Обследование, испытание,
мониторинг сооружений
+3 8 (044) 599-34-45

Строительный мониторинг зданий

Термин "МОНИТОРИНГ", под которым понимается регулярный (постоянный) контроль изменений в со­стоянии зданий, применяется достаточно широко, но суть его трактуется и реализуется по- разному.

Участившиеся случаи катастроф и разрушений жилых домов и сложных со­оружений заставляют обратить особое внимание на кон­троль состояния существующих зданий, строительство новых объектов и организацию их мониторинга.

Инструментальный мониторинг строительных конструкций и оснований зданий может проводиться в 4-х взаимно независимых направлениях:

1)      Геодезические измерения. Выполняются как с помощью традиционной нивелировки, так и с использова­нием современных цифровых датчиков, спутниковых GPS-технологий, возможно лазерное сканирование объекта. Данные методики позволяют определять перемещение объекта (здания или отдельных его частей) в пространстве, в том числе, измерять осадки и крены. Получаемые данные соответствуют состоянию на момент измерений, т.е. для получения достоверной информации о динамики поведения объекта требуются постоянный измерения;

2)      Инженерно-геологические наблюдения состояния грунтового массива в основании и в окрестности здания. Существует набор схем как разной трудоемкости и стоимости, так и разной разрешающей способности и информативности - от измерений в отдельных скважинах до межскважинного просвечивания (вплоть до получения 3-х мерного томографического изображения). В зависимости от выбора датчиков, можно вести мониторинг дифференциальных (послойных) или суммарных осадок грунтов основания, уровня воды, порового давления в породах (параметра, используемого в расчетах за рубежом).   Помимо  скважин,  важную информацию получают при размещении под фундаментной плитой сети датчиков давления на грунт, в сваях - вертикальных нагрузок.

3)      Измерения нагрузок и деформаций  в  конструкциях фундамента и надземной части.

Комплекс па­раметров, подлежащих измерению (для :

·           усилие на опорных конструкциях осно­вания и инженерной защиты;

·           нагрузки на элементах жесткости (стяж­ки, стойки);

·           общая и дифференциальная осадка фундамента;

·           усилия и деформации в бетоне и в ар­матуре фундамента;

·           поверхностные и глубинные смещения грунта.

·           усилия и деформации в бетоне и в ар­матуре несущих элементов;

·           смещение несущих элементов, отклоне­ние от вертикали;

·           ротационные движения стенок здания.

Наблюдения могут вестись в автоматическом режиме и, в том числе, непрерывно;

4)      Сейсмометрические измерения. Схемы наблюдений разнообразны, включают варианты возбуждения колебаний здания как искусственными (удары, вибраторы), так и естественными (ветер, микросейсмы) источниками. Сейсмометрические измерения дают «мгновенную» картину состояния объекта, наблюдая которую во времени можно получить разнообразную информацию об особенностях динамики сооружения.

Контроль эксплуатационной безопасности объекта строительства эффективен, а система мониторинга наиболее оптимальна, если она создается совместно с архитекторами и проек­тировщиками и максимально учитывает пара­метры состояния основных элементов конструк­ции. Следует учесть, что часть датчиков техноло­гически может быть установлена только при строительстве объекта. Для проектирования системы мониторинга мало определить пере­чень контролируемых элементов и конструкций, необходимо иметь достоверную информацию о реально существующих технических средствах, применение которых позволит проблему решить.

Что и чем измеряется?

          Общая и дифференциальная осадка фундамента.

    Измерение осадки грунта в основании здания имеет основное значение в геотех­нике и может осуществляться различными инструментальными системами.

   Мультибазовые (многоточечные) экстенсометры состоят из одного или несколь­ких стержней из стали, сплава инвар или стекловолокна, свободно скользящих внут­ри защитного кожуха и привязанных к по­гружному анкеру. Стержни передают на измерительную головку относительное смеще­ние между анкерами и поверхностью.

    Оптический контроль осадки головки позволяет определить абсолютную осадку во всех точках установки, зная показания на стержнях относительного смещения.

