Наблюдение за деформацией сооружений

     1.2 Задачи наблюдений  за деформациями. Организация работ

     Согласно  с [1] основная цель наблюдений за деформациями – определение величин деформации для оценки устойчивости сооружения и принятия своевременных профилактических мер по обеспечению его нормальной работы. Деформации (осадки, плановые смещения, крены, кручение и др.) зданий (сооружений) и отдельных их частей в процессе строительства и эксплуатации могут  явиться причиной нарушений запроектированных условий работы строительных конструкций, их перенапряжения. Кроме того, некоторые здания и сооружения, расположенные автономно, могут быть связаны между собой единым технологическим процессом.

     В практике наблюдений за осадками применяют  следующие методы нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, гидростатическое нивелирование.

     Для наблюдений за горизонтальными смещениями используют следующие высокоточные инженерно-геодезические методы: створный, триангуляционный (включая все виды угловых засечек), трилатерационный (включая и линейную засечку), линейно-угловой (включая полигонометрию) и др.

     Учитывая  размер (габариты) и конструктивные особенности исследуемых сооружений, особенности компоновки сооружений, размер и топографические условия  строительной площадки в целом, особенности  схемы размещения наблюдаемых точек  на сооружениях, указанных в техническом  задании, а так же заданные допуски  точности на определение деформаций при минимальных экономических  затратах, следует применять наиболее приемлемый инженерно-геодезических  метод измерений.

     Наблюдения  за деформациями многих сооружений одинаково важны в строительный, монтажно-наладочный и эксплуатационный периоды.

     На  различных этапах проектирования, возведения и эксплуатации сооружений на основании результатов этих наблюдений решают разные задачи:

     1. Результаты наблюдений за деформациями  зданий (сооружений), возводимых на различных грунтах и в различных природных условиях, могут вносить коррективы в методики строительных и технологических расчетов на стадии проектирования новых аналогичных объектов. Опыт наблюдений за деформациями объектов дает возможность избежать грубых просчётов при прогнозе осадок, подъемов, кренов зданий  (сооружений).

     2. Проведение наблюдений за деформациями  сооружений в период строительства  позволяет корректировать технологическую схему производства строительных работ и монтажа конструкций. Например, результаты наблюдений за осадками и наклонами могут быть использованы при разработке оперативной программы и графика бетонирования, скорости загрузки основания и т. д. На ответственных сооружениях технологическое оборудование нужно устанавливать с учетом выявленных характера и скорости осадок, смещений, кренов, кручений фундаментов и строительных конструкций. В противном случае, к наладочному и эксплуатационному периоду пределы работы котировочных механизмов могут оказаться недостаточными для корректировки положения оборудования. Кроме того, геодезические измерения дают материал для прогнозирования смещений наблюдаемого сооружения в целом.

     3. Весьма важны наблюдения за  деформациями ответственных сооружений в процессе эксплуатации для правильной оценки технического состояния сооружения, принятия своевременных эффективных строительных мер по укреплению основания, конструкций и предупреждения возможных аварий, особенно при наличии прогрессирующих осадок, протекании вязко-пластичных деформаций грунтов основания, вызывающих незатухающую установившуюся ползучесть грунтов. Наблюдения за деформациями могут своевременно выявить возникновение и причины деформаций, не предусмотренных проектом. Это особенно важно на таких социально опасных сооружениях, как атомные электростанции, плотины крупных гидроузлов, тоннелей метрополитена и др.

     4. На некоторых сооружениях с  переменными параметрами нагрузок  проведение оперативных наблюдений  за осадками и наклонами обеспечивает  нормальную работу строительных  конструкций. 

