Для фиксации наблюдаемых точек устанавливают опорные катафотные минипризмы на стенах здания и на сваях стены в грунте

Мониторинг деформационного поведения зданий, подвергающихся воздействиям при сооружении новых объектов, — составная часть научно-технического сопровождения строительства. При этом применяют комплекс высокоточных автоматизированных технологий наблюдения.

В качестве примера рассмотрим возведение нового пассажирского терминала в аэропорту «Внуково» (начато в 2006 г.). На протяжении всего периода строительства требуется обеспечивать жизнедеятельность следующих зданий аэропорта: сохраняемой части аэровокзала (АВК-2), надземного автопаркинга, вышки контрольно-диспетчерского пункта (КДП) и примыкающего к ней служебного здания КДП (рис.1). Программа мониторинга включала геодезические наблюдения за деформациями этих зданий, визуальный контроль технического состояния несущих конструкций, а также наблюдения за трещинообразованием и деформационным поведением стены в грунте. Основная цель мониторинга — оперативное предупреждение аварийных ситуаций на эксплуатируемых объектах.

На этапе нулевого цикла строительства (устройство стены в грунте, разработка котлована, установка анкеров для крепления ограждения котлована) предусматривались геодезические наблюдения с периодичностью один раз в три дня по маркам на колоннах каркаса здания аэровокзала и паркинга, а также по цоколю вышки и служебного здания КДП. Были предусмотрены еженедельные визуальные и инструментальные наблюдения за техническим состоянием несущих конструкций и их трещинообразованием. Для повышения оперативности получения данных использовалась методика наблюдений системой «Циклоп», использование которой обязательно в ряде стран Европы, но в России ее только начинают применять.

К достоинствам системы относят оперативность получения данных и высокую частоту измерений; к недостаткам — возможность проведения наблюдений только в пределах прямой видимости от прибора, ограниченность расстояния от наблюдаемых объектов (до 100 м), более низкую точность наблюдений, чем при традиционном нивелировании II класса, а также относительно высокую стоимость работ.

Система «Циклоп» представляет собой станцию наблюдения, в комплексе которой имеется высокоточный геодезический прибор «Leica» «ТСА1201», персональный компьютер с программным обеспечением и дополнительное оборудование связи и питания. Для фиксации наблюдаемых точек устанавливают опорные катафотные минипризмы на стенах здания и на сваях стены в грунте. Непосредственные циклические измерения производятся автоматически: на объекте их периодичность устанавливалась один раз в 30 мин. В поле наблюдения системы попадала только вышка КДП, а остальные здания оставались неохваченными, поэтому на данном объекте была применена комбинированная система мониторинга, сочетающая традиционную методику наблюдений с методикой автоматизированной системы «Циклоп» (рис. 2). Тахеометром «Циклоп» управляли с помощью компьютера (программа «Геомониторинг»), обрабатывали поступающие данные и получали информацию в форме графиков и таблиц. Точность определения плановых координат деформационных марок составляла ±(2-4) мм, высотной отметки — ±(1-2) мм, что обеспечивалось удалением станции наблюдения от объекта на расстояние до 100 м.

При проведении наблюдений за деформациями здания паркинга были учтены его ранее зафиксированные осадки, образовавшиеся из-за строительства тоннеля в 2005 г. Их значение составляло 28 мм при допустимых 30 мм для железобетонного каркаса в соответствии с МГСН 2.07-01. Кроме того, были превышены неравномерные осадки, поэтому на новом этапе мониторинга приняли предельно допустимое значение 2 мм, которое неоднократно фиксировалось. Результаты обследования и расчетов на действующие нагрузки и нивелировки плит перекрытия показали, что они существенно перегружены. В соответствии с рекомендациями был разработан проект усиления колонн каркаса и монолитных железобетонных перекрытий здания металлоконструкциями с целью повышения несущей способности конструкций.

За период наблюдений за АВК-2 было установлено активное развитие деформаций на этапе устройства инъекционных предварительно напряженных анкеров 1-го и 2-го ярусов котлована и компенсационного нагнетания цементного раствора в основание здания. Первоначально характер деформаций был определен нивелировкой пола, далее по периодическим наблюдениям по маркам на колоннах каркаса здания зафиксирован незначительный (до 5 мм) подъем здания. Возникновение трещин фиксировалось только в ограждающих конструкциях.

Особое внимание уделялось процессам деформации здания вышки КДП, обеспечивающей безопасность полетов над взлетными полосами, частью Москвы и области. Здесь, помимо развития вертикальных деформаций, продолжились процессы трещинообразования. В целом вертикальные деформации, как и на АВК-2, носили волнообразный характер с общей тенденцией к подъему, а скачок их значений был зафиксирован на период выполнения работ по нагнетанию глинистого тиксотропного раствора по технологии «jet grouting» вблизи основания здания. За счет разности глубины заложения фундаментов здания вышки и ее крыльца, последнее пришло в аварийное состояние и было срочно демонтировано. В дальнейшем вертикальные деформации здания стабилизировались.

При сопоставлении новых дефектов с зафиксированными в результате обследований и характером наблюдаемых деформаций установлено, что возможной причиной продолжения процессов трещинообразования на вышке КДП явились не только строительные работы, но и наличие на отдельных участках концентраторов напряжений, возникших в процессе эксплуатации и вследствие перераспределения напряжений в конструкциях и превышающих расчетное сопротивление кирпичной кладки на сжатие. Всего на здании вышки было установлено шесть мини-призм, которые позволяли фиксировать смещения зданий в трех плоскостях и измерять крен здания, а также еще четыре марки по периметру здания.

