Организация мониторинга технического состояния зданий и сооружений. Реферат: Мониторинг технического состояния жилых зданий

С чего начинается мониторинг

Мероприятия по мониторингу фактического состояния архитектурного объекта и его способности к дальнейшему использованию, согласно положениям технических стандартов и иных документов, проводят для сданных в эксплуатацию зданий и сооружений.

Перечислим основные цели этих мероприятий.

• отслеживание любых изменений общего состояния действующих и эксплуатируемых строений. Эти данные позволяют разрабатывать адекватные и своевременные решения для противостояния любым негативным факторам, способным привести к аварии или разрушению здания;
• обнаружение элементов и деталей контролируемого объекта, подвергшихся воздействиям, изменивших состояние несущих деталей строительных конструкций. Здесь необходимо узнать, не произошло ли деформации деталей или перераспределения напряжений. В этом случае возникает необходимость экспертного освидетельствования объекта;
• гарантия безопасного использования строительных объектов и их безаварийного функционирования. Она обеспечивается за счет того, что регулярные проверки позволяют своевременно выявить в деталях конструкции и сегментах грунтов потенциально опасные трансформации напряженностей или деформации, и вовремя принять необходимые меры для предотвращения смены состояния проверяемого здания из работоспособного на ограниченно работоспособное, либо - что еще хуже - на аварийное;
• постоянный контроль любых изменений фактического технического состояния каждого конкретного здания, объективная оценка степени происходящих в нем перемен и их скорости. Владение такой информаций позволяет оперативно принимать нужные меры по предотвращению резкого ухудшения состояния всего объекта.

Принятые в отрасли процедуры, используемые для профессионального контроля состояния строительных объектов, служат одной задаче - выявление подвергшихся изменениям объектов конструкции здания. Ели их текущее состояние распределения напряженностей и наличие деформаций вызывают у специалистов определенные опасения, то потребуется неотложное и боле тщательно обследование объекта.

Мониторинг аварийных строительных объектов, а также зданий в состоянии ограниченной работоспособности

В ходе текущей проверки актуального состояния тех используемых строений, которые не могут быть признаны полностью работоспособными или считаются аварийными, требуется постоянно мониторить естественные процессы, происходящие как в грунтах опирания, так и непосредственно в элементах конструкциях объектов. Эти мероприятия выполняются как до начала любых работ, направленных на реконструкцию, восстановление или упрочнение зданий, так и на постоянной основе в процессе ремонтных мероприятий.

Мониторинг фактической ситуации с тем, что происходит в конструкциях объекта и в окружающих его грунтах, предполагает, что на каждой стадии выполняемых в здании восстановительных работ проводятся следующие мероприятия:

• определение динамических показателей объекта в данный момент времени и сравнение их с цифрами, зафиксированными на предыдущем этапе работ;
• оценка степени того, как по ходу работы изменилось состояние повреждений конструкции и дефектов ее элементов, которые были зафиксированы ранее, а также фиксация вновь обнаруженных изъянов;
• повторные измерения всех ранее учтенных изменений, перекосов, перегибов, кренов, трещин, деформаций и т.п. и сравнение полученных данных измерений с аналогичными показателями на предыдущей стадии работ;
• всесторонний анализ информации, полученной в ходе осуществления мониторинга на данном этапе;
• формулировка промежуточного заключения о фактическом техническом состоянии здания на данный момент.

Мониторинг технического состояния строительных объектов, находящихся в зоне новой застройки, попадающих в область работ по реконструкции зданий или в сферу влияния природных или техногенных воздействий

Главные задачи мониторинга текущего состояния зданий и сооружений, оказавшихся в зоне текущего строительства или попавших в район, где фиксируются природно-техногенные воздействия, можно сформулировать следующим образом:

• требуется определить абсолютные показатели текущей деформации строительных конструкций, рассчитать их стандартные относительные величины и сравнить со стандартными допусками и расчетными значениями;
• необходимо установить причины появления деформаций и объективно оценить уровень их потенциальной угрозы штатному функционированию объектов;
• нужно выяснить текущие характеристики физико-механического состояния грунтов, и с их учетом уточнить имеющиеся данные расчетов;
• крайне важно предпринять все необходимые шаги как для противостояния возникновению новых деформаций, так и для эффективного устранения последствий уже имеющихся разрушений;
• настоятельно рекомендуется проверить расчетные схемы для попадающих в зону воздействия зданий, строений, сооружений и объектов коммуникаций различных типов;
• требуется постоянно фиксировать степень эффективности мероприятий, проводимых в целях защиты зданий и профилактики ухудшения их состояния;
• необходимо выяснить закономерности и вектора, по которым сдвигаются грунтовые породы, а также установить, как зависят основные параметры этого процесса от основных внешних и внутренних факторов.

Проверка состояния уникальных объектов, зданий и сооружений

В целях обеспечения безаварийного использования и безопасного функционирования уникальных архитектурных или градостроительных объектов выполняется периодический или непрерывный технический мониторинг текущего состояния всех элементов их конструкций.

Данные, полученные в ходе таких контрольных измерений, являются основой, которая определит перечень работ, допустимых к выполнению на этих объектах. В ходе мониторинга технического состояния уникальных зданий осуществляется проверка всех физических и химических процессов, протекающих в глубине конструкций этих сооружений и в прилегающем к ним грунте. Это позволяет инженерам на самой ранней стадии обнаруживать любые негативные тенденции, приводящие к неблагоприятным переменам в состоянии архитектурных элементов строения, тех или иных его несущих конструкций, фрагментов фундамента той или иной величины и т. п.

Владея такой информацией и учитывая ее изменения в оперативной обстановке, инженер легко спрогнозирует, какая именно ситуация способна привести к тому, что рассматриваемый градостроительный объект утрачивает возможность рабочей эксплуатации и меняет свое фактическое состояние на «аварийное» или на состояние «ограниченной готовности». Эта же информация позволяет разработать план необходимых мероприятий для своевременного противодействия любым разрушительным процессам, зафиксированным в ходе мониторинга.

Мониторинг зданий и сооружений

ООО «ЭПБ-Проект» осуществляет работы по техническому мониторингу

зданий и сооружений.

Мониторинг - система визуальных и инструментальных наблюдений за сохранностью существующих зданий и сооружений, за воздействиями строительных работ на окружающую застройку и территорию (30-ти метровую зону риска), а также за состоянием конструкций объекта строительства или реконструкции, направленная на оперативное определение возможных негативных воздействий и на их устранение (согласно ТСН 50-302-2004 ).

Выдержки из Градостроительного кодекса РФ , касающиеся состояния конструкций и технического мониторинга зданий:

Градостроительный кодекс РФ глава 6.2. Эксплуатация зданий и сооружений:

«…Эксплуатационный контроль за техническим состоянием зданий, сооружений проводится в период эксплуатации таких зданий, сооружений путем осуществления периодических осмотров, контрольных проверок и (или) мониторинга состояния оснований, строительных конструкций, систем инженерно-технического обеспечения и сетей инженерно-технического обеспечения в целях оценки состояния конструктивных и других характеристик надежности и безопасности зданий, сооружений, систем инженерно-технического обеспечения и сетей инженерно- технического обеспечения и соответствия указанных характеристик требованиям технических регламентов, проектной документации… » (статья 55.24);

«…Если иное не предусмотрено федеральным законом, лицо, ответственное за эксплуатацию здания, сооружения, обязано вести журнал эксплуатации здания, сооружения, в который вносятся сведения о датах и результатах проведенных осмотров, контрольных проверок и (или) мониторинга оснований здания, сооружения, строительных конструкций, сетей инженерно-технического обеспечения и систем инженерно-технического обеспечения, их элементов, о выполненных работах по техническому обслуживанию здания, сооружения, о проведении текущего ремонта здания, сооружения, о датах и содержании выданных уполномоченными органами исполнительной власти предписаний об устранении выявленных в процессе эксплуатации здания, сооружения нарушений, сведения об устранении этих нарушений… » (статья 55.25).

Нормативная документация по техническому мониторингу:

Градостроительный кодекс РФ;

ГОСТ 31937-2011 «Правила обследования и мониторинга технического состояния»;

ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге»;

Федеральный закон № 384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»;

СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

Рис.1 Мониторинг зданий и сооружений (слева-направо: геодезический мониторинг, снятие показаний с трещиномеров)

Основные термины и определения согласно ГОСТ 31937-2011

Общий мониторинг технического состояния зданий (сооружений) - система наблюдения и контроля, проводимая по определенной программе, утверждаемой заказчиком, для выявления объектов, на которых произошли значительные изменения напряженно-деформированного состояния несущих конструкций или крена и для которых необходимо обследование их технического состояния (изменения напряженно-деформированного состояния характеризуются изменением имеющихся и возникновением новых деформаций или определяются путем инструментальных измерений).

