Геодезические наблюдения за перемещениями и деформациями зданий

12.1 Геодезические наблюдения за перемещениями и деформациями зданий и сооружений (геодезический мониторинг строительных объектов) проводятся в целях:

— экспериментальной проверки методов расчета величин их абсолютных и относительных деформаций;

— установления предельно допустимых величин деформаций для различных грунтов оснований и типов зданий и сооружений;

— выявления причин возникновения и степени опасности деформаций эксплуатируемых зданий и сооружений, получения числовых и геометрических данных для принятия своевременных мер по устранению причин возникших деформаций;

— выполнения требований ведомственных инструкций и предписаний проектных организаций на геодезический мониторинг стабильности пространственного положения и геометрии особо значимых зданий, башенных конструкций и др.

12.2 Геодезические наблюдения за перемещениями и деформациями (осадками, сдвигами, неравномерными осадками и сдвигами, кренами) оснований, фундаментов, а также возведенных на них зданий, производятся по специальной программе, составленной на основе технического задания. Наблюдения могут начинаться со стадии устройства фундаментов или после окончания строительства при обнаружении признаков чрезмерных деформаций зданий.

В техническом задании должны быть указаны:

— наименование и местоположение объекта (по административному делению), этапы (периоды) строительства или эксплуатации;

— данные о назначении возводимого здания с краткой характеристикой конструктивных особенностей и основных параметров, глубина заложения и тип фундаментов, инженерно-геологические
и гидрогеологические условия оснований фундаментов, цели и задачи наблюдений, периодичность наблюдений, требуемая точность измерения деформаций и перемещений; для эксплуатируемых зданий — сведения о ранее выполненных работах по измерению деформаций.

К техническому заданию прикладываются: план размещения на строительной площадке зданий
и инженерных сетей, планы фундаментов первого этажа с указанием предполагаемых мест закладки деформационных марок, разрезы зданий (продольный, поперечный) с осевыми размерами и высотными отметками.

12.3 Рабочая программа проведения наблюдений составляется на основе технического задания организацией, выполняющей измерительные работы, по согласованию с организацией, выдавшей техническое задание. В рабочей программе, кроме данных, приведенных в техническом задании, указываются части зданий, за которыми будут проводиться наблюдения, расчетные величины деформаций, этапы выполнения строительных работ, для эксплуатируемых зданий — наличие трещин и места закладки маяков, сведения о наличии пунктов геодезической сети, а также знаков, установленных для строительных целей, данные о системе координат и высотных отметок, сведения о ранее выполненных работах по измерению деформаций и связь их с последующими работами, описание мест закладки геодезических знаков, обоснование выбора типа знаков, предварительная схема сети, расчет точности измерений деформаций, методы измерений и применяемые приборы, порядок обработки результатов измерений.

12.4 Геодезические наблюдения за перемещениями и деформациями зданий и сооружений следует проводить в течение всего периода строительства и в период эксплуатации до достижения параметров условной стабилизации деформаций, установленных проектной организацией.

Наблюдения за деформациями и перемещениями зданий, находящихся в эксплуатации, следует проводить в случае появления трещин, раскрытия швов, а также резкого нарушения условий устойчивого состояния грунтов основания.

12.5 Подготовка к наблюдениям за перемещениями и деформациями зданий, процесс наблюдений состоят из следующих этапов:

— разработка программы измерений;

— выбор конструкции, места расположения и установка опорных геодезических знаков высотной и плановой сети;

— высотная и плановая привязки установленных опорных геодезических знаков;

— установка деформационных марок на зданиях;

— циклические инструментальные измерения величин вертикальных и горизонтальных перемещений и кренов через обусловленные временные интервалы;

— обработка и анализ результатов измерений.

12.6 Перед началом измерений вертикальных перемещений (осадки) фундаментов необходимо установить опорные реперы (исходные геодезические знаки высотной основы) и деформационные (осадочные) знаки на контролируемых зданиях, для которых определяются вертикальные перемещения.

Реперы числом не менее трех должны размещаться:

— в стороне от проездов, подземных инженерных сетей, складских и других территорий;

— вне зоны распространения деформаций грунтового массива от давления на него здания;

— вне зон влияния оползневых склонов, нестабилизированных насыпей, осадки земной поверхности от извлечения подземных твердых и жидких полезных ископаемых, карстовых образований
и других неблагоприятных инженерно-геологических и гидрогеологических воздействий;

— на расстоянии от здания не менее тройной толщины слоя просадочного грунта;

— в местах, где исключены влияния вибраций грунта от транспортных средств, машин, механизмов на устойчивость репера;

— в местах, где в течение всего периода наблюдений возможен беспрепятственный и удобный подход к реперам для нивелирных работ.

