Иссследование технического состояния несущих конструкций

1.      Глава.

Введение

Каждый современный город, населенный пункт состоит из комплекса разных по назначению, объемно-планировочному и конструктивному исполнению зданий и сооружений, выполняющих функции как производственного, так и жилого, бытового и  социально-культурного назначения. Поддержание зданий и сооружений в исправном, пригодном для использования по назначению, состоянии является одной из важных задач руководителей этих объектов и главной задачей для жилищно-эксплуатационных и ремонтно-восстановительных служб.

Каждое здание и сооружение должно обладать требуемыми прочностью, долговечностью и надежностью; отвечать эстетическим требованиям, т.е.  отличаться определенными архитектурными  качествами; быть экономичными при возведении и в  эксплуатации. Отсутствие хотя бы одного из этих параметров снижает потребительскую ценность здания,  сооружения.

Эксплуатируемые здания подвергаются  различным внешним (главным образом природным) и внутренним (технологическим и функциональным) воздействиям. Конструкции изнашиваются, стареют, разрушаются, вследствие чего  эксплуатационные качества зданий ухудшаются и с течением  времени они перестают отвечать своему назначению. Однако преждевременный износ недопустим, ибо нарушает условия деятельности и быта людей, использующих эти здания. Кроме того, здания представляют собой большую материальную  ценность, которую необходимо всемерно беречь. В зависимости от назначения здания, в его  проекте предусматриваются соответствующие нормам размеры, прочность, герметичность, теплозащитные и другие эксплуатационные качества, которые материализуются в процессе строительства и поддерживаются в ходе эксплуатации.

Использование зданий по их назначению  принято называть технологической эксплуатацией. Чтобы здания можно было эффективно использовать, они всегда должны быть в исправном  состоянии, т. е. стены, покрытия и прочие конструктивные элементы совместно с системами отопления,  вентиляции и другими системами жизнеобеспечения должны поддерживать в помещениях  соответствующий температурно-влажностный режим, а системы водоснабжения и канализации, освещения и кондиционирования обеспечивать требуемую комфортность. Процессы, связанные с  поддержанием зданий и сооружений в исправном состоянии, называются техническим обслуживанием и  ремонтом  или технической эксплуатацией. Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений представляют собой непрерывный  динамичный процесс, реализацию комплекса  организационных и технических мер по надзору, уходу и всем видам ремонта для поддержания их в исправном к использованию состоянии в течение не менее заданного срока службы.

По задачам и методам их решения ТОиР, хотя и входит в состав строительной отрасли,  существенно отличается от проектирования и возведения:

- осуществляется весьма длительное время по сравнению с проектированием и  возведением десятки и сотни лет, что требует четкого предвидения перспективы и преемственности в деятельности эксплуатационной службы;

- имеет цикличный характер с периодичностью различных мероприятий от одного года до трех лет для текущего ремонта и от шести-девяти лет до тридцати лет для капитального ремонта, что  осложняет планирование и производство работ;

- носит (в частности, ремонт) часто случайный, вероятностный характер по месту, объему и  времени выполнения работ, что затрудняет их  планирование; требует от руководителей и исполнителей  оперативной корректировки планов;

- затрагивает интересы всего населения и каждого человека дома и на службе, ибо приводит к  необходимости участия в ремонте (внутри квартир), т.е. носит социальный характер;

- связан с большими затратами сил и средств, увеличивающимися с течением времени, что  обусловлено, с одной стороны, старением строительного фонда, а с другой ежегодным его пополнением, что требует привлечения все новых сил и средств для осуществления ТОиР;

- для особо ответственных зданий и сооружений (например, Эрмитаж в Санкт-Петербурге)  отличается жесткой системой профилактики износа, исключающей выход из строя в установленный период, что требует умения рассчитывать износ и планировать профилактические работы по месту, объему и времени, предлагать технические решения их производства, обеспечивать материалами и  трудовыми ресурсами.

Все это подтверждает важность и сложность, актуальность задач ТОиР зданий и сооружений.

Но не всегда можно ограничиться только ремонтом здания, при несвоевременном техническом обслуживании, а также изменении функционального назначения здания или сооружения проводится реконструкция с целью восстановления или улучшения прочностных характеристик несущих конструкций.

Как перед реконструкцией, так и перед ремонтом, проводится инженерное обследование здания или сооружения с целью установления фактического технического состояния конструкций.

Экономически выгодно реконструировать даже старые здания под соответствующие нужды, нежели строить заново, да и не всегда городская застройка способствует новому строительству.