Мониторинг технического состояния зданий (сооружений), попадающих в зону влияния строек и природно-техногенных воздействий - система наблюдения и контроля, проводимая по определенной программе на объектах, попадающих в зону влияния строек и природно-техногенных воздействий, для контроля их технического состояния и своевременного принятия мер по устранению возникающих негативных факторов, ведущих к ухудшению этого состояния.

Мониторинг технического состояния зданий (сооружений), находящихся в ограниченно работоспособном или аварийном состоянии - система наблюдения и контроля, проводимая по определенной программе, для отслеживания степени и скорости изменения технического состояния объекта и принятия в случае необходимости экстренных мер по предотвращению его обрушения или опрокидывания, действующая до момента приведения объекта в работоспособное техническое состояние.

Мониторинг технического состояния уникальных зданий (сооружений) - система наблюдения и контроля, проводимая по определенной программе для обеспечения безопасного функционирования уникальных зданий или сооружений за счет своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряженно-деформированного состояния конструкций и грунтов оснований или крена, которые могут повлечь за собой переход объектов в ограниченно-работоспособное или в аварийное состояние.

Уникальное здание (сооружение) - объект капитального строительства, в проектной документации которого предусмотрена хотя бы одна из следующих характеристик: высота более 100 м, пролеты более 100 м, наличие консоли более 20 м, заглубление подземной части (полностью или

частично) ниже планировочной отметки более чем на 15 м, с пролетом более 50 м или со строительным объемом более 100 тыс. м.куб. и с одновременным пребыванием более 500 человек.

Текущее техническое состояние зданий (сооружений) - техническое состояние зданий и сооружений на момент их обследования или проводимого этапа мониторинга.

Система мониторинга технического состояния несущих конструкций - совокупность технических и программных средств, позволяющая осуществлять сбор и обработку информации о различных параметрах строительных конструкций (геодезические, динамические, деформационные и др.) с целью оценки технического состояния зданий и сооружений.

Система мониторинга инженерно-технического обеспечения - совокупность технических и программных средств, позволяющая осуществлять сбор и обработку информации о различных параметрах работы системы инженерно-технического обеспечения здания (сооружения) с целью контроля возникновения в ней дестабилизирующих факторов и передачи сообщений о возникновении или прогнозе аварийных ситуаций в единую систему оперативно-диспетчерского управления города.

Рис.2 Мониторинг за трещинами, кренами и осадками здания (слева-направо: дублирующий гипсовый и трехосный маяк; светоотражающая марка для наблюдения за кренами; марка для наблюдения за осадками здания).

​

Причины мониторинга строительных конструкций и здания в целом

Расположение в зоне влияния негативного воздействия от соседнего строительства и природно-техногенных воздействий (30-ти метровая зона риска окружающей застройки). Подробнее

Присвоение отдельным конструктивным элементам или зданию в целом следующих категорий технического состояния: ограничено-работоспособное, аварийное. Присвоение категорий осуществляется на основании комплексного обследования здания в соответствии с ГОСТ 31937-2011.

Мониторинг конструкций проводится, в случае если здание или сооружение - уникальное, высотное или большепролетное. Для мониторинга уникальных зданий и сооружений используются системы дистанционного автоматизированного мониторинга.

Цель и задачи мониторинга

Основной целью мониторинга является изучение, наблюдение и своевременный анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) строительных конструкций.

Задачи мониторинга:

Контроль технического состояния конструкций и своевременное принятие мер по устранению возникающих негативных факторов, ведущих к ухудшению технического состояния;

Выявление конструкций или зданий в целом, на которых произошли изменение напряженно-деформированного состояния (НДС);

Обеспечение безопасного и своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряженно-деформированного состояния конструкций и грунтов основания, которые могут повлечь переход объектов в ограниченно-работоспособное или в аварийное состояние;

Отслеживание степени и скорости изменения технического состояния объекта и принятия в случае необходимости экстренных мер по предотвращению его обрушения, а именно специализированная организация при обнаружении превышения установленных критериев обязана предложить временно приостановить работы и рекомендовать меры по нормализации ситуации. При несогласии застройщика и/или подрядчика с предложенными мероприятиями организация, осуществляющая мониторинг, обязана уведомить об этом государственные органы надзора.

Программа мониторинга

Согласно пункту 6.1.7 ГОСТ 31937-2011 программе мониторинга в обязательном порядке предшествует визуально-инструментальное обследование здания (сооружения) необходимое для обнаружения и фиксации дефектов, а также определения категории технического состояния отдельных конструкций и здания (сооружения) в целом.

При составлении программы мониторинга необходимо учитывать, что эксплуатация зданий (сооружений) при аварийном состоянии конструкций, включая грунтовое основание, не допускается. Устанавливается обязательный режим мониторинга.

Программу мониторинга разрабатывают на основании цели и задач мониторинга для каждого конкретного случая (здания, сооружения). В программе мониторинга указывают виды работ проводимых на объекте мониторинга и периодичность наблюдений (снятия показаний) с учетом технического состояния объекта. Программу мониторинга согласовывают с Заказчиком и при необходимости с КГИОП (при мониторинге объектов культурного наследия) и «КГА».

При разработке программы мониторинга руководствуются скоростью возможного протекания процессов изменения напряженно-деформированного состояния (НДС), а также таблицей 21.1 «Периодичность и продолжительность мониторинга» (ТСН 50-302-2004 ).

Периодичность (цикличность) мониторинга (снятия показаний)

Наименование видов работ

по мониторингу

В процессе ведения работ нулевого цикла (котлован, фундаменты)

В процессе строительства надземных

конструкций

В процессе

эксплуатации

Визуальный контроль технического состояния конструкций соседней застройки. Контроль состояния и датчиков на трещинах.

Не реже одного раза в месяц

Не реже одного раза в месяц

Не реже одного раза в квартал в течение первого года эксплуатации, далее не реже одного раза в год

Геодезические измерения деформаций сохраняемых конструкций и соседней застройки (осадок, кренов, горизонтальных смещений).

Не реже одного раза в неделю

Не реже одного раза в месяц в течение первого года эксплуатации, далее - ни одного раза в квартал

Не реже одного раза в две недели

Контроль параметров колебаний грунта и окружающей застройки

Фиксация уровня грунтовых вод по пьезометрам

Не реже одного раза в неделю

Контроль за соблюдением технологического регламента работ нулевого цикла

Весь период производства работ

Геологический контроль забоя скважин при устройстве буровых свай

Весь период изготовления свай

Технический контроль за состоянием возведенных конструкций нулевого цикла

Весь период ведения работ

Табл. 21.1 Периодичность и продолжительность мониторинга.

​

При выборе системы наблюдений учитывают цель проведения мониторинга, а также скорость протекания процессов и их изменение во времени, продолжительность измерений, ошибки измерений, в том числе за счет изменения состояния окружающей среды, а также влияния помех и аномалий природно-техногенного характера. Содержание и объем работ по мониторингу определяют в зависимости от геотехнической категории объекта строительства или реконструкции (геотехническая категория ).

В программе мониторинга указываются:

Цели мониторинга;

Зона действия мониторинга;

Предмет мониторинга (, состоянием соседней застройки, параметрами колебаний (вибродиагностика), уровнем грунтовых вод, поровым давлением, качеством работ и т.д.);

Периодичность и сроки проведения мониторинга;

Критерии остановки работ;

Механизм остановки работ при возникновении неблагоприятных воздействий и механизм оперативной выработки рекомендаций по их устранению.

Геотехническая категория - уровень сложности объекта строительства или реконструкции. Геотехническая категория устанавливается при предварительной оценке геотехнической ситуации на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО) и уточняется на каждой стадии проектирования. Определение геотехнической категории для случая, когда окружающая (соседняя) застройка находится в пределах зоны риска () от реконструкции и строительства, осуществляют, исходя из сочетания следующих составляющих:

Уровня ответственности объекта реконструкции или строительства;

реконструкции или строительства;

Кроме того для объекта реконструкции при определении геотехнической категории учитывается категория его технического состояния.

При наличии элементов конструкций, находящихся в аварийном состоянии, до начала строительной деятельности на площадке необходимо устранить аварийность, после чего может быть оценена категория технического состояния здания (в том числе с учетом проведенного усиления).

Классификация геотехнических категорий представлена в ТСН 50-302-2004 .

Рис.3 Вертикальные перемещения до и после реконструкции здания (фрагмент отчета по геотехническому обоснованию строительства).

​

Виды и состав работ при мониторинге зданий и сооружений

Мониторинг состоит из двух этапов - подготовительного (установочного цикла) и рабочего этапа (циклов).

