Мониторинг зданий и сооружений

Содержание:

Введение………………………………………………………………………….

Раздел 1.Анализ состояния разрушения зданий и сооружений на территории Российской Федерации за последние 10 лет…………………………………..

Раздел 2. Разработка проекта наблюдений станции, заложение реперов и фундаментных марок, их конструкция………………………………………..

2.1.Геологическое строение района…………………………………………...

2.2.Наблюдательные станции……………………………………………….....

2.3.Закладка реперов наблюдательной станции……………………………...

2.4.Точность и периодичность наблюдений……………………………….....

Раздел 3. Методика обработки результатов наблюдений…………………...

Раздел 4.Оценка точности результатов наблюдений  ……………………....                                 Раздел 5.Разработка мероприятий, обеспечивающих безопасную эксплуатацию зданий и сооружений…………………………………………

5.1.Усиление стен и остова здания при магистральных трещинах и значительных деформациях………………………………………………......

5.2.Проектирование стальных поясов……………………………………......

5.3.Методы уплотнения грунтов……………………………………………..

5.4.Методы закрепления грунтов………………………………………….....                                                          5.5.Методы усиления фундаментов и оснований…………………………...                                5.6. Методы подводки новых фундаментов…………………………………                                     Заключение………………………………………………………………….....

Список литературы…………………………………………………………… 
 
 

   Введение

  В связи с тем, что в России строится большое количество зданий как промышленных, так и жилых, то необходимо максимально обезопасить нахождение людей в этих помещениях. С учетом того, что любое здание подвержено деформациям и повреждениям необходимо контролировать возможные нарушения состояния зданий и сооружений. 
 Если в результате эксплуатации здания или сооружения появляются деформации несущих конструкций, фундаментов и земной поверхности, то является обязательным осуществление постоянного контроля за развитием деформаций путем проведения инструментальных наблюдений, оценки величин этих деформаций и прогноза развития деформации во времени, своевременная разработка мероприятий по защите здания и сооружения. 
 Режимные наблюдения нацелены на решение прогнозных задач, на то, чтобы получить возможность предвидеть и прогнозировать тенденцию и масштаб развития тех или иных процессов и явлений.  
  При проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений и хозяйственном использовании территорий чаще всего выполняются следующие виды режимных стационарных наблюдений: 
1) метеорологические и гидрологические; 2) гидрогеологические; 3)геотермические; 4) за деформациями масс горных пород на склонах, в откосах, на оползневых участках, в подземных выра6отках и котлованах;  
5) за осадками и деформациями сооружений; 6) за скоростью и характером развития процессов выветривания, эрозии, абразии, пучения горных пород, за их физическим состоянием и другими процессами и явлениями. Все эти наблюдения также входят в состав мониторинга окружающей среды. 
 В зависимости от набора компонентов геологической среды выделяют наблюдения за следующими показателями: составом, состоянием и свойствами почв, горных пород, техногенных грунтов;

• подземными водами (режим, динамика, гидрохимия и т.д.);

• рельефом (техногенная нарушенность, изменчивость, расчлененность, динамика и т.д.);
• природными геологическими процессами (эндогенными, экзогенными);
• инженерно- геологическими процессами и явлениями;
• процессами взаимодействия инженерных сооружений и геологической среды (осадками сооружений, устойчивостью, состоянием фундаментов, утечками техногенных вод и т.п.).

         Каждый показатель однозначно  связан с каким-либо конкретным  элементом окружающей среды или  его частью.  
 Каждая точка наблюдений представляет собой единичный пункт получения информации, а их комплекс – систему пунктов получения информации (СППИНФ). Главное в ее организации – учет характера пространственной изменчивости объектов геологической среды, изменчивости зонально-климатических факторов, а также источников техногенного воздействия. Анализ изменчивости показателей загрязнения геологической среды должен проводиться с учетом возможных миграционных путей загрязнений источника.  
 
