CC BY
87
ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ И ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗДАНИЙ. СПЕЦИАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 725 + 528
И.В. Рубцов, Т.А. Пятницкая
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
НАЗНАЧЕНИЕ И СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПАМЯТНИКОВ ГРАЖДАНСКОЙ АРХИТЕКТУРЫ
Рассмотрены основные, применяемые на практике способы инструментального геодезического мониторинга и области их применения. Приведены этапы инструментального геодезического мониторинга памятников гражданской архитектуры и методы реализации.
Ключевые слова: инструментальный геодезический мониторинг, уникальные здания и сооружения, обследование строительных конструкций, безопасность зданий и сооружений.
Согласно нормативным документам1, для обеспечения безопасного функционирования зданий и сооружений за счет своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряженно-деформированного состояния конструкций и грунтов оснований, которые могут повлечь за собой переход объектов в ограниченно работоспособное или аварийное состояние, необходимо проводить периодический мониторинг технического состояния данных зданий и сооружений. Составной частью такого мониторинга является инструментальный геодезический мониторинг.
Инструментальный геодезический мониторинг — комплекс периодических инженерно-геодезических измерений, выполняемых с целью определения количественных параметров общих деформаций зданий и сооружений, их несущих и ограждающих конструкций, фундаментов, оснований фундаментов и грунтов. Он включает в себя:
1 1. ГОСТ 24846—81. Грунты. Методы измерений деформаций оснований зданий и сооружений.
2. Руководство по наблюдению за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. М. : Стройиздат, 1975.
3. Инструкция по наблюдению за сдвижениями земной поверхности и расположенными на ней объектами при строительстве в Москве подземных сооружений. М. : ИПКОИ РАН, 1997.
4. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции. Москомархитектура, 1998.
5. Методика оценки и сертификации инженерной безопасности зданий и сооружений. М. : МЧС России, 2003.
6. Временные рекомендации по организации технологии геодезического обеспечения строительства многофункциональных высотных зданий. ООО «Тектоплан», 2005.
7. РД 34.21.322—94. Методические указания по организации и проведению наблюдений за осадками фундаментов и деформациями здания и сооружений строящихся и эксплуатируемых тепловых электростанций.
8. Постановление правительства Москвы № 21 от 07.04.2004 г. «О мониторинге технического состояния жилых домов на территории Москвы».
9. Пособие к МГСН 2.07—01. Обследование и мониторинг при строительстве и реконструкции зданий и подземных сооружений. М., 2004.
1) создание высотной и плановой опорной основы геодезического мониторинга;
2) обмеры внутренних и внешних параметров сооружения;
3) наблюдения за трещинами;
4) создание деформационной сети объекта;
5) определение координат и высот, деформационных марок;
6) обработка результатов геодезического мониторинга.
В качестве исходной высотной основы для геодезического мониторинга памятников гражданской архитектуры (ПГА) используются стенные реперы, установленные в цокольных частях близлежащих зданий и сооружений, осадка фундаментов которых практически стабилизировалась, а также грунтовые реперы государственной геодезической сети2.
Для уникальных зданий и сооружений ПГА, где планируются многолетние циклы наблюдений, в качестве исходной высотной основы рекомендуется использовать кусты глубинных реперов. Количество кустов реперов для объекта (в зависимости от площади) определяется программой наблюдений или проектом. Исходная высотная основа должна быть размещена в стороне от проездов, подземных коммуникаций, складских и других территорий, где возможны вибрации от движения транспорта, и вне зоны влияния вновь строящихся зданий и сооружений.
Основными способами создания высотной опорной основы являются геометрическое и тригонометрическое нивелирование3.
Наиболее широко распространен метод геометрического нивелирования с применением коротких визирных лучей. Высокая точность и быстрота измерений превышений на станции, большой выбор компактных, точных нивелиров, возможность выполнять наблюдения в стесненных условиях городской исторической застройки делают этот метод практически универсальным. Метод тригонометрического нивелирования позволяет определять осадки точек, расположенных на разных высотах и недоступных при производстве работ геометрическим нивелированием. Необходимой точности можно добиться, используя высокоточные теодолиты и электронные тахеометры.
Для измерений внутренних и внешних параметров сооружения, а также измерений в последующих циклах горизонтальных перемещений на территории прилежащей к объекту наблюдений создается плановая опорная сеть. Пункты данной сети закрепляют в зоне, максимально обеспечивающей их стабильность и длительную сохранность. Плановая опорная сеть обычно создается в виде замкнутых или одиночных ходов полигонометрии или в виде линейно-угловой сети4. Обязательным условием наблюдений является постоянство схемы измерений и выполнение контрольных измерений стабильности опорной основы перед каждым циклом измерений. Плановыми опорными пункта-
2 Правила закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сетей. М. : Картгеоцентр — Геодезиздат, 1993. 21 с.