Состав работ установочного цикла:

Анализ исходной информации по результатам обследования зданий (сооружений);

Определяются фоновые параметры колебания конструкций зданий от имеющихся воздействий (вибродиагностика);

Устанавливаются и (для мониторинга трещин рекомендуем устанавливать дублирующие друг друга маяки - гипсовые и , как представлено на рис. 2);

Определяются крены стен зданий, неравномерность осадок;

Устанавливаются геодезические марки на цоколе с привязкой к городской реперной сети;

Устанавливаются пьезометры (режимные скважины) для контроля за уровнем подземных вод;

Уточняются проектные критерии по допустимым воздействиям.

Состав работ рабочего этапа (циклов):

Контроль состояния и на трещинах (фиксация ширины раскрытия/закрытия трещины);

Геодезические измерения деформаций зданий, в том числе измерения осадок в абсолютных отметках;

Наблюдения за параметрами колебаний (вибродиагностика);

Фиксация уровня подземных вод по пьезометрам;

Виды мониторинга:

1. Визуальный контроль технического состояния конструкций соседней застройки. Контроль состояния маяков и датчиков на трещинах.

2. Геодезические измерения деформаций сохраняемых конструкций и соседней застройки (осадок, кренов, горизонтальных смещений).

3. Контроль параметров колебаний грунта и окружающей застройки (геотехнический мониторинг и вибродиагностика). Комплекс работ по скважинной инклинометрии.

4. Фиксация уровня грунтовых вод по пьезометрам.

5. Контроль за соблюдением технологического регламента работ нулевого цикла.

6. Геологический контроль забоя скважин при устройстве буровых свай.

7. Технический контроль за состоянием возведенных конструкций нулевого цикла.

На каждой стадии мониторинга технического состояния конструкций зданий (сооружений) и грунта проводят следующие работы:

Определяют текущие динамические параметры объекта и сравнивают их с параметрами, измеренными на предыдущем этапе (вибродиагностика);

Фиксируют степень изменения ранее выявленных дефектов и повреждений конструкций объекта и выявляют вновь появившиеся дефекты и повреждения;

Проводят повторные измерения деформаций, кренов, прогибов и т. п. и сравнивают их со значениями аналогичных величин, полученными на предыдущем цикле;

Анализируют полученную на данном этапе мониторинга информацию и делают заключение о текущем техническом состоянии объекта;

А нализ деформаций объекта может выполняться в рамках напряженно-деформированной модели здания и грунтов основания.

Инклинометрия котлованов в рамках экскавации (откопки) грунта

С целью геотехнического мониторинга котлованов нашими специалистами осуществляется комплекс работ по скважинной инклинометрии. Суть скважинной инклинометрии заключается в периодических измерениях смещения грунта за гранью котлованов с целью своевременного предотвращения обрушения шпунтовых стенок а также предотвращению возникновения аварийных ситуаций. Монтаж инклинометрических скважин (трубок) осуществляется как за гранью шпунтовой стенки (после уже погруженного шпунта), так и непосредственно на этапе погружения шпунта с помощью приварки инклинометрических трубок к поверхности шпунта и их герметизации. Итогом работ по скважинной инклинометрии являются графики отклонения шпунта в зоне проведения измерений от первоначального (установочного) уровня. Схема расположения инклинометрических трубок определяется исходя из программы мониторинга.

Итог работ по мониторингу

Заказчику технического мониторинга сдают следующую документацию:

1. Отчет по установочному циклу наблюдений.

2. Письма на официальном бланке организации за каждый цикл наблюдений (уведомление заказчика на каждом этапе мониторинга о существующих на момент написания письма деформациях и сравнения их с нормативными допустимыми параметрами).

Мониторинг зданий и сооружений, в части их технического состояния на протяжении строительства и периода эксплуатации - важнейшая задача, связанная с жизнедеятельностью людей и их безопасностью. С самого начала строительства заказчикам строительства в соответствии со строительными нормами и правилами могут вменяться в обязанность проведение геодезического мониторинга строящихся сооружений. Под этим понимается периодические наблюдения за определенными характерными параметрами конструкций зданий в связи с влиянием на них различных факторов и их сравнения с проектно-расчетными параметрами. Это означает, что при строительстве сооружений проектом может быть предусмотрена организация специальных геодезических измерений по наблюдению:

• за вертикальными перемещениями оснований;
• за горизонтальными их смещениями;
• за кренами всей конструкции.

Структура программы геодезического мониторинга

Мониторинг зданий и сооружений в любом случае проводиться согласно специального проекта и программы с формулировками:

• целей и задач;
• характеристиками грунтов и особенностями фундаментов;
• расчетными значениями параметров и установлением периодичности наблюдений;
• методов, устройств измерительных станций, инструментов;
• систем координат , приведением сведений об исходных данных, опорной сети ;
• составленной схемой закладки съемочной (измерительной) сети;
• математической обработки, вычислений и анализом.

Методы измерений

При составлении технических проектов геодезического мониторинга избираются на основания ГОСТа 24846. В зависимости от расчетных параметров, их значений, допустимых погрешностей предварительно определяется класс точности измерений. В отсутствии расчетных значений параметров вертикальных деформаций и горизонтальных смещений в проекте классы точности выбираются. Основанием для такого выбора служат классификация сооружений, сроки их эксплуатации и грунты, в которых они будут воздвигнуты.

В зависимости уже от предварительно определенных классов точности избираются методы и технологии измерений. Но в любом случае, рекомендуется определенная последовательность действий при выполнении геодезических наблюдений за состоянием сооружений:

• составление программы измерений;
• выбор типов конструкций, количества, схемы расположения геодезических пунктов планово-высотного обоснования, с которых будут проводиться измерения;
• пространственная привязка этой основы;
• закладка деформационных сетей в виде групп реперов, марок в зданиях по выбранной схеме наблюдений;
• непосредственные полевые инструментальные измерения;
• обработка, вычисления результатов с оценкой результатов и выводами.

Кроме этого, на выбор методов измерений влияют виды деформационных параметров (вертикальные осадки, горизонтальные смещения, крены конструкций).

Для вертикальных осадок основными методами рекомендуемыми ГОСТом являются:

• геометрическое нивелирование высокоточными нивелирами со специальными рейками, короткими сторонами (способами совмещения или наведения) при первом и втором классах точности, а также точными приборами при третьем и четвертом классах точности;
• тригонометрическое нивелирование в случаях перепадов высотных отметок в строительных сооружениях с применением высокоточных и точных теодолитов и электронных тахеометров ;
• гидростатическое нивелирование с установлением специального гидростатического прибора, который применяется при большом количестве точек, установленных в плохо доступных местах для нивелира и человека.

Для горизонтальных смещений выбор способов измерений и приборов при их использовании зависит также от классов точности и может быть даже составлять комбинации таких методов, как:

• створных наблюдений;
• отдельных направлений;

Для измерения кренов в сооружениях применяются также разнообразные способы с возможными вариантами их комбинирования, а именно:

• проецирования с использованием теодолитов, электронных тахеометров ;
• способы всевозможных измерений: углов, направлений;
• определения приборами вертикального проектирования, прямого и обратного отвесов;
• механического использования кренометра;
• фотограмметрического способа.

Подготовка мониторинговых измерений

Мониторинг зданий и сооружений вертикального смещения начинается с установления, закрепления исходных и контрольных реперов. Как минимум должно быть три грунтовых или четыре стенных репера. Такое их количество необходимо для контрольных измерений по определению их устойчивого положения. Соответственно выбранной схеме деформационной сети в конструкциях сооружений размещаются определенное количество марок. Глубины заложения реперов регулируется в зависимости от состава грунтов и классов точности. Они обязательно размещаются по особым условиям и нужно учесть многочисленные факторы:

• удобство прохода к ним;
• достаточного пространства и обзора в нужных направлениях для установки приборов и проведения съемок;
• по определению расстояний их закладки от наблюдаемых сооружений, а именно: как минимум соответствующей тройной глубины залегания грунта;
• отсутствия проезда любого общественного и тяжелого транспорта, который создает вибрацию грунтов;
• устойчивости расположения зон, отличных от влияния строительной площадки, откосов, осадочных смещений грунтов, подземных инженерных сооружений, горных выработок и других, всевозможных не совсем благоприятных геологических условий;
• зон влияния строящегося или окружающих зданий и их коммуникационных сетей.

Как правило, репера и марки сдаются под охрану организации, проводящей на участке строительные или эксплуатационные работы. При этом составляется акт передачи с абрисами. Согласно определенной цикличности наблюдений обязательно измеряются контрольные превышения между реперами и, таким образом, определяется их устойчивость.

Деформационные сети закладываются в виде марок в нижних частях сооружений по периметру, в том числе по углам блоков здания с учетом нахождения деформационных швов, в несущих конструкциях. Схема закладки деформационных марок согласовывается между проектной и строительной (эксплуатируемой) организацией.