 
 
 
 

Раздел 1.  Анализ состояния разрушения зданий и сооружений на территории РФ за последние 10 лет

  В последнее время во многих регионах нередкими стали случаи обрушения зданий и сооружений, их конструктивных элементов. Практически всегда это влечет гибель и травмирование людей. 
 Обеспечение безопасной эксплуатации зданий и сооружений является актуальной задачей, которая решается комплексом мер на стадиях от проектирования до ликвидации объекта. Безаварийная эксплуатация зданий и сооружений осуществляется на основе действующих нормативно-правовых документов, которые устанавливают требования непосредственно к конструкциям зданий и сооружений, к надзору за их техническим состоянием, к технологическим процессам, размещаемым в зданиях и сооружениях, к работающему и обслуживающему персоналу промышленных предприятий и эксплуатирующим службам объектов гражданского назначения. 
 Приведем несколько примеров крупных аварий, случившихся в период с 2000 по 2007 годы на территории РФ:

Рис. 1. Обрушение  покрытия цеха обжига на Магнитогорском цементном заводе 

  Расследования несчастных случаев показали, что одной из основных причин произошедших аварий является неэффективность работы существующей системы управления промышленной безопасностью, не обеспечивающей достаточный уровень технической безопасности при эксплуатации производственных объектов и не принимающей должных мер по реализации Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». 
 В недостаточной мере проводятся обследования зданий и сооружений независимыми экспертными организациями. Согласно нормативным документам обследованию подлежат порядка 60% производственных объектов. На многих предприятиях также не выполняются графики проведения экспертиз промышленной безопасности. 
 На основании анализа причин произошедших аварий и фактического состояния зданий и сооружений сделаны следующие выводы:

1. В наихудшем состоянии находятся здания и сооружения на предприятиях металлургического комплекса.
2. При большом количестве зданий и сооружений, отработавших нормативные сроки (более 60%), совсем невелико число объектов, планирующихся к обследованию и проведению экспертизы промышленной безопасности. При таком подходе количество объектов, подлежащих обследованию, постоянно растет.
3. Технический надзор за зданиями и сооружениями находится на низком уровне. Службы надзора не укомплектованы, а ответственными за безопасную эксплуатацию зданий и сооружений во многих случаях назначаются некомпетентные лица.
4. Не выполняются требования промышленной безопасности по прохождению проектной документации перед принятием решения реконструкций, расширений и ликвидации объектов.

  Многолетняя повторяемость аварий с одинаковыми причинами указывают на то, что одной из актуальных проблем является изучение участниками строительства и эксплуатационными организациями причин, приводящих к аварийному состоянию и обрушению зданий и сооружений, и проведение необходимой профилактической работы по их предотвращению. Требуемое качество и надежность зданий и сооружений напрямую зависят от эффективности осуществления комплекса технических, экономических и организационных мер по контролю за созданием строительной продукции. Следует помнить, что чем дольше эксплуатируется здание или сооружение, тем большее внимание необходимо уделять его техническому состоянию.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел  2. Разработка проекта наблюдений станции, заложение реперов и фундаментных марок, их конструкция 
2.1. Геологическое строение района

        Участок в геоморфологическом отношении приурочен к водоразделу бассейнов двух рек. Рельеф участка спокойный, пологово-волнистый. За счет незначительного общего уклона местности в северо-западном направлении поверхностный сток воды на участке обеспечен. От реки площадка расположена на значительном удалении и затоплению паводковыми водами не подвергается.  
        Толщина грунтов основания проектируемого строительства является неоднородной, в её диапазоне выделяется 6 элементов:

- насыпной грунт;

- почва чернозёмная  суглинистого состава;

- суглинок твёрдый;

- суглинок твёрдый;

- песок мелкий;

- песок средней  крупности.

        Суглинок твёрдый, залегающий в зоне промерзания, при естественной влажности относится к практически непучинистым грунтам. При увеличении влажности и изменении состояния грунта – к слабопучинистым, поэтому не рекомендуется длительный перерыв между производством земляных и строительных работ. 
         
