CC BY
165
Землеустройство и кадастры
УДК 624.131:624.15:624.9:550.83
ЗНАЧЕНИЕ ГЕОМОНИТОРИНГА ПРИ НОВОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕКОНСТРУКЦИИ
© 2014 Мальцев Андрей Валентинович
кандидат технических наук, доцент
© 2014 Астафьева Нонна Сергеевна
кандидат философских наук, доцент
© 2014 Булавкина Юлия Владимировна
студент
Самарский государственный архитектурно-строительный университет E-mail: [email protected]; [email protected]
Ключевые слова: геомониторинг, наблюдение, контроль, техническое состояние, сооружение, основание, строительство, реконструкция, безопасность
Рассмотрены актуальность, цель и задачи мониторинга в строительстве. Дано обоснование необходимости проведения геомониторинга системы «сооружение-основание» в период строительства и эксплуатации новых и реконструируемых объектов. Приведены современные методы геомониторинга.
VALUE OF GEOMONITORING AT NEW CONSTRUCTION AND RECONSTRUCTION
© 2014 Maltsev Andrey Valentinovich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
© 2014 Astafyeva Nonna Sergeevna
Candidate of Philosophical Sciences, Associate Professor
© 2014 Bulavkina Yulia Vladimirovna
Student
The Samara State Architectural and Construction University E-mail: [email protected]; [email protected]
Keywords: geo-monitoring, supervision, control, technical condition, building, basis, construction, reconstruction, safety
Relevance, the purpose and problems of monitoring in construction are considered. Justification of need of carrying out geo-monitoring of system «base-building» during construction and operation of new and reconstructed objects is given. Modern methods of geo-monitoring are given.
На современном этапе экономического и технического развития крупных городов России наблюдается расширение строительного производства и проведение масштабного строительства, которое сопровождается посто-
янным ростом сложности строящихся объектов и геотехнических условий их возведения. Это, как правило, ставит перед строителями новые проблемы, связанные с обеспечением безопасной жизнедеятельности в условиях мегаполиса. Их решение
213
Региональное развитие • № 3,4 • 2014
связано, во-первых, с обеспечением надежности самих строящихся сооружений, и, во-вторых, с влиянием проводимого строительства на уже существующую инфраструктуру.
Надежность сооружения, как большой строительной системы (БСС), - подразумевает безотказную работу в течение всего эксплуатационного периода с учетом плановых капитальных ремонтов отдельных его элементов. Поэтому возникает необходимость в переходе на принципиально новые методы ремонта, которые учитывают остаточные ресурс эксплуатации отдельных конструкций в частности и БСС в целом. Это не значит, что сооружения и их инженерные системы будут ремонтироваться только при полном выходе из функционального строя. Мониторинг БСС заранее прогнозирует возможные сбои и отказ в работе всех функциональных элементов сооружения и систем жизнеобеспечения в нем, что позволяет избежать аварийных и непредвиденных ситуаций.
Сложные инженерно-геологические условия площадок строительства - одна из основных причин нестабильности оснований как строящихся, так и существующих объектов, что увеличивает риск их отказа. В связи с этим особого внимания заслуживает вопрос контроля технического состояния несущих конструкций сооружений с целью предупреждения возникновения аварийных ситуаций и обоснованность выбора комплекса инженерных мероприятий по их недопущению.
Мировая и отечественная практика строительства ответственных зданий и сооружений в сложных геотехнических условиях показывает, что в целях обеспечения их безопасности и надежности рекомендуется наблюдение за состоянием (monitoring, англ.) строительного объекта на всех стадиях его существования, включая проектирование, возведение и эксплуатацию.
