Геотехнический мониторинг и геотехнические расчеты

В соответствии с частью 1 статьи 6 Федерального закона от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», Постановлением Правительства Российской Федерации от 26 декабря 2014 г. № 1521 утвержден перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Руководствуясь статьями 15, 18, 36 Федерального закона от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» в проектной документации предусмотрена необходимость проведения в процессе строительства и эксплуатации проектируемого здания или сооружения мониторинга компонентов окружающей среды (в том числе состояния окружающих зданий и сооружений, попадающих в зону влияния строительства и эксплуатации проектируемого здания или сооружения), состояния основания, cтроительных конструкций и систем инженерно-технического обеспечения проектируемого здания или сооружения, сооружений инженерной защиты.

Согласно п.9.33, 9.34, 9.35 и п.12.4, 12.8 СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» с 01 июля 2015 года обязательным требованием при строительстве объектов в районах существующей городской и промышленной застройки является выполнение геотехнического прогноза и ведение геотехнического мониторинга. Согласно п. 9.33 «При проектировании оснований, фундаментов и подземных частей вновь возводимых или реконструируемых сооружений, располагаемых на застроенной территории, необходимо выполнять геотехнический прогноз (оценку) влияния строительства на изменение напряженно-деформированного состояния окружающего грунтового массива, в том числе оснований сооружений окружающей застройки. П.12.1 СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» утверждает, что геотехнический мониторинг представляет собой комплекс работ, основанный на натурных наблюдениях за поведением конструкций вновь возводимого или реконструируемого сооружения, его основания, в том числе грунтового массива, окружающего (вмещающего) сооружение, и конструкций сооружений окружающей застройки. Геотехнический мониторинг осуществляется в период строительства и на начальном этапе эксплуатации вновь возводимых или реконструируемых объектов.

Геотехнический прогноз следует выполнять с учетом горизонтальных перемещений ограждающей конструкции котлована и разгрузки основания от выемки грунта в котловане, вертикальной нагрузки от вновь возводимого сооружения или дополнительных нагрузок от реконструируемого сооружения, изменения уровня подземных вод, вибрационных и динамических воздействий строительных работ и других факторов с учетом последовательности устройства подземной части сооружения, используя аналитические и численные методы расчета…».

«9.34. В результате геотехнического прогноза должны быть определены:

радиус зоны влияния r_зв;

значения дополнительных деформаций оснований и фундаментов сооружений окружающей застройки».

«9.35. Геотехнический прогноз необходимо выполнять для сооружений окружающей застройки, расположенных в пределах предварительно назначаемой зоны влияния строящегося или реконструируемого сооружения. Перед выполнением геотехнического прогноза необходимо провести техническое обследование состояния конструкций сооружений окружающей застройки, расположенных в предварительно назначаемой зоне влияния нового строительства или реконструкции».

Согласно п.12.4 Геотехнический мониторинг необходимо проводить для объектов нового строительства и реконструкции:

«…а) оснований, фундаментов и конструкций сооружений: уникальных вновь возводимых или реконструируемых; вновь возводимых I уровня ответственности при высоте более 75 м; вновь возводимых I и II уровней ответственности при высоте менее 75 м при их размещении на площадках с III категорией сложности инженерно-геологических условий; реконструируемых I и II уровней ответственности;

б) ограждающих конструкций котлованов при: глубине котлована более 5 м и размещении сооружений на застроенных территориях при II или III категории сложности инженерно-геологических условий; глубине котлована более 10 м.

в) массива грунта, окружающего подземную часть сооружения, расположенного на застроенной территории, при: глубине котлована более 5 м при размещении сооружения на площадках с II или III категорией сложности инженерно-геологических условий; глубине котлована более 10 м.

«12.8. Программа работ по геотехническому мониторингу должна отвечать следующим требованиям:

фиксация контролируемых параметров должна выполняться для наиболее опасных и характерных участков конструкций вновь возводимых (реконструируемых) сооружений, их оснований и окружающей застройки;

выбранные методы и точность измерений должны обеспечивать достоверность получаемых результатов и быть согласована с точностью заданных проектных значений и результатов геотехнического прогноза;

 все проводимые наблюдения и измерения должны быть увязаны между собой во времени и привязаны к этапам выполнения строительных работ;

периодичность наблюдений должна определяется интенсивностью (скоростью) и длительностью протекания процессов деформирования конструкций сооружений и их оснований».