    Экстенсометры обычно устанавливают­ся в технологические отверстия, предусмот­ренные по проекту фундамента, или извне в непосредственной близости от него.

По тому же принципу анкеровки и вер­тикально перемещающегося стержня может использоваться точечный измеритель осад­ки, предназначенный также для оптическо­го нивелирования.

         Возможное использование линейных электрических датчиков смещения при из­мерениях позволяет применять эти инстру­менты для автоматического сбора данных.

        Другие категории инструментов гори­зонтального расположения измеряют дифференциальные просадки в интересующих нас точках по линии фундамента. Осадка в точках замеров соотносится с внешней точ­кой, которая, следовательно, должна быть фиксированной и в любом случае доступной оптическому контролю, чтобы иметь воз­можность выводить абсолютную величину просадки из относительных замеров.

           Усилия и деформации в бетоне и ар­матуре фундаментов

    Для контроля уровня напряжений и де­формаций в бетоне и в арматуре фунда­ментов предусмотрены тензодатчики с виб­рирующей струной (струнного типа) и тензометрические штанги. Эти приборы замеряют удельную де­формацию в точке установки, выраженную электрическим сигналом; давление вычис­ляется по законам поведения материалов при известных модулях деформации. Тензодатчики могут быть непосредственно по­гружены (утоплены) в бетон или приваре­ны к арматуре.

     Так же как и для элементов конструкции фундаментов, для стоящих над землей кон­струкций используются тензодатчики с виб­рирующей струной (струнного типа) и тен-зометрические штанги, сенсибилизирован­ные с резистивными тензометрами. Балки,

опорные колонны, перекрытия, стены, каж­дый несущий элемент может быть оснащен при необходимости тензодатчиками в точ­ках приложения наибольшего усилия.

При наличии изгибающих моментов любого знака следует устанавливать прибо­ры (тензодатчики) попарно на внутренней и внешней образующей данного элемента, что позволяет определить позицию нейт­ральной оси.

Следует предусмотреть специальные каналы для прохода кабелей и подготовку подходящего помещения для их централи­зации и ведения измерений.

В режиме эксплуатации надземной кон­струкции измерения предпочтительнее ве­сти в автоматическом режиме многока­нальной системой при дистанционном кон­троле.

           Поверхностные и глубинные смещения грунта

     Если с внешней стороны защитной стен­ки котлована ожидаются заметные горизон­тальные смещения грунта, необходимо ис­пользование традиционной инклинометри-ческой трубки.

    Для дополнения инклинометрических измерений – определения профиля смеще­ния по вертикальной оси трубки – созданы инкрементарный экстенсометр и ста­ционарные тензоинклинометры  с дат­чиками магнитного поля.

    Для работы этих приборов нужно пред­варительно оснастить уклонометрическую трубку магнитными кольцами на заранее определенной глубине (высоте), с шагом дискретизации измерений. Из комбинации тензометрических и инклинометрических измерений (по деформациям инклинометрической трубки) вычисляется амплитуда смещения грунта в трех пространственных измерениях.

         Смещения несущих элементов

     В случае двух раздельных элементов, которые способны двигаться независимо друг от друга, могут использоваться изме­рители соединений с электрическим потен-циометрическим линейным датчиком на подвижной штанге, в одноосном и трехос­ном вариантах.

Перемещения потенциометрической штанги, равные относительному смещению элементов, преобразуются датчиком в элек­трический сигнал.

В этом случае тоже следует позаботить­ся о том, где будут проходить кабели и о месте для централизации и ведения изме­рений.

Важным показателем считается также относительное смещение по горизонтали между вершиной надземной конструкции и ее основанием. Соответствующим инстру-

ментом контроля здесь является прямой маятник, размещенный в специальной или лифтовой шахте, состоящий из стального троса, закрепленного вверху (в верхней ча­сти здания) и натягиваемого снизу гирей, колебания которого демпфируются в емко­сти с минеральным маслом.

Измерения как в ручном, так и в авто­матическом режиме, проводимые вблизи от емкости, дают координа­ты троса в локальном плане (по X–Y).

