Мониторинг деформационных процессов строительных и инженерных объектов

Цели мониторинга

Специалистами Центра «Геодинамика» накоплен значительный опыт в организации мониторинга деформационных процессов строительных и инженерных объектов методами высокотехнологичной инженерной геодезии.

Мониторинг деформационных процессов проводится в целях:

  • определения абсолютных и относительных величин деформаций;
  • выявления причин возникновения и степени опасности деформаций;
  • определения характеристик устойчивости оснований и надёжности фундаментов;
  • установления предельно допустимых величин деформаций;
  • прогнозирования развития деформационных процессов,
  • предупреждения возможных рисков;
  • принятия своевременных мер по борьбе с возникающими деформациями и устранения их последствий.

Геодезический мониторинг проводится для строящихся объектов и объектов, находящихся в зоне влияния строительства (в радиусе 5 глубин залегания), а также для эксплуатируемых зданий и сооружений.

Объекты мониторинга

  • Здания и сооружения промышленного и гражданского назначения
  • Высотные и уникальные объекты
  • Энергетические, гидротехнические, транспортные и другие сооружения
  • Памятники архитектуры и градостроительства

Контролируемые параметры

  • Нагрузки на опорные конструкции здания или сооружения со стороны перекрытий, снеговая нагрузка
  • Отклонение несущих конструкций от вертикали
  • Осадка (подъём) одних частей здания или сооружения относительно других
  • Раскрытие трещин и стыков на поверхности несущих конструкций, расхождение несущих конструкций
  • Поперечные и продольные напряжения в стальных, железобетонных и монолитно-бетонных конструкциях
  • Отклонение зданий или сооружений от вертикали и перемещение несущих конструкций
  • Давление фундамента на грунт и грунта на фундамент
  • Осадка и подъём здания или сооружения относительно грунта
  • Сжатие опорных колонн

Показания к проведению геодезического мониторинга

  • Строительство и эксплуатация высотных и уникальных объектов, энергетических, гидротехнических, транспортных и других сооружений, памятников архитектуры и градостроительства
  • Возведение зданий и сооружений на территориях существующей застройки
  • Прокладка инженерных сетей и коммуникаций
  • Изменения геологического или гидрологического режима
  • Сезонные климатические изменения

Состав работ

В процессе измерений деформаций определяются величины вертикальных смещений (осадок, просадок, подъёмов), горизонтальных смещений (сдвигов) и кренов.

Чтобы организовать геодезические наблюдения за вертикальными смещениями, в основание здания или сооружения по его периметру закладываются деформационные (осадочные) марки, по которым проводится высокоточное геометрическое нивелирование с использованием прецизионных цифровых нивелиров. Разностные значения высотных отметок осадочных марок, получаемые при каждом последующем цикле измерений, дают возможность анализировать абсолютные величины деформаций и скорости их изменений.

Геодезические измерения горизонтальных смещений проводятся преимущественно для объектов, расположенных в местах естественных уклонов (оползневые участки, склоны оврагов, берега рек и пр.).

Для выяснения полной картины состояния исследуемого объекта в одно и то же время с наблюдениями просадки его основания производится визуальный контроль (визуальное обследование) состояния стен и наружных поверхностей здания или сооружения. При визуальном осмотре фиксируются все имеющиеся трещины. На обнаруженных трещинах устанавливаются маяки, предназначенные для фиксации их дальнейшего развития. Визуальное обследование выполняется в те же периоды, что и измерения по осадочным маркам.

Для измерений горизонтальных смещений применяются геодезические высокоточные роботизированные станции.

По результатам наблюдений за деформациями зданий и сооружений составляется техническое заключение о состоянии и прогнозе развития выявленных деформаций, вырабатываются рекомендации по проведению соответствующих мероприятий, предупреждающих негативные последствия критических деформаций.

