Мониторинг эксплуатируемых зданий

1. Назначение, цели и задачи мониторинга

Для современного этапа экономического и общественного развития характерно расширение строительного производства и проведение масштабного строительства в крупных городах, сопровождающееся постоянным ростом сложности возводимых объектов и условий, в которых осуществляется их строительство. Это неизбежно порождает новые задачи, связанные с обеспечением безопасной жизнедеятельности в условиях мегаполиса, определяющейся, во-первых, надёжностью самих строящихся сооружений, и, во-вторых, влиянием проводимого строительства на уже существующую инфраструктуру.

Современные тенденции в строительстве, а именно — увеличение этажности зданий, уплотнение городской застройки, стеснённость строительных площадок, освоение подземного пространства, насыщение инженерными коммуникациями неизменно приводят к возникновению и последующему увеличению негативного техногенного воздействия проводимого строительства на уже построенные объекты, расположенные в прилегающих зонах.

В связи с этим особое значение приобретает проблема контроля технического состояния зданий и сооружений с целью предупреждения возникновения аварийных ситуаций и обоснованность выбора комплекса инженерных мероприятий по их недопущению. При этом очевидно, что контроль технического состояния несущих конструкций должен носить систематический характер и позволять осуществлять оценку происходящих изменений на основе количественных критериев, т.е. базироваться на процедурах выявления соответствия фактической прочности, жёсткости и устойчивости конструктивных элементов нормативным требованиям.

Большое количество зданий и сооружений не охвачено вообще никаким контролем, хотя жизнедеятельность города динамично приводит как к ухудшению свойств грунтов, так и к негативным воздействиям силового и несилового характера на наземные конструкции зданий и сооружений. Всё это в условиях исчерпания нормативных сроков эксплуатации большого количества объектов недопустимо и требует системно организованных наблюдений. Ведь сроки эксплуатации многих зданий в нашей стране давно превысили все допустимые нормы, происходит накопление физического износа, что крайне опасно для жизнедеятельности людей. Такие здания нуждаются в постоянном контроле их технического состояния. И если в крупных городах производится хоть какой-то контроль технического состояния зданий, то на периферии этот вопрос до сих пор остаётся без внимания.

Мониторинг эксплуатируемых зданий представляет собой комплексную систему, предназначенную для обеспечения надёжности зданий и сооружений, находящихся в зоне влияния вновь строящихся объектов, и сохранения окружающей среды.

Целью мониторинга является оценка воздействия нового строительства или реконструкции на окружающие здания и сооружения, на атмосферную, геологическую и гидрогеологическую среду в период строительства и последующие годы эксплуатации, разработка прогноза изменений их состояния, своевременное выявление дефектов, предупреждение и устранение негативных процессов, уточнение результатов прогноза и корректировка проектных решений.

В задачи мониторинга входит разработка решений по обеспечению сохранности и надёжности эксплуатации существующих зданий и сооружений, недопущению негативных изменений окружающей среды, предупреждению и устранению дефектов конструкций, а также осуществление контроля за выполнением принятых решений.

В процессе мониторинга должен рассматриваться весь комплекс статических, динамических и техногенных воздействий, приводящих к качественному и количественному изменению характеристик состояния эксплуатируемых зданий и сооружений под воздействием нового строительства или реконструкции, их пригодность к эксплуатации. В случае необходимости должны разрабатываться также конструктивные или другие меры защиты для обеспечения их эксплуатационной надёжности.

Мониторинг является составной частью работ научно-технического сопровождения нового строительства или реконструкции объекта, которые должна осуществлять по техническому заданию заказчика специализированная организация, занимающаяся вопросами геотехнических исследований, разработки проектных решений и технологии выполнения работ.

При новом строительстве или реконструкции объектов, с плотной застройкой и наличием исторических памятников и памятников архитектуры, мониторинг осуществляется под руководством научно-технического координационного совета, который создаётся из представителей заказчика, генерального проектировщика, генерального подрядчика и научноисследовательской организации.

Мониторинг следует проводить по специально разработанному проекту или программе.

2. Состав мониторинга

По функциональному назначению мониторинг состоит из следующих подразделов:

• а) объектного, включающего все виды наблюдений за состоянием оснований, фундаментов и несущих конструкций самого объекта нового строительства или реконструкции, окружающих его зданий и подземных сооружений, а также объектов инфраструктуры;
• б) геолого-гидрологического, включающего системы режимных наблюдений за изменением состояния грунтов, уровней и состава подземных вод и за развитием деструктивных процессов: эрозии, оползней, карстовосуффозионных явлений, оседания земной поверхности и других, а также за состоянием температурного, электрического и других физических полей;
• в) эколого-биологического, включающего системы наблюдений за изменением окружающей природной среды, радиационной обстановки и др.;
• г) аналитического, включающего анализ и оценку результатов наблюдений, выполнение расчётных прогнозов, сравнение прогнозируемых величин параметров с результатами измерений, разработку мероприятий по предупреждению или устранению негативных последствий вредных воздействий и недопущению увеличения интенсивности этих воздействий.

