Значительное место в современной практике инженерных работ занимает наблюдение за деформациями зданий и сооружений, ведь ни одно строительство не обходится без измерений деформаций, а в процессе стройки более крупных сооружений наблюдения могут продолжаться весь период эксплуатации, ведь от величины происходящих деформаций зависит их устойчивость и нормальный режим технологического процесса.
В общем случае под термином «деформация» понимают изменение формы объекта наблюдений. В геодезической практике принято рассматривать деформацию как изменение положения объекта относительно первоначального положения.
Вертикальные деформации оснований зданий и сооружений делятся на осадки, просадки и подъемы.
Просадка — это сложный процесс, описывающий сильное изменение структуры грунта, его подвижки.
Осадка — медленная, сравнительно небольшая деформация, которая происходит в результате уплотнения грунта под действием силы тяжести здания или сооружения.
В случае, когда грунты под фундаментом сооружения сжимаются неодинаково или нагрузка на грунт различная, осадка имеет неравномерный характер. Это приводит к другим видам деформаций сооружений: горизонтальным смещениям, сдвигам, перекосам, прогибам, кренам, которые внешне могут проявляться в виде трещин и даже разломов.
Сдвиг – смещение сооружения в горизонтальной плоскости.
Крен – деформация, происходящая в результате неравномерной осадки, просадки, подъема и т. п. и характеризующаяся разностью вертикальных перемещений точек, отнесенной к расстоянию между ними.
Смещение сооружений в горизонтальной плоскости может быть вызвано боковым давлением грунта, воды, ветра и т. п.
Высокие сооружения башенного типа (дымовые трубы, телебашни и т. п.) испытывают кручение и изгибы вызываемые неравномерным солнечным нагревом или давлением ветра.
В состав работ по заданию на мониторинг, согласованному с проектной организацией, с перечнем контролируемых параметров сооружения и указанием точности и периодичности их определения входят:
-
схемы размещения точек контроля;
-
схемы размещения исходных высотных или планово-высотных реперов, (грунтовых или стенных) вне зоны влияния деформаций строящегося сооружения, мест расположения базовых станций ГЛОНАСС/GPS, методов закрепления и тип марок в точках контроля;
-
составление программы мониторинга геодезическими методами с указанием метода их проведения и аппаратурного обеспечения, предрасчета точности планируемых измерений;
-
выполнение циклов собственно измерений, обработка их результатов и составление отчетных документов.
Наблюдения за осадками сооружений
Для определения осадок фундаментов и вертикальных деформаций стен, колонн и перекрытий производят периодическое повторное нивелирование осадочных марок, закрепленных непосредственно на исследуемой части сооружений, по отношению к практически неподвижным реперам.
В качестве опорных реперов чаще всего используют городскую геодезическую сеть. При отсутствии вблизи здания реперов геодезической нивелирной сети устанавливают специальные реперы (рабочие). В процессе измерения вертикальных деформаций следует контролировать устойчивость исходных реперов для каждого цикла наблюдений.
Наблюдения за осадками сооружений выполняют способами геометрического и тригонометрического нивелирования, гидронивелирования, микронивелирования, а также фото - и стерео - фотограмметрическим способами.
В основном наблюдения за осадками производят методом высокоточного геометрического нивелирования. Он обладает множеством достоинств. Это высокая точность и быстрота измерений, простое и недорогое стандартное оборудование, возможность выполнять измерения в сложных и стесненных условиях.
Способ тригонометрического нивелирования позволяет определять осадки точек, расположенных на существенно разных высотах, в труднодоступных местах. Такие случаи возникают при наблюдениях за высокими зданиями, башнями, плотинами, при производстве измерений через препятствия.
Гидронивелирование обеспечивает такую же точность, как и геометрическое нивелирование, но применительно к наблюдениям за осадками позволяет создавать стационарные автоматизированные системы с дистанционным съемом информации. При использовании гидростатического нивелирования применяют различные системы, конструкция которых зависит от условий проведения работ, требуемой точности и от способа измерения положения уровня жидкости относительно отсчетных индексов измерительных сосудов.