     Примером  таких сооружений могут служить  зерновые элеваторы, построенные на сжимаемых грунтах. При загрузке отдельных силосных зданий элеватора взаимное положение последних по высоте может измениться настолько, что возникает опасность образования трещин и нарастания кренов. Геодезические наблюдения за осадками и наклонами могут оказать неоценимую услугу, оперативно обеспечивая обоснованный режим загрузки отдельных силосов. Так, если осадки и наклоны одного силоса достигают предельных величин, загрузку его прекращают и начинают работу на другом участке и т. д. Такого же рода примеры можно привести из области гидротехнического строительства, когда ощутимые деформации плотин, особенно в зонах тектонических разломов, могут послужить сигналом для регулирования объема водохранилища.

     На  ряде сооружений наблюдения за деформациями производят в основном в периоды  максимальных значений величин внешних  нагрузок на конструкции (например, давлений снегового покрова в очень снежные зимы, при стихийных бедствиях и т. д.).

     5. При планируемых реконструкциях  зданий и сооружений наблюдения  за деформациями помогают определить  дополнительные нагрузки на основание и за счет этого — возможность надстройки здания.

     6. На крупных и ответственных  уникальных сооружениях наблюдения  за деформациями выполняют и  после их стабилизации с целью выявления отдельных элементов оборудования, положение которых подлежит юстировке, и обеспечения нормального технологического режима их работы.

     Геодезические измерения деформаций оснований, конструкций зданий, сооружений и их частей, если это предусмотрено проектной документацией, установлено авторским надзором или органами государственного надзора, входят в состав геодезических работ, выполняемых на строительной площадке.

     Геодезические измерения деформаций оснований, конструкций зданий (сооружений) и их частей в процессе строительства являются обязанностью заказчика — дирекции строительства или эксплуатируемого объекта. Стоимость этих работ включается в стоимость строительства. В период эксплуатации зданий и сооружений геодезические наблюдения за деформациями могут выполняться за счет основной деятельности предприятия (организации).

     Для выполнения геодезических наблюдений за деформациями может быть создана специальная геодезическая группа натурных наблюдений, как правило, в отделе капитального строительства застройщика.

     В отдельных случаях (для специальных  и уникальных сооружений) заказчиком наблюдений за деформациями может являться не застройщик, а проектная или научно-исследовательская организация.

     На  различных инженерных объектах геодезические  работы по наблюдениям за деформациями в период строительства и эксплуатации по своей структуре могут очень  сильно отличаться друг от друга. Наиболее сложный состав геодезических работ данного вида характерен для гидротехнических сооружений, различных ускорителей заряженных частиц, атомных электростанций, антенных комплексов и др. Причем, на таких сооружениях организация наблюдений начинается одновременно с проектированием. Еще в процессе изысканий на площадках наиболее сложных и ответственных объектов организуют наблюдения за естественными микросмещениями различных горизонтов горных пород основания. С самого начала строительства ведутся наблюдения за упругой отдачей для котлована.

     Для инженерной интерпретации результатов  измерений деформаций изучают возможные причины их возникновения. Основной интерес представляют геологические, гидрогеологические и климатические данные, в числе которых: мощность отдельных слоев грунта основания, уровень грунтовых вод, физико-механические свойства грунтов и др. В ряде случаев не ограничиваются изучением материалов изысканий, а параллельно с измерениями деформаций организуют специальные наблюдения за изменением состояния и термическим режимом грунтов и подземных вод, за изменением метеоданных и др. Ведется учет изменения строительной и технологической нагрузки. 

1.3 Точность и периодичность  геодезических наблюдений  за деформациями

     Величины  деформаций должны быть определены в  пределах соответствующих заданных допусков точности, указанных в технических  условиях, составленных проектно-изыскательской, научно-исследовательской организацией или в нормативных документах. В особых случаях эти требования могут быть получены путём специальных расчётов.

     Следовательно, требуемые (заданные) допуски точности должны быть известны до начала разработки программы и метода наблюдений за деформациями инженерных сооружений на данном объекте.

     От  правильного выбора точности зависят  методы и средства измерений, затраты  на их производство и достоверность  получаемых результатов.

