DEFORMATION MONITORING OF BUILDINGS SURVEYING METHODS AT RECONSTRUCTION OF ITS FOUNDATION

Cover Page

Abstract


The article analyzes the results of geodetic monitoring of bearing structures of the building during the work on strengthening its foundations. The technique works reasonably required accuracy of geodetic measurements. As a result of geodetic monitoring established quantitative and qualitative characteristics of the strain of bearing structures of the building. It is shown that as a result of works to strengthen the soil deformation processes at the base of the foundations of the building were stabilized.

В ходе технического обследования строительных конструкций двухэтажного здания административно-хозяйственного назначения выявлены многочисленные трещины в фундаментной балке здания раскрытием от 2 мм (рис. 1), трещины в стяжке пола раскрытием до 10 мм, вздутия поверхности кровельного покрытия. Общее состояние здания по результатам технического обследования было оце- нено как аварийное.Конструктивно здание представляет собой каркасную рамно-связевую схему. Каркас здания образован плоскими многопролетными двухэтажными рамами, установленными по цифровым осям с шагом 12 м. Фундаменты колонн мелкого заложения, столбчатые отдельностоящие, одноступенчатые. Наружные ограж- дающие конструкции опираются на монолитные ж/б фундаментные балки. Га- баритные размеры здания в плане 24 × 107,5 м. Согласно нормативной докумен- тации здание относится ко II нормальному уровню ответственности.Рис. 1. Трещины в фундаментной балке раскрытием до 10 мм [Cracks in the foundation beam opening up to 10 mm]84Терешин А.А., Негурица Д.Л., Алексеев Г.В. Мониторинг деформаций здания геодезическими...Для исследования состояния грунтов основания фундаментов здания прове- дено электроконтактное динамическое зондирование (ЭДЗ), сочетающее в себе динамическое зондирование и токовый каротаж [5]. Исследования проводились облегченной малогабаритной установкой (в соответствии с ГОСТ 19912-2001), разработанной в ЦНИИС Минтрансстроя [1; 4]. При этом разделение пород на геолого-литологические разности производилось по совокупности результатов токового каротажа и динамического зондирования, а расчет физико-механиче- ских характеристик грунтов - по данным динамического зондирования.По результатам зондирования с учетом имеющейся геологической информа- ции установлено, что геолого-литологический разрез в исследованном диапазо- не глубин представлен насыпными песчано-глинистыми грунтами, содержащи- ми большое количество строительного мусора и органических включений (бито- го кирпича, шифера, корней деревьев и пр.). При этом насыпной грунт не является однородным (по вертикали).Анализ результатов ЭДЗ показал неоднородность разреза в целом (как в плане, так и по глубине) и наличие ослабленного слоя грунтов техногенного происхож- дения в верхней части разреза до глубины 2,7-3,5м.Таким образом, наличие в основании фундаментов здания слабого неодно- родного слоя грунтов мощностью до 5 м, характеризующихся повышенной де- формируемостью и низкой несущей способностью, способствовало развитию деформационных процессов в фундаментах и надземных несущих конструкциях здания. Доуплотнение под нагрузкой неслежавшихся насыпных грунтов, нахо- дящихся под подошвой фундаментов и в основании бетонных полов, неизбежно ведет к дальнейшему развитию деформационных процессов в строительных кон- струкциях здания.Для обеспечения несущей способности и эксплуатационной пригодности зда- ния было принято решение выполнить усиление фундаментов и укрепление грун- тов основания колонн инъекционным методом путем нагнетания под давлением в грунты цементного раствора. Усиление грунтов цементацией выполняется по манжетной технологии при нагнетании раствора через манжетную колонну по зонам снизу вверх.В период проведения работ по усилению фундаментов необходим инструмен- тальный контроль над состоянием несущих конструкций геодезическими мето- дами - геодезический мониторинг, который должен выполняться в соответствии с требованиями нормативной документации ГОСТ 24846-2012 и СП22.13330.2011 [2; 6].В качестве индикатора состояния несущих конструкций выбраны вертикаль- ные перемещения (осадки) фундаментов колонн, самих стальных колонн и сталь- ных балок перекрытий каркасного здания. Для фиксации вертикальных пере- мещений на несущих конструкциях (колоннах) установлены специальные де- формационные знаки.На рисунке 2 приведен вид типовой деформационной марки, устанавливаемой на стальных колоннах.Техническим заданием на производство работ по усилению фундаментов для геодезического мониторинга установлена сравнительно высокая требуемая точ-85Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 4ность измерения осадок деформационных марок: погрешность определения оса- док должна быть не более mΔ = 1,0 мм. Осадки деформационных марок опреде- ляются как разность высот марок текущего и нулевого (начального) цикла гео- дезических измерений, а также как разность высот марок в соседних циклах измерений. Для достижения требуемой точности измерения осадок необходимо предварительно рассчитать требуемую точность геодезических измерений.Рис. 2. Общий вид деформационной марки на несущей стальной колонне [General view of the deformation of the brand on the supporting steel column]Вертикальное перемещение Δi деформационной марки i в цикле k по отноше- нию к нулевому циклу измерений определяется как разностьилиΔi = Нik - Нi0 (1)Δi = h(i - исх)k - h(i - исх)0, (2)где H - высота деформационной марки; h - превышение деформационной марки от- носительно опорной марки.