры, форму и положение в пространстве. Геометрические размеры определялись длиной несущего и стабилизирующего вантовых канатов, взаимным расположением и размерами опирающихся на них 15 стоек-распорок, а также кольцевого двутавра и железобетонного кольца.

Крепление вантовых пар производилось специальными приспособлениями к внутреннему металлическому и внешнему железобетонному кольцу, имеющими каждое по два уровня.

При выполнении инженерно-геодезических работ важными моментами являлись:

– особо точный контроль геометрии конструктивных элементов металлического кольца;

– особо точная установка в проектное положение (планово-высотное и ориентировка) центрального металлического кольца на временную опору;

– особо точное вынесение в натуру и фиксация в железобетоне закладных деталей для крепления вантовых пар на двух уровнях: для стабилизирующих вантовых канатов в горизонтальной плоскости на отметке +29.5 м, для несущих вантовых канатов в наклонной плоскости, имеющей проектное значение угла наклона 19° и отметку +32.5 м;

– особое внимание уделялось установке в расчетное положение и закреплению специальных муфт, которые одновременно служат для формирования и фиксации геометрии вантовых прядей, крепления стоек-распорок, формирующих и фиксирующих геометрию вантовых пар – основы для последующего монтажа элементов металлоконструкций покрытия.

Проектное значение центрального угла, образованного вантовыми парами, составляет 7...30°. По расчетам, произведенным на основании результатов исполнительных съемок, отклонение от проектного значения центрального угла на объекте не превысило величины ±0.0002 рад.

Точность инженерно-геодезических работ на всех этапах составляла 0.2–0.3 от величины проектных допусков на установку элементов строительных конструкций.

Геодезические работы по определению размеров и формы плит металлопокрытия

Геодезические работы по определению координат узлов верхнего пояса вантовых ферм (центры площадок опирания металлических плит покрытия) являлись заключительным этапом работ. Для ускорения процесса изготовления и монтажа плит покрытия была поставлена задача интенсифицировать выдачу результатов исполнительной геодезической съемки, по данным которой проектная организация выполняла расчеты размеров плит покрытия для передачи на завод-изготовитель.

Исходя из реальных условий, определение координат центров площадок непосредственными прямыми измерениями не представлялось возможным из-за отсутствия видимости. Во время производства геодезических измерений площадки располагались на вантовой ферме под различными (существенно отличающимися от проектных) углами наклона и занимали проектное положение по завершению самого монтажа плиты покрытия. Доступ для придания опорным площадкам проектного положения был затруднен. При этом следует отметить, что сами стойки-распорки не занимали вертикального положения. Параллельно монтажными организациями велись работы по установке поперечных связей между стойками-распорками, что приводило к изменениям их положения.

Учитывая эти обстоятельства, по согласованию с проектной организацией было принято решение координирования центров осей опирания площадок на стойки-распорки (рис. 2). Для определения координат этих центров нами была разработана специальная методика. В результате измерений по двум парам образующих цилиндрических поверхностей, расположенных на разных высотах стоек-распорок, определялись координаты их центров, которые затем редуцировались на центр оси опорной площадки. Для контроля измерения вычисления производились с двух станций на одну и ту же стойку. В результате контролировалась точность координирования, которая характеризовалась по всему объекту случайными величинами, не превышающими ±4 мм.

Координирование завершилось точками опирания плит покрытия на металлическое кольцо – узел кольцевого двутавра (рис. 3).

Чтобы получить координаты пересечения осей опорных фасонок кольцевого двутавра и осей вант, была разработана и использовалась специальная методика. Для контроля производились непосредственные измерения расстояний между координированными точками. После соответствующей обработки полученные результаты передавались проектной организации, готовившей на их основании рабочие чертежи для изготовления плит покрытия.