Способ микронивелирования применяют при наблюдениях за взаимным высотным положением близко расположенных на расстоянии 1,0... 1,5 м точек. Такие задачи возникают при изучении осадок и наклонов отдельных конструкций: фундаментов, балок, ферм, технологического оборудования. Измерения выполняют с помощью микронивелира.
Фото - и стереофотограмметрический способы предусматривают применение фототеодолита для фотосъемки исследуемого объекта. Определение деформаций вообще и в частности осадок этими способами заключается в измерении разности координат точек сооружения, найденных по фотоснимкам начального (или предыдущего) цикла и фотоснимках деформационного (или последующего) цикла.
В зависимости от решаемой задачи, условий фотосъемки, вида сооружения применяют следующие способы:
фотограмметрический — деформации определяются в одной вертикальной плоскости XOZ, т. е. в плоскости, параллельной плоскости фотоснимка;
стереофотограмметрический — деформации определяются по направлениям всех трех координат.
При составлении проекта размещения нивелирных осадочных марок необходимо учитывать конструктивную схему здания или сооружения, его размеры в плане, давление на отдельные части фундамента, геологические и гидрологические особенности строительной площадки, а также и создание благоприятных условий для проведения измерительных работ. Ценность и полнота наблюдений осадок во многом зависит от количества, правильного размещения и сохранности осадочных марок.
Марки должны размещаться так, чтобы проводимые измерения полностью обеспечивали выявление мест наибольшей осадки сооружений. Осадки высотных зданий способны вызывать осадки соседних сооружений и поэтому некоторые марки располагают на этих зданиях.
После измерений вычисляется абсолютная величина и скорость осадки каждой марки, средняя осадка для всего сооружения, крены и прогибы его отдельных частей.
Наблюдения за горизонтальными смещениями сооружений
Горизонтальные смещения сооружений или их отдельных элементов измеряют различными способами, основными из которых являются: линейно-угловой, створный и стереофотограмметрический. Применяют также прямые и обратные отвесы.
Линейно-угловые построения применяют в случае, когда величины смещений необходимо знать по двум координатам. Эти построения могут развиваться в виде специальных сетей триангуляции и трилатерации, комбинированных сетей, угловых и линейных засечек, ходов полигонометрии, сетей из вытянутых треугольников с измеренными сторонами и высотами.
Створные наблюдения широко применяют для исследования деформаций сооружений прямолинейной формы, когда смещения достаточно знать по одному направлению. Данным методом чаще определяют смещение прямолинейных контуров зданий, ряда колонн, цоколей фундаментов, плотин, оползневых участков. Сущность метода заключается в измерении величин, представляющих собой отклонения наблюдаемых точек (марок) от створа опорных знаков.
Наблюдения за кренами, трещинами и оползнями
Крен – вид деформации, свойственный сооружениям башенного типа.
Наиболее просто крен определяется с помощью отвеса или прибора вертикального проектирования (оптического или лазерного).
В сложных условиях, особенно для сооружений большой высоты, для определения крена применяют способы вертикального проектирования, координат, углов и др.
Наблюдения за трещинами обычно проводят в плоскости конструкций, на которых они появляются. Для выявления трещин применяют специальные маяки, которые представляют собой плитки из гипса, алебастра и т.п. Маяк крепится к конструкции поперек трещины в наиболее широком ее месте. Если через некоторое время трещина появляется на маяке, то это указывает на активное развитие деформации.
В простейшем случае ширину трещины измеряют линейкой. Применяют также специальные приборы: деформометры, щелемеры, измерительные скобы.
Современное и систематическое наблюдение за деформациями зданиями и сооружениями повышает уровень безопасности строительных объектов, снижает риск возникновения аварийных ситуаций.