3 1. Руководство по натурным наблюдениям за деформациями гидротехнических сооружений и их оснований геодезическими методами / Гидропроект. М. : Энергия, 1980.
2. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. ГКИНП (ГНТА)-03-010-03. М. : ЦПД4-1НИИГАиК, 2004.
4 Инструкция по полигонометрии и трилатерации. М. : Недра, 1990.
ми могут быть пункты государственной (городской) сети2. Вновь создаваемые плановые опорные пункты в настоящее время в основном закрепляются пленочными катафотными отражателями (рис.) на близлежащих к наблюдаемому объекту капитальных строениях.
В настоящее время наиболее перспективными являются способы выполнения обмерных работ с применением геодезических инструментов. В зависимости от плоскости (Х, У, Н) в которой выполняются измерения, они подразделяются на высотные (Н), плановые (Х, У) и измерение крена (Х, У, Н).
Высотные обмеры выполняют методами геометрического и тригонометрического нивелирования.
При применении точного электронного тахеометра и соответствующей методики измерений точность тригонометрического нивелирования соответствует III классу геометрического нивелирования.
Плановые обмеры выполняют линейно-угловыми измерениями и боковым нивелированием.
Линейно-угловые измерения применяют при проведении обмерных работ сооружений и их от- Пленочный катафот-
дельных элементов (опорный контур, элементы пе- ный отража.те.ль рекрытия, звенья арок и сводов и т.д.) в тех случаях,
когда снимаемые точки располагаются на разных высотах, и на которые, как правило, невозможно установить рейку.
Способ бокового нивелирования применяют для съемки поперечных горизонтальных смещений сооружений и конструктивных элементов прямолинейной формы.
Измерение крена (наклона) зданий и сооружений можно выполнить различными способами: геометрического нивелирования, координат, вертикального проектирования и с помощью оптического квадранта. Выбор метода зависит от конкретных технических требований и условий наблюдений.
При проведении обследования ПГА выявляются существующие трещины в несущих конструкциях и организуются систематические наблюдения за их развитием. При наблюдениях за развитием трещины по длине концы ее следует периодически фиксировать поперечными штрихами, нанесенными краской, рядом с которыми проставляется дата осмотра. Так же контроль за трещинами выполняется с помощью маяков: растворных (цементных, гипсовых) и пластинчатых (стеклянных и металлических). Маяки прикрепляют на очищенную поверхность конструкции перпендикулярно трещине.
Для измерения трещин используют различные приборы: деформометры, щелемеры, измерительные скобы. Простейшие из них состоят из двух элементов, прикрепляемых по обе стороны трещины и позволяющих производить измерения развития трещин с помощью штангенциркуля, микрометров, индикаторов часового типа и т.п. При изучении труднодоступных трещин конструкций особо ответственных ПГА можно использовать индуктивные датчики с дистанционным получением информации о параметрах трещины.
В основном объекты ПГА относятся к числу потенциально опасных объектов с повышенным инженерным риском обрушения, так как часто подвергаются масштабным работам по реконструкции с целью приспособления под современное использование. Для снижения риска возникновения аварийных ситуаций на данных объектах должен быть организован периодический геодезический мониторинг.
При периодическом мониторинге в характерных местах наблюдаемого сооружения закрепляются деформационные марки, образующие деформационную сеть. В 1-м цикле наблюдений определяют их планово-высотные координаты. Через определенные промежутки времени проводят повторные циклы наблюдений. Высотные и плановые деформации наблюдаемых конструкций определяются по разности высот и плановых координат деформационных марок, закрепленных на этих конструкциях, в текущем цикле наблюдений (Х У Н) и исходном (первом) цикле (Х У Н1):
' АХ=Х. - Х; АУ = У. - У,; АН = Н.- Н.
1 1 1
Деформационная сеть состоит из плановых и высотных деформационных марок закрепленных на наблюдаемом объекте и изменяющих свое плановое или высотное положение вследствие деформаций объекта мониторинга.
Местоположение высотных и плановых деформационных марок независимо от конструкции выбирается так, чтобы они были:
жестко связаны с наблюдаемым элементом сооружения; доступны для производства геодезических работ; расположены в местах, безопасных для механических повреждений. Деформационные марки закрепляются на контролируемых конструкциях, изменяющих свое планово-высотное положение вследствие деформаций объекта ПГА.