На основе геотехнического прогноза составляется программа геотехнического мониторинга, которая согласно п. 12.6 разрабатывается в процессе проектирования и является разделом утверждаемой части проектной документации.

Цель геотехнического мониторинга - обеспечение безопасности строительства и эксплуатационной надежности вновь возводимых (реконструируемых) объектов и сооружений окружающей застройки и сохранности экологической обстановки.

Для расчета дополнительных деформаций оснований и фундаментов сооружений окружающей застройки, вызванных вертикальными нагрузками от вновь возводимого сооружения, связанных с изменением напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтового массива, нашей организацией выполняются геотехнические расчеты с помощью математического моделирования на ЭВМ методом конечных элементов с использованием нелинейной геомеханической модели грунта в программном комплексе PLAXIS 3D.

Целью таких расчетов является прогнозирование деформаций конструкций зданий, попадающих в зону влияния нового строительства, а также общая устойчивость геотехнической системы.

Программа PLAXIS 3D содержит широкий набор инструментариев для анализа сложного напряженно-деформированного состояния трехмерной модели комплексной геотехнической системы. Визуализация результатов расчета может быть выполнена в задаваемых объемах и в плоских сечениях с использованием изолиний, изополей, изоповерхностей и векторов.

Распределение приращений полных перемещений в конце одной из фаз расчета. (Результат расчета НДС геотехнической системы в программе PLAXIS 3D)

Распределение полных перемещений фундамента жилого дома, попадающего в зону влияния нового строительства, в конце последней фазы расчета

Мониторинг необходим для своевременного выявления и предотвращения негативных изменений в грунтах основания, оценки правильности принятых проектных решений и их корректировки с целью обеспечения стабильности свойств грунтов, сохранности окружающей среды в период строительства и после его завершения.

  В состав работ по геотехническому мониторингу входят следующие виды работ:

- разработка программы или проекта геотехнического мониторинга;

- обследование состояния грунтов оснований зданий и сооружений;

- определение параметров колебаний грунта и конструкций входящих в зону влияния работ;

- определение величины осадок и кренов различных частей зданий и сооружений;

- скважинные наблюдения за горизонтальными смещениями грунта;

- изменение уровня грунтовых вод и их состава;

- контроль уплотнения грунта при земляных работах;

- определение прочностных характеристик грунтов на месте залегания (дно котлована, подошва возводимого фундамента).

- наблюдение за раскрытием трещин в стенах.

Геотехнический мониторинг – комплекс работ, который должен проводиться в период всего срока строительства или реконструкции и не менее чем в течение одного года после его завершения.

Во время геотехнического мониторинга при помощи современного оборудования и приборов устанавливаются типы, размеры, качество устройства фундаментов, деформации зданий (сооружений), изучаются грунты (их состояние и перемещение). Надежность, собираемых данных об объекте - это основа для оперативных решений. Поэтому очень важна точность измерений.

Геотехнический мониторинг позволяет своевременно выявить проблемы при строительстве, а также эксплуатации зданий (сооружений), принять правильное решение, не допустить аварий, то есть добиться экономии значительных средств.

Мы знаем на своем опыте, какой сложной является начальная стадия освоения данного направления работ, и, в связи с этим, предлагаем Вам сотрудничество по следующим направлениям:

1. ООО «Нижегородстройдиагностика» имеет большой опыт расчета зоны влияния нового строительства, дополнительных деформаций оснований и фундаментов сооружений окружающей застройки, вызванных вертикальными нагрузками от вновь возводимого сооружения, связанных с изменением напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтового массива, а также устойчивости склонов вместе с объектами жилой и промышленной застройки. Мы готовы выполнить любые геотехнические расчеты с помощью математического моделирования на ПК методом конечных элементов с использованием нелинейной геомеханической модели грунта в голландском программном комплексе PLAXIS 3D и представить результаты геотехнического прогноза на всех этапах строительства.
2. Наша фирма готова на основании результатов геотехнического прогноза разработать для любого Заказчика программу (и проект, который составляется на основании требований п.12.10) геотехнического мониторинга объекта строительства, а также разработать программу мониторинга строительных конструкций зданий окружающей застройки, осуществить подбор и поставку оборудования, необходимых для организации мониторинга (которая потребует только согласования с Заказчиком и Инспекцией Госстройнадзора).
3. ООО «Нижегородстройдиагностика» с 2014 года является официальным дистрибьютором итальянской компании Еarth System S.R.L. (г. Парма, Италия), одним из мировых лидеров по производству геотехнического оборудования, и готово по заявке Заказчика в кратчайшие сроки поставить самое современное контрольно-измерительное оборудование  и системы сбора данных (даталоггеры) для ведения мониторинга, а также окажет методическую или практическую помощь в монтаже и отладке работы всей системы на различных объектах.
4. Наши специалисты (при необходимости, с привлечением инженеров фирмы Еarth System S.R.L.) помогут наладить сбор, совместную обработку и анализ полученных данных, либо обучат специалистов строительных организаций проведению указанных работ на базе предприятий, занимающихся изыскательскими или проектными работами в вашем регионе.