Актуальность вопроса (обследования) налицо, в Москве множество архитектурных памятников, старых производственных и жилых зданий, в частности, большинство промзданий построено еще в СССР, так же многокилометровые коммуникационные коллектора также из 20 века.

Целью работы являются исследования технического состояния несущих конструкций зданий и сооружений различных назначений, а в частности в работе будут рассмотрены надземные здания (например школа) и подземных сооружений (коллектора).

Обследование

При возведении зданий и сооружений вблизи или вплотную к уже существующим, возникают дополнительные деформации ранее построенных зданий и сооружений.

Опыт показывает, пренебрежение особыми условиями такого строительства может приводить к появлению в стенах ранее построенных зданий трещин, перекосов проемов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий, разрушению строительных конструкций, т.е. к нарушению нормальной эксплуатации зданий, а иногда даже к авариям.

При намечаемом новом строительстве на застроенной территории заказчиком и генеральным проектировщиком, с привлечением заинтересованных организаций, эксплуатирующих окружающие здания, должен быть решен вопрос об обследовании этих зданий в зоне влияния нового строительства.

Рядом расположенным зданием считается существующее здание, находящееся в зоне влияния осадок фундаментов нового здания или в зоне влияния производства работ по строительству нового здания на деформации основания и конструкций существующего. Зона влияния определяется в процессе проектирования.

В соответствии с МГСН 2.07-97, в процессе строительства нового здания и в начальный период эксплуатации существующих ответственных подземных и заглубленных сооружений обязательными являются натурные наблюдения (мониторинг) на строительной площадке. При этом в состав проекта необходимо включать раздел «Система мониторинга на площадке».

В процессе проектирования нового здания и разработки проекта мероприятий по обеспечению нормальной эксплуатации существующих зданий уточняются объемы и сроки мониторинга.

Порядок финансирования работ по обследованию и мониторингу существующих зданий определяются заказчиком и генеральным проектировщиком нового строительства.

Для проведения мониторинга привлекаются специализированные организации.

Финансирование работ по проектированию и выполнению мероприятий в существующих зданиях решается по согласованию между заказчиком и генеральным проектировщиком нового строительства и заинтересованными организациями, эксплуатирующими здания.

Наряду с отмеченными выше проблемами обеспечения сохранности и эксплуатационной надежности: как существующее, так и новой застройки, актуальной является проблема экологического и геологического риска, что делает обязательным при проектировании и строительстве проведение мероприятий по снижению интенсивности опасных процессов и повышению стабильности окружающей, и в том числе геологической среды.

Разработка таких мероприятий должна производиться в составе проекта нового строительства и основываться на результатах комплексного мониторинга состояния окружающей среды на стадиях инженерно-геологических и экологических изысканий, строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Мониторинг, осуществленный на стадии изысканий, должен дополняться мониторингом на стадии строительства. Последний, обеспечивает получение данных о ходе выполнения проекта и изменениях в окружающей среде, а для ответственных сооружений является источником информации для принятия решений в ходе научного сопровождения строительства.

1.Способы обследования технического состояния зданий и сооружений

Обследование технического состояния строительных конструкций является самостоятельным направлением строительной деятельности, охватывающим комплекс вопросов, связанных с обеспечением эксплуатационной надежности зданий, с проведением ремонтно-восстановительных работ, а также с разработкой проектной документации по реконструкции зданий и сооружений.

Объем проводимых обследований зданий и сооружений увеличивается с каждым годом, что является следствием ряда факторов: физического и морального их износа, перевооружения и реконструкции производственных зданий промышленных предприятий, реконструкции малоэтажной старой застройки, изменения форм собственности и резкого повышения цен на недвижимость, земельные участки и др. Особенно важно проведение обследований при реконструкции старых зданий и сооружений, что часто связано с изменением действующих нагрузок, изменением конструктивных схем и необходимостью учета современных норм проектирования зданий. В процессе эксплуатации зданий вследствие различных причин происходят физический износ строительных конструкций, снижение и потери их несущей способности, деформации как отдельных элементов, так и здания в целом. Для разработки мероприятий по восстановлению эксплуатационных качеств конструкций, необходимо проведение их обследования с целью выявления причин преждевременного износа, понижения их несущей способности.

Очевидно, что обследование зданий и сооружений должны выполняться специализированными организациями и специалистами, обладающими знаниями в самых разных областях строительной науки, а также знающими особенности технологических процессов в производственных зданиях.