Конкретное расположение и конструкцию реперов должна определять организация, выполняющая измерения, по согласованию с проектной, строительной или эксплуатирующей организациями,
а также с соответствующими службами, имеющими в данном районе подземное хозяйство (кабельные, водопроводные, канализационные и другие инженерные сети).

12.7 При установке реперов в особых грунтовых условиях следует:

— в насыпных, неоднородных по составу грунтах, процесс уплотнения которых не закончен, применять реперы, заанкеренные или забитые в коренные грунты на глубину не менее 1,5 м ниже насыпной толщи, защищенные колодцами и предохраненные от смерзания с окружающим грунтом;

— в просадочных грунтах заделывать нижний конец репера на глубину не менее 1 м в песчаные или не менее 2 м в глинистые подстилающие грунты, а также не менее 5 м — при толщине слоя просадочного грунта более 10 м;

— в заторфованных грунтах применять забивные сваи, погруженные до плотных, малодеформируемых грунтов;

— в набухающих грунтах заделывать нижний конец репера на глубину не менее 1 м ниже подошвы залегания набухающих грунтов. При значительной толщине набухающего слоя грунта башмак репера должен располагаться на глубине, где природное давление превышает давление набухания.

12.8 После установки репера на него должна быть передана высотная отметка от ближайших пунктов геодезической сети. При значительном (более 2 км) удалении пунктов геодезической сети от устанавливаемых реперов допускается принимать условную систему высот.

На каждом репере должны быть обозначены наименование организации, установившей его,
и порядковый номер знака.

12.9 Установленные реперы необходимо сдать на сохранение строительной или эксплуатирующей организации по актам.

12.10 Осадочные знаки устанавливают в нижней части несущих конструкций по всему периметру здания и внутри его, на стыках строительных блоков, по обе стороны осадочного или температурного шва, в местах примыкания продольных и поперечных стен, на поперечных стенах в местах пересечения их с продольной осью, на несущих колоннах, вокруг зон с большими динамическими нагрузками, на участках с неблагоприятными геологическими условиями.

12.11 Конкретное расположение осадочных знаков на зданиях, а также их конструкцию определяет организация, выполняющая измерения, по согласованию с проектной, строительной или эксплуатирующей организациями, учитывая конструктивные особенности (форму, размеры, жесткость) фундамента здания, фундаментов по машинами, статические и динамические нагрузки на отдельные их части, ожидаемую величину осадки и ее неравномерность, инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительной площадки, особенности эксплуатации здания, обеспечение наиболее благо­приятных условий производства работ по измерению перемещений.

12.12 Метод измерений горизонтальных перемещений и определения крена фундамента и здания следует обосновать в программе измерения, исходя из конструктивных особенностей фундамента и здания, инженерно-геологической и гидрогеологической характеристик грунтов основания, возможности применения и экономической целесообразности метода в данных условиях.

12.13 В соответствии с принятым методом измерений горизонтальных перемещений и кренов фундамента и здания необходимо установить вне зоны возможных деформаций грунтов:

— внешние устойчивые опорные знаки в виде столбов, снабженных центрировочными устройствами в верхней части знаков для установки геодезического прибора; в качестве опорных знаков допускается использовать и грунтовые реперы;

— неподвижные ориентирные знаки в виде столбов; в качестве ориентирных знаков допускается использовать пункты триангуляции и удобные для визирования точки зданий.

На объекте геодезического контроля требуется закрепить деформационные знаки.

12.14 Требуемую точность комплексных измерений вертикальных и горизонтальных перемещений особо значимых зданий и сооружений надлежит выполнять в зависимости от ожидаемых величин перемещений, установленных проектной документацией.

Для типовых зданий и сооружений при отсутствии данных о расчетных величинах смещений
и деформаций точность измерения вертикальных и горизонтальных перемещений устанавливается соответственно следующим величинам их допустимых погрешностей:

— для зданий, длительное время находящихся в эксплуатации, а также возводимых на скальных грунтах, — 1 и 2 мм;

— для зданий в процессе возведения на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах, —
2 и 5 мм;

— для зданий и сооружений в процессе возведения на насыпных, просадочных, заторфованных и других сильно сжимаемых грунтах, — 5 и 10 мм;

— для земляных сооружений — 10 и 15 мм.

