Оптимизация определения положения трубных свай в строительстве с использованием отражательного режима измерения и электронного тахеометра

Актуальность статьи заключается в предложении оптимизированного метода определения положения трубных свай с использованием отражательного режима измерения и электронного тахеометра. Этот метод позволяет улучшить точность измерений и сократить время, необходимое для выполнения свайных работ. Он предлагает более эффективный и надежный способ определения положения свай, что может привести к повышению качества строительных проектов и снижению затрат.

Проблема, рассматриваемая в данной статье, состоит в определении точного положения трубных свай в процессе строительства. Точное определение положения свай является важным этапом строительных проектов, таких как возведение зданий, мостов или инфраструктуры. Традиционные методы определения положения требуют значительных ресурсов и времени, а также могут быть подвержены ошибкам.

Исполнительные геодезические съемки являются важной частью строительства и сооружения зданий, мостов, дамб, и многих других объектов, где требуется точность в определении положения конструкций в пространстве, выполняемые с целью создания карт и планов [1, с. 44].  В строительстве и проектировании укрепления грунтовых откосов, временных ограждений, гидротехнических сооружений, таких как причал и порт, очень важно иметь точные данные о положении каждого трубошпунта в пространстве. Для этого используются различные геодезические методы измерения и камеральные обработки данных.

В данном исследовании проведен эксперимент с использованием электронного тахеометра Trimble C3 Autofocus. Для съемки были использованы как отражательный, так и безотражательный режимы с помощью мини-призмы Vega. Такой подход позволяет сравнить результаты измерений и оценить их точность и согласованность.

В процессе эксперимента были выбраны несколько трубошпунтов, расположенных на строительном участке. Каждый элемент был измерен несколько раз с использованием разных методов и режимов измерения. Это включало съемку с использованием отражательного режима, когда лазерный луч отражается от мини-призмы Vega, а также без отражательного режима, когда измерения проводились непосредственно на поверхности трубошпунта.

Целью эксперимента являлся исследование точности определения положения трубошпунта при различных способах измерения и камеральной обработки. Эксперимент проводился на строительной площадке в рамках строительства морского угольного причала относящейся федеральной программе развития Северного морского пути.

Определение точного положения трубных свай в пространстве является критически важным в строительной геодезии, поскольку от этого зависит надежность и стабильность сооружений. Однако отсутствие единого нормативного документа, определяющего единый способ определения положения трубных свай, приводит к возникновению спорных моментов среди геодезистов на строительных участках. В данном исследовании проводится анализ различных методов определения положения трубных свай с целью выявления наиболее надежного и эффективного подхода. Рассмотрим эти способы подробнее и опишем достоинства и недостатки каждого метода.

Первый способ. Геодезическая съемка центра сваи с помощью геодезического креста

Геодезическая съемка центра сваи с использованием геодезического креста − это процесс определения точного положения центра трубной сваи в пространстве с помощью специального инструмента, называемого геодезическим крестом (рис. 1).

Рис. 1. Геодезический крест

Алгоритм съемки с использованием геодезического креста обычно включает следующие шаги:

• установка геодезического креста на измеряемой точке рядом с центром сваи, была изготовлена железная насадка из арматур и был помечен центр насадки с помощью мерной ленты [2, 200];
• определение высоты оси креста относительно выбранного опорного пункта или точки отсчета;
• измерение горизонтальных углов между лучами креста и определенными ориентирами или углами отсчета с помощью теодолита или электронного тахеометра;
• вычисление координат и запись результатов.

Геодезическая съемка центра сваи с использованием геодезического креста имеет свои достоинства и недостатки, которые следует учитывать при ее применении:

Достоинством данного метода является возможность получения истинного положения центра верха трубошпунта в пространстве без необходимости вводить поправки или корректировки. Однако у этого метода есть недостатки.

Во-первых, геодезический крест сложно использовать на сваях высотой более 5 метров, так как требуется кран или лестница для его установки, что ограничивает доступ геодезиста к высотным работам.

Во-вторых, верхние части трубошпунтов могут быть деформированы и часто приобретают овальную форму, что затрудняет установку геодезического креста. Поэтому геодезический крест применяется после срезки деформированной части верха трубошпунта.