Дополнительно мониторинг включает:

• разработку требований к объёму и составу дополнительных инженерно-геологических изысканий, необходимых для выполнения расчётных прогнозов;
• разработку требований к техническому состоянию зданий и сооружений;
• разработку требований по величинам допустимых предельных и неравномерных деформаций зданий и сооружений;
• расчёт действующих величин нагрузок на фундаменты, расчёт фактического давления на грунт по подошве фундамента и равнение его с расчётным сопротивлением грунта основания;
• расчёт нагрузок на свайные фундаменты;
• сбор и анализ технических данных по конструкциям подземной и надземной частей зданий и сооружений;
• анализ проекта или технической документации по усилению оснований и фундаментов существующей застройки.

Методы и технические средства мониторинга должны назначаться в зависимости от уровня ответственности существующих сооружений, их конструктивных особенностей, способов возведения новых объектов, геологических и гидрогеологических условий площадки, плотности существующей застройки, эксплуатационных требований к сооружениям в соответствии с результатами геотехнического прогноза.

Геотехническая категория сложности объекта устанавливается до начала мониторинга на основе анализа материалов изысканий прошлых лет и уровня ответственности сооружений и отражается в программе мониторинга. Эта категория может быть уточнена на любой стадии проектирования и в ходе мониторинга.

Состав и объём экологических наблюдений должны быть отражены в программе работ в соответствии с действующими нормативными документами.

Осуществление мониторинга включает несколько этапов:

• теоретические расчёты возможных деформаций грунтов оснований и фундаментов вновь строящегося объекта;
• оценку влияния нового строительства и производства работ на существующее здания и сооружения;
• разработку системы наблюдений для проверки в натуре действительного воздействия нового строительства на существующие здания и сооружения;
• установку приборов в натуре;
• осуществление мониторинга в ходе строительства, в первый и последующие годы эксплуатации до стабилизации процессов в основании.

Мониторинг целесообразно осуществлять с использованием комплексной автоматизированной программы, позволяющей оперативно выявлять все возникающие отклонения, устанавливать необходимые взаимосвязи и регулировать весь процесс в целом.

При выборе системы наблюдений необходимо учитывать величины расчётных прогнозов скорости протекания процессов и их изменение во времени, продолжительность измерений, ошибки измерений за счёт изменения погодных условий, а также влияние аномалий геофизических, температурных, электрических и других полей.

Точность систем наблюдений и методов контроля должны обеспечивать достоверность получаемой информации, результатов измерений и согласованность их с расчётными прогнозами, а также соответствовать требованиям к увязке между собой данных отдельных систем наблюдений в пространстве и во времени.

При проведении длительных мониторинговых наблюдений необходимо обеспечивать при изменении внешних условий стабильность параметров измерительных устройств. При необходимости следует проводить тарировку измерительных устройств и вносить поправки в результаты измерений в зависимости от изменения температуры, влажности воздуха и других факторов.

Обследование и мониторинг технического состояния зданий и сооружений проводятся специализированными организациями, оснащенными современной приборной базой и имеющими в своём составе высококвалифицированных и опытных специалистов. Требования к специализированным организациям, осуществляющим обследование и мониторинг технического состояния зданий и сооружений, определяются федеральным органом исполнительной власти, уполномоченным на ведение государственного строительного надзора. Федеральным органом исполнительной власти, уполномоченным на ведение государственного строительного надзора, также ведётся реестр специализированных организаций.

3. Технология проведения мониторинга

В результате проведения мониторинга должны быть определены условия, обеспечивающие выполнение основных эксплуатационных требований к объёму и окружающей среде. Схема технологического процесса проведения операций мониторинга приведена на рис. 1.

На стадии проектирования должны быть определены:

• основные эксплуатационные требования к объектам;
• прогноз расчётных величин деформаций и усилий;
• программа наблюдений и разработаны системы наблюдений.

Рис. 1. Схема технологического процесса мониторинга

На стадии строительства или реконструкции выполняются:

• установка систем наблюдений;
• производство наблюдений.

При производстве наблюдений осуществляется сравнение расчётных и наблюдаемых величин деформаций и усилий и оценка принятых критериев выполнения эксплуатационных требований на основе результатов сравнения. В необходимых случаях производится корректировка критериев выполнения эксплуатационных требований, а также разработка дополнительных мероприятий по обеспечению эксплуатационной надёжности расположенных вблизи строящегося или реконструируемого объекта зданий и сооружений.

После выполнения дополнительных мероприятий производится проверка выполнения эксплуатационных требований за период наблюдений.

4. Виды мониторинга

Существуют следующие виды мониторинга:

• геотехнический;
• строительных конструкций;
• строящихся зданий и сооружений;
• существующих зданий и сооружений;
• окружающей среды.

Мониторинг зданий и сооружений представляет собой комплексную оценку внешних и внутренних воздействий на конструкцию здания. Работы по мониторингу зданий и сооружений начинается с оценки технического состояния объекта. По данным анализа проектной документации и результатов разрабатывается программа мониторинга зданий и сооружений. Наиболее распространённым видом мониторинга зданий и сооружений является мониторинг при строительстве и реконструкции в эксплуатируемых зданиях. Результаты мониторинга при строительстве и реконструкции позволяет получить независимую оценку воздействий на строительные конструкции.

Примером мониторинга является возведение здания коммерческого банка в Германии высотой 303 м. Отличительной особенностью является научное сопровождение на всех этапах строительного процесса.

Для отдельных видов зданий и сооружений (элеваторы, мосты, телевизионные и водонапорные башни, высотные здания) мониторинг проводится в течение всего периода эксплуатации.