 

Гидрогеологические  условия участка проектируемого строительства благоприятные –  грунтовые воды до глубины 12 м отсутствуют. Вода расположена на такой глубине, где она не будет мешать строительству. 
Неблагоприятные геологические процессы не наблюдаются.

2.2. Наблюдательные станции

  На земной поверхности наблюдательная станция закладывается при появлении деформации следующих объектов:

1. промышленных зданий (заводских цехов, обогатительных фабрик, зданий подъемных машин и др.);
2. линии железнодорожных и транспортных сооружений (мостов, путепроводов);
3. инженерных сооружений (водонапорных башен, дымовых труб, электроподстанций, опорных линий электропередач, газопроводов и нефтепроводов);
4. технологического оборудования (шахтных подъемных машин, вентиляторов, оборудование обогатительных фабрик, котлов, металлообрабатывающих станков длиной более 6м, подкрановых путей и др.);
5. санитарно – технических сетей (водопроводов, теплопроводов, канализационных сетей);
6. водных объектов (рек, каналов, водохранилищ, хвостохранилищ, отстойники);
7. действующих карьеров, склонов гор на которых могут возникать оползни.

  На наблюдательных станциях определяют величину деформаций здания и сооружения, их фундаментов и земной поверхности. 
 

С этой целью  в зданиях и сооружениях, а  также их фундаментов устанавливают  стенные реперы, маячки, замерные марки, датчики или другие замерные устройства, а на земной поверхности вблизи объектов закладывают линии грунтовых  реперов.

  Стенные марки закладывают в фундаментах  или цоколях ниже слоя гидроизоляции по всему периметру здания через равные интервалы от 4-10м.

На каждой стороне  здания должно быть заложено не менее 3х стенных марок. Расстояние между  марками в каркасным здании должно соответствовать шагу основных колон.

  Грунтовые реперы закладывают против стенных реперов на расстоянии не менее 1,5 - 2 м от фундамента.

  Наблюдение на станции заключается в нивелировании стенных и грунтовых реперов. Измерение горизонтального расстояния между ними, и наблюдений за деформациями зданий путем визуального осмотра.

  При этом особое внимание необходимо обращать на состояние несущих конструкций (наличие трещин, отклонение от первоначального положения, прогибов).

  В зданиях и сооружениях устанавливают комплекс датчиков, приборов и приспособлений, с помощью которых проводят наблюдения за напряжениями и деформациями в конструкциях здания. В таких случаях наблюдение обычно выполняют с привлечением специализированных организаций.

  При появлении в стенах, колонах и других частях зданий и промышленных сооружений трещин, устанавливают маяки для наблюдений за изменениями размеров трещин. Ширину и длину трещин, а также дату записывают в журнал.

  При появлении первых признаков деформации здания, необходимо провести дополнительные наблюдения по реперам наблюдательной  станции, и зафиксировать, все видимые проявления деформации здания не зависимо от ранее намеченной программы наблюдений.

2.3. Закладка реперов  наблюдательной станции 

     До  начала наблюдений на объекте создается  опорная высотная сеть.

 Для наблюдения  за осадкой, наиболее ответственных  зданий и сооружений, высотная  опорная сеть создается из  глубинных реперов закладываемых в практически не сжимаемые грунты. В остальных случаях опорную сеть, может состоять из фундаментных и свайных реперов, и стенных марок старых зданий, кустами по три знака.

  Реперы необходимо устанавливать вблизи от сооружений, но вне зон распространения  давления от них, используя для этого участки, где отсутствуют подземные коммуникации. Нельзя закладывать реперы, вблизи проездов, строительных площадок, оползневых склонов, и в местах с высоким уровнем грунтовых вод. Места установки реперов, согласовываются с организациями ведающими подземным хозяйством и строительством. На каждом репер указывается учреждение, год установки и порядковый номер. Положение реперов в плане, определяется привязками к постоянным местным предметам.