Такой способ съемки является важным шагом при определении положения свай в строительстве, особенно при создании фундаментов, мостов, дамб и других инженерных сооружений [3, 155]. Этот метод обеспечивает точные и надежные данные о положении сваи, что позволяет строителям и инженерам правильно планировать и выполнить строительные процессы.

Второй способ. Геодезическая съемка 3-х точек без отражательного режима с камеральной обработкой (построения круга с помощью 3-х точек)

Геодезическая съемка 3-х точек без отражательного режима с камеральной обработкой (построение круга с помощью 3-х точек) - это метод, который позволяет определить координаты точки в пространстве на основе измерений углов и расстояний между этой точкой и двумя другими известными точками.

Реализация описанного метода осуществляется с использованием опции 3 точки и инструмента «Круг» в меню «Рисования» в программной среде AutoCAD. Первоначально выбирается первая точка для размещения центра круга, затем вторая точка задает диаметр круга, и третья точка определяет положение круга. В результате получается круг с диаметром Ø1410 мм. Однако этот диаметр не соответствует диаметру трубошпунта, который составляет Ø1420 мм, поэтому необходимо ввести поправку на диаметр круга и правильно расположить его относительно точек.

Достоинства данного метода включают его применимость на сваях любой длины и возможность пропустить деформированную часть трубошпунта при геодезической съемке, определяя высотное положение верха трубошпунта с использованием одного пикета. Однако существуют некоторые недостатки: необходимость ввода поправок на диаметр сваи в процессе камеральной обработки и желательность проведения геодезической съемки с интервалом более 50 градусов между съемочными пикетами и на одном высотном уровне для корректного построения круга (рис. 2).

Рис. 2.  Построения круга с помощью 3-х точек в  программной среде AutoCAD

Геодезическая съемка с использованием трех точек представляет собой эффективный и простой метод определения положения объектов в пространстве. Данный метод обладает рядом преимуществ, таких как возможность применения на сваях любой длины и способность определить высотное положение верха трубошпунта с использованием только одного пикета [4, 229]. Тем не менее, важно учитывать некоторые недостатки, включая необходимость ввода поправок на диаметр сваи и требование проведения геодезической съемки с определенным угловым интервалом для достижения точности и правильного построения круга.

В целом, геодезическая съемка 3-х точек представляет ценный инструмент для определения положения объектов и может быть успешно применена в различных областях, таких как строительство, инженерия и геодезия.

Третий способ. Определение положения трубошпунта по замкам

Определение положения трубошпунта по замкам является одним из методов геодезической съемки. Этот способ основан на определении координат точек, расположенных на трубошпунте, путем проведения измерений с использованием геодезического инструмента.

Для осуществления данного способа определения положения трубошпунта по замкам требуется провести геодезическую съемку лицевой части середине замков трубошпунта. Результат представлен на рис. 3.

Рис. 3. Трубошпунт (вид сверху)

После съемки, полученные данные загружаются в программу AutoCAD. С помощью инструмента "Подобие" производится перемещение съемочных пикетов на 30 мм в противоположную сторону съемки, так как расстояние от оси замка до его лицевой части составляет 30 мм. Затем, на середине полученной линии строится круг с диаметром трубошпунта равным Ø1420 мм. Результат представлен на рис. 4.

Рис. 4. Построение круга по замкам

Достоинства этого метода включают его простоту и удобство в использовании. Определение положения трубошпунта по замкам позволяет получить достаточно точные результаты и требует минимального количества оборудования. Кроме того, данный метод обладает высокой скоростью выполнения измерений, что может значительно сократить время проведения геодезической съемки.

Однако у этого метода есть и некоторые недостатки. Во-первых, точность определения положения трубошпунта по замкам может быть ограничена в случае наличия деформаций или неоднородностей на поверхности трубы. В таких случаях могут возникать погрешности, которые могут влиять на точность результатов. Кроме того, для проведения геодезической съемки по замкам требуется установка и фиксация замков на трубе, что может потребовать дополнительных усилий и времени.

