Мониторинг эксплуатируемых жилых зданий, расположенных вблизи нового строительства и реконструкций
Целью мониторинга является оценка воздействия нового строительства или реконструкции на окружающие здания и сооружения, на атмосферную, геологическую и гидрогеологическую среду в период строительства и последующие годы эксплуатации, разработка прогноза изменений их состояния, своевременное выявление дефектов, предупреждение и устранение негативных процессов, уточнение результатов прогноза и корректировка проектных решений.
В задачи мониторинга входит разработка решений по обеспечению сохранности и надежности эксплуатации существующих зданий и сооружений, недопущению негативных изменений окружающей среды, предупреждению и устранению дефектов конструкций, а также осуществление контроля за выполнением принятых решений.
В процессе мониторинга должен рассматриваться весь комплекс статических, динамических и техногенных воздействий, приводящих к качественному и количественному изменению характеристик состояния эксплуатируемых зданий и сооружений под воздействием нового строительства или реконструкции, их пригодность к эксплуатации. В случае необходимости должны разрабатываться также конструктивные или другие меры защиты для обеспечения их эксплуатационной надежности.
По функциональному назначению мониторинг состоит из следующих подразделов:
а) объектного, включающего все виды наблюдений за состоянием оснований, фундаментов и несущих конструкций самого объекта нового строительства или реконструкции, окружающих его зданий и подземных сооружении, а также объектов инфраструктуры;
б) геолого-гидрологического, включающего системы режимных наблюдений за изменением состояния грунтов, уровней и состава
подземных вод и за развитием деструктивных процессов: эрозии, оползней, карстово-суффозионных явлений, оседания земной поверхности и др., а также за состоянием температурного, электрического и других физических полей;
в) эколого-биологического, включающего системы наблюдений за изменением окружающей природной среды, радиационной обстановки и др.;
г) аналитического, включающего анализ и оценку результатов наблюдений, выполнение расчетных прогнозов, сравнение прогнозируемых величин параметров с результатами измерений, разработку мероприятий по предупреждению или устранению негативных последствий вредных воздействий и недопущению увеличения интенсивности этих воздействий.
Дополнительно мониторинг включает:
- разработку требований к объему и составу дополнительных инженерно-геологических изысканий, необходимых для выполнения расчетных прогнозов;
- разработку требований к техническому состоянию зданий и сооружений;
- разработку требований по величинам допустимых предельных и неравномерных деформаций зданий и сооружений;
- расчет действующих величин нагрузок на фундаменты, расчет фактического давления на грунт по подошве фундамента и сравнение его с расчетным сопротивлением грунта основания;
- расчет нагрузок на свайные фундаменты;
- сбор и анализ технических данных по конструкциям подземной и надземной частей зданий и сооружений;
- анализ проекта или технической документации по усилению оснований и фундаментов существующей застройки.
Методы и технические средства мониторинга должны назначаться в зависимости от уровня ответственности существующих сооружений, их конструктивных особенностей, способов возведения новых объектов, геологических и гидрогеологических условий площадки, плотности существующей застройки, эксплуатационных требований к сооружениям в соответствии с результатами геотехнического прогноза.
Геотехническая категория сложности объекта устанавливается до начала мониторинга на основе анализа материалов изысканий прошлых лет и уровня ответственности сооружений и отражается в программе мониторинга. Эта категория может быть уточнена на любой стадии проектирования и в ходе мониторинга. Категория технического состояния устанавливается по результатам предварительного обследования согласно табл. 8.1.
