Инженерно-геотехнические изыскания

Визуально-инструментальные методы

Визуально-инструментальные методы мониторинга состоят из визуальных наблюдений (осмотр объекта) и инструментальных измерений (фиксация дефектов и повреждений в конструкциях).

Визуально-инструментальные методы следует применять для наблюдения за возводимым (реконструируемым) сооружением, сооружениями окружающей застройки, конструкциями проходных и полупроходных коллекторов, поверхностью прилегающего грунта, в т.ч. вдоль трасс инженерных коммуникаций.

Инструментальные наблюдения за раскрытием существующих трещин в конструкциях зданий и сооружений осуществляется путем:

• установки на трещины маяков различного типа, используемых в качестве индикаторов процесса развития трещинообразования;
• периодических измерений ширины раскрытия трещин с применением ручных портативных деформометров, микроскопов, щупов, щелемеров;
• применения автоматизированных средств измерений (АСИ) при измерении раскрытия трещин в труднодоступных местах, быстропротекающих процессов или в случае применения автоматизированной системы мониторинга (АСМ).

Фиксация ширины раскрытия трещин с использованием ручных и автоматизированных средств измерений должна выполняться с точностью не ниже 0,1 мм.

При проведении периодических измерений ширины раскрытия трещин, с целью определения деформаций, вызванных изменением температуры окружающего воздуха, необходимо контролировать температуру поверхности исследуемой конструкции. Точность измерений температуры - не ниже 0,5°С.

Наблюдение за развитием трещин по длине осуществляют путем фиксации поперечными штрихами с указанием даты. Точность измерений должна быть не ниже 0,5 мм.

По результатам визуально-инструментального мониторинга составляют:

• ведомости зафиксированных в конструкциях сооружения дефектов и повреждений с указанием их характера и местоположения;
• карты дефектов, нанесенные на схематические фасады, планы и разрезы зданий;
• журналы наблюдения за маяками (с указанием номеров и мест расположения маяков, даты их установки и дат наблюдения);
• фотодокументацию по зафиксированным дефектам и повреждениям.

Источник: СП 305.1325800.2017 Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве

Геодезические методы

Геодезические методы в составе геотехнического мониторинга следует применять для измерения вертикальных и горизонтальных перемещений искусственных сооружений, земной поверхности, грунтового массива по глубине.

Геодезические методы используют с применением нивелиров, теодолитов, тахеометров, сканеров (в т.ч. оптических, электронных, лазерных и др.) и навигационных спутниковых систем.

При ведении мониторинга геодезическими методами измеряют (отдельно или совместно) следующие параметры:

• вертикальные перемещения (осадки, вертикальные сдвиги, просадки, подъемы, прогибы и т.п.);
• горизонтальные перемещения (сдвиги);
• наклоны (крены).

Задачи геодезических методов мониторинга:

• определение участков, подверженных наибольшим отклонениям от первоначального положения;
• выявление величины и направления деформационных процессов;
• выявление закономерностей, позволяющих спрогнозировать дальнейшее развитие деформационных процессов.

При проведении геотехнического мониторинга с применением геодезических методов следует соблюдать требования ГОСТ 24846.

Геодезический мониторинг следует проводить в следующей последовательности:

• анализ исходных и архивных данных;
• разработка соответствующего раздела программы мониторинга;
• детальная рекогносцировка местности, определение мест расположения и установка опорных геодезических знаков высотной и плановой основы вне зоны возможных деформаций;
• установка деформационных марок на объекте строительства или реконструкции, зданиях и сооружениях окружающей застройки, в конструкциях инженерных коммуникаций, выходящих на поверхность, проходных и полупроходных коллекторах;
• осуществление высотной и плановой привязки установленных опорных геодезических знаков;
• проведение нулевого цикла измерений положения контролируемых деформационных марок;
• периодические геодезические измерения вертикальных и горизонтальных перемещений и кренов;
• обработка и анализ результатов наблюдений;
• составление отчетной документации.

Перечень используемых геодезических методов на объекте следует устанавливать в соответствующем разделе программы геотехнического мониторинга в зависимости от требуемой точности измерений (в соответствии с ГОСТ 24846), степени автоматизации измерительного процесса, конструктивных особенностей контролируемых объектов, инженерно-геологических и гидрогеологических характеристик грунтов.

