Сдаточно-приемочные испытания
При приемке фундаментов из сборных элементов оценку качества производят на основании документов:
- проектов фундаментов и сборных элементов;
- паспортов заводов-изготовителей блоков бетонных стен подвала и плит железобетонных ленточных фундаментов;
- актов геодезической разбивки осей фундаментов;
- исполнительной документации расположения сборных фундаментов с указанием их отклонений в плане и по высоте;
- журналов монтажа фундаментных плит и блоков с инструментальной выверкой правильности расположения сборных элементов относительно разбивочных осей и отметок.
На основании данных документов устанавливается:
- пригодность фундамента из сборных элементов и соответствие их несущей способности проектным нагрузкам;
- необходимость усиления грунтов основания или дополнительного увеличения площади подошвы фундамента;
- необходимость подливки фундаментов до заданных отметок.
Приемка оформляется Актом.
ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВО ВРЕМЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
Геотехнический мониторинг (геомониторинг) - система слежения за параметрами, характеризующими основания зданий или сооружений (т. е. геологической среды), которая обеспечивает безопасное и эффективное осуществление строительно-технологических процессов, ввод и последующую эксплуатацию зданий и сооружений.
Если проектируемые сооружения относительно невелики, а инженерно-геологические условия благоприятны, ошибки в расчетах оснований и определении характеристик грунтов могут не иметь большого значения, поскольку малые осадки оснований, не выходящие за рамки предельных величин (s <su), не могут нанести существенного ущерба зданиям.
Актуальность проведения геомониторинга обусловлена и тем, что в современное строительство все больше внедряется новая мощная техника по производству новых типов фундаментов и укреплению оснований.
Существуют многочисленные строительные ситуации, которые требуют обязательной организации и проведения геотехнического мониторинга. К ним относятся и работы по реконструкции зданий и сооружений. При этом увеличивается влияние технологических процессов на окружающие объекты.
Цели и задачи геомониторинга
Как правило, даже тщательно проработанный проект и опыт производственной организации еще не гарантируют абсолютного успеха при производстве работ. В процессе строительства, и в частности устройства оснований и фундаментов, возникает большое число дополнительных факторов, трудно поддающихся учету. К ним относятся неполное соответствие реальных геологических условий геологическому разрезу, полученному при изысканиях; технологические особенности производства работ; используемая строительная техника; нарушение технологических правил и многое другое.
Неблагоприятное влияние каждого из этих факторов или их сочетания может привести в дальнейшем к аварийным повреждениям конструкций строящегося или окружающих зданий.
Выявить развитие неблагоприятных тенденций при производстве геотехнических работ, возведении надземной части сооружения и в первый период его эксплуатации позволяют регулярные инструментальные наблюдения и оперативное управление ходом работ - геотехнический мониторинг. Результаты геомониторинга в ряде случаев позволяют обеспечить повышение достоверности расчетов оснований и массивов грунтов.
Целью геомониторинга является обеспечение высокого качества строительства и сохранности зданий и сооружений окружающей застройки.
Задача геомониторинга - регулярное отслеживание поведения основания строящегося сооружения и его конструкций, окружающих его зданий, а также принятие мер по обеспечению безопасного строительства и корректировки конструктивно-техноло-гических решений.
В зависимости от грунтовых и гидрогеологических условий площадки, массы и сложности возводимого сооружения, состояния конструкций окружающих зданий, применяемой технологии производства геотехнических работ определяется зона действия геомониторинга и намечается программа его проведения.
Программа мониторинга включает в себя методику, периодичность и сроки наблюдений, формы представления материалов мониторинга и возможные действия при возникновении неблагоприятных строительных ситуаций.
В состав геотехнического мониторинга в зависимости от инженерно-геологических условий площадки, размеров (массы) возводимых сооружений, наличия природных и техногенных геодинамических процессов в толще грунтов, специфических требований, вытекающих из особенностей проектируемых зданий и сооружений, включаются следующие виды измерений:
1) высотных отметок частей зданий и сооружений, позволяющих судить о величинах осадок оснований, кренов, прогибов, перекосов строительных конструкций;
2) оседания поверхности массивов грунтов в результате приложения нагрузки (подъем территории насыпным или намытым грунтом), просадки грунтов, вибрационных нагрузок от транспорта и строительных механизмов;
3) изменения напряженного состояния в массиве грунтов и конструкциях зданий и сооружений;
4) горизонтальных перемещений массивов грунтов, ограниченных склонами или откосами;
5) оседания и сдвигов поверхности массивов грунтов, подверженных подработке (строительство тоннелей, добыча полезных ископаемых «закрытым способом»);
6) уровня и степени минерализации подземных вод и состава веществ, растворенных в подземных водах;
7) оседания поверхности массивов горных пород, подвергающихся воздействию карстовых процессов, химической и механической суффозии дисперсных пород;
8) параметров колебаний сооружений при работе механизмов для погружения шпунтов, свай, рыхления мерзлых и скальных грунтов;
9) просадок, обусловленных оттаиванием массивов мерзлых пород.
