Геодезический мониторинг с применением технологии лазерного сканирования при научно-техническом сопровождении строительства
многофункционального комплекса_
Медведев Евгений Андреевич
главный инженер проекта Института научно-технического сопровождения строительства (ИНТСС) Национального исследовательского Московского государственного строительного университета (НИУ МГСУ), MedvedevEA@mgsu.ru
Строительство многофункциональных комплексов с высотной частью по оригинальным проектам в густо застроенной части городов требует научно-технического сопровождения. Рассматриваемый Многофункциональный жилой комплекс представляет собой три корпуса, объединенные стилобатной частью и подземной автостоянкой. Основная часть комплекса возводится по типовому проекту, за исключением корпуса 3, где на двух нижних этажах планируется дошкольное образовательное учреждение. В задачи научно-технического сопровождения, в том числе, входит мониторинг горизонтальных и вертикальных смещений конструкций и оценка суммарных значений горизонтальных смещений конструкций строящегося комплекса.
В статье рассматриваются методика мониторинга, величины, полученные при наблюдениях, и результаты мониторинга деформационных процессов.
Ключевые слова: научно-техническое сопровождение строительства, мониторинг, геодезические измерения, лазерное сканирование, деформационные процессы, строительные конструкции.
(0 сч о сч
(О
В процессе развития городов в качестве одного из этапов реновации территорий осуществляется строительство многофункциональных комплексов, позволяющих комплексно использовать имеющиеся территории и подземное пространство. Если ранее это имело наибольший экономический эффект в центральной части городов, то сегодня строительство многофункциональных центров выгодно и в удаленных от центра территориях, но с хорошей транспортной доступностью, что позволяет максимально эффективно использовать относительно небольшие доступные для строительства участки. Решение транспортной проблемы обеспечивается обеспечением парковочными местами в подземном пространстве. Осложняющим фактором освоения таких территорий является попадание в зону влияния строительства сооружений окружающей застройки и густой сети коммуникаций [1,2].
Рассматриваемый Многофункциональный комплекс - сложный архитектурно-планировочный и инженерно-технический объект, представляющий собой три корпуса, а именно жилой корпус 1: секция 1 и 2 -46 этажей, секция 3 - 28 этажей, жилой корпус 2 - 47 этажей, жилой корпус 3 - 3 секции по 47 этажей которые объединены стилобатной частью и подземной автостоянкой. Первые два этажа этого корпуса планируется использовать как дошкольное образовательное учреждение. Подземная автостоянка проектируется в три уровня. Высота этажей планируется переменная от 2,7 до 4,8 м. Заглубление от поверхности земли дна котлована при сооружении подземной части до 13 м.
Конструктивная система сооружения состоит из железобетонных ядер жесткости вокруг лифтов и лестниц, поперечных стен перпендикулярно к фасаду, железобетонного каркаса из безбалочных перекрытий и пилонов - простенков, а по периметру здания предусматриваются балки, опирающиеся на фасадные колонны-простенки. Решение фундаментов предусматривается в качестве фундаментной плиты на естественном основании.
При реализации проекта строительства геодезический мониторинг осуществлялся в составе работ по научно-техническому сопровождению строительства. Применительно к рассматриваемому объекту, в ходе геодезического мониторинга контролируются осадки фундаментной плиты корпуса №3 и их относительная разность и горизонтальные перемещения верхней части здания корпуса №3.
В процессе проведения геодезического мониторинга измеряются вертикальные перемещения геометрическим и тригонометрическим нивелированием и горизонтальные перемещения методами линейно-угловых построений. Затем на основе этих данных вычисляются деформации, которые сравниваются с допустимыми и предельными для данного сооружения.
По результатам наблюдений оценивается скорость развития деформационных процессов и в случае, если скорость развития деформационных процессов увеличивается, могут быть уточнены состав,
объемы, периодичность, сроки и методы работ по мониторингу применительно к рассматриваемому объекту с учетом его особенностей. [4]
Планово-высотная опорная геодезическая сеть включает высотные и планово-высотные опорные реперы, размещаемые на конструкциях зданий, расположенных вне зоны влияния строительства.
Применительно к рассматриваемому объекту мониторинга схема размещения деформационных марок на конструкциях здания представлена на рис. 1 и 2.