Высотные деформационные марки предназначены для наблюдения высотных деформаций объекта. Конструктивная особенность высотных деформационных марок зависит от места их установки на наблюдаемых конструкциях. Марки могут устанавливаться на вертикальных (стенах, колоннах) и на горизонтальных (в фундаментной плите и перекрытиях) поверхностях.
Высотные деформационные марки на ПГА устанавливают в нижней части несущих конструкций по всему периметру здания (сооружения) и, если есть возможность, внутри в т.ч. на углах, на стыках строительных блоков, по обе стороны осадочного или температурного шва, в местах примыкания продольных и поперечных капитальных стен, на поперечных стенах в местах пересечения их с продольной осью, на несущих колоннах.
Плановые деформационные марки на ПГА устанавливают минимум на углах здания и по обе стороны осадочного или температурного шва, на двух или более высотных уровнях и в нескольких сечениях в зависимости от технического состояния сооружения.
В результате обработки информации, полученной при выполнении комплекса геодезических работ при обследовании здания, получают геометрические параметры, уточняющие геометрические размеры ПГА с точностью до миллиметров.
В соответствии с ГОСТ5 обследование технического состояния зданий и сооружений проводится не реже одного раза в 10 лет и не реже одного раза в пять лет для зданий и сооружений или их отдельных элементов, работающих в неблагоприятных условиях (агрессивные среды, вибрации, повышенная влажность, сейсмичность района 7 баллов и более и др.). Для уникальных зданий и сооружений устанавливается постоянный режим мониторинга.
Иные аспекты методики системных наблюдений изложены в [1—8]. В них приведены сведения о мониторинге промышленно-гражданских объектов и памятников архитектуры, включая сведения по мониторингу в условиях возникновения аварийных ситуаций.
Библиографический список
1. Рубцов И.В. Задачи мониторинга на стадии возведения сооружения // Интеграл. 2007. № 5. С. 86—87.
2. Учет температурных деформаций при геодезическом сопровождении строительства высотных монолитных зданий / И.В. Рубцов, И.А. Назаров, Е.Д. Лавриненко,
B.П. Савушкина // Вестник МГСУ 2010. № 4. С. 329—334.
3. Численная оценка НДС конструкций по результатам геодезических наблюдений за деформациями здания / Ч. Хо, Е.В. Зотова, В.Ф. Акопян, С.П. Гусаренко // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2012. № 1.
C. 151—159.
4. Методические основы дистанционного мониторинга состояния строительных конструкций зданий и сооружений / А.Ю. Кудрин, С.А. Качанов, Г.М. Нигметов, М.Ю. Прошляков // Технологии гражданской безопасности. 2006. Т. 3. № 3. С. 80—83.
5. Коргин А.В., Захарченко М.А., Ермаков В.А. Мониторинг технического состояния ответственных сооружений с использованием современных геодезических методов измерений и численного анализа методом конечных элементов // Мониторинг. Наука и безопасность. 2011. № 3. С. 58—63.
6. Коргин А.В. Информационное обеспечение инженерных изысканий и обследований при реконструкции сооружений // Геотехника. 2010. № 1. С. 49—54.
7. ShakhramanjyanM.A., Nigmetov G.M., Larionov V.I., NikolaevA.V., etal. Advanced procedures for risk assessment and management in Russia // International Journal of Risk Assessment & Management. 2001. Т. 3. № 4. Pp. 303.
8. CowlingPhil. Precise monitoring of public buildings // Facilities. 1995. Т. 13. № 1. Pp. 25—27.
Поступила в редакцию в апреле 2013 г.
Об авторах: Рубцов Игорь Владимирович — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой инженерной геодезии, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, (499) 183-98-97, geodesy@mgsu.ru;
Пятницкая Татьяна Александровна — старший преподаватель кафедры проектирования зданий, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, (499) 183-98-97, pz@mgsu.ru.
5 ГОСТ Р 53778—2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.
Для цитирования: Рубцов И.В., Пятницкая Т.А. Назначение и современные способы проведения инструментального геодезического мониторинга памятников гражданской архитектуры // Вестник МГСУ 2013. № 5. С. 80—86.