Подготовительные работы для начала первого цикла наблюдений горизонтальных смещений и крена строительных конструкций также начинается с закладки:

• исходных опорных пунктов в виде бетонных пилонов, с закрепленной на их верху площадкой и внутри его шпилькой с резьбой определенного шага для установки и производства наблюдений геодезическими приборами ;
• деформационных марок, расположенных соответственно указанной схеме проекта (программы) геодезического мониторинга;
• ориентирные знаки, которые могут быть специально для этого сооружены или другие видимые и наиболее удобные для долговременных наблюдений.

Организация и технология геодезического мониторинга

Мониторинг зданий и сооружений производится по поручению заказчика строительства выбранной для этого проектной организацией и специализированной геодезической организацией, имеющей инструментарий, специалистов и опыт проведения таких специфических работ. С генеральным подрядчиком строительства и его производственно-технической и геодезической службами согласовываются все необходимые этапы работ мониторинга, места, сроки закладки в строительных конструкциях марок, реперов и опорных пунктов.

Проекты или программы геодезического мониторинга состоят из пояснительной записки, в которую входят:

• общая часть;
• система мониторинга на строительной площадке и окружающей территории;
• выводы и рекомендации;
• приложения с методиками выполнения измерений вертикальных смещений, кренов и схемами, устройствами реперов, марок и мест их закладки с линейными привязками и абрисами.

Проектом предусматривается цикл (периоды) наблюдений, чаще всего ежеквартальные.

Согласованный проект, реализуется подрядной геодезической организацией с возможностью привлечения строителей по устройству всех марок и реперов. По окончании выполнения первых этапов работ геодезистами оформляется технический отчет. В нем приводятся:

• общие положения;
• методы и инструменты измерений;
• прилагаются все полевые измерения;
• указываются способы вычислений;
• оценка результатов измерений;
• приводятся сравнения, как с предыдущими наблюдениями, так и по накопительной ведомости.

В отчете приводятся таблицы, ведомости, исполнительные схемы, диаграммы, рисунки и кроки. В дальнейшем, в последующих технических отчетах, могут выполняться прогнозы по результатам оценки и анализа полученных данных измеряемых параметров.

Мониторинг зданий и сооружений можно приравнять к научно-исследовательским работам. Этот процесс является трудоемким, дорогостоящим и долговременным мероприятием. Его большая трудоемкость заключается в значительном объеме работ по закладке реперов и марок. Исследовательская часть работ выражена в применении знаний опытных специалистов строителей, геологов, гидрогеологов, геофизиков, геодезистов , связанных с различными научными и производственными сферами. Дорогостоящим считается в связи с использованием дорогостоящего оборудования и материалов. Например, одно только геодезическое оборудование в виде высокоточного нивелира со специальными инварными рейками и высокоточного электронного тахеометра , имеют соответствующую точности этих приборов очень высокую стоимость.

Воздействий

Цели мониторинга технического состояния зданий (сооружений), попадающих в зону влияния нового строительства и природно-техногенных воздействий, реализуют на основе:

Определения абсолютных и относительных значений деформаций конструкций зданий (сооружений) и сравнения их с расчетными и допустимыми значениями;

Выявления причин возникновения и степени опасности деформаций для нормальной эксплуатации объектов;

Принятия своевременных мер по борьбе с возникающими деформациями или по устранению их последствий;

Уточнения расчетных данных и физико-механических характеристик грунтов;

Уточнения расчетных схем для различных типов зданий (сооружений) и коммуникаций;

Установления эффективности принимаемых профилактических и защитных мероприятий;

Уточнения закономерностей процесса сдвижения грунтовых пород и зависимости его параметров от основных влияющих факторов.

Мониторинг технического состояния зданий (сооружений), попадающих в зону влияния нового строительства и природно-техногенных воздействий, планируют до начала строительства или ожидаемого природно-техногенного воздействия.

Научно-техническое сопровождение и мониторинг нового строительства или реконструкции объектов допускается осуществлять в соответствии с МРДС 02-2008.

При мониторинге технического состояния зданий (сооружений), попадающих в зону влияния нового строительства или реконструкции объектов, устраиваемых открытым способом, используют данные (радиус зоны влияния, дополнительные деформации и др.) в соответствии с МГСН 2.07-2001.

Оценку зоны влияния динамических воздействий на окружающие здания и сооружения при погружении свайных элементов строящихся зданий проводят в соответствии с СНиП 3.02.01-87.

Внешние границы мульды сдвижения на земной поверхности при подземном способе возведения объекта определяют по граничным углам, а внешние границы опасной ее части - по углам сдвижения. Значения этих углов зависят от свойств горных пород и определяются опытным путем. При отсутствии опытных данных значения граничных углов и углов сдвижения определяют в соответствии с приложением П ГОСТ 31937-2011. Углы разрывов принимают на 10° более углов сдвижения.

Определение значений ожидаемых максимальных сдвижений и деформаций земной поверхности и ожидаемых сдвижений и деформаций в точках мульды сдвижений при подземном способе возведения объекта проводят в соответствии с приложением Р ГОСТ 31937-2011.

Общую продолжительность процесса сдвижения земной поверхности над производимой подземной выработкой и период опасных деформаций определяют в соответствии с приложением С ГОСТ 31937-2011.

При мониторинге технического состояния зданий (сооружений), попадающих в зону влияния строительства или реконструкции объектов при подземном способе их возведения, проводят геодезическо-маркшейдерские работы, которые выполняются в процессе всего производственного цикла строительства объекта до затухания процесса деформирования как самого объекта, так и массива грунтовых пород в соответствии с согласованной в установленном порядке проектной документацией.

Составлению программы наблюдений должны предшествовать оценка и прогноз геомеханического состояния породного массива в районе крупного строительства и зоне его влияния на объекты, расположенные на земной поверхности.

Оценку геомеханического состояния до начала строительных работ проводят на основании геологических данных и инженерных изысканий. При этом особое внимание уделяют определению природного поля напряжений, характеристике тектонических нарушений, трещиноватости, слоистости, водообильности, карстообразованию и другим особенностям массива.

Прогноз изменения геомеханического состояния породного массива под влиянием горных работ проводят как для типовых условий строительства и эксплуатации объекта, так и для аварийных ситуаций (разрушение крепи котлованов, прорыв в них плывунов, развитие карстовых образований, активизация древних оползней и т. д.). Прогноз состоит из определения ожидаемых параметров развития геомеханических процессов, основными из которых являются:

Размеры и местоположения зон сдвижения;

Значения максимальных сдвижений и деформаций;

Характер распределения деформаций в мульде сдвижения;

Общая продолжительность процесса сдвижения и периода опасных деформаций.

Инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности и расположенными на ней объектами проводят в целях получения информации об изменении геомеханического состояния породного массива, на основании которой можно своевременно принимать необходимые профилактические и защитные меры.

Инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности и сооружений проводят с помощью системы реперов, закладываемых в грунт и конструкции зданий и сооружений, а за сдвижением толщи горных пород - с помощью глубинных реперов, закладываемых в скважины. На застроенных территориях для исключения возможности повреждений подземных коммуникаций места закладки реперов должны согласовываться с органами местной исполнительной власти. Закладка реперов и начальные наблюдения на них должны проводиться до начала строительства. Порядок разбивки наблюдательной сети реперов представлен в приложении Т ГОСТ 31937-2011.

Одновременно с разбивкой наблюдательной сети реперов должны намечаться места для закладки трех исходных реперов, с помощью которых в дальнейшем будет определяться положение опорных реперов профильной линии по высоте и контролироваться их неподвижность.

Для наблюдения за отдельными зданиями (сооружениями), попадающими в зону влияния нового строительства и природно-техногенных воздействий, закладывают стенные и грунтовые реперы. До начала наблюдений обследуют техническое состояние зданий (сооружений), измеряют динамические параметры, составляют паспорта.

Наблюдения за сдвижением земной поверхности, а также за деформациями зданий и сооружений, попадающих в зону влияния строительства подземного сооружения, заключаются в периодическом инструментальном определении положения реперов с фиксированием видимых нарушений, а также всех факторов, влияющих на значения и характер сдвижений и деформаций. Для зданий (сооружений) также проводят измерения их динамических параметров.

Наблюдения за деформациями оснований зданий (сооружений) проводят по ГОСТ 24846. При наблюдениях за зданиями определяют неравномерность оседаний фундаментов, фиксируют трещины и другие повреждения конструкций, надежность узлов их опирания, наличие необходимых зазоров в швах и шарнирных опорах. Для промышленных зданий определяют также относительные горизонтальные перемещения отдельно стоящих фундаментов колонн, крены фундаментов технологического оборудования, а при наличии мостовых кранов - отклонения от проектного положения подкрановых путей: поперечный и продольный уклоны, изменения ширины колеи и приближение крана к строениям.