Требования к программе работ в части инструментального обеспечения геодезического мониторинга:

• сведения о наличии пунктов государственной геодезической сети, а также знаков, установленных для целей строительства;
• данные о системе координат и высотных отметок;
• сведения о ранее выполненных работах по определению деформаций и связь их с последующими работами;
• описание мест закладки геодезических знаков, обоснование выбора типа знаков;
• предварительная схема измерительной сети, точность определения деформаций;
• методы измерений горизонтальных и вертикальных перемещений, применяемые инструменты;
• периодичность проведения измерений.

При использовании систем на основе автоматизированных тахеометров программа должна содержать: план расположения измерительных инструментов, контролируемых точек (призм), точек обратной засечки (вне зоны влияния контролируемого объекта); схему крепления мониторинговых призм, конструктивную схему оснащения базовой точки, в которой расположен роботизированный тахеометр.

Камеральную обработку результатов геодезических измерений (проверка полевых журналов, уравнивание ходов, расчеты по оценке точности и подготовка материалов для отчетной документации) следует выполнять отдельно по каждому циклу.

Требования к отчетной документации

При ведении мониторинга с использованием геодезических методов составляют три вида отчетной документации:

1. отчет по результатам нулевого цикла, включающий исполнительные схемы опорной геодезической сети и расположения деформационных марок, первичные результаты измерений, являющиеся "нулевыми" для последующих измерений;
2. промежуточные отчеты (информационные справки), предоставляемые в процессе ведения измерений, содержащие пояснительную записку и результаты измерений в виде таблиц и графиков;
3. окончательный отчет по результатам всех геодезических измерений на объекте.

Источник: СП 305.1325800.2017 Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве

Параметрический метод

При применении параметрических методов в составе геотехнического мониторинга следует выполнять следующие измерения:

• вертикальных и горизонтальных деформаций (послойные осадки грунтов оснований; горизонтальные и вертикальные перемещения массива грунта по глубине; горизонтальные перемещения ограждающей конструкции котлована);
• угловые (крен фундамента и конструкций сооружения);
• напряжений (в основании под пятой и в стволе свай, в конструкциях подземной части сооружений, под подошвой фундаментов, в стальных распорках, тягах анкерных устройств, арматуре и бетоне ограждающих конструкций котлована, конструкций перекрытий);
• порового давления подземных вод.

Контроль параметров следует осуществлять с использованием измерительных датчиков (первичных преобразователей), устанавливаемых (периодически или стационарно) в заранее определенные измерительные точки.

При измерениях горизонтальных перемещений ограждающих конструкций котлованов по высоте с применением параметрических методов следует использовать портативные или стационарные инклинометры. Измерения следует проводить в скважинах, оборудованных направляющими инклинометрическими трубами (металлическими или пластиковыми с направляющими пазами). Количество скважин, их расположение, а также предельно допустимые значения горизонтальных перемещений устанавливают в программе мониторинга на основе результатов расчетов ограждающих конструкций. В каждом цикле инклинометрических измерений положение верха инклинометрических труб следует измерять геодезическим способом.

При измерениях напряжений в арматуре и бетоне ограждающих конструкций котлованов закладные точечные тензодатчики (струнные, электрические, оптоволоконные) следует устанавливать на различных высотных отметках ограждающей конструкции с шагом не более 5 м. Результаты измерений группы датчиков, объединенных в измерительное сечение, следует анализировать совместно.

При измерениях напряжений в стальных распорных элементах котлована измерительные датчики устанавливают группами (четыре датчика, расположенные ортогонально по окружности) в центральной части распорного элемента и у опоры. Количество контролируемых распорных элементов, а также предельно допустимые значения относительных деформаций устанавливают в программе мониторинга на основе результатов расчетов распорной системы котлована.

При измерениях напряжений в тягах анкерных устройств с применением датчиков усилий количество измерительных точек для контроля усилий в анкерных креплениях следует принимать не менее 10% общего числа анкеров.

При контроле послойных осадок грунтового массива, окружающего строящиеся и реконструируемые сооружения следует применять скважинные стационарные (стержневые, струнные, звеньевые, оптоволоконные) и портативные (одноточечные и двухточечные) экстензометры. Количество контролируемых скважин, их глубина и количество измерительных точек в каждой скважине устанавливают в программе мониторинга на основе результатов геотехнического прогноза влияния строительства.

В случае одновременного контроля на объекте нескольких параметров с использованием большого количества средств измерений (если осуществление одного измерительного цикла по всем контролируемым точкам требует значительных временных затрат) отдельные датчики и приборы допускается объединять в измерительные системы с различной степенью автоматизации.

Измерительная система должна обеспечивать синхронность проведения измерений с заданным интервалом. Линии связи должны обеспечивать бесперебойную и помехоустойчивую передачу данных на протяжении всего периода эксплуатации системы. Организация передачи данных между отдельными элементами измерительной системы возможна как с использованием кабельных линий, так и с помощью беспроводных систем связи.

