Мониторинг технического состояния зданий, сооружений, строительных конструкций. цели и задачи мониторинга

Проект и программа геотехнического мониторинга

Наблюдения ведутся в соответствии с ранее разработанной программой и проектом. В данных документах содержится подробная информация о составе работ, методах их выполнения, периодичности и сроках проведения исследований. Документация содержит:

• информацию о конструктивных характеристиках и особенностях возводимого объекта;
• основные расчетные характеристики (нагрузки, показатели деформаций, напряжений, перемещений и др.);
• материалы инженерных изысканий;
• описание объектов окружающей застройки, прогнозы воздействия на них от выполнения строительных работ, мероприятия по снижению негативных последствий;
• перечень показателей и параметров, который должны контролироваться при осуществлении геотехнического мониторинга, а также методы их измерений;
• схемы устройства наблюдательных скважин, установки датчиков, маяков;
• описание используемого оборудования;
• сведения о стадиях и сроках работ;
• требования к ведению отчетной документации по каждому из этапов.

Проект геотехнического мониторинга

В процессе разработки проекта ГТМ формируется набор конструктивных решений, которые могли бы обеспечить минимальную степень влияния на объект со стороны негативных факторов воздействия. При этом учитывается не только эффективность методов, но и экономическая целесообразность их применения. Составляется технологическая карта производства аналитических мероприятий, подбираются оптимальные методы обследования территории с учетом климатических и геофизических параметров конкретного региона. В проекте геотехнического мониторинга строительства здания прописываются и требования к экологической безопасности, что может проявляться в виде ограничений по использованию определенных методов влияния на природный ландшафт, в частности. В конечном итоге разработчики представляют комплексный набор мер с графиком их выполнения и возможностями корректировки в зависимости от влияния сторонних факторов.

Виды диагностики

Можно выделить два варианта проведения диагностических работ – ручной и автоматизированный, причем специализированное оборудование используется в обоих случаях. Первый вариант мониторинга подразумевает обработку данных при помощи компьютерных программ, а второй – опытными специалистами. Если говорить о том, какой из вариантов лучше, мнения разделяются.

С одной стороны, человеческий фактор не исключает возможных ошибок в расчетах, но если квалификация инженеров, отвечающих за процесс, достаточно высока, то мониторинг строительных конструкций, зданий и строений будет произведен качественно. С другой стороны, компьютерные программы также могут давать сбой, поэтому как один, так и второй вариант при условии должного контроля проведения диагностики считается допустимым.

Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 безопасность эксплуатации здания (сооружения): Комплексное свойство объекта противостоять его переходу в аварийное состояние, определяемое: проектным решением и степенью его реального воплощения при строительстве; текущим остаточным ресурсом и техническим состоянием объекта; степенью изменения объекта (старение материала, перестройки, перепланировки, пристройки, реконструкции, капитальный ремонт и т.п.) и окружающей среды как природного, так и техногенного характера; совокупностью антитеррористических мероприятий и степенью их реализации; нормативами по эксплуатации и степенью их реального осуществления.

3.2 механическая безопасность здания (сооружения): Состояние строительных конструкций и основания здания или сооружения, при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений вследствие разрушения или потери устойчивости здания, сооружения или их части.

3.3 комплексное обследование технического состояния здания (сооружения): Комплекс мероприятий по определению и оценке фактических значений контролируемых параметров грунтов основания, строительных конструкций, инженерного обеспечения (оборудования, трубопроводов, электрических сетей и др.), характеризующих работоспособность объекта обследования и определяющих возможность его дальнейшей эксплуатации, реконструкции или необходимость восстановления, усиления, ремонта, и включающий в себя обследование технического состояния здания (сооружения), теплотехнических и акустических свойств конструкций, систем инженерного обеспечения объекта, за исключением технологического оборудования.

3.4 обследование технического состояния здания (сооружения): Комплекс мероприятий по определению и оценке фактических значений контролируемых параметров, характеризующих работоспособность объекта обследования и определяющих возможность его дальнейшей эксплуатации, реконструкции или необходимость восстановления, усиления, ремонта, и включающий в себя обследование грунтов основания и строительных конструкций на предмет выявления изменения свойств грунтов, деформационных повреждений, дефектов несущих конструкций и определения их фактической несущей способности.