Геотехнический мониторинг используется при внедрении новых технологических процессов, машин и механизмов, применяемых при устройстве оснований, апробации новых конструктивных схем зданий и сооружений. Он стал обязательным элементом организации и осуществления строительства при уплотнении городской застройки, являясь эффективным средством обеспечения экологической безопасности среды обитания, которая подвергается воздействию ряда производств, связанных с химической, нефтехимической, атомной промышленностью, свалками бытовых и технологических отходов, сточных вод, попадающих в геологическую среду.
Таким образом, в практике современного строительства и эксплуатации застроенных территорий геотехнический мониторинг позволяет разрешать частные и общие задачи прикладной механики грунтов, непосредственно связанные с фундаментост-роением. При этом существуют многочисленные строительные ситуации, которые требуют обязательного осуществления геотехнического мониторинга.
Организация и проведение геотехнического мониторинга
При строительстве уникальных и ответственных сооружений, таких как плотины, дамбы, гидро-, тепло- и атомные электростанции, сооружения башенного типа и др., относящихся к I и II классу ответственности, оборудование их оснований и конструкций контрольно-измерительной аппаратурой (КИА) является необходимым и обязательным мероприятием (Бугров А.К., 1999). В этих случаях используется контрольно-измерительная аппаратура механического и дистанционного типа.
К первому типу аппаратуры относятся деформационные марки и реперы для измерения осадок оснований и грунтовых сооружений, позволяющие измерять вертикальные и горизонтальные перемещения сооружений, поверхности основания около них, послойные перемещения грунтов. Для измерения положения кривой депрессии в теле земляных сооружений и толще оснований используются механические пьезометры.
Ко второму типу относится контрольно-измерительная электроаппаратура, состоящая из набора датчиков, соединительных и регистрационных устройств. В основании или на конструкциях сооружения размещаются датчики для измерения параметров контролируемых величин. К ним относятся датчики, динамометры и датчики для измерения напряжений в грунте и элементах конструкций, датчики порового давления в грунте, сейсмодатчики, тен-зометрические деформометры для измерения линейных деформаций, инклинометры для измерения осадок и горизонтальных перемещений грунтов и конструкций.
Следует отметить, что деформации в грунте, как правило, представляют собой вторичное явление и развиваются далеко не сразу после приложения нагрузкок. Поэтому в ряде случаев их измерения (в том числе измерение давления в поровой воде) позволяют принимать решения до того, как сооружение и его основание получили значительные перемещения (осадки, сдвиги, крены и т. п.).
В промышленном и гражданском строительстве наиболее широко проводятся наблюдения за развитием осадки зданий и сооружений, поверхности массивов грунтов, слежением за возникновением повреждений (трещин) в конструкцях, вызванных неравномерным развитием деформаций оснований, и т. п.
Основой мониторинга в указанных случаях служит наблюдательная сеть. Она включает опорные (неподвижные) реперы, а также деформационные марки, которые устанавливают на объектах строительства и в грунте (у поверхности массива или на разных глубинах).
При долговременных наблюдениях опорные реперы устраивают в буровых скважинах, которые пробуривают до коренных (плотных) грунтов и снабжают реперной трубой со сферической головкой. Грунтовые марки устраивают в шурфах, которые должны быть откопаны глубже уровня сезонного промерзания грунта. На дне шурфа устраивают железобетонную подушку (якорь), в которую заделывают реперную трубу (рис. 12).
Организация мониторинга выполняется по специальному проекту, проведение его осуществляется по программе. В проекте в зависимости от преследуемых задач определяются сеть деформационных марок, положение опорных реперов, в программе - периодичность наблюдений, форма представления результатов.
При проведении наблюдений за развитием осадки используют высокоточное оптическое нивелирование или системы гидравлических нивелиров.
Рис. 12. Схемы реперов и деформационных марок для мониторинга на площадках и объектах строительства: а - глубинный репер; б - грунтовый репер; в - скрытая деформационная марка; г - открытая марка; д - поверхностная марка; е-- глубинная фунтовая марка: I - головка марки; 2,3- реперная и защитные трубы; 4 - «якорь»; 5 - сальник; 6 - люк; 7 - резьбовая втулка в стене; 8 – винтовая съемная марка
Исходя из потребной точности измерений осадки (обычно ± 1 мм) наблюдения проводят по первому или второму классу, используя высокоточные приборы - самоустанавливающиеся прецизионные нивелиры и рейки со штриховой инварной полосой.