Термин - «мониторинг технического состояния зданий и сооружений» уже давно используется в строительной отрасли США, Канады, Японии и стран Западной Европы, однако в нашей стране он появился относительно недавно. Его появление
связано с активным возведением высотных и большепролетных уникальных зданий и сооружений, строительством в стесненных городских условиях, а так же в сложных геологических условиях. Масштабное строительство многофункциональных зданий и подземных сооружений приводит к изменению строительных свойств грунтов оснований, что в свою очередь, негативно отражается на напряженно-
деформированном состоянии системы «сооружение-основание» (ССО). Участившиеся случаи катастрофических деформаций и разрушений жилых домов и сложных сооружений заставляют строителей осуществлять контроль их состояния. В подобных условиях недостаточно получать несистематизированные результаты обследований, необходимо организовывать систему мониторинга, позволяющую отслеживать степень и скорость изменения технического состояния объекта для возможности принятия экстренных мер по предотвращению разрушения2.
Мониторинг технического состояния зданий и сооружений - это система технически обоснованных и экономически оправданных наблюдений за факторами воздействия, сопротивления этому воздействию или иными интегральными показателями, определяющими работоспособность и заданную надежность здания и сооружения, производимых с периодом, при котором вероятность возникновения неблагоприятного события или проявления его последствий ничтожно мала. Так звучит одно из официальных определений мониторин-га2.
Особенности мониторинга2:
- мониторинг - это серия измерений, выполненных в течение некоторого времени;
- время измерений, частота циклов может варьироваться от нескольких минут до нескольких лет;
- для измерения может быть использовано различное оборудование (тензометры, тахеометры, инклинометры и наклономеры, экстенсометры, оптоволоконные датчики, пьезометры и многие другие), оснащенное программным обеспечением;
214
Землеустройство и кадастры
- результаты измерений в виде графиков доступны для просмотра, а так же для дальнейшей обработки и оценки.
Мониторинг зданий может проводиться
4
в четырех различных направлениях :
1. Геодезические измерения и работы;
2. Инженерно-геологические наблюдения грунтового массива;
3. Измерения нагрузок и деформаций в конструкциях фундамента и надземной части;
4. Сейсмометрические изменения
При создании системы мониторинга решаются, как правило, следующие основ-
5
ные задачи :
-выбор конструктивных элементов (объектов контроля), определение в них основных сечений и назначение контрольных точек на объектах наблюдения;
-разработка методов определения контролируемых параметров, выбор серийных или разработка индивидуальных технических средств контроля, изготовление и установка их на объекте;
-проведение визуальных, инструментальных наблюдений и определение фактических перемещений, деформаций, напряжений, усилий в контролируемых конструктивных элементах;
-оценка технического состояния конструкций по данным натурных наблюдений и результатам расчетов.
Наблюдения должны осуществляться как в период строительства, так и в период последующей эксплуатации. Система мониторинга должна быть построена в соответствии с блок-схемой, показанной на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема мониторинга
С 1 января 2011 года в Российской Федерации вступил в силу новый стандарт, регламентирующий деятельность по обследованию зданий и сооружений, — ГОСТ Р 53 778-20104 .
Это первый российский нормативный документ по обследованию, имеющий статус государственного стандарта. До этого основными документами являлись общий для всех видов объектов капитального строительства СП 13-102-2003 6, а также РД 22-01-97 , распространяющийся на
объекты, подлежащие экспертизе промышленной безопасности.
Согласно этим нормам мониторинг -система наблюдения и контроля, проводи-
мая по определенной программе со следующими целями:
- контроль технического состояния зданий и сооружений и своевременное принятие мер по устранению возникающих негативных факторов;
-выявление объектов, на которых произошли изменения напряженнодеформированного состояния и для которых необходимо обследование их технического состояния;
- обеспечение безопасного функционирования зданий и сооружений за счет своевременного обнаружения на ранней стадии изменения состояния конструкций и грунтов основания;
215
Региональное развитие • № 3,4 • 2014
-отслеживание степени и скорости изменения технического состояния объекта и принятие в случае необходимости экстренных мер по предотвращению его обрушения.