3.5 специализированная организация: Физическое или юридическое лицо, уполномоченное действующим законодательством на проведение работ по обследованиям и мониторингу зданий и сооружений.

3.6 категория технического состояния: Степень эксплуатационной пригодности несущей строительной конструкции или здания и сооружения в целом, а также грунтов их основания, установленная в зависимости от доли снижения несущей способности и эксплуатационных характеристик.

3.7 критерий оценки технического состояния: Установленное проектом или нормативным документом количественное или качественное значение параметра, характеризующего деформативность, несущую способность и другие нормируемые характеристики строительной конструкции и грунтов основания.

Какие задачи решает мониторинг

Диагностика строящихся или уже возведенных объектов должна решать, согласно ГОСТу 22.2.12-2005, следующие задачи:

1. недопустимость аварийных ситуаций путем их прогнозирования в ходе выявления отклонений параметров объекта от нормативных показателей;
2. постоянный сбор и передача информации, касающейся процессов, обеспечивающих функционирование возведенной конструкции;
3. своевременная передача информации о технологических системах объектов: их состояние и возможные проблемы;
4. моментальное оповещение о чрезвычайных ситуациях на объектах;
5. оповещение специалистов и населения о проблемах, если требуется эвакуация и принятие определенных мер в срочном порядке.

Этапы проведения

      Работы, как правило, проходят в несколько связанных между собой этапов:   — подготовительные работы;    — визуальное и инструментальное обследование перед началом мониторинга;    — монтажные работы;    — мониторинг. Последовательность действий и состав работ на каждом этапе включает: 1. Подготовительные работы:   — ознакомление с объектом мониторинга, его объемно-планировочным и конструктивными решениями, материалами инженерно-геологических изысканий и пр.:    — подбор и анализ проектно-технической документации;    — составление программы работ (при необходимости) на основе полученного от заказчика технического задания. Техническое задание разрабатывается заказчиком или проектной организацией и, возможно, с участием исполнителя обследования. 

2. Визуальное и инструментальное обследование перед началом мониторинга:    — инструментальное определение контрольных параметров, выявление недостатков,  дефектов и повреждений;    — определение фактических прочностных характеристик материалов основных несущих конструкций и их элементов;    — измерение параметров эксплуатационной среды, присущей технологическому процессу в здании и сооружении;    — определение фактических эксплуатационных нагрузок и воздействий, воспринимаемых обследуемыми конструкциями с учетом влияния деформаций грунтового основания;    — определение фактической расчетной схемы здания и его отдельных конструкций;    — определение расчетных усилий в несущих конструкциях, воспринимающих эксплуатационные нагрузки;    — расчет несущей способности конструкций по результатам обследования;    — камеральная обработка и анализ результатов обследования и поверочных расчетов;    — анализ причин появления дефектов, повреждений и недостатков;       Некоторые из перечисленных работ могут исключаться или добавляться в программу мониторинга в зависимости от специфики объекта мониторинга, его состояния и задач, определенных техническим заданием. 3. Монтажные работы:      Установка контрольно-измерительного оборудования для ведения мониторинга на выбранных участках. 4. Мониторинг: Систематический контроль состояния строительных конструкций, а также замеры и снятие показаний с установленного контрольно-измерительного оборудования:
   — контроль изменений геометрических параметров здания (зданий) или сооружения (сооружений), конструкций, элементов и узлов;
   — визуальный и инструментальный контроль параметров выявленных дефектов и повреждений;
   — инструментальный контроль характеристик материалов основных несущих конструкций и их элементов;
   — контроль изменения параметров эксплуатационной среды, присущей технологическому процессу в здании и сооружении (при необходимости);
   — анализ динамики изменения технического состояния конструкций;
   — составление промежуточных документов  с указанием результатов полученных в ходе проведения мониторинга;
   — составление итогового документа о результатах проведенного мониторинга; — разработка рекомендаций по устранению выявленных дефектов, повреждений и недостатков выявленных в результате проведенного мониторинга (при необходимости).