Определение точности измерения вертикальных и горизонтальных деформаций проводят в зависимости от ожидаемого расчетного значения перемещения. При отсутствии данных по расчетным значениям деформаций оснований и фундаментов допускается устанавливать класс точности измерений вертикальных и горизонтальных перемещений:

I - для зданий (сооружений): уникальных, находящихся в эксплуатации более 50 лет, возводимых на скальных и полускальных грунтах;

II - для зданий (сооружений), возводимых на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах;

III - для зданий (сооружений), возводимых на насыпных, просадочных, заторфованных и других сильно сжатых грунтах;

IV - для земляных сооружений.

Предельные погрешности измерения крена в зависимости от высоты Н здания (сооружения) не должны превышать следующих значений, мм:

Для гражданских зданий (сооружений) - 0,0001Н;

Для промышленных зданий (сооружений) - 0,0005Н;

Для фундаментов под машины и агрегаты - 0,00001Н.

Геодезическими методами и приборами по наблюдательным реперам измеряют вертикальные и горизонтальные перемещения земной поверхности и, при необходимости, дна котлована. При появлении трещин на земной поверхности в пределах приоткосной зоны организуют дополнительные систематические наблюдения за их развитием по протяженности, ширине и глубине.

Одновременно с инструментальными наблюдениями на земной поверхности проводят маркшейдерские наблюдения непосредственно в подземном сооружении.

По материалам измерений, вычислений и геолого-маркшейдерской документации составляют заключение, содержащее необходимую информацию о состоянии зданий и сооружений, попадающих в зону влияния крупного нового строительства и природно-техногенных воздействий, изменении геомеханического состояния породного массива; степени опасности и скорости развития негативных процессов (при необходимости). К заключению прикладывают документацию, подтверждающую сделанные в нем выводы.

Форма заключения о техническом состоянии объекта, попадающего в зону влияния нового строительства и природно-техногенных воздействий, представлена в приложении У ГОСТ 31937-2011.

Приложение У
(обязательное)

Форма заключения (текущего) по мониторингу технического состояния зданий (сооружений), попадающих в зону влияния нового строительства и

природно-техногенных воздействий

Составляется головной организацией по результатам этапа мониторинга технического состояния зданий (сооружений), попадающих в зону влияния нового строительства и природно-техногенных воздействий.

Заключение по этапу мониторинга технического состояния объектов, попадающих в зону влияния нового строительства и природно-техногенных воздействий
1 Информация, определяющая местонахождение и тип воздействия (эпицентр природно-техногенного воздействия, адрес стройки)
2 Номер этапа мониторинга
4 Радиус зоны влияния воздействия
5 Перечень объектов, попадающих в зону влияния воздействия
6 Головная организация этапа мониторинга
7 Перечень организаций, проводивших этап мониторинга технического состояния объектов, с указанием, какой объект обследовался и какой организацией
8 Перечень объектов, категория технического состояния которых соответствует ограниченно работоспособному состоянию
9 Перечень объектов, категория технического состояния которых соответствует аварийному состоянию
10 Общая оценка ситуации
11 Информация, требующая экстренного решения возникших проблем безопасности

Приложения - Заключения по этапу мониторинга технического состояния каждого объекта, находящегося в ограниченно работоспособном или аварийном состоянии (см. приложение Н).

Заключения по этапу мониторинга технического состояния каждого объекта, не находящегося в ограниченно работоспособном или аварийном состоянии (см. приложение Л).

Совмещенный план наблюдательной системы реперов и подземного сооружения.

Вертикальные геологические разрезы по профильным линиям.

Ведомости сдвижений реперов в вертикальной и горизонтальной плоскостях по направлению профильной линии.

Ведомости скоростей смещения реперов.

Ведомости оседания реперов и измеренных длин интервалов между ними.

Результаты вычислений по каждому из реперов оседания земной поверхности по всем расчетным интервалам между реперами:

Наклонов, кривизны, радиусов кривизны, горизонтальных деформаций;

Характерных точек мульды сдвижения относительно границ подземного сооружения (границ зоны влияния, точек с максимальными растяжениями и сжатиями, точек с максимальными наклонами, точек с максимальной кривизной;

Участков земной поверхности, на которых образовались сосредоточенные деформации в виде трещин, ступеней и уступов).

Общие положения

Геотехнический мониторинг – комплекс работ, основанный на натурных наблюдениях за поведением конструкций вновь возводимого или реконструируемого сооружения, его основания, в том числе грунтового массива, окружающего (вмещающего) сооружение, и конструкций сооружений окружающей застройки.

Целью геотехнического мониторинга является обеспечение безопасности строительства и эксплуатационной надежности объектов нового строительства или реконструкции и сооружений окружающей застройки за счет своевременного выявления изменения контролируемых параметров конструкций и грунтов оснований, которые могут привести к переход у объектов в ограниченно работоспособное или аварийное состояние

Задачи, решаемые при проведении геотехнического мониторинга, определяются СП22.13330.2011 (пункт 12.2).

Объекты нового строительства и реконструкции, подлежащие геотехническому мониторингу, устанавливаются СП 22.13330.2011 (пункт 12.4) в зависимости от уникальности объекта, уровня ответственности сооружений, категории сложности инженерно-геологических условий и глубины котлована. Уникальность объекта и уровень ответственности сооружения устанавливаютсяв соответствии с Федеральным законом от 30 декабря 2009 г. N384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», Градостроительным кодексом РФ от 29.12.2004 N190-ФЗ и указаниями ГОСТ 27751.

Сооружения окружающей застройки уровней ответственности КС-3 (повышенный) и КС-2 (нормальный), в т.ч. подземные инженерные коммуникации, подлежат геотехническому мониторингу при их расположении в зоне влияния нового строительства или реконструкции, размеры которой определяются по результатам геотехнического прогноза. При отсутствии результатов геотехнического прогноза влияния возводимого сооружения объекты геотехнического мониторинга окружающей застройки назначаются по предварительной зоне влияния, определяемой в соответствии с указаниями СП22.13330.2011 (пункт 9.36).

Геотехнический мониторинг объектов нового строительства и реконструкции, а также сооружения окружающей застройки, в т.ч. подземных инженерных коммуникаций, осуществляют в соответствии с программой, которая разрабатывается и утверждается в составе проектной документации.

Для сооружений уровня ответственности КС-3 (повышенный) при III категории инженерно-геологических условий или по специальному заданию в других случаях на основании программы разрабатывается проект геотехнического мониторинга (наблюдательной станции).

Наблюдательная станция геотехнического мониторинга в период строительства должна обеспечивать возможность ее последующего включения в структурированную систему мониторинга и управления инженерными системами сооружений (СМИС)в случае, если предусмотрена система мониторинга объекта в период эксплуатации. При этом используемые приборы и оборудование рекомендуется подбирать исходя из условий обеспечения проектного срока действия системы мониторинга в период эксплуатации, требуемой точности и устойчивости к внешним воздействиям, возможности дистанционного снятия показаний

Разработка программы и проекта геотехнического мониторинга, а также его проведение выполняется специализированными организациями, основным направлением деятельности которых является выполнение комплексных инженерных изысканий и проектирование оснований, фундаментов и подземных частей сооружений, располагающими квалифицированным и опытным персоналом, соответствующим сертифицированным оборудованием и программным обеспечением.

Строительных конструкций

Рассмотренные выше системы мониторинга напряженно-деформированного состояния строительных конструкций разрабатываются на основе различных датчиков: тензорезисторов, волоконно-оптических, пьезоэлектрических и струнных. Следовательно, для выбора системы мониторинга необходимо проанализировать датчики, на основе которых она построена.

ЗАО «Триада- Холдинг»

Струнный датчик напряжения.

Струнный датчик напряжения используется для измерения напряжений. Состоит из катушки и струнного элемента с выпусками из металлических стержней с обоих концов. Датчики приваривают к арматурному каркасу или крепят на поверхность металлической конструкции. Датчики отличает повышенная прочность, надежность и герметичность. Данные с датчиков можно считывать как в индивидуальном режиме, так и составе системы сбора данных.

Достоинства: прочный, надежный, простой в работе, подходит для использования при считывании и накоплении данных в дистанционном режиме, герметичен (водонепроницаем), калибруется индивидуально, большая длина кабеля не влияет на устойчивость сигнала, не реагирует на изгибание, встроенный термистор.

Рис. 1.12 Общий вид датчика напряжений.

Замоноличиваемый струнный тензометр.

Замоноличиваемые струнные тензометры фирмы Soil Instruments предназначены для измерения деформаций в железобетонных конструкциях. Измерительный сенсор датчика состоит из струнного элемента, прикрепленного к специальным фланцам на концах корпуса датчика и вторичного преобразователя в виде электромагнитной катушки.