Четвертый способ. Определение положения трубошпунта с помощью макроса «Окружность 2»

  Метод определения положения трубошпунта с помощью макроса «Окружность 2» основан на геодезической съемке и использовании программного инструмента AutoCAD. Данный метод позволяет точно определить положение центра трубошпунта в пространстве.

В разработке данного макроса участвовали следующие лица: геодезист ООО «УралСтройТранс»: Назаров Станислав Сергеевич, геодезист ООО «УралСтройТранс» Ахмедов Саидахмад Мамаджанович, инженер-программист ООО «УралСтройТранс» Свиридов Георгий Михайлович.

Принцип работы данного макроса заключается в создании кругов на каждом съемочном пикете с заданным пользователем диаметром. Затем, эти точки пересекаются, образуя треугольник, в котором вычисляется центр вписанной окружности. Макрос также корректирует положение круга на основе расстояния от центра вписанной окружности до исходных съемочных пикетов, выбирая круг с наименьшим расстоянием. Для использования метода необходимо загрузить съемочные пикеты в программу AutoCAD, запустить макрос, выбрать пикеты и ввести необходимый радиус (в нашем случае 710 мм  и получаем готовый круг). Результат виден на рис. 5.

Рис. 5. Построение круга с помощью макроса «Окружность2»

Достоинства метода определения положения трубошпунта с помощью макроса "Окружность 2":

• метод обеспечивает точное определение положения центра трубошпунта в пространстве без необходимости вводить поправки или корректировки;
• макрос "Окружность 2" интегрируется с программой AutoCAD и предоставляет удобный интерфейс для выполнения геодезических измерений. Он легко осваивается и использование не требует специализированных навыков;
• с помощью макроса можно быстро обработать съемочные данные и получить готовый результат, что ускоряет процесс работы и повышает эффективность геодезической съемки.

Недостатки метода определения положения трубошпунта с помощью макроса "Окружность 2": для корректного построения круга, желательно произвести геодезическую съемку расстоянием более 50 градусов между съемочными пикетами и в едином уровне высот.  

Сравнение различных методов определения точности положения трубошпунта в пространстве представляет значимый аспект в геодезии. В данном исследовании проводится сравнение четырех методов: геодезической съемки центра трубошпунта с использованием геодезического креста и геодезической съемки с помощью определения положения трубошпунта по замкам.

Для осуществления данного сравнения создается новый чертеж в программной среде AutoCAD, в котором загружаются результаты, полученные указанными методами в исходных координатах. Отклонения вычисляются путем сравнения позиции съемочного пикета, полученного при геодезической съемке центра трубошпунта с геодезическим крестом (показанным красным цветом на чертеже), и определенного центра при использовании метода определения положения трубошпунта по замкам (обозначенного голубым цветом на чертеже).

Полученные результаты показывают, что при использовании геодезической съемки 3-х точек без отражательного режима с камеральной обработкой (построение круга с помощью 3-х точек) возникает погрешность в 2 мм на север и 5 мм на восток. Однако, учитывая диаметр трубошпунта, который составляет Ø1420 мм, необходимо ввести корректировку на диаметр для данного метода.
После введения корректировки устанавливается, что отклонения составляют 8 мм на север и 9 мм на восток. Это свидетельствует о достаточной точности указанных методов при правильном снятии съемочных пикетов (рис. 6).

Рис. 6. Первое сравнение «Геодезическая съемка центра трубошпунта с помощью геодезического креста» и «Геодезическая съемка 3-х точек без отражательного режима с камеральной обработкой (построения круга с помощью 3-х точек)»

Кроме того, проводится второе сравнение, где геодезическая съемка центра трубошпунта с геодезическим крестом сравнивается с определением положения трубошпунта по замкам. Результаты вычисления отклонений, полученные на новом чертеже (рис. 7), указывают на отклонение в размере 62 мм на север и 33 мм на восток. Для проведения сравнения создаем новый чертеж в среде AutoCAD и загружаем результаты, полученные выше указанными способами в исходных координатах и вычисляем отклонения.