По результатам выполненных инженерно-геодезических работ на объекте можно сделать следующие выводы:

  • Инженерно-геодезические работы на подобных объектах являются составной частью производства.
  • Проект производства геодезических работ, включающий как техническую, так и сметно-финансовую части, должен быть составной и необходимой частью проекта производства работ.
  • Электронные тахеометры, цифровые нивелиры и приборы вертикального проектирования в сочетании с портативными компьютерами, оснащенными специализированными программными пакетами и выходом в Интернет, весьма эффективны при инженерно-геодезическом обеспечении строительства уникальных объектов.
  • В условиях строительной площадки наилучшим образом зарекомендовал себя метод “свободной станции” в сочетании с предложенными типами центров геодезических пунктов.
  • Опыт производства инженерно-геодезических работ на данном объекте показал возможность их выполнения в режиме, обеспечивающем опережение графика ведения строительно-монтажных работ.
  • В процессе выполнения геодезических работ в тесном взаимодействии со строителями совершенствовалась методика и технология производства как геодезических, так и высокоточных строительно-монтажных работ, что позволило обеспечить высокую производительность и требуемое качество работ на объекте.
  • Учитывая уникальность конструктивных решений и отсутствие опыта эксплуатации подобных сооружений, считаем необходимым проведение мониторинговых исследований и геодезическими методами, и методами строительной механики.

Таблица 1

Качественные характеристики опорной геодезической сети

СКО направлений СКО

 

линий

Sмах, м Sмин, м Mx, мм

 

(max/мin)

My, мм (max/мin) Mh, мм (max/мin) 5,7° 1,6 мм 68,0 16,5 1,0/0,6 1,3/0,6 1,5/0,9

Таблица 2

Качественные характеристики разбивочной сети на отметке +20.5 м

СКО направлений СКО

 

линий

Sмах, м Sмин, м Mx, мм

 

(max/мin)

My, мм (max/мin) Mh, мм (max/мin) 3,0° 1,0 мм 109,2 9,2 0,8/0,4 0,9/0,4 1,9/0,7

Таблица 3

Качественные характеристики восстановленной сети на отметке +20.5 м

СКО направлений СКО

 

линий

Sмах, м Sмин, м Mx, мм

 

(max/мin)

My, мм (max/мin) Mh, мм (max/мin) 3,3° 1,0 мм 79,8 12,6 0,6/0,3 0,7/0,3 1,0/0,4

Таблица 4

Качественные характеристики разбивочной сети на отметке +35.3 м

СКО направлений СКО

 

линий

Sмах, м Sмин, м Mx, мм

 

(max/мin)

My, мм (max/мin) Mh, мм (max/мin) 1,9° 1,1 мм 120,0 10,4 1,0/0,6 1,0/0,4 1,6/0,7

Таблица 5

Качественные характеристики восстановленной сети на отметке +35.3 м

СКО направлений СКО

 

линий

Sмах, м Sмин, м Mx, мм

 

(max/мin)

My, мм (max/мin) Mh, мм (max/мin) 2,6° 1,1 мм 123,6 23,8 1,0/0,5 1,2/0,7 1,2/0,7

Литература

1. ТКП 45–1.03–26–2006 (02250). Технический кодекс установившейся практики. Геодезические работы в строительстве. Правила проведения / Министерство архитектуры и строительства РБ. – Мн., 2006. – 62 с.

2. Проект производства геодезических работ на объекте “Минск-Арена”.

3. (включая дополнение). – Новополоцк, 2008. – 62 с.

4. Подшивалов, В.П., Салим, А. Тригонометрическое нивелирование коротким лучом // Геодезия и картография. – М., 1994. – № 6. – С. 12–14.

5. Геодезия. Изыскания и проектирование инженерных сооружений. Справочное пособие / Под ред. В.П. Савиных и В.Р. Ященко. – М.: Недра, 1991. – 352 с.

6. Ландау, Л.Д., Лифшиц, Е.М. Механика. – М.: Наука, 1988. – 456 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мониторинг конструкций вантового покрытия

Сергей Березовский
Леонид Березовский
Риза Фурунжиев
Валерий Венгринович

Наиболее ответственными элементами вантового покрытия являются несущие и стабилизирующие ванты, а также центральные металлические кольца, за которыми необходимо системное инструментальное наблюдение. От усилий в несущих вантах зависит прочность всего вантового покрытия, в стабилизирующих вантах – устойчивость системы и состояние кровли.