     В нормативных документах  требования к точности определения осадок или  горизонтальных смещений характеризуются  средней квадратической ошибкой m_s:

• 1 мм – для зданий и сооружений, возводимых на скальных или полускальных грунтах;
• 3 мм - для зданий и сооружений, возводимых на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах;
• 10 мм - для зданий и сооружений, возводимых на насыпных, просадочных и других сильно сжимаемых грунтах;
• 15 мм – для земляных сооружений;
• на оползневых участках осадки измеряются со средней квадратической погрешностью 30 мм, а горизонтальные смещения – 10 мм

     Периодичность проведения наблюдений за деформациями сооружения устанавливается из расчета  того, что должна быть обеспечена возможность  определения характера протекаемых деформационных процессов, а также возможность проведения контроля над процессом их измерения.

     Для первоначальных циклов периодичность  определяется на основе заданной в  проекте точностью. Когда же наблюдения становятся систематическими, то возникает  задача выбора времени между последними циклами. При этом желательно увеличить  время между циклами без потерь информативности о происходящем процессе деформации.

     Частота наблюдений зависит от многих факторов: типа сооружения, состава и физического  состояния грунтов основания, вида изучаемой деформации, периода возведения или эксплуатации и т.д.

     Основная  часть деформаций приходится на строительный период (от 50 до 85%). Поэтому число  наблюдений можно находить по возрастанию  нагрузки на основание.

     При выполнении наблюдений необходимо учитывать  воздействие на сооружение природных  факторов: изменение термических  и гидротермических условий, сейсмичность, морозное пучение и оттаивание, сезонное колебание уровня грунтовых и  подпорных вод и т.п. Необходимо также учитывать влияние техногенных  процессов: проведение подземных работ, возведение новых крупных сооружений, искусственное изменение уровня грунтовых вод, вибрации от различного рода механизмов и т. д.

     Обычно  в начале строительного периода  наблюдения проводят ежемесячно. По мере накопления и оценки материала наблюдения выполняют раз в квартал. Обязательны  наблюдения в периоды достижения нагрузки в 25, 50, 75, 100% полной массы сооружения. После её достижения (в период эксплуатации) наблюдения выполняют 1-2 раза в год  до полной стабилизации деформаций. Для  особо чувствительных к деформациям  сооружений наблюдения проводят и после  стабилизации с интервалом до 2-3 лет.

     При появлении сильно воздействующих природных  и техногенных факторов наблюдения выполняют до и после воздействия  их на сооружение. Существуют и расчетные  методы определения периодичности  наблюдений за деформациями. Все они  основаны на прогнозировании величин  деформаций. 
 
 

    1.4 Основные типы  знаков 

    Существенная  роль в организации наблюдений за деформациями сооружений отводится  геодезическим знакам. От правильного  выбора конструкции и мест их размещения в значительной мере зависит качество результатов наблюдений.

    Применяемые для наблюдений геодезические знаки  различают по назначению. Это опорные, вспомогательные и деформационные знаки. Знаки также делятся на плановые и высотные.

    Опорные знаки служат исходной основой, относительно которой определяются смещения деформационных знаков. Закрепляются они с расчетом на устойчивость и длительную сохранность.

    Вспомогательные знаки являются связующими в схеме измерений и используются для передачи координат и высот от опорных знаков к деформационным.

    Деформационные  знаки закрепляются непосредственно  на исследуемом сооружении и, перемещаясь  вместе с ним, характеризуют изменение его положения в пространстве.

    Для плановых опорных знаков широко применяют  трубчатые конструкции. Основной деталью  знака является стальная труба диаметром от 100 до 300 мм, заглубляемая и бетонируемая в грунте не менее чем на 1 м ниже верхней границы твердых коренных пород. Верхний конец трубы заканчивается фланцем, к которому крепится головка знака. Вокруг основной трубы сооружается защитная труба. Пространство между основной и защитной трубами в нижней части заполняется битумом, а в верхней — легким теплоизоляционным материалом. Знак закрывается крышкой. Конструкция головки знака может быть разной и зависит от применяемых для наблюдений приборов.