Дополнительные технологии и материалы

Для успешного осуществления инженерного геокриологического мониторинга, особенно при применении данных, приводящихся в предстроительный период инженерных изысканий, большое значение имеет использование материалов топографических, аэрофото- и космических съемок. По материалам разновременных съемок, в том числе и с беспилотных летательных аппаратов, можно оценить изменение размеров очагов загрязнения территории, тенденции развития и затухания опасных геокриологических процессов, деформации различных сооружений – магистральных трубопроводов, земляного полотна железных и автомобильных дорог, переработки и эрозии берегов водохранилищ и др. При этом на современном уровне обработки космо- и аэрофотоматериалов можно получить данные не только на уровне контурного дешифрирования, но и в количественном виде .

Перспективным направлением для включения в программы проведения ГТМ представляется использование георадаров – приборов, основанных на направлении электромагнитной волны короткой продолжительности в многослойные среды, приеме и преобразовании отраженного сигнала. Они работают при температуре от минус 40 до плюс 40єС. Приборы компактные и не отличаются большой массой (1,5-15 кг). Имеют высокую производительность при записи среды в полевых условиях (от 5 до 30 км за смену), однако требуют продолжительной обработки в камеральных условиях (до смены на 500-1000 м разреза). Также георадары требуют заверочных буровых работ или шурфования. В настоящее время георадары достаточно широко применяются при обследованиях зданий и инженерных сооружений, автомобильных дорог, взлетно-посадочных полос и перронов аэродромов, плотин и гидроузлов, при разведке и оценке запасов строительных материалов в карьерах, инженерно-геологических изысканиях, археологических исследованиях и т.д. . Потенциал неразрушающих, высокопроизводительных, экологически чистых георадарных методов для использования при проведении геомониторинга несомненен.

Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 12.1.012-2004 Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования;

ГОСТ 21.609-83 Система проектной документации в строительстве. Газоснабжение. Внутренние устройства. Рабочие чертежи;

ГОСТ 21.610-85 Система проектной документации в строительстве. Газоснабжение. Наружные газопроводы. Рабочие чертежи;

ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение;

ГОСТ 3242-79 Соединения сварные. Методы контроля качества;

ГОСТ 3262-75 Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия;

ГОСТ 5802-86 Растворы строительные. Методы испытаний;

ГОСТ 7076-99 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме;

ГОСТ 7564-97 Прокат. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний;

ГОСТ 8462-85 Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе;

ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов;

ГОСТ 16483.3-84 Древесина. Методы определения предела прочности при статическом изгибе;

ГОСТ 16483.7-71 Древесина. Методы определения влажности;

ГОСТ 16483.10-73 Древесина. Метод определения предела прочности при сжатии вдоль волокон;

ГОСТ 16483.18-72 Древесина. Метод определения числа годичных слоев в 1 см и содержания поздней древесины в годичном слое;

ГОСТ 17177-94 Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний;

ГОСТ 17624-87* Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности;

ГОСТ 20444-85 Шум. Транспортные потоки. Методы измерения шумовой характеристики;

ГОСТ 21718-84 Материалы строительные. Диэлькометрический метод измерения влажности;

ГОСТ 22536.0-87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Общие требования к методам анализа;

ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля;

ГОСТ 23337-78 Шум. Методы измерения шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий;

ГОСТ 24816-81 Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности;

ГОСТ 24846-81* Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений;

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация;

ГОСТ 25380-82 Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции;

ГОСТ 25898-83* Материалы и изделия строительные. Методы определения сопротивления паропроницанию;

ГОСТ 26254-84 Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций;

ГОСТ 26629-85 Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций;

ГОСТ 27296-87* Защита от шума в строительстве. Звукоизоляция ограждающих конструкций. Методы измерения;

ГОСТ 30256-94 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности цилиндрическим зондом;

ГОСТ 30290-94 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности поверхностным преобразователем;

ГОСТ 30416-96* Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения;

ГОСТ 31166-2003 Конструкции ограждающие зданий и сооружений. Метод калориметрического определения коэффициента теплопередачи.