Повышенные требования к надежности большепролетного сооружения определяют необходимость контроля технического состояния как на стадии строительства объекта, так и в процессе его эксплуатации с использованием современных методов и средств неразрушающего контроля.

Технический мониторинг состояния конструкций вантового покрытия включает:

  • методы неразрушающего контроля для получения надежной и достоверной информации об объекте;
  • расчет вантового покрытия на фактические нагрузки по этапам их создания в процессе строительства и при эксплуатации сооружения, анализ соответствия результатов мониторинга расчетным данным;
  • определение нагрузок и воздействий, являющихся причинами возникновения и развития дефектов или повреждений в элементах конструкции;
  • оценку видов дефектов, их расположения и характера развития;
  • различные способы решения задач по обнаружению и слежению за ростом дефектов и их регистрации;
  • разработку критериев оценки технического состояния вантового покрытия и рекомендаций по безопасной эксплуатации сооружения.

Для осуществления технического мониторинга используются следующие методы:

1. Инструментальный геодезический контроль перемещений центральных металлических колец для получения интегральной характеристики работы вантового покрытия. Для этого установлены марки на нижнем металлическом кольце и неподвижные реперы на железобетонных опорах.

2. Инструментальный контроль усилий в несущих и стабилизирующих вантах с использованием датчиков усилий, разработанных французской фирмой “Адвитам”. Датчики устанавливались в процессе монтажа вантовых ферм на одной из прядей как на несущих, так и на стабилизирующих вантах, внутри регулируемых анкеров на центральных металлических кольцах. Каждый из датчиков имеет сертификат калибровки. В герметических корпусах размещены преобразователи питания датчиков и модули-преобразователи сигналов, которые обеспечивают надежную передачу числовой информации при большой удаленности от компьютера. Вблизи датчиков усилий расположен щит электропитания напряжением 220 вольт и частотой 50 герц с батареей резервного питания. В случае отключения питания сети на контролирующий компьютер будет передаваться предупреждающий сигнал.

3. Инструментальный контроль деформаций и напряжений в элементах центрального нижнего металлического кольца с использованием струнных датчиков СДД, разработанных лабораторией вычислительной диагностики Института прикладной физики НАН Беларуси. Струнные преобразователи и контроллеры для датчиков изготовлены ООО “НПФ Диагностика” (Минск).

Для автоматического инструментального мониторинга, необходимого для непрерывной оценки напряженно-деформированного состояния наиболее ответственных элементов вантового покрытия (несущих и стабилизирующих вант и центрального нижнего металлического кольца), разработаны измерительные схемы и программное обеспечение. Измерительные системы представляют собой комплекты элементов, осуществляющие дистанционное измерение при оптимальных условиях передачи данных. Аналого-цифровые модули преобразовывают исходящие от датчиков аналоговые сигналы в цифровые и передают на удаленный компьютер без искажений.

Кроме инструментального контроля во время эксплуатации здания необходимо периодически осматривать основные узлы и элементы вантового покрытия, как правило, два раза в год – весной и осенью, а также после стихийных бедствий (ураганных ветров, больших ливней или снегопадов). При этом устанавливается их физическое состояние, обнаруживаются дефекты или повреждения, появившиеся в результате ошибок при проектировании, нарушений при изготовлении конструкций, их транспортировании, хранении и монтаже, при эксплуатации сооружения. При проведении осмотров следует обращать внимание на состояние закладных деталей для крепления вантовых ферм в железобетонных перекрытиях, наличие или развитие трещин в бетоне в местах присоединения металлических проушин и на нижней поверхности верхнего железобетонного кольцевого перекрытия. Во время осмотра вантовых ферм необходимо выявлять разрушения узловых соединений (чугунных хомутов и болтов крепления металлических стоек), антикоррозионных покрытий металлических стоек и полиэтиленовых защитных чехлов прядей вант, а также смещений от проектного положения металлических плит покрытия. Визуальным осмотром центральных металлических колец должны устанавливаться дефекты или повреждения сварных швов (особенно горизонтальных монтажных, соединяющих изготовленные на заводе 4 отправочные марки в единое кольцо) и антикоррозионного покрытия. Следует также обращать внимание на состояние кольцевых связевых ферм, выявляя разрушения болтовых соединений, разрывы или погнутости стержневых элементов.

В случае обнаружения недопустимых дефектов или повреждений служба эксплуатации обязана информировать генерального проектировщика и привлечь специализированную организацию для определения причин их возникновения и разработки рекомендаций по усилению конструкций.

Для оценки и инженерного анализа состояния вантового покрытия выполнен расчет с учетом геометрической нелинейности и конструктивных особенностей на фактические нагрузки по этапам его создания и при эксплуатации сооружения (использованы современные программные комплексы “ЛИРА” и “ANSYS”).

В процессе строительства арены велось наблюдение за напряженно-деформированным состоянием вантового покрытия, выполнялась геодезическая съемка специалистами Полоцкого государственного университета. Перед началом монтажа вантовых ферм были установлены отметки центральных металлических колец, расположенных на временной опорной башне, и закладных деталейнерегулируемых анкеров в железобетонных кольцах. Измерения показали, что верхние закладные детали имеют отклонения по высоте до 10 мм, а нижние – до 8 мм. Проектные пролеты вантовых ферм, т.е. расстояния между центром отверстия проушины закладной детали в железобетонном кольце и упорной пластиной для регулируемого анкера в верхнем металлическом кольце, составляют 51 500 мм. Фактически измеренные пролеты находятся в пределах от 51 421 до 51 516 мм. В период монтажа вантового покрытия контролировались отметки в средней части ферм в месте крепления стойки Св-10.

При монтаже вантовые фермы деформировались под действием собственного веса по сравнению с исходным состоянием, за которое принималась геометрическая схема невесомой конструкции. Исходное состояние использовалось для определения начальных размеров при “заготовке” элементов вантовой фермы. После снятия кареток с канатной дороги пояса вантовых ферм, примыкающие к металлическим кольцам, переместились вниз, а пояса со стороны железобетонных колец – вверх. В вантовой ферме ФВ-1 контролируемая стойка Св-10 опустилась на 95 мм. Угол наклона крайних панелей поясов со стороны металлических колец увеличился на 2,2о, а со стороны железобетонных колец уменьшился на 1,2о.

Предварительное напряжение вантовой системы осуществлялось на площадке верхнего кольца центрального барабана в 3 этапа усилиями 14, 35 и 51 тс. Компьютерный анализ показал, что для обеспечения устойчивого положения центральных колец на монтажной башне необходимо на каждом этапе создавать предварительное натяжение одновременно двух диаметрально противоположных вантовых ферм, затем – ортогонально расположенных ферм и только после этого натягивать остальные фермы. Данная технология была реализована практически.

При формировании несущих и стабилизирующих вант на одну из прядей в каждую четвертую вантовую ферму устанавливались датчики французской фирмы “Адвитам” для измерения деформаций и определения усилий (рис. 1).

При натяжении стабилизирующих вант гидравлическими домкратами величина усилия определялась при помощи манометров на насосной станции. По окончании натяжения всех ферм дополнительный контроль за величиной усилий в вантах осуществлялся с использованием установленных датчиков. Измерения показали, что во всех контролируемых стабилизирующих вантах усилия предварительного натяжения составляли 51 тс.

При натяжении стабилизирующих вант произошло дальнейшее деформирование ферм (рис. 2).

На схеме пунктирной линией показано исходное состояние вантовой фермы, а сплошной линией – деформированное состояние. После предварительного напряжения кривизна стабилизирующей ванты уменьшилась, а несущей увеличилась. Верхние узлы стоек получили горизонтальные перемещения. Наиболее наклонилась стойка Св-16. Горизонтальное перемещение ее верхнего узла составило 141 мм, а угол наклона – 1,0о. После создания предварительного напряжения вантовой системы по стойкам Св-6,
Св-10 и Св-14 установлены кольцевые связевые фермы, предназначенные для обеспечения устойчивого положения вантовых ферм и перераспределения усилий при действии неравномерных нагрузок от снега и подвесного оборудования.