Таблица 8.1. Оценка категории состояния зданий по внешним признакам по результатам предварительного обследования
| Категория состояния здания | Виды повреждений |
Износ конструкций, % |
||
|
несущих стен, столбов, элементов каркаса, (колонн, балок, ригелей и др.), фундаментов |
ограждающих стен | перекрытий, лестниц, сводов | ||
|
I — нормальное Выполняются требования норм и проектной документации по условиям эксплуатации. Необходимость ремонтных работ отсутствует |
В каменной кладке отсутствуют видимые дефекты и повреждения. Имеются трещины в отдельных кирпичах, непересекающие растворные швы. В железобетонных конструкциях видимых дефектов и повреждений нет или имеются отдельные небольшие выбоины, сколы, волосяные трещины (не более 0,1 мм). Антикоррозийная защита конструкций и закладных деталей не имеет нарушений. Величины прогибов и ширина раскрытия трещин не превышает допустимых по нормам. В металлических конструкциях отсутствуют признаки, характеризующие износ конструкций и повреждения защитных покрытий |
Отсутствуют видимые повреждения и трещины | Сдвигов и трещин нет | До 5 |
|
II — удовлетворительное С учетом фактических свойств материалов удовлетворяются требования действующих норм, относящиеся к предельным состояниям I группы; требования норм II группы могут быть нарушены, но обеспечиваются нормальные условия эксплуатации. Требуется текущий ремонт с устранением локальных повреждений без усиления конструкций |
В каменной кладке имеются трещины, пересекающие не более двух рядов кладки (длиной не более 15 см). |
Волосяные трещины в кладке и швах между панелями |
Повреждений и сдвигов нет |
До 15-20 |
|
Снижение прочности бетона в сжатой зоне изгибаемых элементов до 30 и на остальных участках до 20 % Высокая водо- и воздухопроницаемость стыков стеновых панелей. В металлических конструкциях прогибы изгибаемых элементов превышают 1/150 пролета. Пластинчатая ржавчина с уменьшением площади сечения несущих элементов до 15 %. Местные погнутости от ударов транспортных средств и другие механические повреждения, приводящие к ослаблению сечения, — до 15 %. Погнутость узловых фасонок ферм |
||||
|
lll — неудовлетворительное Нарушены требования действующих норм, но отсутствуют опасность обрушения и угроза безопасности людей. Требуется усиление и восстановление несущей способности поврежденных конструкций |
В каменной кладке средние повреждения. Промораживание и выветривание кладки. Отслоение облицовки на глубину до 25 % толщины. Вертикальные и косые трещины (независимо от величины раскрытия) в стенах и столбах, пересекающие не более четырех рядов кладки. Образование вертикальных трещин между продольными и поперечными стенами. Снижение несущей способности кладки до 25 %. В железобетонных конструкциях трещины в растянутой зоне бетона с раскрытием, превышающим допустимое. Трещины в сжатой зоне и зоне главных растягивающих напряжений, прогибы элементов, вызванные эксплуатационными воздействиями, превышают допустимые более чем на 30 %. |
Вертикальные и наклонные трещины с раскрытием до 5 мм |
Смещение плит перекрытий на опорах не более 1/5 глубины заделки, но не более 2 см |
До 25-40 |
|
Снижение прочности бетона в сжатой зоне изгибаемых элементов до 30 и на остальных участках до 20 % Высокая водо- и воздухопроницаемость стыков стеновых панелей. В металлических конструкциях прогибы изгибаемых элементов превышают 1/150 пролета. Пластинчатая ржавчина с уменьшением площади сечения несущих элементов до 15 %. Местные погнутости от ударов транспортных средств и другие механические повреждения, приводящие к ослаблению сечения, — до 15 %. Погнутость узловых фасонок ферм |
||||
|
IV — предаварийное или аварийное Существующие повреждения свидетельствуют о непригодности конструкций к эксплуатации, об опасности их обрушения и опасности пребывания людей в зоне расположения конструкций |
В каменной кладке сильные повреждения. В конструкциях наблюдаются деформации, повреждения, дефекты, свидетельствующие о снижении их несущей способности до 50 %. Промораживание и выветривание кладки на глубину до 40 % толщины. Вертикальные и косые трещины в несущих стенах и столбах более четырех рядов кладки. Ширина раскрытия трещин в кладке от неравномерной осадки здания достигает 50 мм и более, отклонение от вертикали на величину более 1/50 высоты конструкции.
|
Трещины с раскрытием более 5 мм, сдвиги панелей | Трещины и сдвиги в сопряжениях, разрыв анкеров | Свыше 40 |
|
Смещение (сдвиг) стен, столбов, фундаментов по горизонтальным швам или косой штра-бе. В конструкции имеет место снижение прочности камней и раствора на 30—50 %. Смещение плит перекрытий на опорах более 1/5 глубины заделки в стене. Наблюдается разрушение кладки от смятия в опорных зонах ферм, балок, перемычек. В железобетонных конструкциях трещины в конструкциях, испытывающих знакопеременные воздействия; трещины, в том числе пересекающие опорную зону анкеровки растянутой арматуры; разрыв хомутов в зоне наклонной трещины в средних пролетах многопролетных балок и плит, а также слоистая ржавчина или язвы, вызывающие уменьшение площади сечения арматуры более 15 %; выпучивание арматуры сжатой зоны конструкций; деформации закладных и соединительных элементов; расстройство стыков сборных элементов с взаимным смещением последних; смещение опор; значительные (более 1/50 пролета) прогибы изгибаемых элементов; разрыв отдельных стержней рабочей арматуры в растянутой зоне; раздробление бетона и выкрашивание заполнителя в сжатой зоне. Уменьшенная против требований норм и проекта площадь опирания сборных элементов. В металлических конструкциях прогибы изгибаемых элементов более 1/75 пролета. Потеря местной устойчивости конструкций (выпу-чивание стенок и поясов балок и колонн). |
||||
|
Срез отдельных болтов или заклепок в многоболтовых соединениях. Коррозия с уменьшением расчетного сечения несущих элементов до 25 % и более. Трещины в сварных швах в околошовной зоне. Расстройство узловых соединений; разрывы отдельных растянутых элементов; наличие трещин в основном материале элементов; расстройство стыков и взаимное смещение опор |
||||
Осуществление мониторинга включает:
- теоретические расчеты возможных деформаций грунтов оснований и фундаментов вновь строящегося объекта;
- оценку влияния нового строительства и производства работ на существующие здания и сооружения;
- разработку системы наблюдений для проверки в натуре действительного воздействия нового строительства на существующие здания и сооружения;
- графическую и фотофиксацию имеющихся трещин в не менее 65 % квартир дома;
- установку датчиков, маяков, реперов и др.;
- осуществление мониторинга в ходе строительства, в первый и последующие годы эксплуатации до стабилизации процессов в основании.