Необходимо предусматривать возможность интеграции измерительных датчиков, устанавливаемых в несущих конструкциях и грунтах основания строящегося или реконструируемого сооружения, в систему СМИК на этапе дальнейшей эксплуатации объекта.

При выборе измерительных датчиков и приборов необходимо учитывать специфические условия, в которых они будут эксплуатироваться, включая:

• механическое, гидромеханическое или термомеханическое взаимодействия между компонентами системы геотехнических измерений (например, датчиками, линиями связи) и средой, в которой установлены компоненты;
• условия окружающей среды (агрессивные грунтовые воды и газы; давление грунта; электромагнитные помехи), которые могут влиять на установленные измерительные датчики и приборы;
• уязвимость информационной связи внутри системы мониторинга (длинные измерительные линии, которые часто проходят через зоны ведения строительных работ).

Измерительные датчики и приборы должны обладать необходимой надежностью, чтобы эффективно выполнять свои функции в течение всего срока проведения мониторинга, с учетом условий воздействия окружающей среды.

Необходимо предусматривать защиту средств измерений, используемых при параметрических методах мониторинга: защитные оголовки для наблюдательных скважин; внешние корпусы, защищающие измерительные датчики от воздействия атмосферных осадков и прямых солнечных лучей; армированные кабельные соединения; антивандальные шкафы для размещения регистрирующей аппаратуры.

При проведении измерений необходимо предусматривать меры для снижения влияния внешних факторов на результаты измерений: применение датчиков с автоматической компенсацией температурных воздействий и перепадов атмосферного давления, с защитой от перепадов напряжения; применение материалов с низким коэффициентом теплового расширения, высокой коррозионной стойкостью.

Конструкция датчиков и технология их установки не должны влиять на результаты мониторинга.

В разделе параметрических методов программы мониторинга должны содержаться: перечень контролируемых параметров и оборудования; схемы расположения измерительных точек и устанавливаемых в них датчиков и приборов; предельные значения контролируемых параметров; способ установки датчиков и приборов на объекте, порядок и периодичность проведения измерений, форма отчетности.

Источник: СП 305.1325800.2017 Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве

Виброметрический метод

Виброметрические методы в составе геотехнического мониторинга обеспечивают контроль допустимого уровня вибраций сооружений и их оснований в период строительства и после его завершения.

При оценке допустимости вибраций следует исходить из обеспечения:

• эксплуатационной надежности строительных конструкций и оснований согласно ГОСТ Р 52892 и СП 22.13330;
• допустимости колебаний для людей;
• штатного функционирования виброчувствительного оборудования согласно требованиям технической документации на оборудование и задания на проектирование. При отсутствии таких данных допускается применять СП 26.13330.

В состав работ по виброметрическому мониторингу входят системно организованные инструментальные наблюдения за вибрациями и их контроль, выполняемые в соответствии с программой геотехнического мониторинга.

Вибрационные наблюдения проводят в целях получения фактических данных об уровнях вибраций грунта и конструкций фундаментов сооружений при наличии динамических воздействий:

• от стационарного оборудования, установленного или планируемого к установке внутри или вблизи сооружения;
• автомобильного и железнодорожного транспорта и метрополитена;
• строительного оборудования;
• прочих источников (взрывные работы и т.д.).

При оценке вибраций следует измерять параметры вибраций (виброперемещения, виброскорости, виброускорения). Выбор параметров и точности их измерений следует осуществлять в соответствии с требованиями согласно 6.4.1.

Для их анализа и оценки следует вести измерения вибрационного фона до начала строительства. Полученные результаты должны быть использованы при разработке виброметрического раздела программы (проекта) геотехнического мониторинга.

В разделе виброметрических методов программы геотехнического мониторинга указывают измеряемые параметры вибраций, точки и направления измерений, предельные уровни вибраций, периодичность измерений.

Примечание - В необходимых случаях рекомендуется предусматривать непрерывный режим виброметрических наблюдений с автоматическим оповещением.

Предельные уровни вибраций устанавливают с учетом конструктивной схемы зданий и сооружений, их технического состояния, инженерно-геологических условий площадки строительства на основе имеющихся нормативных документов.

В особых случаях, в том числе для уникальных зданий и сооружений, зданий исторической застройки, памятников архитектуры, истории и культуры, находящихся в предаварийном или аварийном техническом состоянии, предельные уровни вибраций рекомендуется назначать на основе опытных исследований специализированных организаций.