Обследование зданий выполняется с целью установления их пригодности к нормальной эксплуатации или необходимости ремонта, восстановления, усиления или ограничений в эксплуатации, как отдельных конструкций, так и зданий в целом.

Общей целью обследований технического состояния строительных конструкций являются выявление степени физического износа, причин, обуславливающих их состояние, фактической работоспособности конструкций и разработка мероприятий по обеспечению их эксплуатационных качеств.

Обследования проводятся при реконструкции или реставрации зданий, при длительном перерыве (более одного года) в строительстве зданий, при обнаружении в конструкциях дефектов и повреждений, при авариях, а также при изменении нагрузок или функционального назначения здания.

Обследование конструкций с целью определения технического состояния и остаточного ресурса химических предприятий проводится в следующих случаях:

- обнаружения дефектов и повреждений (категории «А») при периодических и внеочередных осмотрах;

- после пожаров и стихийных бедствий;

- после аварии в цехе или в цехах аналогичных производств;

- по предписанию органов Госгортехнадзора России;

- при изменении технологии производства или его консервации;

- необходимости наличия заключения о состоянии промышленных зданий и сооружений для получения организацией лицензии на эксплуатацию производств и объектов;

- истечения сроков обследования или нормативных сроков эксплуатации;

- при изменении владельца;

- при страховании организации;

- для определения экономической целесообразности ремонта или реконструкции;

- при увеличении нормируемых природно-климатических воздействий (сейсмические, снеговые, ветровые воздействия).

1.1. Порядок проведения работ по проведению обследования

Работы по проведению обследования целесообразно выполнять поэтапно:

-ознакомление с состоянием конструкций зданий и составление программы обследований;

-предварительное обследование конструкций здания;

-детальное техническое обследование для установления физико-технических характеристик конструкций;

-определение прочности, а в необходимых случаях - жесткости и трещиностойкости конструкций;

-оценка технического состояния конструкций по результатам обследования и условий эксплуатации конструкций объекта (наличие температурных воздействий, динамических ударных нагрузок, соблюдений условий обеспечения пространственной жесткости и устойчивости каркаса, оценка состояния грунтов основания);

- предварительное выявление конструкций, имеющих опасные дефекты, повреждения и деформации, находящихся в аварийном состоянии, с выдачей предложений по проведению первоочередных противоаварийных мероприятий;

- определение безопасного способа доступа к конструкции (использование мостового крана, технологических площадок, устройство необходимых лесов, подмостей, приспособлений, необходимость отключения энергоносителей, вплоть до частичной или полной остановки производства);

-разработка в случае необходимости мероприятий по обеспечению эксплуатационных требований к обследуемым зданиям.

Состав и объемы работ по обследованию в каждом конкретном случае определяются программой работ на основе технического задания заказчика с учетом требований действующих нормативных документов.

В состав работ по обследованию на стадии разработки проектной документации включаются:

-натурные обследования технического (физического) состояния несущих конструкций надземной и подземной частей здания (наружных и внутренних стен, колонн, перекрытий, фундаментов, коммуникаций и т.д.) с определением прочностных характеристик конструктивных материалов, а также наличия и степени проявления деформаций и повреждений (трещин, сдвигов, выпучивания, разрушений кирпичной кладки, сырости и т.п.);

-геодезические измерения величин крена зданий, а также отклонений несущих и ограждающих конструкций зданий от вертикали;

-аналитическое определение координат углов зданий и других стабильных элементов ситуации;

-натурное определение расстояний между существующими объектами;

-обмеры натурных габаритов обследуемых объектов;

-определение абсолютных или относительных высотных отметок элементов здания (подошвы фундаментов, цоколя, этажей, крыши и т.д.);

- уточнение фактических и прогнозируемых нагрузок и воздействий;

- установление фактических физико-механических свойств материалов конструкций;

- проверку фундаментов при выполнении деформаций каркаса здания и несущей способности грунта при выявлении осадок фундаментов;

-обследование прочих элементов здания и обмерные работы;

-выявление и обследование помещений и интерьеров, имеющих архитектурно-художественную ценность.

1.2. Проектно-техническая документация

Программа обследования составляется на основании технического задания заказчика и результатов ознакомления с проектно-технической документацией строящегося здания, включающей рабочие чертежи и пояснительную записку к ним, а также заключение об инженерно-геологических изысканиях.

Ознакомление с проектно-технической документацией обследуемого здания производится с целью учета конструктивных особенностей и особенностей работы конструкций, а также выявления причин и характера дефектов.