По результатам оптического нивелирования в каждом цикле измерений устанавливают абсолютную отметку деформационных марок, разность отметок марок между циклами, которая позволяет получить величину осадки; полную осадку каждой деформационной марки нарастающим итогом.
При обработке полученных данных устанавливают следующие характеристики: j - осадку отдельных точек; и smm - максимальную и минимальную осадки объекта (соответственно);
Для решения практических задач результаты наблюдений представляют в форме:
графиков развития осадки во времени, на которых показывают величины и осадки отдельных стен, рядов колонн, сооружения в целом.
Результаты наблюдений за развитием осадки позволяют:
а) принимать оперативное решение, которое направлено на предотвращение опасного развития осадки зданий (изменение технологии и организации строительства, изменение типа фундаментов, устройство усиления поврежденных конструкций, своевременное расселение аварийных жилых зданий и т. п.);
б) вносить коррективы в характеристики механических свойств грунтов, определенные при выполнении инженерно-геологических изысканий;
в) вносить коррективы в расчетные схемы оснований (например, назначение реальных размеров активной зоны);
г) получать параметры, позволяющие прогнозировать развитие осадки во времени, устанавливать время стабилизации осадки;
д) устанавливать предельно допустимые величины осадки зданий определенных типов;
е) уточнять влияние геодинамических процессов на развитие осадки оснований и повреждение конструкций зданий.
Таким образом, инструментальные наблюдения за развитием осадки позволяют обоснованно решать практические и теоретические вопросы, совершенствовать методы исследований свойств грунтов, расчета и проектирования фундаментов, технологию и организацию геотехнических работ.
Примеры использования геотехнического мониторинга
Геотехнический мониторинг сыграл большую историческую роль в развитии теории и практики механики грунтов и фундаментостроения. Благодаря натурным наблюдениям была доказана возможность использования теории упругости в расчетах оснований и фундаментов, уточнены методы расчета осадок и доказана их применимость на практике, уточнены методы определения характеристик механических свойств грунтов. Так, в 1934 г. проф. Н.А. Цытовичем был разработан метод эквивалентного слоя расчета осадок оснований зданий и сооружений. Для проверки правильности основных предпосылок в Ленинграде были организованы натурные наблюдения за осадкой нескольких однотипных зданий - четырехэтажных школ, которые в конце 30-х годов XX в. были построены в нескольких районах города на песчаных и глинистых грунтах. Одновременно были выполнены детальные инженерно-геологические изыскания, компрессионные испытания образцов грунтов, расчеты осадок фундаментов продольных несущих стен зданий разными методами. Полученные результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты расчетов и наблюдений за развитием осадки четырех однотипных зданий - средних школ в Ленинграде в период 1939-1957 гг. (по Н.А. Цытовичу, А.Т. Иовчуку, С.Н. Сотникову)
| № объекта | Осадка, см, рассчитанная по методу | Осадка, рассчит. измер. | см. на период | Конечная осадка, см, (прогноз) | Коэффициент достоверности | Вид фунтов основания | ||
| Количество | Суммирования, Jp.2 | 1939-1940 гг. | 1939-1965 гг. | |||||
| 31,3 | 18,5 | 14,6 | 28,3 | 33,0 | 1,06 | 0.56 | Глинистые | |
| 37,3 | 25,4 | 16,8 | 29,0 | 32,0 | 0,86 | 1,3 | Глинистые | |
| 2,1 | 1.4 | 1,1 | 1,6 | 2,0 | 0,95 | 1,4 | Песчаные | |
| 2.4 | 1,9 | 1,5 | 1,6 | 2,1 | 0,87 | 1,1 | Песчаные |
Специалисты ЛИСИ вернулись к указанным объектам в 50-е годы и дополнили данные Н.А. Цытовича. Наблюдения показали, что метод эквивалентного слоя дает удовлетворительную сходимость для фундаментов площадью до 50 м2.
В эти же годы возникли проблемы, связанные с переходом на сборные железобетонные фундаменты и строительством пятиэтажных крупнопанельных домов в районах Ленинграда, в которых широко распространены слабые грунты-торф, ленточные глины и т. п.
Б.И. Далматовым, А.Т. Иовчуком (ЛИСИ- СПб ГАСУ) и другими специалистами были выполнены наблюдения за осадками крупнопанельных домов на сборных фундаментах мелкого заложения. Эти наблюдения показали, что крупнопанельные дома с продольными несущими стенами при средней осадке от 20...30 см не получают опасных деформаций, а сборные ленточные фундаменты достаточно надежны, если они дополнены железобетонными поясами жесткости.