---94----
Рис 1. Высотные деформационные марки на фундаментной плите
В ходе геодезического мониторинга контролируются осадки несущих конструкций (фундаментной плиты) здания и их относительная разность и горизонтальные перемещения верхней части здания.
До начала работ по мониторингу выполняется геодезическая съемка планово-высотного положения конструкций здания для определения начального высотного положения фундаментной плиты и отклонений конструкций здания от вертикали.
Геометрическое нивелирование производится с точностью, обеспечивающей среднюю квадратиче-скую погрешность (СКП) определения вертикального перемещения деформационных марок не более 2 мм.
Для геометрического нивелирования использовался высокоточный цифровой нивелир Leica LS15 (0.2) и кодовые инварных реек Leica GPCL2.
Геометрическое нивелирование выполняется методом из середины. При невозможности реализации
способа нивелирования «из середины», нивелирование выполняется с неравенством плеч на станции, но при обеспечении симметричных схем наблюдений на двух станциях. Нивелирование в этом случае выполняется с двух станций, располагаемых попеременно симметрично относительно наблюдаемых точек. В этом случае используется одна промежуточная точка для построения схемы нивелирования. Нивелирные работы во всех циклах измерений выполняются по идентичным схемам с установкой нивелира для измерения превышений в одних и тех же местах.
Ходы геометрического нивелирования прокладываются от опорных реперов по высотным деформационным маркам. Нивелирные ходы образовывают замкнутые полигоны.
Обработка результатов геодезических измерений осуществляется программными продуктами КРЕДО НИВЕЛИР и КРЕДО РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ.
О *
О X
о S
S *
и
с т •и о
S
т
ф
а т
о т
а
8)
\ <\ | mi тб
\ V VV IV i\ 1 \ > 1 ■
.... VY В \ ä
ц \ 1 *
\ iA», \ Г\ч" 1 \ I \ \ \ I 1
1\ j<db 1
\ х \ \ \ ■ем \ Л ® \ & LAv Г© © FW ¡и 1
(О
сч
0 сч
(О
01
Рис. 2. Планово-высотные деформационные марки
Оценка точности геометрического нивелирования выполняется по величинам разностей измеренных превышений в прямом и обратном направлениях или при двух горизонтах инструмента. Если ходы нивелирной сети образуют замкнутые полигоны, то оценка точности выполняется по невязкам в полигонах.
Тригонометрическое нивелирование выполняется высокоточными и точными электронными тахеометрами, обеспечивающими погрешность измерения расстояний не более 2 мм и погрешность измерения вертикальных углов не более 1-2''. Тригонометрическое нивелирование при этом выполняется короткими визирными лучами, не более 100 м.
Для мониторинга горизонтальных перемещений конструкций строящегося здания выбран метод линейно-угловых построений с использованием электронных тахеометров, с точностью, обеспечивающей среднюю квадратическую погрешность (СКП) определения горизонтального перемещения деформационных марок не более 5 мм, что соответствует II классу точности измерений по [4].
При производстве линейно-угловых построений используются способы полярных координат, прямая линейно-угловая засечка, обратная линейно-угловая засечка.
Работы выполняются в условной системе координат, в которой оси координат Х и Y соответствуют поперечной и продольной осям здания или сооружения.
® ® © ©
Плановые координаты деформационных марок определяются с временных пунктов плановой геодезической основы, создаваемых на строительной площадке на момент проведения текущего цикла измерений. Координаты временных пунктов плановой основы определяются обратной линейно-угловой засечкой от пунктов опорной планово-высотной геодезической сети.
Обработка результатов измерений включает следующие этапы: проверка полевых материалов, обработка геодезических измерений и вычисление координат и высот деформационных марок, составление ведомостей координат и высот деформационных марок и вычисление горизонтальных и вертикальных перемещений деформационных марок.
Работы по измерению горизонтальных и вертикальных перемещений планово-высотных деформационных марок выполнены с использованием высокоточного электронного тахеометра с функцией лазерного сканирования LEICA MS60.
За период с октября 2022 г. по март 2023 г. выполнено 34 цикла геодезического мониторинга здания. На рис.3. приведена схема распределения величин суммарных осадок высотных деформационных марок на конструкциях здания за период октябрь 2022 г. - март 2023 г.
Максимальная величина суммарных (накопленных за весь период наблюдений октябрь 2022 г. -март 2023 г.) значений осадок деформационных марок на здании составила -5,3 мм.