Вопросы технического диагностирования и мониторинга строительных конструкций зданий и сооружений с каждым годом становятся все более востребованными. Подобный подход к оценке состояния большой строительной системы (БСС) обладает значительными преимуществами по оперативности получаемых результатов, обнаружению дефектов на самом раннем этапе их появления, возможности установления динамики развития повреждений, минимизации влияния человеческого фактора в оценке результатов диагностирования. Однако, в полном объеме задачи диагностирования таких сложных объектов, как здания и сооружения, могут быть решены только при применении комплексного мониторинга, сочетающего в себе совокупность методов и средств
оценки и прогнозирования изменения тех-
8
нического состояния .
Как отмечалось выше, важнейшей технико-экономической проблемой, решаемой при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, является обеспечение надежности несущих и ограждающих конструкций. Поэтому одним из важных аспектов научного исследования является определение оптимального (целесообразного) уровня надежности, то есть с определенным заданным риском отказа. Такой уровень может быть установлен с помощью геотехнического мониторинга и диагностики за состоянием системы «сооружение-основание» .
Под геотехническим мониторингом подразумевается специально организованное, систематическое наблюдение за состоянием объектов и их оснований с целью их оценки, контроля или прогноза при изменении параметров системы «сооружение-основание» под влиянием внешних и внутренних факторов. Диагностика и наблюдение за состоянием здания или сооружения преследует цель оценки физического износа строительных конструкций и определения категории технического со-
стояния объекта, то есть его эксплуатационной пригодности.
Для строительства в Самаре, как и для большинства больших городов, характерны следующие особенности: дефицит земли, урбанизация и реконструкция исторического центра города, возведение многоэтажных и много секционных зданий и подземных сооружений .
Указанные особенности с учетом строительства в сложных инженерногеологических условиях требуют разработки и внедрения в строительное производство совершенно новых проектных и технологических решений, в первую очередь, в области фундаментостроения. Наряду с новым строительством все чаще приходится иметь дело с реконструкцией и модернизацией существующих зданий и сооружений. В связи с этим строительство в большинстве случаев ведется в стесненных условиях уже сложившейся городской застройки, т.е. вблизи существующих зданий. В основном это районы старой части города Самары, ее исторический центр. Неграмотное проектирование и строительство может привести к потерям многих исторических и архитектурных памятников города, а также его общественного и жилого фонда. Увеличение нагрузки при реконструкции зданий (перепланировка, надстройка и т.п.), а также при сносе ветхих и небольших построек и возведение на их месте многоэтажных сооружений, оказывает влияние на основания. В процессе длительной эксплуатации грунты оснований могут значительно изменить свои свойства и это необходимо учитывать. Большой процент зданий постройки 60-70х годов прошлого века дает отказ надземной части (трещины несущих и ограждающих конструкций и т.п.) вследствие деформации оснований. Для продления срока службы этих зданий требуются мероприятий по усилению, и в первую очередь их оснований и фундаментов.
Указанные особенности приводят к необходимости экспертной оценки проектных решений оснований и фундаментов. Эту проблему поможет решить научнообоснованный геотехнический мониторинг
216
Землеустройство и кадастры
на всех стадиях проектирования и строительства зданий и сооружений 10.
Геотехнический контроль призван решать задачи по регулярному отслеживанию поведения грунтового массива, окружающих конструкций, а также принятие мер по обеспечению безопасности жизнедеятельности людей. Современные методы фиксации изменения состояния подземного пространства разнообразны и представляют собой комплексы работ, выполняемые с определенной периодичностью. Вот основные из них 11 :
1) Геофизические методы. В исследо-
вании геомассивов на предмет выявления полостей применяют электроразведку, сейсморазведку, методы ГИС и межскважинное просвечивание. Из большого числа методов электроразведки наиболее широко применяют следующие методы: верти-
кальное электрическое зондирование (ВЭЗ), электрическое профилирование (ЭП), метод естественного электрического поля (ЕП), метод заряда. Широкое применение последнее время получают георадарные исследования, несущие в себе принцип электроразведки. С помощью этих методов можно с успехом выявлять и оконтуривать в плане зоны повышенной трещиноватости и закарстованности, определять глубины распространения закарсто-ванности и повышенной трещиноватости горных пород.