Источник: СП 305.1325800.2017 Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве

Геофизический метод

Целью геофизических измерений в составе геотехнического мониторинга является фиксация и оценка изменений состояния строительных конструкций и геологической среды, обусловленных как техногенными, так и природными факторами, в условиях ограниченности возможностей использования прямых методов измерений контролируемых параметров таких изменений. По результатам геофизических наблюдений оценивают пространственно-временные изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтов оснований, а также изменения особенностей их залегания в массиве (зоны разуплотнения, обводнения, трещиноватости и т.д.). При наблюдениях за строительными конструкциями по результатам геофизических измерений выявляют и оценивают изменения НДС, их сплошности и целостности.

Геофизические наблюдения допускается выполнять:

• в основаниях и строительных конструкциях подземных частей возводимых сооружений, в т.ч. окружающей застройки;
• на участках развития опасных геомеханических процессов (оползни, карст, подтопление и т.п.).

Геофизические наблюдения состоят из следующих полевых работ:

• подготовки мест измерений в массиве и строительных конструкциях;
• монтажа измерительного оборудования;
• проведения измерений;
• занесения результатов измерений в полевые журналы, акты снятия показаний и т.д., и их освидетельствование.

Использование конкретных методов геофизических наблюдений определяют в зависимости от контролируемых параметров (показателей напряженного состояния, трещиноватости, обводнения, плотности и т.д.), определяющих состояние грунтов оснований зданий и конструкций сооружений.

При выполнении мониторинга с использованием ультразвуковых и радиоизотопных измерений следует руководствоваться требованиями к точности измерений по ГОСТ 17624, ГОСТ 23061, ГОСТ 17623, ГОСТ 23422.

Периодичность геофизических измерений при выполнении геотехнического мониторинга определяют при составлении программы мониторинга с учетом требований технического задания заказчика в зависимости от уровня ответственности сооружения, степени влияния контролируемых параметров на состояние оснований и конструкций сооружения и прогнозируемой скорости их изменения во времени.

Источник: СП 305.1325800.2017 Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве

Гидрогеологический метод

Гидрогеологические методы в составе геотехнического мониторинга включают в себя комплекс работ по определению изменений уровней подземных вод (УПВ) или величин пьезометрических напоров в водоносных горизонтах на строительной площадке и на прилегающей территории в период строительства и реконструкции объекта, а также на начальном этапе его эксплуатации.

Целью гидрогеологических методов геотехнического мониторинга является контроль за изменениями УПВ или пьезометрических напоров для своевременного принятия мер по исключению негативного влияния указанных изменений на сооружения и коммуникации, расположенные на близлежащей к строительной площадке территории, а также на строящееся сооружение, включая опасность всплытия объекта строительства.

Гидрогеологический мониторинг следует выполнять для вновь возводимых и реконструируемых сооружений с уровнями ответственности КС-3 (повышенный) и КС-2 (нормальный) при ожидаемом изменении положения УПВ, вызванного:

• влиянием подземной части сооружения или способов его строительства, в т.ч. при реконструкции, на изменение естественного положения УПВ или величины пьезометрического напора;
• водопонижением или проявлением барражного эффекта в результате перекрытия фильтрационного потока подземных вод.

Контроль за положением УПВ следует проводить при расположении строящегося объекта на склоне, где в результате дождей малой обеспеченности возможна потеря его устойчивости из-за значительного увлажнения грунтового массива.

При расположении строительства в непосредственной близости к особо охраняемым территориям, национальным паркам и т.п. следует контролировать на указанных территориях или их границах отсутствие влияния строящегося сооружения на изменение УПВ относительно естественных значений.

Гидрогеологический мониторинг допускается не проводить в тех случаях, когда дно котлована расположено не менее чем на 0,5 м выше расчетного УПВ.

Примечание - Расчетный уровень определяют с учетом максимального значения величины сезонных колебаний УПВ.

Система гидрогеологического мониторинга должна быть подготовлена не менее чем за один месяц до начала строительных работ, которые могут оказать влияние на изменение фильтрационного режима одного или нескольких водоносных горизонтов в зоне влияния строящегося объекта. В указанный период рекомендуется выполнить два-три цикла наблюдений, включая начальный, для определения естественного положения УПВ на площадке. Перед началом наблюдений следует определить высотное положение оголовка каждой скважины в абсолютных отметках и выполнить плановую привязку каждой скважины на территории стройплощадки.