Корпус датчика изготовлен из нержавеющей стали. Измерительная база составляет 150 мм. Перед заливкой бетона датчик можно крепить к арматуре обычной вязальной проволокой или создавать 2-, 3- или 4-направленную розетку, обеспечивая, таким образом, возможность измерения деформаций в нескольких направлениях. Кроме того, датчик можно замоноличивать в бетонный блок для последующего замоноличивания всего блока (с установленным датчиком внутри) в новую конструкцию или в предварительно прорезанные отверстия в существующей конструкции. После замоноличивания датчика блок с электромагнитной катушкой, установленный на корпусе датчика, фиксирует любые деформации в конструкции.

Датчики можно опрашивать индивидуально либо автоматически в дистанционном режиме (если они являются частью системы сбора данных).

Кабели от датчиков прокладывают к считывающему устройству или измерительному пункту, и их, так же как и датчик, следует предохранять от повреждений во время заливки бетона.

Рис. 1.13 Замоноличиваемый струнный тензометр.

Беспроводной датчик наклона для измерения относительных смещений конструкции.

Электроуровни представляют собой жидкостные датчики, не содержащие подвижных частей. Они получают питание по мостовой или полумостовой схеме, а их выходная мощность зависит от величины и направления отклонения датчика. В датчик встроены выпрямитель и цифровой радиоприемник. Диапазон работы приемника составляет до 1000 м (в зависимости от модели и условий установки). Для передачи данных в цифровом формате применяется система кодирования сигнала.

Датчик имеет компактные размеры. Устанавливать датчик следует с таким расчетом, чтобы он не был подвержен температурным воздействиям, а также, чтобы при установке и в процессе эксплуатации имелась возможность проводить его обнуление.

Конструкция датчика предполагает установку непосредственно на поверхность конструкции. Датчик потребляет очень мало энергии и не создает электромагнитных помех.

Достоинства прибора: беспроводная связь между датчиком и накопителем данных, срок службы 10 лет (при считывании данных каждый час), передача данных в цифровом формате обеспечивает высокое качество и безопасность работы, возможность построения полного профиля вертикальных смещений, возможность автоматизации работы с помощью программного обеспечения «I-Site».

Рис. 1.14 Беспроводной датчик наклона.

Струнный датчик нагрузки.

Струнный датчик нагрузки состоит из стального корпуса цилиндрической формы со встроенными струнными чувствительными элементами (до 6 штук) для измерения сжатия цилиндра под действием нагрузки. Прочный многожильный кабель с оплеткой из ПВХ используется для соединения датчика со считывающим устройством через терминал. Как вариант возможно подключение датчиков напрямую к считывающему устройству. Для распределения нагрузки и компенсации неточностей выравнивания при установке под датчик помещают опорную плиту. Еще одну опорную плиту располагают между датчиком и анкером или устройством для натяжения болтов. Чтобы обеспечить получение надежных результатов, плиту замоноличивают так, чтобы ее верхняя грань была установлена плоско и перпендикулярно болту или кабелю.

Терминал требуется для соединения каждого чувствительного элемента датчика. (Показания усредняются считывающим устройством, и значение представляется на дисплее в инженерных единицах).

Рис. 1.15 Струнный датчик нагрузки.

Струнный датчик давления грунта.

Струнные датчики давления грунта предназначены для измерения давления в грунтовых массивах или насыпных конструкциях. Плоский элемент круглой формы состоит из двух сваренных по периферии пластин из нержавеющей стали, узкий зазор между которыми заполнен гидравлическим маслом; струнный преобразователь соединен с плоским элементом короткой стальной трубкой, образуя закрытую гидравлическую систему.

Датчик (элемент и преобразователь) устанавливают в среде, за которой осуществляется наблюдение, а армированный кабель соединяет его с терминалом, портативным считывающим устройством или накопителем данных. Точность показаний не зависит от длины кабеля.

Рис. 1.16 Струнный датчик давления грунта.

Датчик трещин BCD-5B.

Датчик трещин создан для измерения трещин, появляющихся в бетонных конструкциях и скалистом основании в шахтах и на карьерах. Обычные датчики трещин обладают большим измерительным усилием и не могут обеспечить высокую точность измерений, если не зафиксированы жестко. Более того, их трудно устанавливать на слабом скалистом грунте. По сравнению с ними для получения точных измерений датчик BCD-5B обладает чрезвычайно малым измеряемым усилием при простоте установки даже на слабом скалистом основании.

Волоконно-оптический датчик деформаций (СВОДД).

Волоконно-оптические датчики могут использоваться в ситуациях, в которых электронные устройства либо вообще нельзя использовать, либо такое использование сопровождается значительными трудностями и расходами.

Специалистами НПК «Мониторинг-Центр» ведутся интенсивные работы по созданию систем строительного мониторинга на базе волоконно-оптических измерительных систем. Сегодня НПК «Мониторинг-Центр» предлагает датчики деформаций и температуры, которые могут быть использованы в широком классе задач по обеспечению контроля уровня безопасности здания.

Технические характеристики комплекса измерения деформаций на базе СВОДД

Базовым датчиком, используемым в системе мониторинга, является волоконно-оптический датчик деформаций. Датчик имеет несколько вариантов исполнения, позволяющих заливать его в железобетонную конструкцию или крепить на поверхности строительных элементов. Установка датчиков в точках потенциального источника деструкции (большие нагрузки, моменты) регламентируется на стадии проекта. Контроль может вестись как в течение монтажа, так и во время эксплуатации сооружения. Электронный блок обработки сигналов получает постоянную информацию о состоянии конструкции во внутренних и внешних точках контроля. Сопоставление этой информации с проектными данными в постоянном режиме позволяет делать выводы о «здоровье» конструкции.

Измеритель сигналов волоконно-оптических датчиков (ИСВОД)

Технические характеристики.

Используемый в системе мониторинга электронный блок передачи и обработки сигналов (ИСВОД) имеет унифицированную структуру. Передача сигналов может осуществляться как по волоконно-оптическим каналам связи, так и по имеющимся электрическим сетям (что не требует дополнительных работ по оборудованию каналов связи), а также и в беспроводном формате.

Применение волоконно-оптических датчиков ЗАО «Мониторинг-Центр» в строительных конструкциях и сооружениях.

Вывод:

Датчики, на основе которых построены системы мониторинга обладают рядом достоинств и недостатков.

Тензодатчики. Достоинства: малые габариты и вес; малоинерционость, что позволяет применять тензодатчики как при статических, так и при динамических измерениях; обладают линейной характеристикой; позволяют дистанционно и во многих точках проводить измерения; способ установки их на исследуемую деталь не требует сложных приспособлений и не искажает поле деформаций исследуемой детали.

Основные недостатки тензодатчиков это температурная чувствительность, что в условиях крайнего севера сводит на нет все достоинства тензорезисторов, и малый выходной сигнал, который трудно измерять с высокой точностью.

Струнные датчики. Достоинства: стабильная частота выходного сигнала, нечувствительность к большой длине кабеля, меньшая по сравнению с тензодатчиками чувствительность к окружающей среде.

Основной недостаток однострунных датчиков - резко нелинейная статическая характеристика. У дифференциальных струнных датчиков нелинейность статической характеристики значительно меньше. Точность преобразования струнных датчиков увеличивается, если основной составляющей жёсткости механической системы является жёсткость струны.

Наиболее подходящим типом датчиков для применения в условиях крайнего севера и агрессивной среды являются волоконно-оптические датчики. Обладая рядом преимуществ:

Невосприимчивость к электромагнитным помехам;

Устойчивость к воздействиям внешней среды;

Твердотельная структура позволяет выдерживать предельные уровни вибрационных и ударных нагрузок;

Высокая чувствительность и широкополосность позволяют измерять и передавать информацию на значительное расстояние;

Отсутствие взаимной интерференции;

Взрывобезопасность (гарантируется абсолютной неспособностью волокна быть предпосылкой искры);

Высокая коррозионная стойкость, в особенности к химическим растворителям, маслам, воде;

Практически не имеют недостатков.

Наиболее подходящими датчиками для системы мониторинга напряженно-деформированного состояния строительных конструкций являются волоконно-оптические датчики, несмотря на их цену (от 45 до 65 тыс. руб.) они наилучшим образом подходят для работы в агрессивных условиях, а также в условиях крайнего севера (работают при температуре до -60°С). Немаловажным является и тот факт, что максимальное удаление датчика от станции составляет 1000 метров без ухудшения передаваемого сигнала, что является недостижимым результатом для датчиков другого типа.

Примеры проектирования и эксплуатации систем мониторинга конструкций и оснований зданий и сооружений.

ТЕМА 3. ОБЩИЙ МОНИТОРИНГ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. МОНИТОРИНГ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, НАХОДЯЩИХСЯ В ОГРАНИЧЕННО РАБОТОСПОСОБНОМ ИЛИ АВАРИЙНОМ СОСТОЯНИИ. МОНИТОРИНГ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ПОПАДАЮЩИХ В ЗОНУ ВЛИЯНИЯ НОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА, РЕКОНСТРУКЦИИ И ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ. МОНИТОРИНГ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УНИКАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ.