           Ротационные движения (наклоны) сте­н конструкции

Измерения ротационного движения стенок ведутся с применением поверхност­ных наклономеров, выпускаемых в различ­ных моделях, различающихся между собой типом и характеристиками датчиков накло­на. Наклономеры устанавливаются в на­стенном положении стационарно, на не­подвижных консолях.

      Поверхностные и глубинные смещения грунта

Для мониторинга смещения грунта по­близости от уже существующих зданий, которые затрагиваются земляными работами, применяется несколько инструментальных систем. Мониторинг относительных смеще­ний между двумя неподвижными точками на поверхности выполняется ленточным дистанциометром с ручным снятием пока­заний.

Дистанциометр состоит из градуиро­ванной стальной ленты, связанной с элект­ронным шаблоном в сотых долях милли­метра, который натягивается между двумя контрольными (сходящимися) анкерными болтами с функцией неподвижных точек (по сути это эффективный электронно-ме­ханический аналог топографической мер­ной стальной ленты).В дальнейшем измеряется изменение расстояния между болтами, соответствую­щее относительному смещению.

Глубинные смещения измеряются еще и многоточечными экстенсометрами. В этом случае приборы должны устанавли­ваться на субгоризонтальном уровне и быть направлены в сторону зданий, за ко­торыми ведется наблюдение.

В грунте по фризу (контуру) наблюдае­мых зданий могут еще устанавливаться вер­тикальные инклинометрические трубки, возможно с дополняющими замерами вер­тикальных деформаций посредством тензометрического магнитного зонда.

 

       Смещение конструкций

Один или несколько оптических отра­жателей позволят провести топог­рафическое нивелирование в нужных кон­трольных точках с одной базы.

Локальные смещения между незави­симыми элементами конструкции иссле­дуются обычными измерителями стыков (однобазовый измеритель трещин) в од­ноосном и трехосном вариантах. При на­личии трещин в изделиях, изменение рас­стояния между краями поврежденного места контролируются измерителем тре­щин. Снабженные двумя элемен­тами для стационарного крепления в пе­рекидку над разломом, измерители тре­щин могут быть механического или элек­трического типа.

    Коммутация и снятие показаний

Определив параметры измерений и приборы, для завершения разработки сис­темы и рабочего плана мониторинга необ­ходимо установить:

Ø      места прокладки кабелей (электропри­боры);

Ø      вид и конструкцию измерительных си­стем.

Места прокладки кабелей должны оп­ределяться так, чтобы обеспечить для них должную степень защиты от различных ви­дов деятельности на стройплощадке.

В общих случаях приборная установка должна предусматривать режим физичес­кой коммутации (кроссировку), наличие нескольких распределительных коробок, где соединяются на входе несколько кабелей, в то время как оттуда выхо­дит один или несколько многожильных ка­белей. Коробки могут быть оборудованы внутри противогрозовыми предохраните­лями. Многожильные кабели на­правляются затем в специальные централи­зованные пункты, где терминалы связаны с одной или несколькими измерительными панелями. К панелям с помощью небольшого кабе­ля с переключателями подключаются универсальные измерительные приборы и элект­ронные станции для измерений вручную. Если количество установленных приборов значительно, с продолжением строительных работ необходим постепенный переход к автоматическим измерениям, под­ключая ранее установленные приборы к од­ной или нескольким системам сбора данных. Такие системы позволяют обрабатывать данные сотен приборов, хранить в памяти большой объем считанного материала и выполнять такие функции, как анализ по­лученных величин, установка порогов тре­воги, передача на отдаленные центры, уп­равляющие сетью приборов.

                       Вариант мониторинга здания.

Строительный мониторинг зданий

 

  1-     Экстенсеометры   2- Тензодатчики  3- Инклинометрические трубы  4- Датчики линейных перемещений  5- Маятниковые датчики  6- Тильтметры 

                                   Вариант мониторинга моста.

строительный мониторинг моста

                                   Датчики для мониторинга.

датчик для мониторингадатчики для мониторинга