Непосредственно к зданию вышки примыкает служебное здание КДП. Значения деформаций этих зданий различаются по этажности и глубине заложения подошвы фундамента. Ранее на служебном здании были усилены надфундаментные конструкции (фасады) в целях сохранения его пространственной жесткости. По данным обследования, состояние строительных конструкций признано неудовлетворительным, в том числе и фундаментов, которые не усиливались, а также в зоне контакта «фундамент—грунт». Это стало возможной причиной резкого деформирования строительных конструкций на участке установки опоры под эстакаду вблизи здания. Устройство фундамента под опору из буронабивных свай не вызвало каких-либо существенных изменений деформаций здания, а основная осадка произошла после бетонирования опоры.

Оценка степени воздействия нового строительства на примыкающую к строительной площадке застройку как одна из задач мониторинга особенно актуальна, например, в стесненных условиях Москвы. Так, было рассмотрено деформационное поведение здания Департамента внебюджетного финансирования строительства Москвы (ул. Воздвиженка), прилегающего к строящемуся торгово-офисному комплексу «Военторг» с подземной стоянкой. Установлено, что причиной превышения предельно допустимых значений осадок на некоторых участках здания являются не только строительные работы, которые велись в соответствии с проектом и нормами, но и сочетание действующих нагрузок, состояние несущих конструкций и эксплуатационных факторов. Так, в период реконструкции были усилены ленточные фундаменты, а за период наблюдения с 2005 - 2007 гг. было отмечено трещинообразование на участке с неудовлетворительным состоянием контакта «фундамент-грунт» вследствие неравномерности осадок. Помимо этого, разнились деформации по маркам, установленным на стенах здания и на плите усиления (см. табл. 1). Это позволило сделать вывод о том, что ленточные фундаменты не работают как единое целое совместно с плитой, такие предположения подтверждаются и расчетами.

Развитие высотного строительства в Москве демонстрирует неэффективность классических схем мониторинга, так как они не позволяют судить о напряженно-деформированном состоянии совместно грунтов основания и несущих конструкций зданий. Так, для ММДЦ «Москва-Сити» (15-й участок) НИИОСП им. Н. М. Герсеванова был разработан проект автоматизированной системы долгосрочного мониторинга, предусматривающего наблюдения за состоянием плитного ростверка, наружных стен лестнично-лифтовых блоков и пространственных металлических ферм технических этажей. Для этого в конструкцию ростверка, буронабивных свай и наружных стен устанавливаются струнные преобразователи, которые обеспечивают дистанционный контроль ряда параметров: давления строящегося здания на грунт основания; деформаций арматуры и бетона плитного ростверка; напряжений в бетоне буронабивных свай; деформаций арматуры и бетона наружных стен лестнично-лифтовых блоков и поясов, раскосов пространственных металлических ферм.

Все измерения проводятся с помощью персональных компьютеров, которые подключаются к многоканальному программируемому терминалу в процессе производства монтажа, до и после монтажа на арматурном каркасе, до и после бетонирования, в течение первых 1,0 дней твердения бетона и экзотермического процесса, до и после монтажа на поясах и решетках главных и второстепенных ферм технических этажей. В период возведения фундаментной плиты частоту измерений предлагается установить 3 раза в неделю, а при возведении высотной части наблюдения осуществлять по всем установленным датчикам один раз в неделю. Главной проблемой при монтаже подобных систем является обеспечение сохранности датчиков и подводящих коммуникаций.

При ведении наблюдений за деформационным поведением ответственных сооружений, попадающих в зону влияния нового строительства, актуально совмещение традиционных геодезических методов мониторинга с автоматизированными системами, позволяющими увеличивать частоту наблюдений. Причиной дополнительных деформационных процессов, в частности осадок, может являться не только ведение строительных работ, но и неполная реализация рекомендованных мероприятий по усилению фундаментов при реконструкции или реставрации.

При строительстве высотных зданий и сооружений целесообразно применять автоматизированные долгосрочные системы мониторинга со специальной аппаратурой, позволяющей следить за напряженно-деформированным состоянием грунтов основания, фундаментов, и несущих конструкций здания. При использовании нагнетательных технологий по усилению оснований (например, jet grouting) возможен подъем здания до 10 мм.

А.Н. Гаврилов, Е.М. Грязнова, К.С. Борчев, Д.С. Куркин, (МГСУ)
Журнал "Промышленное и гражданское строительство"

Журнал "СЕВЕР промышленный" № 12 2008

Еще статьи на тему "здания":

Энергетический паспорт здания

О реконструкции здания Дома физкультуры

Проект «Строительство жилого здания стандарта «социальное жилье» в Мурманске

Мониторинг зданий, сооружений и территорий для обеспечения безопасности от воздействия опасных процессов

Техобследование здания общеобразовательного учреждения

Мониторинг деформационного поведения зданий, попадающих в зону влияния нового строительства

Некоммерческое разрушение здания

Строительство зданий и сооружений: безопасность строительства и качество возведения каменных, металлических и деревянных строительных конструкций

Мониторинг зданий, сооружений и территорий для обеспечения безопасности от воздействия опасных процессов

Теплоизоляционные конструкции здания