МОНИТОРИНГ ДЕФОРМАЦИЙ ЗДАНИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЕГО ФУНДАМЕНТА

Полный текст

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.

Об авторах

Александр Александрович Терешин

Российский университет дружбы народов

Email: tereshin_aa@pfur.ru
ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, Россия, 117198

Дмитрий Леонидович Негурица

Российский университет дружбы народов

Email: neguritsa_dl@pfur.ru
ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, Россия, 117198

Герман Валерьевич Алексеев

НИУ Московский государственный строительный университет

Email: alexeev_german@bk.ru
Ярославское шоссе, д. 26, Москва, Россия, 129337

Список литературы