Техникум геодезии и картографии

Техникум геодезии и картографии

Геодезические разбивочные работы

Методические указания по выполнению цикла лабораторных работ по Прикладной геодезии

 

Санкт-Петербург

2012

 

ВВЕДЕНИЕ

Разбивочные работы являются одним из основных видов инженерно-геодезической деятельности.

Разбивка или вынос в натуру запроектированных зданий, сооружений или их элементов заключается в указании на местности их характерных точек и линий, по которым в процессе строительства при помощи простых приспособлений определяют положение всех частей зданий или сооружений. Их выполняют для определения на местности планового и высотного положения проектных точек и плоскостей строящегося сооружения в соответствии с рабочими чертежами проекта. Способы перенесения точек сооружений в натуру аналогичны способам определения положения точек при съемке (полярных и прямоугольных координат, прямой угловой засечки и т. п.) с той разницей, что при съемке углы и расстояния измеряют, а при разбивке откладывают.Разбивка на начальном этапе часто ведется с пунктов геодезической основы, созданной еще на этапе инженерно-геодезических изысканий для съемочных и других работ. В других случаях геодезическую основу создают специально на завершающей стадии инженерно-геодезических изысканий (например, для жилых зданий, мостов и т. д.).Геодезическую основу создают в виде закрепленных различными способами на местности точек с определенными координатами и/или высотами. Эту основу называют еще геодезическим разбивочным обоснованием (ГРО), а при строительстве зданий – внешней разбивочной сетью. Внутренняя разбивочная сеть создается в самом здании от пунктов внешней разбивочной сети.

Разбивочные работы по своей сути противоположны съемочным. При съемке на основании измерений определяют координаты точек относительно пунктов опорной сети. Точность этих работ зависит от масштаба съемки. При разбивке, наоборот, по координатам, указанным в проекте, находят на местности положение точек с заранее заданной точностью. Проще говоря, при съемке есть существующая ситуация на местности, но нет координат и высот точек местности; а при разбивке наоборот – есть координаты будущего сооружения, но нет еще самого сооружения.

Величины необходимых разбивочных элементов проекта (углов и длин линий) предварительно определяют графически или аналитически по проектному плану.

Цикл лабораторных работ по теме «Геодезические разбивочные работы» состоит из пяти лабораторных работ:

 

1. Подготовка данных для выноса в натуру проекта здания.

2. Основные разбивочные работы.

3. Детальные разбивочные работы.

4. Вынос в натуру проектного угла и проектного расстояния.

5. Вынос в натуру линии с проектнымуклоном.

В лабораторных работах рассматриваются различные практические вопросы, возникающие при производстве геодезических разбивочных работ, начиная с подготовки данных и заканчивая непосредственными измерениями в процессе выноса в натуру проектных точек.

 

 

Лабораторная работа № 1

Подготовка геодезических данных для выноса в натуру проекта здания.

Общие положения.

Для перенесения проекта сооружения в натуру производят его геодезическую подготовку, которая включает:

1. Составление разбивочных чертежей с данными привязки основных осей к пунктам геодезической основы; аналитический расчет проекта. Разбивочный чертеж является рабочим документом для производства полевой разбивки. В нем приводится схема производства измерений созначениями разбивочных элементов – проектных углов, отрезков и высот, которые предстоит отложить на местности.

2. Разработку ППГР - проекта производства геодезических работ (для сложных и уникальных зданий и сооружений).

На начальном этапе строительства в натуру обычно выносят и закрепляют на местности пересечения основных осей здания, задающих его контур. Эту фигуру, которую необходимо построить на местности, называют иногда «пятном сооружения». Одной из главных задач при подготовке данных является определение координат «пятна»будущего сооружения в заданной системе.

В современных условиях проектирование чаще всего ведется на цифровой топографической основе с использованием специальных программ, называемых Системами автоматизированного проектирования (САПР).В этом случае координаты любой точки будущего сооружения легко определить при помощи компьютера простым щелчком мыши по изображению точки на экране. Однако при работе с бумажным чертежом, когда есть только изображение будущего здания на топографическом плане, задача значительно усложняется.