Мониторинг целесообразно осуществлять с использованием комплексной автоматизированной программы, позволяющей оперативно выявлять все возникающие отклонения, устанавливать необходимые взаимосвязи и регулировать процесс в целом.
При выборе системы наблюдений необходимо учитывать величины расчетных прогнозов скорости протекания процессов и их изменение во времени, продолжительность измерений, ошибки измерений за счет изменения погодных условий, а также влияния аномалий геофизических, температурных, электрических и других полей. Точность систем наблюдений и методов контроля должна обеспечивать достоверность получаемой информации, результатов измерений и согласованность их с расчетными прогнозами, а также соответствовать требованиям к увязке между собой данных отдельных систем наблюдений в пространстве и во времени.
Выбор точек измерений необходимо производить по рекомендациям прилож. 1, п. 83. На участках с наибольшей интенсивностью изменения наблюдаемых величин количество точек измерения должно быть увеличено. При этом частота наблюдений должна быть согласована со скоростью наблюдаемых процессов.
При производстве наблюдений осуществляется сравнение расчетных и наблюдаемых величин деформаций и усилий и оценка принятых критериев выполнения эксплуатационных требований на основе результатов сравнения. В необходимых случаях производится корректировка критериев выполнения эксплуатационных требований, а также разработка дополнительных мероприятий по обеспечению эксплуатационной надежности расположенных вблизи строящегося или реконструируемого объекта зданий и сооружений.
- изменений состояния и свойств грунтов, уровневого, температурного и геодинамического режимов подземных вод, глубины сезонного промерзания (в пучинистых грунтах);
- осадки, набухания и других изменений состояния грунтов основания фундаментов зданий и сооружений, состояния сооружений инженерной защиты и др.
Проведение стационарных наблюдений на практике обосновывается в программе работ на основе технического задания заказчика. Программой работ обычно предусматривается состав наблюдений (виды, размещение пунктов наблюдательной сети), объемы работ (количество пунктов, периодичность и продолжительность наблюдений), методы проведения стационарных наблюдений (визуальные, инструментальные) в зависимости от природных и техногенных условий, размеров исследуемой территории, геотехнической категории зданий и видов опасных работ.
При стационарных наблюдениях специалистами обеспечивается получение количественных характеристик изменения отдельных компонентов геологической среды во времени и пространстве, которые должны быть достаточными для оценки и прогноза возможных изменений инженерно-геологических и гидрогеологических условий исследуемой территории (площадки), своевременного обнаружения дефектов, предупреждения и устранения негативных процессов, уточнения расчетных прогнозов и корректировки принятых проектных решений.
Стационарные наблюдения проводят на характерных (типичных) специально оборудованных пунктах наблюдательной сети, часть из которых следует использовать для наблюдений после завершения строительства.
В качестве основных наиболее эффективных средств проведения стационарных наблюдений, исходя из поставленных задач, в условиях, например, города Москвы и других крупных мегаполисов страны следует использовать режимные гидрогеологические, инженер-но-геодезические и геофизические наблюдения за изменением отдельных компонентов геологической среды. В работы локального мониторинга входят геофизические наблюдения за обследованием квартир (помещений) эксплуатируемых зданий.
Система геофизических наблюдений за деформациями земной поверхности и толщи горных пород включает сеть (наблюдательные станции), состоящую из грунтовых марок, грунтовых реперов и знаков высотной основы. Закладку наблюдательной станции и наблюдения на ней производят по специальному проекту, состоящему из графической части (плана) и пояснительной записки.
Перемещения грунтовых марок и реперов в вертикальной плоскости определяют путем периодического нивелирования, а в горизонтальной плоскости — путем измерения расстояния между марками и реперами по всем профильным линиям наблюдательной сети.
Методику выполнения работ и конструкции реперов назначают в соответствии с нормативами, приведенными в прилож. 1.
