Мониторинг зданий и сооружений

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:

• триангуляции;
• створных наблюдений;
• отдельных направлений;
• трилатерации;
• фотограмметрии;
• полигонометрии.

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.