   *Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

Периодичность и продолжительность мониторинга

Виды геодезических наблюдений которые мы выполняем

• наблюдения за устойчивостью откосов и бортов глубоких котлованов зданий, траншей и др.;
• наблюдения за уровнем грунтовых вод в режимных (пьезометрических) скважинах;
• наблюдения за осадкой оснований и фундаментов зданий, сооружений, технологического и внутрицехового оборудования;
• наблюдения за отклонением верха шпунтового ограждения;
• наблюдения за смещением грунтового массива (наблюдения за оползневыми процессами, наблюдения за оседанием грунта над карстовыми полостями) с применением скважинного инклинометра;
•  наблюдения за вертикальными перемещениями (кренов) зданий, конструкций башенного типа, дымовых труб;
• наблюдения за раскрытием трещин;
• измерение параметров динамических колебаний фундаментов зданий (конструкций);
• наблюдения за осадкой основания резервуаров (окрайки днища);
• наблюдения за деформацией подземных и надземных трубопроводов;
• наблюдения за рельсами кранов (подкрановыми путями);
• наблюдения за деформациями бортов карьеров и откосов отвалов;
• наблюдения за деформациями конструкций мостовых переходов;
• наблюдения за деформациями гидротехнических сооружений

ООО «Румб» может организовать геодезический мониторинг с использованием разных методов:

• в режиме цикличных инструментальных наблюдений;
• в режиме автоматизированного мониторинга (с использованием роботизированных тахеометров, инклинометров, датчиков раскрытия трещин и другой регистрирующей аппаратуры), с регистрацией полученных данных  как для пост-обработки, так и передачи данных в режиме реального времени
• в режиме полуавтоматизированного мониторинга, где регистрирующая аппаратура  в местах наблюдений работает в автоматическом режиме, с комбинацией инструментальных наблюдений

В своей работе сотрудники ООО «Румб» используют современную измерительную геодезическую аппаратуру и электронные приборы повышенной точности, а именно: цифровые нивелиры с точностью измерения I и II класса, электронные и роботизированные тахеометры с угловой точностью 2″, скважинный инклинометр, виброметр, уровнемер, спутниковые мультисистемные геодезические приёмники, электронные дальномеры, датчики раскрытия трещин.

Использование роботизированных тахеометров и спутниковой аппаратуры позволяет вести деформационный мониторинг конструкций в режиме реального времени.

Какие нормативно-правовые документы регламентируют работы по ведению мониторинга

      Основными нормативными и правовыми документами регламентирующими работы по проведению мониторинга являются: 1. ГОСТ Р 56198-2014 «Мониторинг технического состояния объектов культурного наследия. Недвижимые памятники. Общие требования»; 2. ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния»;3. ГОСТ 32019-2012 «Мониторинг технического состояния уникальных зданий и сооружений. Правила проектирования и установки стационарных систем (станций) мониторинга»; 4. ГОСТ 31937- 2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния»; 5. ПРАВИТЕЛЬСТВО МОСКВЫ. МОСКОМАРХИТЕКТУРА. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции. Основными нормативными и правовыми документами регламентирующими, в каких случаях требуется проведение мониторинга являются: 1. Градостроительный кодекс РФ от 29 декабря 2004 г. № 190-ФЗФ, статья 47;    2. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», статья 15; 3. Постановление Правительства РФ от 16 февраля 2008 г. № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию», п. 10 п.п. б; п. 11; 4. ВСН 61-89 (р) «Реконструкция и капитальный ремонт жилых домов. Нормы проектирования.», п.3, п.п. 3.1.; п.4, п.п. 4.1.1.;    5. МДС 13-14.2000 «Положение проведении планово-предупредительного ремонта производственных зданий и сооружений», п. 6.9. (действует только по г.Москва).

Кто должен проводить диагностику

В настоящее время подобным вопросом занимаются специализированные компании, имеющие соответствующую лицензию. В организациях работают опытные инженеры, умеющие пользоваться различным оборудованием для обеспечения наиболее точных показателей состояния строения.