2) Геодезические методы. Геодезические методы основаны на нивелировке густой сети реперов с целью получения количественных характеристик движений земной поверхности, в том числе горизонтальных и вертикальных составляющих деформаций земной коры. Для мониторинга в условиях плотной городской застройки за рубежом разработаны технологии космической радиолокации интерферометрии (КРИ). Радарная интерферометрия -метод, основанный на наблюдении за отличиями (изменениями) отражаемого излучения во времени и пространстве. Интерферометрический образ возникает отображением временных разделенных сигналов при повторных пролетах спутника.
Современные технические средства геомониторинга становятся непременным
атрибутом строительства и эксплуатации уникальных зданий и сооружений. Они позволяют осуществлять оперативный контроль технического состояния строительного объекта и, с учетом полученной информации, корректировать в случае необходимости проектные и технологические решения.
Актуальность проведения геомониторинга обусловлена и тем, что в современное строительство все больше внедряется новая мощная техника по производству новых типов фундаментов и укреплению оснований 12.
Мониторинг далеко не всегда способен обезопасить от возможности аварийного разрушения, особенно, когда оно носит быстротечный характер, но во многих случаях он все-таки позволяет прогнозировать приближение аварийных ситуаций и принимать соответствующие меры для их предотвращения.
4Дормидонтова Т.В., Мальцев А.В. Техническое диагностирование и мониторинг строительных конструкций зданий и со-оружений//Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 67-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР 2009 г. / Са-марск. гос. арх.-строит. ун-т. - Самара, 2010. - С.756.
^Геотехническое сопровождение реконструкции городов: (Обследование, расчеты, ведение работ, мониторинг) / В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин. - М., Изд-во АСВ, 1999. - 324 с.
3Дормидонтова Т.В. Научнообоснованный подход к комплексному применению методов средств контроля и диагностики мониторинга строительных систем / Монография.- Самара, Изд-во СГАСУ, 2010. - 170 с.
4ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния - Введ. 25.03.2010. - М., 2010. - 60 с.
5 Пособие к МГСН 2.07-01. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Обследование и мониторинг при строительстве и реконструкции зданий и подземных сооружений / В.А. Ильичев, П.А. Конова-
217
Региональное развитие • № 3,4 • 2014
лов, В.П. Петрухин, В.И. Шейнин // Под общ. ред. В.А. Ильичева. - М., Москомар-хитектуры, 2004.-117с.
6СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. - Введ. 21.08.03. - Госстрой России. - М., 2004. - 32 с.
7РД 22-01-97. Требования к проведению оценки безопасности эксплуатации производственных зданий и сооружений поднадзорных промышленных производств и объектов (обследование строительных конструкций специализированными организациями). - Введ. 11.12.1997. - ЦНИИ-проектстальконструкция. - М., 1997. - 15 с.
Мальцев А.В., Пономаренко А.М. О мониторинге эксплуатируемых зданий и сооружений // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 68-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР 2010 г. / Са-марск. гос. арх.-строит. ун-т. - Самара, 2011. - С.917.
9Мальцев А.В., Баранова М.Н., Какути-на О.М. Геологическая обстановка в Самаре. Строить можно, только осторожно //
Самарская новостройка.- Самара, 2008. -№6 (75). - С.43-45.
10Мальцев А.В., Пономаренко А.М. Геотехнический мониторинг системы «сооружение-основание» // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 67-й Всероссийской научнотехнической конференции по итогам НИР 2009 г. / Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. -Самара, 2010. - С.755.
11Карпов А.А. Актуальность и современные методы геомониторинга в городской черте //Традиции и инновации в строительстве и архитектуре [Электронный ресурс]: материалы 71-й юбилейной Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР 2013 года /
СГАСУ. - Самара, 2014. - С.891-895.
12
Карпов А.А., Мальцев А.В. Актуальность проведения геотехнического мониторинга в строительстве// Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 70-й юбилейной Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР 2012 года / СГАСУ. - Самара, 2013. - С.361-364.- Ч II.
218