Рис. 7. Второе сравнение «Геодезическая съемка центра трубошпунта с помощью геодезического креста» и «Определение положения трубошпунта по замкам»

Съемочный пикет геодезической съемки центра трубошпунта с помощью геодезического креста изображен окрашен красным цветом, а определенный центр определения положения трубошпунта по замкам голубым цветом, при вычислении отклонения получаем отклонения 62 мм на север и 33 мм на восток.

 В данном исследовании проводится третье сравнение, в котором сравниваются метод геодезической съемки центра трубошпунта с использованием геодезического креста и метод определения положения трубошпунта с помощью макроса "Окружность 2".

Для проведения данного сравнения создается новый чертеж в программной среде AutoCAD, в котором загружаются результаты, полученные указанными методами в исходных координатах. Отклонения вычисляются путем сравнения позиции съемочного пикета, полученного при геодезической съемке центра трубошпунта с геодезическим крестом (обозначенного красным цветом на чертеже), и определенного центра при использовании метода определения положения трубошпунта с помощью макроса «Окружность 2», обозначенного желтым цветом на рис. 8.

Рис. 8. «Геодезическая съемка центра трубошпунта с помощью геодезического креста» и «Определение положения трубошпунта с помощью макроса «Окружность 2»

Вычисленные результаты показывают, что отклонения составляют 8 мм на север и 6 мм на восток. Эти значения указывают на относительно небольшую погрешность, что свидетельствует о высокой точности обоих методов при правильном снятии съемочных пикетов.

Таким образом, на основе проведенных сравнений можно сделать вывод, что методы геодезической съемки центра трубошпунта с использованием геодезического креста, определения положения трубошпунта по замкам и использования макроса "Окружность 2" обладают достаточной точностью для определения положения трубошпунта в пространстве. Однако, при выборе конкретного метода следует учитывать особенности и требования конкретной задачи

В ходе нашего исследования были рассмотрены четыре способа определения положения верха трубошпунта в пространстве. После анализа результатов, мы пришли к следующим выводам. Геодезическая съемка 3-х точек без отражательного режима с камеральной обработкой (построение круга с помощью 3-х точек) и определение положения трубошпунта с помощью макроса "Окружность 2" обладают достаточной точностью, при условии правильного снятия съемочных пикетов. Эти методы могут быть надежно использованы для определения положения верха трубошпунта в практических задачах.

Однако стоит отметить, что способ определения положения трубошпунта по замкам не показал достаточной точности и надежности при полевых работах. Следовательно, рекомендуется исключить данный метод при выполнении съемочных работ, так как он не обеспечивает требуемую точность измерений.

Для определения положения верха трубошпунта в пространстве, рекомендуется использовать геодезическую съемку 3-х точек без отражательного режима с камеральной обработкой или определение положения с помощью макроса "Окружность 2", в зависимости от конкретных условий и требований задачи.

Хотим отметить начальника участка СМР грузового причала ООО «УралСтройТранс» Хлопчарова Максима Александровича для создания условий для проведения эксперимента и разработки макроса «Окружность2»

Геодезиста ООО «УралСтройТранс» Назарова Станислава Сергеевича за проявленную инициативу создания макроса «Окружность2».

Инженер-программиста ООО «УралСтройТранс» Свиридова Георгия Михайловича за владения языком Microsoft Visual Basic и проявленную усилия в осуществлении разработки макроса «Окружность2».

1. Азаров, Борис Федотович. Учебная геодемическая практика [Электронный ресурс]: учебное пособие/Б.Ф.Азаров, И.В.Карелина. – Электрон.,дан.. и прогр. – Барнаул: «МЦ ЭОР», 2018. С.44
2. Чен, Ю., Чжан, З. и Ю, Дж. Оценка точности безотражательной системы измерения расстояния. Измерение, 2019. С. 200.
3. Дэвис, К. М., и Адамс, П. Л. Достижения в области геодезических технологий для планирования строительства. Инновации в строительстве, 2016. С 155.
4. Чжан, Дж., Ху, Ю. и Цао, Ю. Новый метод калибровки безрефлекторных тахеометров, основанный на оценке неопределенности. Измерение, 2018. С 229.