Обычно, используя услугу, клиент получает регулярные отчеты, в которых указываются полученные технические характеристики, делается акцент на возможные проблемы, а также указываются действия специалистов по их устранению. Таким образом, владелец здания или ответственный за его техническое состояние постоянно уверен в безопасности здания и, соответственно, находящихся внутри него людей.

Подготовка мониторинговых измерений

Мониторинг зданий и сооружений вертикального смещения начинается с установления, закрепления исходных и контрольных реперов. Как минимум должно быть три грунтовых или четыре стенных репера. Такое их количество необходимо для контрольных измерений по определению их устойчивого положения. Соответственно выбранной схеме деформационной сети в конструкциях сооружений размещаются определенное количество марок. Глубины заложения реперов регулируется в зависимости от состава грунтов и классов точности. Они обязательно размещаются по особым условиям и нужно учесть многочисленные факторы:

• удобство прохода к ним;
• достаточного пространства и обзора в нужных направлениях для установки приборов и проведения съемок;
• по определению расстояний их закладки от наблюдаемых сооружений, а именно: как минимум соответствующей тройной глубины залегания грунта;
• отсутствия проезда любого общественного и тяжелого транспорта, который создает вибрацию грунтов;
• устойчивости расположения зон, отличных от влияния строительной площадки, откосов, осадочных смещений грунтов, подземных инженерных сооружений, горных выработок и других, всевозможных не совсем благоприятных геологических условий;
• зон влияния строящегося или окружающих зданий и их коммуникационных сетей.

Как правило, репера и марки сдаются под охрану организации, проводящей на участке строительные или эксплуатационные работы. При этом составляется акт передачи с абрисами. Согласно определенной цикличности наблюдений обязательно измеряются контрольные превышения между реперами и, таким образом, определяется их устойчивость.

Деформационные сети закладываются в виде марок в нижних частях сооружений по периметру, в том числе по углам блоков здания с учетом нахождения деформационных швов, в несущих конструкциях. Схема закладки деформационных марок согласовывается между проектной и строительной (эксплуатируемой) организацией.

Подготовительные работы для начала первого цикла наблюдений горизонтальных смещений и крена строительных конструкций также начинается с закладки:

• исходных опорных пунктов в виде бетонных пилонов, с закрепленной на их верху площадкой и внутри его шпилькой с резьбой определенного шага для установки и производства наблюдений геодезическими приборами;
• деформационных марок, расположенных соответственно указанной схеме проекта (программы) геодезического мониторинга;
• ориентирные знаки, которые могут быть специально для этого сооружены или другие видимые и наиболее удобные для долговременных наблюдений.

Программы геотехнического контроля

После фиксации контролируемых значений геотехники заносят конкретные данные в журнал для формирования отчета. Далее производится всесторонний анализ полученных сведений с целью выработки защитных мероприятий, если это необходимо. Для решения таких задач применяются специальные программы геотехнического мониторинга, в числе которых можно отметить следующие решения:

• Система TUN2. Несложный и простой в эксплуатации программный инструмент, предназначенный для выполнения статического расчета подземных сооружений.
• Программа POLUPROM. Алгоритм данной системы позволяет выполнять расчет стержневых конструкций и сооружений, предлагая возможность моделирования линий влияния. Также эту программу используют в качестве универсального инженерного калькулятора.
• Комплекс Midas. Корейский многофункциональный продукт, с помощью которого выполняют базовые геотехнические операции обработки данных, а также специализированные расчеты в области тоннелестроения.

Заключение

Геотехника в строительстве в примитивном виде использовалась с древнейших времен, когда при устройстве жилья люди старались предусматривать риски воздействий со стороны природных явлений. В наши дни можно говорить о многостороннем и высокотехнологичном геотехническом мониторинге, который позволяет выявлять, фиксировать, анализировать и разрабатывать средства устранения как имеющихся, так и возможных угроз при строительстве или эксплуатации различных объектов. При этом не стоит рассматривать методы такого контроля только лишь как средство одностороннего информирования о проблемах. Современные методы ГТМ становятся в большей степени интерактивными, что дает основания рассматривать их и как средство обеспечения безопасности, и как инструментарий для поиска оптимальных экономических решений при реализации того или иного проекта.