Используем известный прием получения средних квадратических погрешно- стей функций измеренных величинm2 2 2Hi = mисх + mhi, (3)где mHi - средняя квадратическая погрешность определения высоты искомой деформа- ционной марки; mhi - средняя квадратическая погрешность определения превышения искомой деформационной марки относительно исходного репера; mисх - средняя ква- дратическая погрешность высот опорных марок.86Терешин А.А., Негурица Д.Л., Алексеев Г.В. Мониторинг деформаций здания геодезическими...В соответствии с формулами (1), (3) можно установить среднюю квадратиче- скую погрешность определения вертикальных перемещений какm2 2 2 2Δ = mH1 + mH2 + mисх, (4)где индексы 1 и 2 соответствуют сопоставляемым циклам измерений.Используя принцип равноточных измерений, которые обеспечиваются сим- метричной в разных циклах схемой измерений, возможностью использования одного и того же набора геодезических инструментов, одних и тех же наблюда- телей, организацией наблюдений в сравнительно одинаковых внешних условиях и т.п., можно принять mH1 = mH2 = mисх = mH. Тогдаm2 2Δ = 3 mH. (5)Для заданной техническим заданием погрешности измерения вертикальных перемещений mΔ = 1,0 мм, по формуле (5) получим предварительную величину необходимой точности определения высоты слабоопределяемой (содержащей наибольшую погрешность) деформационной марки mH = 0,6 мм для условий рав- ноточных измерений.В соответствии с [2] полученная предварительная точность определения вы- соты может быть обеспечена при выполнении работ по программе геометриче- ского нивелирования I-II класса с использованием нивелиров типа Н05, Ni-007 и им равноценных, а также штриховых (кодовых) инварных реек.Для производства инженерно-геодезических работ использовался электронный нивелир Sokkia SDL-30 и комплект инварных кодовых реек Nedo. Технические характеристики прибора и реек соответствуют требованиям методики геометри- ческого нивелирования II класса [3]. Схема размещения опорных реперов, де- формационных марок на несущих колоннах здания и схема геодезических из- мерений представлена на рис. 3.По результатам выполненного геодезического мониторинга установлено, что наибольшее абсолютное значение вертикального перемещения деформационных марок до начала работ по укреплению грунтов и усилению фундаментов здания составило - 50 мм (рис. 4). В этот период наибольшее значение скорости осадок составило - 8,5 мм/сут (рис. 5).Важным показателем развития деформационных процессов во времени явля- ются скорости осадок. По данным геодезического мониторинга установлено, что скорости осадок резко снизились практически сразу после начала работ по уси- лению по укреплению грунтов и усилению фундаментов. Это подтверждает пра- вильность ранее сделанных выводов о том, что основной причиной деформаций несущих конструкций здания стали слабые неоднородные грунты, в том числе техногенного происхождения, в основании его фундаментов.В процессе работ по укреплению грунтов и усилению фундаментов здания прирост осадок продолжался, но значительно меньшими темпами, достигнув максимального значения в - 60 мм с начала инженерно-геодезических работ по мониторингу (рис. 4) В этот период максимальное значение скорости осадок со- ставило - 4,4 мм/сут (рис. 5).87Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 4Рис. 3. Схема геодезических измерений (нивелирных ходов) [Scheme of geodetic measurements (leveling moves)]Рис. 4. Развитие и стабилизация деформационных процессов в основании фундаментов здания[The development and stabilization of deformation processes at the base of the building foundations]88Терешин А.А., Негурица Д.Л., Алексеев Г.В. Мониторинг деформаций здания геодезическими...Рис. 5. Скорости осадок деформационных марок [Speed sediment deformation signs]В результате проведенных работ по укреплению грунтов дальнейшее развитие деформационных процессов было приостановлено и в течение одного месяца осадки здания были стабилизированы. Данные последующего геодезического мониторинга в течение 6 месяцев подтвердили эффективность выполненных ра- бот по укреплению грунтов и усилению фундаментов здания.ВыводыВ результате проведенных исследований методом электроконтактного дина- мического зондирования установлено наличие в основании фундаментов слабо- го неоднородного слоя грунтов мощностью до 5 м, характеризующихся повы- шенной деформируемостью и низкой несущей способностью, что привело к раз- витию деформаций фундаментов здания.Для восстановления несущей способности конструкций здания были выпол- нены работы по усилению фундаментов и укреплению грунтов инъекционным методом путем нагнетания под давлением в грунты цементного раствора.Выполнен комплекс инженерно-геодезических работ по мониторингу состо- яний несущих конструкций здания до, в процессе проведения и после окончания работ по укреплению грунтов.По результатам геодезического мониторинга установлены количественные и качественные характеристики деформаций несущих конструкций здания. Опре- делены абсолютные величины деформаций, и характер развития деформационных процессов в основании фундаментов здания во времени.Данными геодезического мониторинга подтверждено, что комплекс прове- денных работ по укреплению грунтов способствовал стабилизации и прекраще- нию дальнейшего развития деформационных процессов в основании фундамен- тов здания.

A A Tereshin

Peoples’ Friendship University of Russia

Email: tereshin_aa@pfur.ru
Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

D L Neguritsa

Peoples’ Friendship University of Russia

Email: neguritsa_dl@pfur.ru
Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

G V Alekseev

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

Email: alexeev_german@bk.ru
Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow, Russia, 129337

Views

Abstract - 111

PDF (Russian) - 634


Copyright (c) 2016 Терешин А.А., Негурица Д.Л., Алексеев Г.В.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.