Перечень технической документации, используемой при обследовании, включает:

- паспорт на здание и (или) сооружение;

- комплект общестроительных чертежей с указанием всех изменений, внесенных при производстве работ, и отметок о согласовании этих изменений с проектной организацией, разработавшей проект;

- акты приемки здания (сооружения) в эксплуатацию с указанием недоделок, акты устранения недоделок;

- акты приемочных испытаний, проведенных в процессе эксплуатации;

- технический журнал по эксплуатации здания (сооружения);

- акты на скрытые работы и акты промежуточной приемки отдельных ответственных конструкций;

- журналы производства работ и авторского надзора;

- материалы геодезических съемок;

- журналы контроля качества работ;

- сертификаты, технические паспорта, удостоверяющие качество конструкций и материалов;

- акты противокоррозионных и окрасочных работ;

- акты результатов периодических осмотров конструкций;

- акты расследования аварий и нарушений технологических процессов, влияющих на условия эксплуатации здания (сооружения)

- отчеты, документы и заключения специализированных организаций о ранее выполненных обследованиях;

- документы о текущих и капитальных ремонтах, усилениях конструкций;

- документы, характеризующие фактические технологические нагрузки и воздействия и их изменения в процессе эксплуатации;

- документы, характеризующие фактические параметры внутри цеховой среды (состав и концентрация газов, влажность, температура, тепло- и пылевыделение и т.д.);

Отчеты по инженерно-геологическим условиям территории, на которой расположено здание (сооружение).

При отсутствии рабочих чертежей, данных о свойствах материалов и других необходимых данных, составляется специальное соглашение Заказчика со Специализированной организацией на выполнение дополнительных работ.

По проектной документации устанавливаются следующие данные: для зданий - наименование и назначение; наименование проектной организации, разработавшей проект; год завершения строительства; конструктивная схема; серии и марки типовых конструкций, примененных в проекте; монтажные схемы сборных элементов; геометрические размеры элементов и конструкций; проектные нагрузки; расчетные схемы.

для бетонных конструкций - проектные классы (марки) бетона;

для железобетонных конструкций - проектные классы (марки) бетона и арматуры; количество, диаметр, и расположение арматуры;

для каменных конструкций - вид кладки; проектные марки камня и раствора; количество, диаметр, вид и расположение арматуры (для армированной кладки);

для металлических конструкций - марка или класс прочности стали, дополнительные гарантии качества стали; тип сварочных электродов, марка сварочной проволоки, флюса, защитных газов; диаметр, класс прочности и точности монтажных болтов; для высокопрочных болтов - способ обработки поверхностей и величину контролируемого усилия; диаметр и материал заклепок; требования по изготовлению и монтажу конструкций;

для деревянных конструкций - порода и сорт древесины, дополнительные требования к древесине; тип и марка клея для клееных конструкций; марка фанеры; категория защитной обработки древесины; марка или класс прочности стали, алюминиевых сплавов для металлических деталей; количество, материал, диаметр и расположение болтов, нагелей, гвоздей, шурупов и других соединительных элементов.

.По исполнительной документации устанавливаются: наименование строительных организаций, осуществивших строительство; сроки строительства с выделением участков здания, возводимых в зимний период; заводы-изготовители конструкций; данные об отступлениях от проекта при строительстве; данные об испытаниях материалов и конструкций; данные о повреждениях конструкций в процессе строительства; данные об испытаниях конструкций.

По документации на эксплуатацию здания устанавливаются: данные о технологических нагрузках, в том числе от подъемно-транспортного оборудования; данные об агрессивности среды (по температуре, влажности, уровню грунтовых вод, его изменению во времени, концентрации агрессивных компонентов); сведения о повреждениях, появившихся за время эксплуатации; данные о замене, ремонте и усилении конструкций.

При обследованиях после пожара дополнительно устанавливаются: время обнаружения пожара; зона распространения пожара и время интенсивного горения; температура в помещениях во время пожара; место нахождения очага пожара; средства тушения пожара; максимальная температура нагрева материала конструкций, закладных деталей и сварных соединений; распределение температур по участкам конструкций во время пожара.

Предварительный осмотр здания проводится с целью:

-определения общего технического состояния конструкций и зон с наибольшим количеством дефектов и повреждений;

-выявления аварийных конструкций;

-установления возможности доступа к конструкциям, подлежащим обследованию.

В случае выявления на этапе предварительного осмотра аварийных конструкций, необходимо выдать рекомендации по предотвращению их обрушения и обеспечения безопасности людей, находящихся в здании.