В целом мониторинг деформационных процессов зданий и сооружений предполагает выполнение следующих видов работ:

  • сбор и обобщение данных по проводимому ранее мониторингу исследуемых объектов (если таковой имел место) и использование этих данных при общем анализе состояния объектов;
  • создание исходного высотного обоснования (не менее чем из трёх реперов);
  • нахождение исходных реперов в районе производства работ, обследование их состояния на возможность использования в качестве исходной основы;
  • изготовление и закладка осадочных (деформационных) марок;
  • плановая привязка осадочных марок;
  • привязка исходных реперов к знакам существующей геодезической основы и приведение высотной исходной основы в единую систему высот с точностью, необходимой для обеспечения наблюдений за осадками фундаментов сооружения (нивелированием I класса);
  • рекогносцировка мест установки инструмента для обеспечения измерений между реперами и осадочными марками с целью создания стандартной схемы измерений, повторяющейся в каждом цикле с минимальными изменениями;
  • непосредственное выполнение измерений по реперам нивелированием I класса и осадочным маркам нивелированием II класса;
  • контроль устойчивости исходных реперов;
  • камеральная обработка выполненных измерений;
  • подготовка и выпуск отчётной документации.

НИЦ «Геодинамика» гарантирует:

  • сохранность геодезических марок на протяжении всего периода проведения работ по мониторингу деформационных процессов строительных и инженерных объектов;
  • своевременное информирование заказчика о выявлении проблемных зон, возникших в результате развития деформационных процессов, а также обо всех событиях деформационного характера, способных вызвать повреждение или разрушение исследуемых объектов;
  • предоставление, в соответствии с пожеланиями заказчика, отчётных материалов мониторинга специалистам проектных организаций и служб эксплуатации объектов.

Технология размещения осадочных марок

Размещение марок на здании или сооружении является одним из основных этапов организационной работы при измерении осадок фундаментов. От того, насколько правильно размещены марки, зависит полнота и чёткость измерений.

Осадочная марка на здании Благовещенского собора Московского Кремля

Тип марки выбирается в зависимости от возможностей её установки на конкретном объекте. Все установленные марки нумеруются яркой масляной краской. В качестве переходных точек при нивелировании используются башмаки или строительные дюбеля. При необходимости в качестве переходных точек можно предусмотреть установку дополнительных марок на объектах, расположенных рядом с исследуемым.

Осадочные марки являются постоянными точками для установки на них реек во время проведения измерений. Любая конструкция марки должна обеспечивать возможность установки рейки серединой её пятки при повторном нивелировании строго на одну и ту же точку. Для этого необходимо чтобы марка имела сферическую или полусферическую головку и закладывалась с расчётом возможности установки на неё рейки в вертикальном положении. В местах, для которых такая возможность отсутствует, необходимо предусмотреть размещение осадочных марок с расчётом последующего использования подвесных реек.

Размещение марок должно обеспечивать наиболее благоприятные условия для производства нивелирных работ. Все марки устанавливаются приблизительно на одном уровне, но не ниже 0,5 м от поверхности земли.

После установки марки должны быть привязаны в плане с точностью до 1 см к разбивочным осям, оконным или дверным проёмам, выступам, углам и т. п.

При уничтожении марки в процессе производства строительно-монтажных работ, марка подлежит восстановлению в непосредственной близости от места уничтоженной марки.

Схема расположения опорных знаков на Загорской ГАЭС

Мониторинг деформационных процессов строительных и инженерных объектов

Мониторинг деформационных процессов строительных и инженерных объектов методами высокотехнологичной инженерной геодезии является важнейшей составляющей эксплуатационных работ на этих объектах.

Под мониторингом технического состояния зданий и сооружений понимается система наблюдений и неразрушающего контроля, проводимых регулярно по определённой программе. Геодезический мониторинг позволяет получить оценку напряжённо-деформированного состояния несущих конструкций объектов, а также их грунтовых оснований, проанализировать происходящие деформационные процессы с целью своевременного установления критичных величин деформаций и причин их возникновения, прогнозирования развития деформаций, выработки необходимых мер по предупреждению неблагоприятных последствий.

Геодезические наблюдения за деформациями проводятся как для строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений, так и для зданий и сооружений, находящихся в зоне влияния строительства.

Совокупность технических и технологических средств, предназначенных для измерения и регистрации параметров, а также для обработки собранной информации, образует систему мониторинга, индивидуальную для каждого конкретного объекта.

Систематическое проведение геодезического мониторинга промышленных, жилых, культурных, административных и других объектов имеет первостепенное значение в процессе обеспечения их безопасного использования, предотвращения техногенных аварий, экологических катастроф и связанных с ними человеческих жертв.

Кроме того, мониторинг деформационных процессов строительных и инженерных объектов — это эффективный инструмент защиты инвестиций в капитальное строительство.