Одним из направлений геотехнического мониторинга, которые осуществляет ООО «Нижегородстройдиагностика» являются также вибрационные обследования и наблюдения.

В процессе эксплуатации здания подвергаются воздействию вибрации как естественной, связанной с такими явлениями природы, как действие ветра или землетрясения, так и техногенной, вызванной деятельностью человека, например строительными работами (забивка свай при выполнении свайных фундаментов), движением транспорта и др. Вибрация может стать причиной повреждения строительных конструкций здания, снизив их эксплуатационную надежность: уменьшить устойчивость, ухудшить несущую способность перекрытий. Признаками снижения эксплуатационной надежности является появление трещин, оторванных от несущего каркаса элементов и т.п. По этой причине вибрацию зданий следует постоянно или периодически контролировать, чтобы определить, насколько действующие вибрационные нагрузки опасны как для здания в целом, так и для его отдельных строительных конструкций.

При обследовании зданий вблизи источников динамических нагрузок, вызывающих колебания прилегающих к ним участков основания, необходимо проводить вибрационное обследование.

Вибрационное обследование производится в целях получения фактических данных об уровнях колебаний грунта и конструкций фундаментов эксплуатируемых зданий и сооружений при наличии динамических воздействий вблизи них:

- от оборудования, устанавливаемого (или планируемого) к установке вблизи здания;

- от проходящего наземного или подземного колесного и рельсового транспорта вблизи от здания;

- от строительных работ (свайные работы), демонтажа каменных или железобетонных конструкций с помощью отбойных молотков или бетоноломов, механическая разработка мерзлых грунтов в строительных котлованах или вибрирование бетонной смеси при укладке в блоки бетонирования.

В заключении по результатам вибрационного обследования фундаментов или конструкций подземных сооружений делается вывод о допустимости имеющихся вибраций для нормальной эксплуатации сооружения; в противном случае даются рекомендации по уменьшению динамического воздействия на несущие конструкции обследуемого сооружения и его основание при строительстве или реконструкции с целью уменьшения уровня колебаний до допустимого.

Геотехнический мониторинг и вибрационное обследование строительных конструкций производятся в соответствии с «Техническим регламентом о безопасности зданий и сооружений» (Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ), ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» и ГОСТ Р 52892-2007 «Вибрация и удар. Вибрация зданий. Измерение вибрации и оценка ее воздействия на конструкцию».

Измерение вибраций специалистами ООО «Нижегородстройдиагностика» проводится регистратором сейсмических сигналов «Дельта-03», который предназначен для регистрации сейсмических сигналов при проведении сейсмических (вибрационных) исследований, с пьезоэлектрическим трехосным датчиком А0531.

Одним их характерных примеров вибрационного обследования является -мониторинг вибрации строительных конструкций здания по ул.Б.Покровская, д.11, г.Н.Новгород (магазин «Рубин») вблизи которого в строительном котловане осуществлялись работы по возведению свайных фундаментов гостиничного комплекса (на месте демонтированной гостиницы «Москва»). Проведение вибрационного мониторинга позволило контролировать уровень вибрационных колебаний на протяжение всего комплекса работ нулевого цикла и обеспечить применение подрядными строительными организациями технологий возведения свайных фундаментов, обеспечивающих щадящий вибрационный режим для соседних зданий. Величина ускорений вибрационных воздействий, в итоге, оказалась ниже предельных для конструкций здания магазина «Рубин» значений.

 

                         График частотных колебаний, полученный в результате проведения вибрационных исследований

 

                     Спектрограмма частотных колебаний, полученная в результате проведения вибрационного обследования

ООО «Нижегородстройдиагностика», имея реальный опыт осуществления мониторинга и располагая необходимой геотехнической материальной базой (лаборатория и оборудование) готово выполнить весь комплекс работ по проведению геотехнического мониторинга.