I.V. Rubtsov, T.A. Pyatnitskaya
PURPOSE AND ADVANCED METHODS OF GEODETIC TOOL MONITORING FOR MONUMENTS OF CIVIL ARCHITECTURE
The authors summarize the results of long-term studies of the monuments of civil architecture on the territory of the Russian Federation. Legislative and engineering aspects of the process of monitoring of the aforesaid monuments are described in the article. Geodetic monitoring is the most efficient method of systematic observations. Unlike traditional geometric leveling that solely contemplates the identification of sediment values for displacement points, geodetic monitoring employs the method of trigonometric leveling. This method makes it possible to conduct systematic observations of both the vertical strain in the points of observation and their horizontal displacement. Thus, trigonometric leveling makes it possible to identify the sediment differences and to determine deviations from design surfaces and their time dependence, which is very important in case of cultural heritage items.
The authors describe various methods of geodetic monitoring of civil architecture monuments: linear-and-angular measurements, method of side leveling, use of vertical projection devices, etc. It also provides information concerning methods of measurements of crack opening values.
The authors provide references to regulatory documents and sources covering the problems of monitoring (systematic observations over a long time period) of industrial and civil projects; they cover the monitoring of architectural monuments, particularly, in hazardous situations.
Key words: geodetic tool monitoring, unique buildings and structures, inspection of structures, safety of buildings and structures.
References
1. Rubtsov I.V. Zadachi monitoringa na stadii vozvedeniya sooruzheniya [Monitoring Objectives at the Stage of Construction]. Integral. 2007, no. 5, pp. 86—87.
2. Rubtsov I.V., Nazarov I.A., Lavrinenko E.D., Savushkina V.P. Uchet temperaturnykh deformatsiy pri geodezicheskom soprovozhdenii stroitel'stva vysotnykh monolitnykh zdaniy [Consideration of Thermal Deformations in the Process of Geodetic Support of Construction of Monolithic High-rise Buildings]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2010, no. 4, pp. 329—334.
3. Kho Ch., Zotova E.V., Akopyan V.F., Gusarenko S.P. Chislennaya otsenka NDS kon-struktsiy po rezul'tatam geodezicheskikh nablyudeniy za deformatsiyami zdaniya [Numerical Evaluation of Stress-and-strain State of Structures Based on Findings of Geodetic Observations over Building Deformations]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta [Proceedings of Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering]. 2012, no. 1, pp. 151—159.
4. Kudrin A.Yu., Kachanov S.A., Nigmetov G.M., Proshlyakov M.Yu. Metodicheskie os-novy distantsionnogo monitoringa sostoyaniya stroitel'nykh konstruktsiy zdaniy i sooruzheniy [Methodological Fundamentals of Distant Monitoring of the State of Structural Elements of Buildings and Structures]. Tekhnologii grazhdanskoy bezopasnosti [Civil Safety Technologies]. 2006, vol. 3, no. 3, pp. 80—83.
5. Korgin A.V., Zakharchenko M.A., Ermakov V.A. Monitoring tekhnicheskogo sostoyaniya otvetstvennykh sooruzheniy s ispol'zovaniem sovremennykh geodezicheskikh metodov izmereniy i chislennogo analiza metodom konechnykh elementov [Monitoring of Technical Condition of High-responsibility Structures Using Advanced Geodetic Measurement Methods and FEM-based Numerical Analysis]. Monitoring. Nauka i bezopasnost'. [Monitoring. Science and Safety.] 2011, no. 3, pp. 58—63.
6. Korgin A.V. Informatsionnoe obespechenie inzhenernykh izyskaniy i obsledovaniy pri rekonstruktsii sooruzheniy [Information Support of Engineering Surveying and Inspection Projects in the Process of Reconstruction of Structures]. Geotekhnika [Geotechnical Engineering]. 2010, no. 1, pp. 49—54.
7. Shakhramanjyan M.A., Nigmetov G.M., Larionov V.I., Nikolaev A.V. Advanced Procedures for Risk Assessment and Management in Russia. International Journal of Risk Assessment & Management. 2001, vol. 3, no. 4, p. 303.
8. Cowling P. Precise Monitoring of Public Buildings. Facilities. 1995, vol. 13, no. 1, pp. 25—27.
About the author: Rubtsov Igor' Vladimirovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Chair, Department of Engineering Surveying, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; geodesy@mgsu.ru; +7 (499) 183-98-97;
Pyatnitskaya Tat'yana Aleksandrovna — Senior Lecturer, Department of Design of Buildings, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; pz@mgsu.ru; +7 (499) 183-98-97.
For citation: Rubtsov I.V., Pyatnitskaya T.A. Naznachenie i sovremennye sposoby pro-vedeniya instrumental'nogo geodezicheskogo monitoringa pamyatnikov grazhdanskoy arkhi-tektury [Purpose and Advanced Methods of Geodetic Tool Monitoring for Monuments of Civil Architecture]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 5, pp. 80—86.