12.15 Методы и средства измерения вертикальных перемещений должны приниматься в зависимости от требуемой точности результатов. Измерения осадки с допустимой погрешностью от 1 до 2 мм и более высокой производятся методами геометрического и гидростатического нивелирования, с допустимой погрешностью 5 мм и большей — геометрическим и тригонометрическим нивелированием, фотограмметрическими методами.

12.16 Геометрическое нивелирование применяется в качестве основного метода измерения вертикальных перемещений. Технические характеристики и допуски для геометрического нивелирования должны приниматься в соответствии с [1]. Допускаемая невязка превышений в замкнутом ходе при числе станций n принимается соответственно классу нивелирования: 0,15 ; 0,5 ; 1,5 ; 5,0 мм.

12.17 Тригонометрическое нивелирование следует применять для измерения вертикальных перемещений фундаментов (и выше расположенных конструкций) при невозможности использовать геометрическое нивелирование и другие точные методы. При тригонометрическом нивелировании длина визирных лучей ограничивается до 100–150 м, применяются точные (Т2, Т5 и им равноточные) и высокоточные (Т0,5; Т1 и им равноточные) теодолиты, а также электронные тахеометры соответствующей точности.

12.18 Гидростатическое нивелирование (переносным штанговым прибором или стационарной гидростатической системой) следует использовать для измерения относительных вертикальных перемещений большего числа точек, труднодоступных для измерений другими методами, а также
в случаях, когда нет условий для применения нивелира или на месте производства измерительных работ невозможно пребывание человека по условиям безопасности труда.

12.19 Фотограмметрический (стереофотограмметрический) метод рационально применять для измерения осадок, сдвигов, кренов и других деформаций по большому числу наблюдаемых точек, маркированных на конструкциях в местах, труднодоступных для геодезических измерений, но видимых с пункта фотографирования.

12.20 Горизонтальные перемещения зданий и сооружений можно измерять методами створных наблюдений, отдельных направлений, полярным (с помощью электронного тахеометра), триангуляции, фотограмметрии или их комбинированием. Методы измерений горизонтальных перемещений должны приниматься в зависимости от необходимой точности измерения.

12.21 Метод створных наблюдений при измерениях горизонтальных перемещений зданий сле­дует применять для протяженных объектов при наличии оптической видимости вдоль всего здания или его части при возможности установить устойчивые концевые опорные знаки створа.

Измерение угла отклонения марки от створа следует проводить точным или высокоточным теодолитом, снабженным окулярным или оптическим микрометром. Средняя квадратическая погрешность измерения малых углов при расстоянии от опорного знака до марки, равном 100 м и менее, не должна превышать 2², при расстоянии 600–1000 м — 0,5².

Способ струны следует применять в защищенных от воздушных потоков зданиях и прямолинейных галереях сооружений для непосредственного получения относительной величины горизонтальных линейных смещений конструкций, определяемых как разность отклонений деформационной марки от линии створа в последовательных циклах измерений.

12.22 Метод отдельных пересекающихся направлений следует применять для измерения горизонтальных перемещений зданий при невозможности создать створ или обеспечить устойчивость концевых опорных знаков створа.

Для реализации метода, на объекте закрепляют деформационные марки (визирные цели), а вне его в устойчивых грунтах закладывают не менее трех опорных знаков с расчетом, чтобы направления со знаков на каждую визирную цель пересекались под углами, не меньшими 30° и не большими 150°. В каждом цикле высокоточным теодолитом измеряются горизонтальные углы b _i между опорными направлениями и направлениями на каждую деформационную марку. Составляющая q горизонтального перемещения марки вдоль перпендикуляра к направлению теодолит-марка вычисляется по формуле

q = L tg∆β = ∆β L /ρ, (15)

где ∆β — разность в секундах между текущим значением угла β _i и его первоначальной величиной β₀,

∆β = β _i – β₀;

L — расстояние от теодолита до марки, измеренное с относительной погрешностью не бо­лее 1:2000;

r = 206 265².

По величинам трех составляющих крена q ₁, q ₂ и q ₃ определяется полная величина крена Q и дирекционный угол a горизонтального перемещения марки. Допускается графический способ их определения.