Основная проблема в этом случае заключается в следующем.Имеющееся графическое изображение объекта строительства нанесено на план или карту. Его положение определяется проектировщиками исходя из многочисленных нормативов и допусков СНиП, определяющих минимальные расстояния от будущего сооружения до различных объектов (жилых домов, дорог, магистральных трубопроводов, подземных коллекторов, тоннелей метрополитена и пр.). Имеются и другие ограничения – различные охранные зоны, архитектурные и экологические соображения и т.д. Часто в современных городах проектировщикам приходится буквально «вписывать» объект в имеющуюся небольшую свободную площадку.

Координаты главных точек запроектированного сооружения (пересечений основных осей, вершин углов поворотов трассы и пр.) изначально неизвестны. Точность их графического определения не всегда соответствует конструктивным размерам объекта. Например, нельзя растянуть или сжать на 50 см панельный дом.

Поэтому главным вопросом здесь является, каким способом следует определить координаты будущего здания.

Применяют следующие способы:

*  графический

*  графоаналитический

*  аналитический

Выбор одного из этих способов для определения  проектных координат зависит от способа проектирования сооружения.

При строительстве дорог, других линейных сооружений, в сельскохозяйственном строительстве, когда к точности планового положения объектов не предъявляют повышенных требований, координаты главных точек проекта определяют графическим способом, т.е. по генплану с точностью масштаба плана. Расчет проекта производят по определенным графически координатам его главных точек (обычно это пересечения основных осей или вершины углов трассы). При графическом способе ошибки зависят в первую очередь от точности плана и его масштаба, и их допустимое значение составляет 0,2 мм на плане. На местности ему соответствуют значения 10 см при масштабе 1:500 и 20 см при масштабе 1:1000. Потому внутренние размеры «пятна» здания, координаты которого определены графическим способом, могут отличаться от заданных в проекте на величины соответственно до 20 см и 40 см даже при качественном их определении. Такая погрешность для большинства сооружений является недопустимой. Проблема заключается в несоответствии точности графических определений по плану допустимым отклонениям внутренних размеров здания.

Поэтому чаще используют графоаналитический способ, при котором часть исходных данных определяется графическим путем с топографического плана, а остальные данные определяются аналитически, т.е. путем расчетов.Задача, которую решают этим способом, состоит в том, чтобы вычислить такие значения координат пересечений основных осей, которые с одной стороны были бы близки к изображенному на топографическом плане «пятну» здания, а с другой стороны расстояния между ними должны соответствовать проектным размерам здания.

При аналитическом способе все проектные данные находят путем математических вычислений, при этом координаты существующих объектов определяют геодезической привязкой в натуре, а остальные данные (координаты и высоты главных точек сооружения) рассчитывают,исходя из проектных данных.При аналитическом способе подготовки графических определений по плану не делают. Координаты минимум двух точек проектируемого сооружения должны быть известны. Генеральный план сооружения  служит в данном случае лишь для наглядности принятых проектных решений. Этот метод проектирования применяют, главным образом, для реконструкции и расширения предприятий, железнодорожных узлов и др.

В данной лабораторной работе студенты получают понятие о проектировании на местности «пятна» будущего здания с учетом допусков СНиП, закрепляют навыки определения координат по карте с помощью измерителя и масштабной линейки, учатся учитывать погрешности собственных измерений и деформацию бумаги, а также тренируют навыки расчета прямой и обратной геодезической задач и знакомятся в целом с графоаналитическим и графическим способами определения координат.

Работа выполняется в 3 этапа. На первом этапе по заданным условиям на плане выбирается место для «пятна» проектируемого сооружения, которое наносится на план с максимально возможной точностью. На втором этапе координаты пересечений основных осей определяются графическим способом. На третьем этапе производится расчет координат точек пересечений основных осей графоаналитическим способом.

Учебная задача.

Производится реконструкция микрорайона, изображенного на плане масштаба 1:1000 или 1:500. В ходе реконструкции в микрорайоне сносятся все жилые здания с этажностью 5 и ниже, а также спортплощадка.

                                b

        6

 

                                                         а

        1

                   А                        Д

Рис.1. Схема основных осей многоярусной автопарковки.

По плану реконструкции, в микрорайоне должна быть построена, в том числе прямоугольная многоярусная автопарковка (рис.1) с плановыми размерами, рассчитываемыми в зависимости от № варианта:

Расстояние между осями 1-6: а=26200 + № вар.*100 мм.

Расстояние между осями А-Д: b=22300 + № вар.*200 мм.

На первом этапе требуется запроектировать и нанести на план основные оси данногоздания по заданным размерам,учитывая следующие допуски:

1. Расстояние от здания до ближайших зданий (кроме трансформаторных подстанций) должно быть не меньше 30 м.

2. Расстояние от здания до водных объектов (река, озеро) должно быть не меньше 20 м.

3. Расстояние от здания до магистральных улиц должно быть не меньше 6 м.

4. Основные оси здания не должны быть параллельны или совпадать с линиями координатной сетки.

На втором этапе необходимо определить координаты точек пересечений основных осей графическим способом,  для последующего выноса проекта в натуру.

На третьем этапе производится расчет графоаналитическим способом уточненных координат пересечений основных осей с учетом проектных габаритов здания.

Требуемые материалы и принадлежности:

1. План городской застройки масштаба 1:500 или 1:1000.

2. Масштабная линейка.

3. Транспортир.

4. Измеритель.

5. Калькулятор.

6. Чертежные принадлежности.

Порядок выполнения.

А/1

А/6

Д/6

Д/1

Примеч. X Y X Y X Y X Y   S ₁ 30,0 13,4 53,0 7,7 59,5 33,3 36,7 39,6

Измерение отрезков

S ₂ 70,0 86,7 47,0 92,2 40,7 66,5 63,4 60,5 S ₁ + S ₂ 100,0 100,1 100,0 99,9 100,2 99,8 100,1 100,1

Учет ошибок измерений и получение исправленных значений расстояний

S 100,4 100,2 100,3 99,6 100,3 100,1 100,1 100,0 Δ S -0,4 -0,1 -0,3 0,3 -0,1 -0,3 0 0,1 S₁’ 30,1 13,4 53,1 7,6 59,5 33,4 36,7 39,6 S ₂ ’ 70,1 86,7 47,1 92,1 40,7 66,6 63,4 60,5 S’ 100,2 100,1 100,2 99,7 100,2 100,0 100,1 100,1 f _коп 0,2 0,1 0,2 -0,3 0,2 0 0,1 0,1

Учет ошибок ко-пирования и по-лучение исправленных значений расстояний

f₁ -0,1 0 -0,1 0 -0,1 0 0 0 f₂ -0,1 -0,1 -0,1 +0,3 -0,1 0 -0,1 -0,1 S ₁ ” 30,0 13,4 53,0 7,6 59,4 33,4 36,7 39,6 S ₂ ” 70,0 86,6 47,0 92,4 40,6 66,6 63,3 60,4 m 0,3 0,1 0,25 0,3 0,15 0,15 0,05 0,1

Вычисление сред.модульных ошибок

M

0,2

0,28

0,15

0,08

M _гр

0,18

X_0, Y₀ 500 0 500 0 500 0 500 0

Расчет координат пересечений осн. осей

Δ X, Δ Y 30,0 13,4 53,0 7,6 59,4 33,4 36,7 39,6 X,_, Y 530,0 013,4 553,0 007,6 559,4 033,4 536,7 039,6

 

Обозначения:

S₁ –измеренное по плану расстояние от ближайшей нижней (для X) или ближайшей левой (для Y)линии координатной сетки до точки.

S₂ – измеренное по плану расстояние от ближайшей верхней(для X) или ближайшей правой (для Y)линии координатной сетки до точки.

S–расстояние, измеренное по плану по линии, проходящей через определяемую точку. от ближайшей нижней линии координатной сетки до ближайшей верхней линии координатной сетки (для X) илиот ближайшей левой линии координатной сетки до ближайшей правой линии координатной сетки (для Y).

Δ S =(S₁ + S₂)–S- эта величина характеризует погрешность измерения расстояний по каждой из осей. Её значение не должно превышать 0,4 мм в масштабе плана, т.е. 40 см (1:1000) или 20 см (1:500) на местности.Эта невязка распределяется равномерно в каждое из трех измерений (S₁, S₂, S) с округлением до 0,1 мм. При этом в S₁ и S₂ ее распределяют с противоположном, а в Sсо своим знаком.

S₁’, S₂’, S’ –значения расстояний,исправленные за погрешность измерения расстояний.

f_коп=(S₁’ + S₂’)–100 –погрешность копированияпо соответствующей оси. Измеренные расстояния сравниваются с нормативным (100 мм – нормативное расстояние между линиями сетки).Эта величина не должна превышать0,6 мм.Невязка распределяется пропорционально расстояниям с противоположным знаком:

f₁ = S₁’*f_коп /S’

f₂ = S₂’*f_коп /S’

Контроль:f₁+f₂=f_коп.

Окончательные значения расстояний:

S₁”= S₁’- f₁

S₂”=S₂’- f₂

Контроль: S₁”+ S₂”=100,0

 

Далее для оценки точности выполненных измерений и выявления пересечения с наиболее надежно определенными координатами вычисляют средние модульные ошибки:

m = (|ΔS| + |f_коп|)/2 - средние модульные ошибки определения каждой из координат длякаждой точки. Онихарактеризует качество графических определений расстояний, степень деформации бумаги и качество копии.

M = (m_x+ m_y)/2 - средние модульные ошибки определениякоординат каждой точки.

M_г = ∑M_i/n – общая средняя модульная ошибка всех графических определенийи построений.Здесь n – количество пересечений основных осей (в данном случае n=4).

Все средние модульные ошибки(m, M,M_г) не должны превышать 0,5 мм, т.е. m_доп=M_доп=M_{г доп}≤ 0,5 мм.

Затем переходят к расчету координат.

X₀ – абсцисса исходной (нижней) линии координатной сетки.

Y₀– ордината исходной (левой) линии координатной сетки.

Δ X, ΔY = S₁”*M/1000 – приращения координатв метрах. Здесь M – знаменатель масштаба плана (500 или 1000).

Лабораторная работа № 2

Общие положения.

Основные разбивочные работы это построение разбивочной основы в виде полигонометрии, строительной сетки, линейно-угловых построений и т.д. Геодезическая разбивочная основа (далее – ГРО)это закрепленные на местности различными способами точки с известными координатами (плановая ГРО) и/или высотами (планово-высотная/высотная ГРО). Онаслужит для построения внешней разбивочной сети (т.е. находящейся вне здания или сооружения) и производства исполнительной съемки. От пунктов ГРО находят и закрепляют на местности положение основных осей, определяющих контур или «пятно» сооружения, и производят вынос проектных отметок. При разбивке здания вынесенные и закрепленные на местности основные оси собственно и являются внешней разбивочной сетью.

Разбивка основных осей здания производится с относительно невысокой точностью (обычно со средней квадратическойошибкой 3-5 см и грубее), т.к. она определяет лишь общее положение здания и его ориентацию. Точность перенесения габаритов сооружений должна быть не меньше точности плана, на котором оно запроектировано. В зависимости от масштаба плана 1:N предельную погрешность D_п(в миллиметрах) определения положения точки на плане вычисляют по формуле:

D_п=0,2×N

Как правило, генеральные планы строительных объектов разрабатывают на планах масштаба 1: 500. В этом случае D_п=0,10 м (для масштаба 1:1000 – 0,20 м).Точность перенесения габаритов сооружений может быть повышена, если это обусловлено проектом, как например, в случае, когда сооружения между собой технологически связаны и к точности их взаимного положения предъявляют повышенные требования.

В предлагаемой работе студенты учатся проектировать ГРО, готовить данные для полевого выноса в натуру основных осей здания (включая расчет прямой и обратной геодезических задач и подготовку схемы разбивки), а также закрепляют навыки камеральной обработки хода электронной тахеометрии.

Учебная задача.

Имеются координаты пересечений основных осей здания, определенные в лабораторной работе №1, соответствующий план городской застройки и координаты ближайших пунктов городской сети полигонометрии. Для создания ГРО необходимо запроектировать на плане ход электронной тахеометрии (далее – ХЭТ)через будущую стройплощадку и приближенно определить координаты точек будущего хода. Затем при помощи специальной программы генерируется похожий «полевой» ход, в который искусственно вносятся ошибки, соответствующие средним квадратическим ошибкам определений расстояний и углов стандартным электронным тахеометром (3 мм и 5” соответственно), например NiconDTL332. После обработки ХЭТ необходимо рассчитать разбивочные элементы (горизонтальные углы и расстояния) для выноса в натуру основных осей здания от точек хода. Полученные результаты отражаются на схеме разбивки основных осей здания.

Требуемые материалы и принадлежности:

1. Каталог координат пересечений основных осей здания (см. лабораторную работу №1).

2. План городской застройки масштаба 1:500 или 1:1000с нанесенными на него основными осями здания (см. лабораторную работу №1).

3. Калькулятор.

4. Чертежные принадлежности.

5. Каталог координат исходных пунктов.

Порядок выполнения.

Эта работа, как и предыдущая, включает в себя три этапа. Первый этап – проектирование ХЭТ и подготовка данных для второго этапа. Второй этап – обработка данных «компьютерного» полевого хода с оценкой точности. Третий этап – расчет дирекционных углов и расстояний (разбивочных элементов) для выноса в натуру пересечений основных осей здания от точек ХЭТ с построением разбивочного чертежа.

Первый этап: проектирование хода электронной тахеометрии и подготовка данных для компьютерного моделирования хода.

 

Проектирование ХЭТ начинают с анализа имеющихся пунктов городской сети и выбора из них двух опорных, т.е. тех, на которых ход будет начинаться и заканчиваться, а также ориентирных пунктов. Как опорные обычно стремятся использовать ближайшие к будущей строительной площадке пункты.Затем от выбранных пунктов начинают проектированиехода. При этомруководствуются следующими условиями:

 

1. Ход должен быть проложен так, чтобы в непосредственной близости от будущего здания (10-50 м) оказалось 2 точки хода.ак базовых для разбивки связан с особенностями компьютерного моделирования для данной работы.

2. Точки хода не должны находиться внутри контура будущего здания из соображений долговременной сохранности закрепленных точек.

3. Ход должен состоять из 4 точек. Этосвязано с особенностями компьютерного моделирования для данной работы.

4. Ход не должен пересекать существующие здания и сооружения по условиям видимости.

5. Длины сторон хода – 120 – 600 м.

На плане намечают точки и стороны ХЭТ. Для обозначения точек используют символ -, для обозначения сторон используют одинарные линии. Рядом с точками подписывают их названия (например – т.х.№3). Ориентирные направления с исходных пунктов показывают стрелками в направлении ориентирных пунктов. Если ориентирные пункты находятся за границей плана, рядом со стрелками указывают их названия. Все графические построения производят сначала карандашом, а затем окончательный вариант обводят черной тушью.

Закончив проектирование, приступают к подготовке данных для компьютерного моделирования ХЭТ. Для этого при помощи линейки определяют координаты запроектированных точек хода с точностью 1 мм и записывают их в таблицу:

 

Таблица 4. Предварительные координаты точек хода электронной тахеометрии.

 

№№ точек	X	Y
пп 6197
пп 6134
Т.х. №1
Т.х. №2
Т.х. №3
Т.х. №4
пп 6110
пп 6182

Полученные координаты и план с нанесенным ходом сдаются преподавателю для предварительной проверки и моделирования полевого ХЭТ.

 

S изм.

β

β испр.

α

ΔX

ΔY

ΔX испр

ΔY испр

X

Y

◦

'

"

◦

'

"

◦

'

"

 

 

6197

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

79640,17

66351,57

6134

64,899

42

40

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

79778,17

66436,61

1

79,415

287

9

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

42,660

175

22

52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

70,328

121

47

48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

60,454

263

43

35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6110

 

16

0

44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

79972,22

66335,12

6182

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

79827,39

66220,39

∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На практике координаты реальных точек хода неизбежно отличаются от проектных, поэтому и в модельном ходе в предварительные координаты вносятся небольшие изменения. В измеренные углы и линии также искусственно вносятся искажения, соответствующие средним квадратическим ошибкам измерений углов и линий электронным тахеометром с m_β=5”(средняя квадратическая ошибка измерения угла полным приемом)и m_s=3 мм (средняя квадратическая ошибка измерения расстояния). Таким образом, полученные данные измерений ХЭТ соответствуют реальному полевому ходу. Форма таблицы 5 примерно соответствует ведомости теодолитного хода.

Все вычисления в ведомости производятся так же, как и при расчете теодолитного хода.Оценка точности также производится аналогично оценке точности теодолитного хода, при этом f_βдоп=10”, f_{отн.доп.}= 1/10000.

В результате камеральной обработки ХЭТ получают значения координат точек хода. После этого переходят к третьему этапу работы.

 

Лабораторная работа № 3

Общие положения.

Детальные разбивочные работы заключаются в вынесении и закреплении в натуре промежуточных строительных осей или линий им параллельных. Детальные разбивочные работы производят на стадиях отрывки котлована, разбивки коммуникаций, устройства фундаментов, возведении надземной части здания. От закрепленных точек основныхосей или от других точек с известными координатами различными способами (полярным, прямоугольных координат, засечками и пр.) разбивают продольные и поперечные оси отдельных строительных элементов, а также выносят проектные отметки от строительных реперов.  Полученные точки фиксируют в натуре различными способами (дюбелями, рисками, кольями и т.д.) и используют для точной установки строительных конструкций в проектное положение.

Детальная разбивка при строительстве зданий обычно выполняется значительно точнее (с.к.о. 2-5 мм и точнее), чем разбивка основных осей (с.к.о. 3-5 см и грубее), т.к. она определяет взаимное расположение элементов сооружения, а разбивка основных осей – лишь общее положение сооружения и его ориентацию. Это связано с тем, что к установленным по осям конструктивным элементам предъявляют требования практически полного их сопряжения. Например, от точности монтажа находящихся друг над другом стен разных этажей относительно соответствующих осей в значительной степени зависит несущая способность всего здания.

 Точность детальной разбивки устанавливаетсяСНиП, Техническими условиямипроектировщиков или путем специальных расчетов с учетом точности изготовления и монтажа элементов.

Учебная задача.

Задание: По данным плана строительных осей здания произвести расчет координат разбивочных точек в условной системе координат. Рассчитать разбивочные элементы (дирекционные углы и горизонтальные проложения) до этих точек от опорных пунктов внутренней геодезической разбивочной сетиAи B. 

Исходные данные: План осей здания. Варианты выбираются в зависимости от № студента по журналу:

 

Расстояние между осями 1-2: а=3000 + № вар.*100 мм.

Расстояние между осями А-Б:b=4000 + № вар.*200 мм.

Радиус: R=9000+ № вар.*100мм.

Угол между осью Rи цифровыми осями β= 30^◦00^’ + 1^◦00^’* № вар.

 

Порядок выполнения:

 

1. Выбирают начало системы координат, где X=0;Y=0. При выборе стремятся, чтобы все точки пересечений осей сооружения имели положительные значения координат. В данном примере за начало системы координат принимается пересечение осей А и 1 (А/1). За ось Xпринимается ось А, за ось Yпринимается ось 1.

2. Вычисляют координаты каждой точки пересечения осей суммированием строительных размеров. Для вычисления координат точек пересечения линейных осей с концентрической осью К применяют теорему Пифагора. Для вычисления координат точки пересечения радиальной оси R с концентрической осью К применяютПГЗ. Координаты точек записывают в каталог координат пересечений осей.

3. Используя полученныекоординаты точек пересечения осей, вычисляют координаты разбивочных точек.Координаты записывают в каталогразбивочных точек (табл.1).

 

Табл.1.Каталог координат разбивочных точек.

 

№ точки	X	Y	Баз.пункт	α	D
1			А
…			А
9			B
…			B
18			B

 

4. Вычисляют координаты проектируемых геодезических центров.

5. Вычисляют разбивочные элементы αи D, решая обратную геодезическую задачу. Полученные данные записывают в каталог разбивочных точек.

 

Отчетные материалы:

1. Схема разбивки.

2.Каталог координат пересечений осей.

3.Каталог координат разбивочных точек и разбивочных элементов.

Техникум геодезии и картографии