В начале 60-х годов массовое жилищное строительство в Ленинграде развивалось в периферийных районах городской территории, многие из которых обладали весьма неблагоприятными инженерно-геологическими условиями: имели низкие отметки, были подняты свалкой и намытым грунтом, суммарная величина толщи слабых грунтов превышала 30 м. Для застройки одного из таких районов северо-западной части Васильевского острова были специально спроектированы 9-12-этажные жилые крупнопанельные дома серии БС. Ожидая большие осадки, проектировщики института ЛенНИИпроект в проектах применили замену верхней толщи насыпного и намывного грунта песчаной подушкой, а также монолитные балки-стенки в подземном этаже, повышающие продольную жесткость зданий.
В этом строительном районе была организована опытная площадка, оборудованная сетью деформационных марок, позволивших выполнить в течение 15 лет наблюдения за осадкой поверхности территории, домов разной этажности, глубинных марок под зданиями и на удалении от них. Некоторые данные приведены на рис. 13 и рис.14.
Рис. 13. Эпюры осадки продольных стен 12-этажных домов. Средние осадки зданий к началу 90-х годов - 100 см, т. е. допустимые осадки по СНиП 2.02.01-83* превышены в пять раз
Рис. 14. График развития во времени грунтовых марок, установленных под плитой 12-этажного здания на глубинах 4.6; 11: 13: 20; 27 м ниже подошвы фундаментной плиты
Отметим некоторые показатели из полученных результатов, имевшие большое практическое значение:
1. Осадки 9-этажных домов достигли 60...70 см, 12-этажных 90... 100 см. Таких больших осадок до сих пор нигде не фиксировали.
2. Расчетная средняя осадка фундаментов домов, определенная при проектировании по методу суммирования, составила для 9-этажных домов 15 см, 12-этажных - 22 см, т. е. осадка была в 3 раза меньше фактической.
3. Ошибки в расчетах были вызваны тем, что активная зона основания по СНиП была назначена ошибочно. Фактически она была в три раза больше и достигала 30 м.
4. На развитие осадки оказало влияние давление от массы слоя намытого грунта.
Эти результаты показали, что строительство на такой территории и в аналогичных по инженерно-геологическим условиях районах города 9-этажных и более высоких домов на фундаментах мелкого заложения недопустимо. Этот вывод дал мощный импульс для развития свайных технологий. В 70-е годы стали использовать стыкованные забивные призматические сваи длиной до 32 м, позднее появились машины, позволяющие изготовлять буровые сваи различных длины и диаметра.
Довольно часто мониторинг организуют в тех случаях, когда здания получают недопустимые деформации из-за неравномерных осадок. Так, в 1959 г. в Ленинграде было закончено строительство 10-этажного здания гостиницы «Россия» с четырьмя 2-этажными пристройками.
Деформационные марки были установлены по всему периметру основного здания и пристроек, одновременно была выполнена высотная съемка. Результаты наблюдений показали, что поперечные стены пристроек получили крен до 0,05 в сторону высокой части здания за счет разности осадки, достигшей 35 см. Осадка развивалась в течение последующих 20 лет, достигнув (у высокого здания) 50 см. Этот случай потребовал детально решить вопрос о конструировании легких пристроек и их примыканий к высотным сооружениям.
Пример проведения мониторинга на промышленном объекте - наблюдения за опытным цилиндрическим резервуаром для хранения жидких нефтепродуктов объемом 20 тыс. м3, возводившимся на одной из нефтепромысловых площадок в Западной Сибири (Мангушев Р.А., Сотников С.Н., 1981). Характерной особенностью данной строительной площадки было наличие в основании большой толщи слабых водонасыщенных грунтов - заторфованных супесей и суглинков, залегающих до глубины 20 м и более.
Целью эксперимента являлось измерение напряжений и деформаций основания резервуара при его заполнении и опорожнении. Оборудование опытного резервуара включало (рис. 1.9): три связки термопар 1 для измерения послойного распределения температуры грунта в зимний период;
специально разработанные в ЛИСИ тензодатчики 2 для измерения контактных напряжений под днищем резервуара;
деформационные марки 3, установленные на стенках резервуара;
Рис. 1.14. Схема оборудования опытного резервуара измерительной аппаратурой и системами: 1 - термопары; 2 - пьезодатчики; 3 - деформационные марки; 4 - поверхностные грунтовые марки: 5 - нивелировочные марки на днище резервуара; б - устройство для измерения деформаций днища; 7 - прогибомеры и отвесы. 8 - глубинные реперы