На практике геофизические наблюдения проводятся, как правило, в сочетании с другими видами работ с целью:
- определения состава и мощности рыхлых четвертичных (и более древних) отложений;
- выявления литологического строения массива горных пород, тектонических нарушений и зон повышенной трещиноватости и обводненности;
- определения состава, строения и свойств грунтов в массиве и их изменений;
- определения глубины залегания уровней подземных вод, гидрогеологических параметров фунтов и водоносных горизонтов;
- выявления и изучения геологических и гидрогеологических процессов и их изменений;
- проведения мониторинга опасных геологических и гидрогеологических процессов.
Наиболее эффективно применение геофизических методов при изучении неоднородных геологических тел (объектов), когда их геофизические характеристики существенно отличаются друг от друга.
Определение объемов геофизических работ (количества и системы размещения геофизических профилей и точек) осуществляют с учетом сложности инженерно-геологических условий по разрабатываемой программе работ. Для обеспечения достоверности и точности интерпретации результатов геофизических исследований на практике проводят параметрические измерения на опорных (ключевых) участках, на которых осуществляется изучение геологической среды с использованием комплекса других видов работ (бурение скважин, проходка шурфов, зондирование, определение свойств фунтов в полевых и лабораторных условиях).
Для изучения состояния фунтов под фундаментами зданий и сооружений, а также проведения локального мониторинга изменений их состояния во времени могут быть использованы в сочетании с геофизическими газово-эманационные методы, обеспечивающие независимость результатов измерений от влияния электрических и механических полей. Газово-эманационные методы, основанные на пространственно-временной связи полей радиоактивных и газовых эманаций,
рекомендуется совмещать с межскважинным сейсмоакустическим про-звучиванием грунтов под фундаментами зданий и сооружений с целью оценки возможного изменения их физико-механических характеристик.
Предельно допустимые деформации существующих зданий приведены в табл. 8.2.
Таблица 8.2. Предельные дополнительные деформации существующих зданий
|
Наименование, конструктивные особенности здания или сооружения |
Категория состояния конструкций |
Предельные дополнительные деформации |
||
|
Максимальная осадка, см |
Относительная разность осадок As/L |
Крен i | ||
|
Гражданские и производственные одноэтажные и многоэтажные здания с полным железобетонным каркасом |
I II III |
5,0 3,0 2,0 |
0,0020 0,0010 0,0007 |
- - - |
|
Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из крупных панелей |
I II III |
4,0 3,0 2,0 |
0,0016 0,0008 0,0005 |
0,0016 0,0008 0,0005 |
| Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной кладки без армирования |
I II III |
4,0 3,0 1,0 |
0,0020 0,0010 0,0007 |
0,0020 0,0010 0,0007 |
| Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из кирпича или бетонных блоков с арматурными или железобетонными поясами |
I II III |
5,0 3,0 2,0 |
0,0024 0,0015 0,0010 |
0,0024 0,0015 0,0010 |
|
Многоэтажные и одноэтажные здания исторической застройки или памятники архитектуры с несущими стенами из кирпичной кладки без армирования |
I II III |
1,0 0,5 0,2 |
0,0005 0,0003 0,0001 |
0,0005 0,0003 0,0001 |
|
Высокие жесткие сооружения и трубы |
I II III |
5,0 3,0 2,0 |
- - - |
0,004 0,002 0,001 |
Примечание. Здания и сооружения, отнесенные кIV категории состояния конструкций, находятся в предаварийном или аварийном состоянии и не допускают каких-либо дополнительных деформаций.
цемента (рис. 8.2, а), стекла (рис. 8.2, б) и кровельной стали (рис. 8.2, в).
Гипсовые и стеклянные маяки устанавливают на стене, очищенной от штукатурки, на алебастровом или цементном растворе. Маяки из кровельной стали крепят к стене гвоздями, клеем «стиракрил» и т. п. и окрашивают масляной краской.
На каждой трещине устанавливают два перекрывающих трещину маяка — один в месте наибольшего раскрытия, другой в конце трещины. Одновременно с установкой маяков на обмерных чертежах наносят положение и длину каждой трещины. На маяках и чертежах ставят номера маяков и дату их установки.
Результаты осмотра записывают в журнал (табл. 8.3).
Маяки периодически осматривают и по результатам осмотра составляют акты, содержащие: дату осмотра; фамилии должностных лиц, производивших осмотр и составивших акт; перечень номеров
маяков с датами установки каждого, а также сведения о состоянии маяков во время осмотра, а для маяков, поставленных в конце трещины, кроме того, сведения об удлинении трещины: сведения о проведенной замене разрушившихся маяков новыми, а также сведения о наличии новых трещин и установки на них маяков.