Временная опора, на которой были установлены центральные металлические кольца, демонтировалась с помощью 8 гидравлических домкратов путем последовательного опускания нижних телескопических участков стоек башни. При опускании временной монтажной башни центральные металлические кольца постепенно включались в работу и под действием нагрузки от их собственного веса и закрепленных на них элементов происходило перераспределение усилий между стабилизирующими и несущими вантами. Расчеты показали, что в стабилизирующих вантах усилия уменьшаются с 51 до 45 тс, а в несущих увеличиваются с 37 до 60 тс. При этом произошло существенное изменение геометрии вантового покрытия. Результаты расчета хорошо согласуются с фактически измеренными перемещениями. Наибольшие вертикальные перемещения отличаются на 3%. По результатам измеренных перемещений построена схема деформирования вантовой фермы ФВ-1 после опускания временной монтажной опоры под центральными металлическими кольцами (рис. 3).

При опускании монтажной башни узлы вантовых ферм получили не только значительные вертикальные, но и существенные горизонтальные (в верхнем и нижнем поясах) перемещения, в результате чего стойки наклонились в разные стороны. Наиболее значительно наклонилась стойка Св-4 в девиаторе в сторону железобетонных колец. Ее уклон составил 16о. Теоретические расчеты с использованием ПК “ANSYS” и “ЛИРА” показали: при дальнейшем нагружении вантового покрытия стойки выравниваются, что и было фактически подтверждено при проведении мониторинга в период строительства. Неравномерные нагрузки от подвесного оборудования и снега могут вызвать взаимное смещение стоек Св-3 и Св-5 в зоне верхнего пояса до 98 мм. Существенное деформирование вантовых ферм в зоне пересечения несущих и стабилизирующих вант потребовало изменить конструктивное решение плит покрытия в этом месте. Решено не опирать плиты на стойку Св-4 в девиаторе, а установить балки из гнутого швеллера сечением 200 х 160 х 6 с овальными отверстиями на стойки Св-3 и Св-5 на болтах, допускающих взаимное смещение до 100 мм. Для обеспечения водоотвода с покрытия балки имеют изогнутую форму.

Для контроля за изменением напряженного состояния центрального нижнего металлического кольца в период монтажа вантового покрытия были установлены 4 временных струнных датчика СДД до опускания монтажной башни (рис. 4).

Замеры деформаций по датчикам производились после опускания монтажной башни. Сравнение полученных экспериментальных данных с результатами расчета показало, что расхождение во внутреннем кольцевом элементе составляет до 12%, а во внешнем – до 18%. Для контроля за напряженным состоянием нижнего металлического кольца после монтажа вантового покрытия и осуществления мониторинга при действии неравномерных нагрузок в стадии эксплуатации размещены 32 датчика СДД на верхних и нижних плоскостях кольцевых пластин, а также на наиболее ответственных монтажных сварных швах.

Установленное на компьютере программное обеспечение дает возможность осуществлять непрерывный контроль за величиной усилий в несущих и стабилизирующих вантах и напряжений в наиболее нагруженном нижнем металлическом кольце, предупреждая об опасных и критических состояниях. Разработанная система мониторинга строительных конструкций внедряется в республике впервые. Она позволит обеспечить надежность и безопасность эксплуатации уникального здания арены.


comments powered by HyperComments
Читайте также
23.07.2003 / просмотров: 6 089
Геннадий Штейнман XVIII съезд Белорусского союза архитекторов завершил свою работу. Еще долго мы будем обсуждать его решения, осмысляя свои и чужие...
02.09.2003 / просмотров: 8 793
Центр Хабитат является органом, осуществляющим информационно-аналитическое обеспечение работ Минстройархитектуры по устойчивому развитию населенных...
02.09.2003 / просмотров: 17 458
Беларусь всегда была на передовых позициях в вопросах ценообразования в строительстве в бывшем СССР. Однако еще в конце 1980-х годов, когда страна...