12.23 Крен (величину приращения крена) здания, сооружения следует измерять методами вертикальной плоскости или отвесного проецирования, координирования, измерения углов или направлений, фотограмметрии, механическими способами с применением кренометров, отвесов, а также их комбинированием. Крен фундаментов определяется также нивелированием.

Предельные абсолютные погрешности измерения крена в зависимости от высоты Н объекта, вида фундамента не должны превышать величин, для:

— гражданских зданий — 0,0001 H;

— промышленных зданий, дымовых труб, доменных печей, башен и др. — 0,0005 H;

— фундаментов под машины и агрегаты — 0,00001 H или 0,00001 L (L — длина (ширина) фундамента).

12.24 При измерении крена здания, сооружения методом вертикальной плоскости следует применять высокоточные теодолиты и электронные тахеометры, методом отвесного проецирования — приборы вертикального проецирования.

Проецирование деформационной марки способом вертикальной плоскости с получением отсчета положения проекции по шкале рейки, установленной на требуемом горизонте, должно выполняться при двух положениях визирной трубы теодолита.

Вертикальное проецирование должно выполняться не менее чем тремя приемами при четырех ориентациях (через 90°) прибора отвесного проецирования. Отвесное проецирование при помощи оптического или лазерного зенит-прибора (или надир-прибора) производится на палетку, закрепленную на требуемом горизонте.

Относительная величина крена определяется по отклонению проекции верхней точки вертикальной оси конструкции от нижней точки этой оси, отнесенной к высоте здания.

Линейная величина крена фундамента определяется также разностью отметок его точек, которые в проектном положении должны располагаться в одной горизонтальной плоскости.

12.25 При измерении крена методом координирования необходимо установить не менее двух опорных знаков, образующих базис, с концов которого определяются координаты верхней и нижней точек здания, принадлежащих одной вертикальной оси.

В случае, если с концов базиса не видно основания здания, необходимо определить точки, принадлежащие одной вертикальной оси объекта. Способом засечек вычислить координаты верхней точки здания, а координаты осевой точки в основании определить, используя полигонометрический ход, проложенный от пунктов базиса и имеющий не более двух сторон.

12.26 Для измерения крена зданий сложной геометрической формы следует использовать метод измерения горизонтальных направлений с двух постоянно закрепленных опорных знаков, расположенных на взаимно перпендикулярных направлениях (по отношению к зданию).

12.27 Для измерения кренов фундаментов под машины и агрегаты в промышленных зданиях
и сооружениях помимо нивелирования целесообразно применять переносные или стационарные кренометры, позволяющие определить наклон в градусной или относительной мере.

12.28 Измерение крена гидротехнических сооружений следует проводить с помощью прямых отвесов или прибором вертикального проецирования, помещенных внутри сооружения.

12.29 В процессе работ по измерениям перемещений и деформаций зданий по каждому циклу измерений должна выполняться камеральная обработка полученных результатов:

— проверка полевых журналов;

— уравнивание геодезических сетей;

— составление ведомостей отметок и осадки марок, направлений (углов), величин абсолютного
и относительного крена, пространственных перемещений деформационных марок;

— оценка точности проведенных измерений, включая сравнение полученных погрешностей (или невязок) с допусками для данного метода и класса точности измерений;

— графическое оформление результатов измерений.

12.30 По результатам каждого цикла измерения перемещений и деформаций зданий и сооружений следует составлять промежуточный или заключительный технический отчет. В отчет первого цикла
и заключительный следует включать:

— краткое описание цели измерения деформаций на данном объекте;

— характеристики геологического строения основания, физико-механических свойств грунтов
и инженерно-геологические разрезы основания под фундаментами;

— конструктивные особенности здания и его фундамента;

— описание конструкций установленных реперов, опорных и ориентирных знаков, деформационных марок, устройств для измерения величин развития трещин;

— схемы размещения опорных и деформационных знаков;

— примененную методику измерений;

— ведомости координат и перемещений деформационных знаков;

— графики и эпюры вертикальных, горизонтальных перемещений, кренов, развития трещин во времени, роста нагрузки на основание;

— перечень факторов, способствующих возникновению деформаций;

— выводы о результатах измерений.

В промежуточные отчеты включаются схемы размещения геодезических знаков, ведомости координат и перемещений деформационных знаков, графики деформаций, текущие выводы и предложения.