  Все знаки высотной основы сдаются на хранение по акту геодезической службе города, проектной организации и заказчику.

  При составлении проекта закладки осадочных марок, необходимо стремиться к наиболее рациональному их размещению. На здании с кирпичными стенами марки устанавливают через 10-15м, располагая их на углах здания, у торцов несущих стен,  в лестничных клетках. В фундаментах, дымовых трубах, доменных печах и других сооружениях подобного типа, допускается установка 3-4х марок по периметру.

  Перед закладкой реперов, наблюдательные станции осуществляются разбивкой линий, и в установках колышков на местах будущих реперов, по средствам инструментального взвешивания. Отклонение от профильной линии, допускается не более 5см. В рыхлых грунтах больших мощностей и в заболоченной местности, опорные реперы, закладываются в скважины с углублением в грунт не менее чем 2м.

Рис. 2.

1-не  влагоемкий материал; 2-муфты; 3-деревянная  крышка; 4-корпус репера; 5-обсадная  труба; 6-глиняная подушка; 7-бетонный  якорь. 

  Корпус репера, изготавливают из отрезков металлической трубы, диаметром 30-60мм и толщиной стенок не менее 3мм, соединенных сварной или муфтой. Нижнюю секцию крестовиной закрепляют в бетонном якоре высотой не менее 1500м.

  В зданиях и сооружениях стенные и грунтовые реперы, закладывают по способу, приведенному на рис.3.

Рис. 3.

  Марку 1, диаметром 10-20мм из прутковой стали бетонируют в шпуре с таким расчетом, чтобы можно было установить нивелирную рейку на выступающую часть репера и провести замер, длин интервалов между реперами. Шнур забуривают на 150-200мм ниже слоя гидроизоляции, грунтовой репер 3 закладывают после каждого стенного репера или части реперов, но не менее 3х реперов на каждой стороне здания не ближе 0,5м от отмостки 2. 

2.4. Точность и периодичность  наблюдений 

  От правильного выбора точности и периодичности наблюдений, зависят методы и средства измерения, достоверность полученных результатов.

  Точность и периодичность измерений указываются в техническом задании на производство работ с учетом требований, нормативной документации. В особых случаях эти требования могут быть получены, путем специальных расчетов.

  В нормативных документах требования к точности определения осадок или горизонтальных смещений характеризуется среднеквадратической  ошибкой:

• 1мм - для зданий и сооружений, возводимых на скальных или полускальных грунтах;
• 3мм – на песчаных, глинистых и других сильно сжимаемых грунтах;
• 10мм – на насыпных просадочных и других сильно сжимаемых грунтов;
• 15мм – для земляных сооружений.

  Установить необходимую точность измерений деформации расчетным путем довольно сложно. Однако для многих практических задач, можно использовать формулу:

  где

 - среднеквадратическая ошибка измерения деформаций; 
- величина деформации за промежуток времени между циклами      измерений.

  Выбор времени между циклами измерений зависит от вида сооружения, периода его работы, скорости измерений деформаций и других факторов. 
 В среднем в строительный период систематически наблюдения выполняют 1-2 раза в квартал; в период эксплуатации 1-2 раза в год. При срочных наблюдениях их выполняют до и после появление фактора резко изменяющего, обычных ход деформации. 
 
 
 
 
 

Раздел 3. Методика обработки  результатов наблюдений

   На построенных графиках определяют точки опасных деформаций в соответствии с величинами предельных деформации, которые выбираются на основании СНиП 2.02.01-83 и оценивают техническое состояние зданий и сооружений по величинам предельной деформации. 
 Наклон, обозначается ; оседание мм; относительная деформация ; кривизна ; шаг для марки 5; шаг между реперами 20м.

Таблица 1. Ведомость горизонтальных деформаций стенных  марок

     Таблица 2. Ведомость вертикальных деформаций стенных марок

Таблица 3. Ведомость горизонтальных деформаций по профильной линии 1-1 

Таблица 4. Ведомость вертикальных  деформаций по профильной линии 1-1