Общий мониторинг технического состояния зданий и сооружений

Общий мониторинг технического состояния зданий и сооружений – это система наблюдения и контроля, проводимая по определенной программе, утверждаемой заказчиком, для выявления объектов, на которых произошли значительные изменения напряженно-деформированного состояния несущих конструкций или крена, и для которых необходимо обследование их технического состояния (изменения напряженно-деформированного состояния характеризуются изменением имеющихся и возникновением новых деформаций или определяются путем инструментальных измерений).

Общий мониторинг технического состояния зданий и сооружений проводят для выявления объектов, изменение напряженно-деформированного состояния которых требует обследования их технического состояния.

При общем мониторинге, как правило, не проводят обследование технического состояния зданий и сооружений в полном объеме, а проводят визуальный осмотр конструкций с целью приблизительной оценки категории технического состояния, измеряют динамические параметры конкретных зданий и сооружений (см. приложение Л ГОСТ 31937-2011) и составляют паспорт здания или сооружения (см. приложение М ГОСТ 31937-2011).

Если по результатам приблизительной оценки категория технического состояния здания или сооружения соответствует нормативному или работоспособному техническому состоянию, то повторные измерения динамических параметров проводят через два года.

Если по результатам повторных измерений динамических параметров их изменения не превышают 10 %, то следующие измерения проводят еще через два года.

Если по результатам приблизительной оценки категория технического состояния здания или сооружения соответствует ограниченно работоспособному или аварийному состоянию или если при повторном измерении динамических параметров здания или сооружения результаты измерений различаются более чем на 10 %, то техническое состояние такого здания или сооружения подлежит обязательному внеплановому обследованию.

По результатам общего мониторинга технического состояния зданий и сооружений исполнитель составляет заключение (см. приложение К ГОСТ 31937-2011) по этапу общего мониторинга технического состояния зданий и сооружений и заключения о техническом состоянии каждого здания и сооружения, по которым проводился общий мониторинг технического состояния (см. приложение Л ГОСТ 31937-2011).

Приложение К
(обязательное)

Форма заключения (текущего) по этапу общего мониторинга
технического состояния зданий (сооружений)

Заключение составляется головной организацией по результатам этапа общего мониторинга технического состояния зданий (сооружений).

Заключение по этапу общего мониторинга технического состояния зданий (сооружений)
1 Перечень адресов объектов
2 Номер этапа мониторинга
3 Время проведения этапа мониторинга
4 Головная организация этапа мониторинга
5 Перечень организаций, проводивших этап мониторинга технического состояния объектов, с указанием, какой объект обследовался и какой организацией
6 Перечень объектов, категория технического состояния которых соответствует ограниченно работоспособному состоянию
7 Перечень объектов, категория технического состояния которых соответствует аварийному состоянию
8 Общая оценка ситуации
9 Информация, требующая экстренного решения возникших проблем безопасности

Приложение - Заключения по мониторингу технического состояния каждого объекта при общем мониторинге технического состояния зданий и сооружений города см. в приложении Л.

Приложение Л
(обязательное)

Форма заключения (текущего) по этапу мониторинга технического состояния объекта
при общем мониторинге зданий (сооружений)

Заключение по этапу мониторинга технического состояния объекта при общем мониторинге технического состояния зданий и сооружений
1 Адрес объекта
2 Номер этапа мониторинга
3 Время проведения этапа мониторинга
4 Организация, проводившая этап мониторинга
5 Предыдущее значение крена объекта вдоль большой оси
6 Текущее значение крена объекта вдоль большой оси
7 Предыдущее значение крена объекта вдоль малой оси
8 Текущее значение крена объекта вдоль малой оси
9 Предыдущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль большой оси
10 Текущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль большой оси
11 Предыдущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль малой оси
12 Текущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль малой оси
13 Предыдущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль вертикальной оси
14 Текущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль вертикальной оси
15 Предыдущее значение логарифмического декремента основного тона собственных колебаний вдоль большой оси
16 Текущее значение логарифмического декремента основного тона собственных колебаний вдоль большой оси
17 Предыдущее значение логарифмического декремента основного

Объект капитального

Капитальный ремонт здания

Реконструкция здания

Модернизация здания

Моральный износ здания

Физический износ здания

Усиление -

Причины, вызывающие необходимость проведения технического обследования

Необходимость проведения обследования - его состав, объем и характер -продиктовано ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния».

Обследование и мониторинг технического состояния зданий и сооружений проводят в соответствии с предварительно разработанными программами.

Первое обследование технического состояния зданий и сооружений проводится не позднее чем через два года после их ввода в эксплуатацию. В дальнейшем обследование технического состояния зданий и сооружений проводится не реже одного раза в 10 лет и не реже одного раза в пять лет для зданий и сооружений или их отдельных элементов, работающих в неблагоприятных условиях (агрессивные среды, вибрации, повышенная влажность, сейсмичность района 7 баллов и более и др.). Для ункальных зданий и сооружений устанавливается постоянный режим мониторинга.

Техническое обследование также необходимо проводить:

По истечении сроков эксплуатации здания;

При обнаружении значительных и опасных дефе-

ктов и повреждений в процессе эксплуатации зда-

По результатам последствий пожаров, стихийных бедствий, аварий, связанных с разрушением здания (сооружения);

По инициативе собственника объекта;

При изменении технологического назначения здания (со - оружения);

По предписанию органов, уполномоченных на ведение го сударственного строительного надзора

Обнаруженные повреждения и дефекты конструкций вследствие температурных, коррозионных, силовых воздействий, нарушение геометрии строительных конструкций и всего здания;

Просадки и неравномерные осадки и деформации фундаментов;

Планируемые увеличения эксплутационных нагрузок в связи с изменением функционального назначения здания;

Реконструкция зданий во всем многообразии сопровождающих ее целей;

Возобновление остановленного строительства при отсутствии своевременной консервации, а при выполнении консервации – по истечении более 3 лет;

Необходимость контроля технического состояния вследствие произошедших стихийных бедствий (пожар, землетрясение, техногенные аварии);

Отсутствие проектной и исполнительной документации объекта;

Необходимость оценки состояния конструкций здания, находящегося вблизи строящихся объектов.

Состав программы обследования

Программой обследования устанавливают:

Перечень подлежащих обследованию строительных конструкций;

Перечень подлежащих обследованию инженерного оборудования и инженерных сетей;

Места и методы инструментальных измерений и испытаний конструкций не разрушающими методами;

Места вскрытия и отбора проб материалов, в том числе грунтов и для их испытания в лабораториях;

Необходимость проведения дополнительных инженерно-геологических изысканий;

Перечень необходимых поверочных расчетов;

Методы и способы исследований;

Перечень приборной базы исследований;

График выездов (посещений) на объект;

Состав экспертов и других специалистов

Детальное (инструментальное) обследование

Измеритель прочности бетона ОНИКС-2.3

Прибор действует по принципу склерометра и предназначен для оперативного определения прочности и однородности бетона ударно-импульсным методом. Прибор также применяется для оценки прочности, твердости, пластичности других материалов – полнотелого кирпича, растворов и т.д. Диапазон измерений от 2 до 100 мПа.

Погрешность 5 %.

Память 1000 серий или 200 серий по 15 ударов.

Прибор оснащен интерфейсом и программой обработки результатов.

Прибор универсальный ультразвуковой ПУЛЬСАР-1.0

Прибор предназначен для измерения времени и скорости распространения ультразвуковых волн в твердых материалах при поверхностном и сквозном прозвучивании. Прибор позволяет определять прочность, плотность и модуль упругости по установленным корреляционным зависимостям.

Основные виды контролируемых материалов: бетон (тяжелый, легкий), кирпич (керамический и силикатный).

Фиксированная база измерений 100 мм

Рабочая частота колебаний 60 кГц

Память результатов 200 серий

Питание от аккумуляторов (АА) 3,6 В

Регистратор РТВ

Серия регистраторов РТВ, выполненных на базе изделий DS1921-23, предназначена для регистрации тепловых процессов во времени и мониторинга температуры во времени с последующей обработкой информации на персональном компьютере. За счет малых габаритов (Ø17х6 мм) и полной автономности (регистраторы имеют встроенную литиевую батарею), герметичности, виброустойчивости регистраторы могут быть установлены в труднодоступных местах, там, где применение других средств контроля невозможно. Регистраторы РТВ являются эффективной заменой применяемых в настоящее время громоздких и неудобных в эксплуатации самопишущих приборов.

Большой набор функций и режимов работы делает РТВ чрезвычайно эффективным для регистрации и контроля температуры и влажности в следующих случаях:

Строительство и производство стройматериалов (в т.ч. дорожное строительство);

Транспортирование и хранение (склады, хранилища);

Контроль температуры изделий и техники при работе оборудования («Термошпион»);

Варианты исполнения прибора:

РТВ-2.0…РТВ-2.1 – регистраторы температуры;

РТВ-3.0 – регистраторы влажности.