Необходимо установить фактически действующие нагрузки на фундаменты с учетом собственного веса конструкций, технологического оборудования и временных нагрузок, а также их сочетаний в соответствии со СНиП 2.02.07-85. В необходимых случаях следует также установить: проектную марку и класс бетона, диаметр, класс и количество рабочей и конструктивной арматуры, конструкцию арматурных изделий, марку кирпича и раствора, геометрические размеры конструкций и другие данные.

1.3. Параметры зданий, конструкций, дефектов и повреждений, контролируемых при обследовании

Контролируемыми параметрами здания являются: габаритные размеры, этажность, высота этажа; конструктивная схема; тип и глубина заложения фундаментов; нагрузки и воздействия; общий крен, размеры между осями основных конструктивных элементов (пролет, шаг колонн, балок, ферм), отметки характерных узлов, расстояния между узлами и т. д.; геометрические размеры конструктивных элементов; конструкции узлов и стыков, типы и материал несущих и ограждающих конструкций.

Контролируемыми параметрами для бетонных конструкций являются: геометрические размеры; прочность бетона конструкций; проницаемость бетона; щелочность бетона; морозостойкость бетона.

Контролируемыми параметрами для железобетонных конструкций являются: геометрические размеры; ширина раскрытия трещин; вид арматуры; прогибы; толщина защитного слоя бетона; прочность бетона конструкций; проницаемость бетона; щелочность бетона; морозостойкость бетона; диаметры, количество и расположение арматуры; прочность арматуры; состояние стыков или узлов сборных конструкций.

Контролируемыми параметрами для каменных конструкций являются: тип и качество выполнения кладки; вид и марки камней и раствора; геометрические размеры (толщина и высота стен, размеры простенков); прочность камней и раствора; морозостойкость камней; толщина швов кладки; величина пустошовки; вид, диаметры, количество и расположение арматуры; прочность арматуры; влажность кладки.

В число контролируемых параметров, при обследовании бетонных, железобетонных и каменных конструкций, следует включать:

Прочностные характеристики бетона, камней и раствора в случаях, если:

-имеющаяся документация не содержит проектных данных о прочности материла, а эти сведения необходимы при оценке состояния конструкций;

-есть основания предполагать, что при приготовлении и укладке материалов были нарушены требования, действующие на момент строительства;

-есть основания предполагать, что материал в раннем возрасте подвергся воздействию отрицательных температур;

-материал имеет существенные коррозионные повреждения, повреждения в результате пожара или в результате переменного замораживания и оттаивания;

-конструкция подвергалась значительному динамическому или вибрационному воздействию;

-в результате поверочных расчетов с использованием проектных значений прочности материалов установлено, что несущая способность конструкции недостаточна, а есть основания полагать, что фактическая прочность бетона выше проектной;

-при изменении нагрузок или условий эксплуатации.

Количество, диаметр и прочность арматуры в случаях, если:

-отсутствуют проектные данные об армировании, а эти сведения необходимы при оценке состояния конструкций;

-есть основания предполагать, что при изготовлении были допущены отступления от проекта в армировании;

-прогибы и ширина раскрытия трещин превышают нормируемые;

-характер трещин и повреждений свидетельствует о возможном отступлении от требований проекта по армированию;

-имеются признаки, свидетельствующие о коррозии арматуры;

-конструкция подвергалась воздействию пожара;

-целью обследования является изыскание резервов несущей способности конструкций.

В остальных случаях контролируемые параметры, перечисленные в настоящем пункте, при обследовании могут не определяться, а при выполнении поверочных расчетов конструкций приниматься по проектным данным.

Контролируемыми параметрами для металлических конструкций являются: геометрические размеры, прогибы, предел текучести и временное сопротивление металла; относительное удлинение; ударная вязкость при различных температурах и после механического старения; химический состав стали; предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, ударная вязкость и химический состав сварных швов, болтов, заклепок; размеры (длина, катет) сварных швов; количество и диаметр заклепок и болтов в узлах; класс точности и класс прочности болтов.

При обследовании металлических конструкций в число контролируемых параметров (с проведением лабораторных испытаний) следует включать прочностные характеристики стали, сварных швов, болтов и заклепок, их пластичность, химический состав и склонность к хрупкому разрушению в случаях, если:

-отсутствуют исполнительная документация и сертификаты или недостаточны имеющиеся в них сведения;

-обнаружены в конструкциях повреждения, связанные с низким качеством стали (расслой, хрупкие трещины и др.);

-изыскиваются резервы несущей способности конструкций;