Мониторинг деформационных процессов памятников архитектуры и градостроительства

Сотрудниками НИЦ «Геодинамика» накоплен уникальный практический опыт в организации мониторинга деформационных процессов памятников архитектуры и градостроительства. В числе ключевых клиентов Центра — Государственный историко-культурный музей-заповедник «Московский Кремль», для которого в период с 1996 года по настоящее время реализован ряд проектов по исследованию деформаций природных и инженерных объектов. В настоящее время на территории музея-заповедника ведутся работы по мониторингу деформационных процессов Архангельского, Благовещенского и Успенского соборов, Патриаршего дворца с церковью Двенадцати апостолов, церкви Ризположения, ансамбля колокольни Ивана Великого, Оружейной палаты.

Благовещенский собор Московского Кремля
(объект геодезического мониторинга, проводимого специалистами НИЦ «Геодинамика» в 1996 — 2008 гг.)

Ансамбль колокольни Ивана Великого в Московском Кремле
(объект геодезического мониторинга, проводимого специалистами НИЦ «Геодинамика» в 1996 — 2008 гг.)

Квалификация сотрудников НИЦ «Геодинамика», научно-обоснованный подход к делу, использование при выполнении геодезических работ современного оборудования и передовых технологий гарантируют эффективность принятых на основе рекомендаций НИЦ «Геодинамика» решений по обеспечению надёжной сохранности объектов культурного и исторического наследия.

Мониторинг деформационных процессов гидротехнических сооружений

Мониторинг деформационных процессов гидротехнических сооружений (плотин, дамб, каналов, водосбросных и насосных станций, шлюзов и т. п.) — это совокупность постоянных (непрерывных) наблюдений за состоянием данных объектов в целях обеспечения условий их безопасной эксплуатации для жизни и здоровья людей, окружающей среды и хозяйственной инфраструктуры.

Многие из действующих гидротехнических сооружений в ряде случаев могут быть потенциально опасными, так как спроектированы и построены либо с расчётом на меньшие, нежели предусмотрено сегодняшними требованиями, сейсмические воздействия, либо вообще без какого-либо учёта сейсмики. Кроме того, в процессе многолетней эксплуатации происходят изменения физико-механических свойств материалов сооружений и грунтов в их основаниях. Эти изменения связаны со старением конструкций, с адаптацией элементов сооружений к нагрузкам, накоплением остаточных деформаций, современными тектоническими процессами и пр. Любой конструкции присущи и так называемые «собственные колебания», обычно незаметные для невооружённого глаза. Частота собственных колебаний зависит от конструктивных особенностей элементов сооружения, используемых материалов и целого ряда иных факторов.

Геодезический мониторинг позволяет фиксировать деформации — даже самые незначительные (не говоря уже о серьёзных, вызванных, например, стихийными бедствиями). Но главное это то, что организация и проведение работ по постоянному наблюдению за деформационными процессами на гидротехнических сооружениях способствует своевременному установлению предельно допустимых величин деформаций, предупреждению возникающих рисков и принятию необходимых мер по их предотвращению.

Плотина Рыбинской ГЭС

Плотина Угличской ГЭС

Организация мониторинга деформационных процессов плотины предполагает использование отражателей (контрольных точек), закреплённых на теле плотины, а также базовых точек опорной сети – они находятся вне зоны исследуемых деформаций.

По результатам периодических измерений определяется стабильность положения базовых точек опорной сети и смещения контрольных точек.

Посредством обобщения измерений выявляются зоны, характеризующиеся теми или иными значениями деформаций, а также делаются выводы по состоянию тела плотины в целом. Полученные данные используются для выработки рекомендаций по текущему обслуживанию плотины, подготовки прогнозов о возможности возникновения аварийных ситуаций и принятия своевременных мер по их предотвращению.

В настоящее время подобные технологии геодезического мониторинга гидротехнических сооружений находят всё большее применение в мире.

Регламентирующие документы

  1. ГОСТ 24846-81. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений.
  2. Пособие к МГСН.2.07-01. Обследование и мониторинг при строительстве и реконструкции зданий и подземных сооружений. — М.: Москомархитектура, 2005;
  3. Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. — НИИОСПС им. Н. М. Герсеванова, Госстрой СССР, 1975;
  4. ГКИНП (ГНТА) — 03-010-03. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. —
    М.: ЦНИИГАиК, 2004;
  5. ПТБ-88. Правила по технике безопасности на топографо-геодезических работах.