Диапазон измеряемых температур

РТВ-2.0 от 0 до +85ºС

РТВ-2.1 от -40 до + 85ºС.

Основная абсолютная погрешность измерения температуры ±1ºС в диапазоне от -40 до +70ºС; ±2ºС в диапазоне от +70 до +125ºС.

Диапазон измеряемой влажности (для РТВ-3.0) от 0 до 100%.

Встроенные часы/календарь, отсчитывающие время от секунды до годов (с учетом високосных лет) с точностью хода не ниже ±2 мин/месяц при температуре от 0 до +45ºС.

Период отсчетов регистрируемых температуры и влажности от 1 до 273 часов.

Количество сохраняемых отсчетов температуры – до 2048, при этом длительность регистрируемого процесса – от 1,5 суток до 362 суток.

Все зафиксированные отсчеты температуры и влажности сохраняются с привязкой к реальному времени с точностью до минуты.

Обмерные работы

Цель обмерных работ – определение или уточнение геометрических размеров зданий, конструкций и их элементов, установление их соответствия проекту.

Объем и состав обмерных работ устанавливают во время предварительного обследования.

Обмерные работы производятся с помощью измерительных инструментов: рулетки, складных реек, наборов металлических линеек и угольников. Используются уровни, отвесы, штангенциркули, шаблоны и др. Положения основных базовых линий, углов и отметок должны определяться с помощью геодезических приборов – теодолита и нивелира. Погрешность измерений при этом должна быть не более 0,2 допускаемых величин отклонений .

Результаты обмеров наносятся на копии рабочих чертежей здания или на эскизы для последующего изготовления (восстановления) чертежей.

Состав обмерных работ включает:

Уточнение разбивочных осей здания;

Проверку пролетов и шагов конструкций;

Замер основных параметров несущих конструкций;

Определение фактических размеров сечений;

Проверку вертикальности и соосности конструкций, параметров площадок опирания в узлах;

Измерение прогибов, наклонов, перекосов, выпучивания, смещений;

В железобетонных и каменных конструкциях определение наличия трещин и величины их раскрытия;

В металлических конструкциях определяют сечения элементов, длину, катеты сварных швов, наличие деформаций элементов, а также наличие специальной обработки;

В деревянных конструкциях измеряют длины элементов, их искривление и коробление, наличие и размеры трещин, размеры участков биологического поражения.

Измерение температур

При теплотехнических исследованиях ограждающих конструкций производятся измерения температур твердых, газовых, жидкостных и сыпучих тел в диапазоне от минус 70 до плюс 1600 °С.

Измерения могут проводиться контактным и бесконтактным методом.

К контактным приборам относятся термометры: биметаллические, жидкостные, полупроводниковые и электрические, а также на основе термопар.

К бесконтактным приборам относятся: тепловизоры, инфракрасные термометры и пиранометры.

Для проведения термомониторинга используют автоматические самописцы или съемные электронные кассеты с цифровой памятью. При выявлении влияния на участки измерения источников излучения участки необходимо экранировать, сохраняя вокруг них свободное движение воздуха. Термопары применяют, в основном, для измерения температурных газовых и жидких сред, сыпучих материалов. При этом используются преимущественно хромель-копелевые (ХК), хромель-алюмелевые (ХА) и медь-константоновые термопары (ТМК).

Вторичными (считывающими) приборами для термопар являются высокоточные потенциометры КП-59, самопишущие ЭПП-09, ПОР.

Тарировочные графики для термопар обычно строятся из сопоставительных испытаний термопары во время таяния льда в термосе, где температура определяется с помощью ртутного термометра.

Бесконтактные методы измерения температур реализуются с помощью оптических пиранометров ОПИР-017 (в диапазоне -18…+400×°С), а также бесконтактных термометров типа «Thermoparu ±750».

Для получения температурного поля в ограждающих конструкциях используют тепловизоры АТП-44-М (ГОСТ 22629-85), AGA «Thermovizion-750», «Thermovizion-470».

Измерение кренов здания

Почти все старые здания, подлежащие реконструкции, приобретают крен – отклонение конструкций и вертикальных обрезов здания от нормального положения к горизонтальной плоскости в уровне планировки.

Крен зданийизмеряют следующими способами:

Вертикального проецирования с помощью отвеса;

Вертикального проецирования теодолитом или прибора оптического вертикального визирования;

Горизонтальных углов и угловых засечек.

Способ вертикального проецирования с помощью отвеса – самый простой и доступный, но применим для относительно невысоких зданий (h ≤ 15 м), что связано с трудностями закрепления верхних точек и влиянием ветра на отклонение нити отвеса. При этом способе отвес закрепляют наверху здания в крайней точке В , а отклонения нити отвеса от нижней точки А измеряют миллиметровой линейкой в двух взаимно перпендикулярных плоскостях здания (см. рис. 4.13, а), затем вычисляют общую линейную величину крена (l ) по формуле

Рис. 4.13. Схема измерения крена здания:

а – отвесом; б – с помощью теодолита

Относительную величину крена i вычисляют по формуле

, (4.27)

где

h

−

высота здания, м.

Угловую величину крена α, определяющую его направление, вычисляют следующим образом:

. (4.28)

Вертикальное проецирование с помощью теодолита выполняют так:

Теодолит устанавливают над постоянным знаком, находящимся в створе с одной из вертикальных плоскостей здания на расстоянии (1,5-2)·h ;

Наводят вертикальную ось трубы теодолита на хорошо обозначенную и видимую точку В ;

Трубу опускают до точки В" и берут отсчет по миллиметровой линейке внизу, в точке В" , которая приставлена к нижнему участку стены. Таким образом, измеряют горизонтальное отклонение от исходной точки В до В" , что обозначают ∆х ;

Измерение повторяют относительно другой плоскости этого же угла здания (см. рис. 4.13, б).

Вопросы для самопроверки

1. Поясните, чем отличается реконструкция зданий от ремонтов: капитального, текущего.

2. Какие причины вызывают постановку технического обследования?

3. Какова последовательность работ при проведении предварительного обследования?

3.1. В каких случаях начинается детальное техническое обследование?

4. В чем преимущество неразрушающих методов исследования конструкций перед лабораторными с отбором проб?

7. Как определяется моральный износ здания?

8. По каким критериям определяются условия теплозащиты здания?

9. Какие геодезические работы проводятся при реконструкции?

10. Для чего выполняются наблюдения за осадками фундаментов?

11. Как измеряется крен здания?

Общий мониторинг технического состояния зданий-

Система наблюдения и контроля, проводимая по определенной программе, утверждаемой заказчиком, для выявления объектов, на которых произошли значительные изменения напряженно-

деформированного состояния несущих конструкций или крена и для которых необходимо обследование их технического состояния.

Динамические параметры зданий (сооружений)- Параметры зданий и сооружений, характеризующие их динамические свойства, проявляющиеся при динамических нагрузках, и включающие в себя периоды и декременты собственных колебаний основного тона и обертонов, передаточные функции объектов, их частей и элементов.

Уникальное здание (сооружение)- Объект капитального

строительства, в проектной документации которого предусмотрена хотя бы одна из следующих характеристик: высота более 100 м, пролеты более 100 м, наличие консоли более 20 м, заглубление подземной части (полностью или частично) ниже планировочной отметки более чем на 15 м, с пролетом более 50 м или со строительным объемом более 100 тыс. м3 и с одновременнымпребыванием более 500 человек

Капитальный ремонт здания - комплекс строительных и организационно-технических мероприятий по устранению физического и морального износа, не предусматривающих изменение основных технико-экономических показателей здания или сооружения (площади,объема), включающих замену отдельных несущих конструктивных элементов и систем инженерного оборудования в случае необходимости.

Реконструкция здания - комплекс строительных работ и организационно-технических мероприятий, связанных с изменением основных технико-экономических показателей (нагрузок, планировки помещений, строительного объема и общей площади здания, инженерной оснащенности) с целью изменения условий.

Модернизация здания - частный случай реконструкции, предусматривающий изменение и обновление объемно-планировочного и архитектурного решений существующего здания старой постройки и его морально устаревшего инженерного оборудования в соответствии с требованиями, предъявляемыми действующими нормами к эстетике условий проживания и эксплуатационным параметрам жилых домов и производственных зданий.

Моральный износ здания - постепенное (во времени) снижение основных эксплуатационных показателей по уровню комфорта проживания или работы людей по отношению к современному, технических и санитарных требований эксплуатации зданий.

Физический износ здания - ухудшение технических и связанных с ними эксплуатационных показателей здания, вызванное причинами эксплуатации.

Усиление - комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение несущей способности и эксплуатационных свойств строительной конструкции или здания и сооружения в целом по сравнению с фактическим состоянием или проектными показателями.