Рис.3. Схема распределения величин суммарных осадок высотных деформационных марок на конструкциях здания за период октябрь 2022 г. - март 2023 г.
На рис.4. приводятся графики осадок высотных деформационных марок на конструкциях здания за период октябрь 2022 г. - март 2023 г.
Следует отметить, что значения изменений/приростов осадок в интервале от -1 мм до +1 мм не превышают погрешности геодезических измерений, и обусловлены, в целом, только погрешностями собственно геодезических измерений [5].
Полученные по результатам выполненного мониторинга суммарные значения горизонтальных смещений деформационных марок на конструкциях здания не превышают установленную погрешность измерений, и обусловлены, в целом, только погрешностями собственно геодезических измерений.
При геодезическом мониторинге деформаций строящегося здания также применялась технология лазерного сканирования, которая в отличие от традиционных геодезических методов позволят получать данные по пространственному положению огромного массива (облака) характерных точек объектов мониторинга (рис. 5, 6).
Сравнение результатов мониторинга, полученных традиционными геодезическими методами и методом лазерного сканирования, показало хорошую сходимость результатов.
(О
сч о сч
(О
Рис.5. Облако точек лазерного сканирования конструкций строящегося здания.
Рис.6. Отклонения конструкций строящегося здания по результатам лазерного сканирования.
Заключение. В результате проведения мониторинга была проведена оценка развития деформационных процессов основания и конструкций при строительстве здания. По результатам выполненного мониторинга зафиксирована стабилизация осадок и горизонтальных перемещений конструкций строящегося здания.
Литература
1. Меркин В.Е., Конюхов Д.С. Основные проблемы, задачи и перспективы освоения подземного пространства Москвы // Метро и тоннели. 2017. № 12. С. 18-23.
2. Neguritsa D. The problems of monitoring the deformation processes in the integrated development of the underground space of metropolitan cities // E3S
О *
О X
о 3
s *
и
с т ■и о
S
т
ф
а т
о т
а
8)
Web of Conf. 56, 02027 (2018). DOI: 10.1051/e3sconf/20185602027
3. СП 13-102-2003 Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений
4. ГОСТ 24846-2019 «Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений».
5. Негурица Д.Л., Алексеев Г.В., Медведев Е.А., Терешин А.А. Геомеханическое обеспечение строительства многофункционального центра в условиях мегаполиса. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. Тульский государственный университет ISSN: 2218-5194 №3 2021 г. Стр. 286-296.
Geodetic monitoring using laser scanning technology for scientific and
technical support of the construction of a multifunctional complex Medvedev E.A.
National Research Moscow State University of Civil Engineering (NRU MGSU) The construction of multifunctional complexes with a high-rise part according to original designs in a densely built-up part of cities requires scientific and technical support. The multifunctional residential complex under consideration consists of three buildings, united by a stylobate part and an underground parking lot. The main part of the complex is being built according to a standard project, with the exception of building 3, where a preschool educational institution is planned on the two lower floors. The tasks of scientific and technical support, among other things, include monitoring horizontal and vertical displacements of structures and assessing the total values of horizontal displacements of structures of the complex under construction. The article discusses the monitoring technique, the values obtained during
observations, and the results of monitoring deformation processes. Keywords: scientific and technical support of construction, monitoring, geodetic measurements, laser scanning, deformation processes, building structures. References
1. Merkin V.E., Konyukhov D.S. The main problems, tasks and prospects for the
development of underground space in Moscow // Metro and tunnels. 2017. No. 1-2. pp. 18-23.
2. Neguritsa D. The problems of monitoring the deformation processes in the
integrated development of the underground space of metropolitan cities // E3S Web of Conf. 56, 02027 (2018). DOI: 10.1051/e3sconf/20185602027
3. SP 13-102-2003 Rules for the inspection of load-bearing building structures
of buildings and structures
4. GOST 24846-2019 "Soils. Methods for measuring deformations of the
foundations of buildings and structures.
5. Neguritsa D.L., Alekseev G.V., Medvedev E.A., Tereshin A.A. Geomechanical support for the construction of a multifunctional center in a metropolis. News of the Tula State University. Earth Sciences. Tula State University ISSN: 2218-5194 №3 2021 p. 286-296.
(0 СЧ
о
СЧ (О