Крен относят к деформациям сооружений башенного типа, у которых линейный размер основания значительно меньше высоты сооружения.
Практически крен здания можно определить по значениям неравномерных вертикальных перемещений его точек, выбранных по углам. Число точек должно быть не меньше трех. Предположим (рис. 14.4), что в двух соседних циклах наблюдений произошли неравномерные вертикальные перемещения точек 1, 2, 3 и 4 (знак «минус» указывает направление перемещения вниз). Т.е. общая осадка отрицательная, при этом перемещения точек 1 и 2 больше, чем точек 3 и 4 примерно на 1,5 — 2,0 мм. Построим в изолиниях перемещения точек с сечением через 0,5 мм. Структура изолиний показывает, что крен здания происходит практически в направлении поперечной оси. Если получить максимальную разность осадок ( — 1,9 мм), то можно вычислить и угол наклона ν сооружения в межцикловый период:
tgν = МАКС/α, (14.4)
где МАКС – максимальная разность осадок; a – размер сооружения в направлении максимального крена.
Можно вычислить также и линейное отклонение t верха здания от вертикали, зная высоту Н сооружения, по формуле
t = Нtg ν, (14.5)
Для малых значений углов в формулах (14.4) и (14.5) тангенс угла можно заменить на угол, выраженный в радианной мере.
Для других сооружений, не относящихся к башенным, подобные расчеты могут быть применены при определении завалов и перекосов.
Рис. 14.4. Определение крена фундамента
Большое применение для определения крена сооружений находят способы вертикального проектирования (рис. 14.5). В простейшем случае могут использоваться нитяные отвесы с регистрацией их перемещений (острия отвеса) по линейной шкале или квадратной палетке. В последнем случае значение крена может быть определено по отношению к выбранным осям сооружения.
Рис. 14.5. Определение крена башенных сооружений а) способ вертикального проектирования; б) с помощью теодолита
Вертикальная нить отвеса может быть воспроизведена оптическим способом с помощью специального прибора вертикального проектирования (рис. 14.5.а), визирная ось которого устанавливается принудительно или автоматически в вертикальное положение. Прибор центрируют непосредственно у основания сооружения, либо внутри него, если позволяют условия наблюдений, и отклонение верха сооружения от вертикали в двух направлениях регистрируют по квадратной палетке с миллиметровыми или двухмиллиметровыми делениями, наблюдаемой в зрительную трубу прибора. Палетка размещается в верхней части сооружения.
Вертикальное проектирование может быть осуществлено по схеме, изображенной на рис. 14.5 б. На местности в точках А и В оборудуют станции, на которых центрируют теодолит. Визирные оси теодолита практически перпендикулярны друг другу и направлены вдоль осей сооружения. Расстояния от теодолита до сооружения выбирают с учетом высоты башни – примерно 1,5 – 2,0 высоты. На стене сооружения на его основании закрепляют шкалы Ш1 и Ш2 с миллиметровыми делениями, а в верхней части отмечают или устанавливают точки, на которые выполняют визирование. В процессе измерений получают отсчеты αо и bо в начальном и а1 и b1 в текущем циклах. Разности отсчетов а и b и их знаки указывают величину отклонения верха сооружения и направление этого отклонения.
Часто сооружение бывает недоступно для непосредственной работы у его основания. В таких случаях используют способ горизонтальных углов, который заключается в разбивке двух опорных пунктов на взаимно перпендикулярных осях сооружения и измерении горизонтального угла между направлениями на опорные пункты и направлениями на точки 1 и 2, находящиеся в верхней части сооружения (рис. 14.6). При известных расстояниях S разности горизонтальных углов для каждой из точек характеризуют перемещение исследуемых точек в направлениях, перпендикулярных соответствующей визирной оси. По формулам малых углов можно определить линейные величины смещений, полное смещение и его направление, а также определить величину крена сооружения.
Рис. 14.6. Способ горизонтальных углов
Рис. 14.7. Способ координат
Аналогичную схему сравнительно легко применить и в способе координат (рис. 14.7). Вокруг сооружения прокладывают замкнутый полигонометрический ход А-В-С-D и с его пунктов угловой засечкой получают координаты исследуемых точек 1 и 2. Разности значений координат в сопоставляемых циклах наблюдений укажут направление крена и его величину.
На небольших базах крен измеряют с помощью клинометров с цилиндрическим уровнем, имеющем точность не более 5″, либо с помощью микронивелиров.