Гидрогеологический мониторинг следует осуществлять путем измерений УПВ в скважинах или кустах скважин (в случае влияния строительства на несколько водоносных горизонтов), выполненных по специальному проекту. Площадку вокруг скважины следует зацементировать, патрубок оголовка окрасить, на оголовок нанести номер скважины. Оголовок скважины должен иметь крышку с запорным устройством. В скважине обязательно наличие отстойника длиной не менее 1 м. Дно отстойника должно быть закрыто пробкой или заварено.

Замеры УПВ в наблюдательных скважинах выполняют гидрогеологической рулеткой, электроуровнемером, автоматическим регистратором с электронной памятью. Точность замеров должна не превышать 3 см.

Организацию системы гидрогеологического мониторинга на стройплощадке следует выполнять в соответствии с программой геотехнического мониторинга.

В составе программы определяют количество скважин и места их расположения, конструкцию скважин, периодичность циклов наблюдений за УПВ, необходимость контроля температуры воды в скважине и ее химического состава, продолжительность мониторинга с четким указанием условий его прекращения (завершение строительства, осушение грунтового массива постоянными дренажными устройствами).

По результатам гидрогеологического мониторинга должен быть прослежен период восстановления УПВ после возведения подземной части объекта или отключения системы водопонижения с целью контроля за отсутствием превышения восстановленного уровня над расчетным, что очень важно при возможности всплытия построенного сооружения.

Методика гидрогеологических наблюдений, указанная в программе геотехнического мониторинга, должна основываться на результатах прогнозных расчетов, выполняемых аналитическими или численными методами в соответствии с СП 250.1325800.

При назначении в соответствии с инженерно-геологическим разрезом интервала установки фильтровых звеньев наблюдательных скважин следует предусматривать возможность возникновения аварийных ситуаций, когда при нарушении водонепроницаемости ограждения котлована может резко понизится УПВ в наблюдаемом водоносном пласте.

Проверку работоспособности и конструктивной целостности наблюдательных скважин следует проводить не реже двух раз в год. В случае выхода скважин из строя рядом следует пробурить новую скважину с теми же конструктивными параметрами и интервалом установки фильтра.

При наблюдениях за изменениями уровней (напоров) нескольких водоносных горизонтов, на которые распространяется влияние нового строительства, следует организовать кусты наблюдательных скважин, в которых каждая скважина обслуживает соответствующий горизонт.

При осуществлении гидрогеологического мониторинга целесообразно определить температуру подземных вод, что позволит определить причину отклонения замеренных УПВ от прогнозных значений в связи со значительными утечками из водонесущих коммуникаций (водопровод, теплосети, канализация).

При значительных отклонениях замеренных УПВ от прогнозных или существенном повышении температуры подземных вод по сравнению со значениями, полученными при изысканиях, следует определить их причину и наметить мероприятия, устраняющие эти явления.

Рекомендуется на начальном этапе строительства выполнять замеры УПВ с частотой не реже одного цикла в 7-10 сут. В дальнейшем, после стабилизации депрессионной воронки при водопонижении или полном проявлении барражного эффекта, интервал замеров может быть увеличен до одного цикла в месяц.

В отчетной документации по результатам гидрогеологических наблюдений также следует приводить графики изменения УПВ во времени, анализ и оценку причин, вызвавших изменения УПВ, выводы по результатам наблюдений и рекомендации по сохранению работоспособности наблюдательных скважин, устранению возможных нештатных ситуаций.

Источник: СП 305.1325800.2017 Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве

Температурный метод

Температурные наблюдения в составе геотехнического мониторинга выполняют для получения достоверной информации о температуре грунтов на различной глубине.

Полевые измерения температуры грунтов следует проводить в соответствии с программой геотехнического мониторинга для контроля и оценки изменений, происходящих в тепловом режиме грунтов в результате возведения сооружений.

Измерения температуры грунтов следует проводить в заранее подготовленных и выстоянных термометрических скважинах. Измерения следует выполнять термоизмерительными комплектами, представляющими собой "заленивленные" ртутные термометры или электрические датчики температуры с соответствующей измерительной аппаратурой, устройствами для накопления информации (логгеры) в автоматическом режиме и дистанционной передачи данных, или гирлянды.

Оборудование термометрических скважин, а также требования к измерительному оборудованию должны соответствовать ГОСТ 25358.

В отчетной документации по результатам температурных наблюдений также следует приводить данные измерений в виде графиков и таблиц, анализ изменения температурного режима грунтов в период строительства, выводы по результатам наблюдений и рекомендации по сохранению температурного режима в случае его изменения.

Требования, предъявляемые к точности температурных измерений, указаны в ГОСТ 25358.

Источник: СП 305.1325800.2017 Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве