Выявление проблемных технических состояний исторических зданий
Мониторинг — это не только способ и инструменты, но и образ мышления.
Современная строительная терминология включает определения для ряда категорий технического состояния зданий и сооружений. Эти определения, приводимые в разных нормативных документах (например, СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций…» и СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов…»), различаются как по количеству выделяемых состояний, так и по их содержанию. Однако, что касается проблемных состояний (недопустимое, неудовлетворительное, предаварийное и/или аварийное), то в целом эти определения близки по смыслу (опасность для людей и оборудования, опасность обрушения), хотя и различаются в деталях.
Таким образом определенные состояния объективно не могут быть использованы в прогнозах, так как в их основе лежат постфактумные события. Субъективно можно с легкостью констатировать аварийное состояние и привести для его обоснования какие-то формальные аргументы. Однако никто не возьмется утверждать, что по истечении какого-то определенного периода времени произойдет прогнозируемое аварийное событие. Даже частичное обрушение здания или сооружения не позволяет прогнозировать с какой-то долей вероятности следующее событие как по масштабу, так и по времени.
При этом можно сравнительно легко выявить признаки таких проблемных состояний. Эти признаки хорошо известны специалистам и упрощенно сводятся к наличию проблемных зон в строительных конструкциях, включая основания и фундаменты, и к изменениям нагрузок в сторону их увеличения.
Итак, для выявления проблемных состояний необходимо выявить проблемные зоны несущих конструкций и заново оценить нагрузки.
Для выявления проблемных зон существующих зданий и сооружений имеются только две возможности — это обследование и мониторинг. Упрощенно, обследование предполагает наличие специалиста, который на основе визуального освидетельствования и замеров, а также ощупывания и простукивания каждого несущего элемента и узла строительных конструкций, с учетом субъективного восприятия идентифицирующих признаков и результатов поверочных расчетов, выявляет и локализует проблемные зоны. Мониторинг, в отличие от обследования, может лишь подтвердить наличие проблемных зон без их локализации и установления конкретной природы, так как имеет дело лишь с обобщенными интегральными параметрами, такими как подвижки, крены, динамические скорости, задержки и затухания. Оба подхода обладают и достоинствами, и ограничениями. С учетом особенностей текущего момента большая объективность и надежность присуща мониторингу. Обследование в достаточном объеме выполняется весьма редко по объективным и субъективным причинам.
Строительные конструкции в целом, их узлы и элементы постоянно испытывают микроподвижки, которые происходят как вследствие увеличения объема строительных материалов при повышении температуры/влажности, так и вследствие их уменьшения. Это обратимые циклические микроподвижки, наряду с которыми могут возникать и необратимые — например, при твердении бетона происходит заметное необратимое уменьшение его объема. На изменение влажности в первую очередь реагируют бетон, кирпич и дерево, тогда как металл и стекло более чувствительны к температурным колебаниям. Поскольку циклические микроподвижки происходят в согласии с изменениями погоды, то понятно, что за время жизни сооружения таких микроподвижек набирается огромное количество, и рано или поздно они приводят к появлению микротрещин. Далее процесс трещинообразования может только ускоряться во времени.
Однако к появлению трещин в строительных конструкциях приводят и другие обстоятельства.
Трещины в кирпичных стенах здания возникают вследствие обратимых и необратимых подвижек как самих стен и связанных с ними несущих балок, так и фундаментов. Наличие трещин однако еще не говорит о том, что здание вот-вот рухнет. Причины трещиноватости включают: отсутствие деформационных швов или их неправильное расположение и исполнение, температурно-влажностные подвижки, коррозию закладных элементов, увеличение неравномерности нагрузок на фундамент из-за закладок ранее существовавших или вновь создаваемых оконных и дверных проемов или локальные изменения толщины стены. Таким образом, любые работы по реконструкции зданий провоцируют возникновение трещин. Работы по прокладке инженерных сетей и коммуникаций как в самом здании, так и вблизи его фундамента могут привести к неравномерным осадкам, что также приведет к возникновению подвижек и трещин. Изменение температурно-влажностного режима грунтов основания (режима промерзания-оттаивания) приводит к просадкам и трещинам в фундаменте. Причем следует особо подчеркнуть, что трещины в фундаменте или его локальные разуплотнения с трудом поддаются выявлению при обследованиях, однако приводят к достаточно заметным кренам и перекосам каркаса зданий.
Все вышеперечисленные вялотекущие процессы можно условно рассматривать как статическую составляющую возможных подвижек, кренов и перекосов здания и его элементов. При этом не следует забывать, что существует и динамическая (микросейсмическая) составляющая, которая в условиях мегаполиса в отдельных случаях может существенно превышать по значимости негативного воздействия статическую составляющую. Фоновый микросейсм, источником которого является движущийся большегрузный транспорт, дополняется вибрационными и ударными нагрузками, распространяющимися от ближайшей строительной площадки, от работ по реконструкции того же здания и т. п.
Поскольку степень негативного воздействия на здание этих условно статических и динамических нагрузок достаточно не-определенная как в долговременном, так и в краткосрочном плане, наилучшим объективным индикатором его технического состояния являются результаты мониторинга, который может осуществляться по непрерывной и дискретно-непрерывной схеме. Целью мониторинга является надежное выявление тенденции изменения количественных данных по какому-либо информативному параметру, прямо связанному с техническим состоянием здания.
Как правило, в подавляющем большинстве случаев опасения в отношении технического состояния зданий в результате кратковременного непрерывного мониторинга не получают надежного количественного подтверждения. Непрерывная составляющая дискретного мониторинга должна как минимум включать один сезон, желательно, переходный (осенний или весенний). Средства количественных замеров должны быть достаточно простыми и мобильными, позволяющими сравнительно просто наращивать базу данных как по объектам или зонам мониторинга, так и по содержательной составляющей измерений. Так, например, базовый этап мониторинга мог бы состоять из показаний простейших отвесов, фиксирующих отклонения, вызванные смещениями как верхнего строения, так и фундамента. В измерительном арсенале строительного мониторинга отвес является наиболее простым и надежным устройством, обладающим достаточной чувствительностью и точностью измерений. В зависимости от способа получения замеров и регистрации результатов стоимость одного устройства может изменяться в очень широких пределах (от нескольких сотен до нескольких тысяч рублей).
Длина подвеса прямо определяет точность замеров: чем он длиннее, тем точнее. Однако даже при длине подвеса 2–3 м надежно фиксируемые крены будут составлять 0,0001 и менее, в зависимости от способа измерения отклонения груза от вертикали. Точность измерения различными простыми механическими устройствами составляет 0,01 мм, механические самописцы дают точность 0,1 мм, электронные (аналоговые и цифровые) имеют точность 0,01 или 0,001 мм. Таким образом, точность фиксации кренов может достигать 0,000001, тогда как предельно допустимые крены, регламентируемые СП 50-101-2004, обычно превышают 0,002. При надежном выявлении тенденций следует переходить к следующему этапу, включающему микросейсмический мониторинг, наблюдения за раскрытием трещин, обследованию технического состояния здания.
Таким образом, базовый этап мониторинга, выполняемый с помощью простейших, но надежных и эффективных средств, позволяет объективно выделить проблемные здания или их зоны среди множества подозреваемых «аварийных» объектов, а затем целенаправленно и подробно ими заниматься, постепенно наращивая инструментальные возможности и базу данных. Результатом такого подхода будут объективные и надежные рекомендации по оптимизации дальнейшей эксплуатации здания, по графику и содержанию ремонтных работ или исходные данные для его реконструкции.
Проведение технического обследования по целому ряду обстоятельств объективно уступает мониторингу как по уровню затрат, так и по надежности получаемых данных. Не следует, однако, противопоставлять эти два подхода. Оптимальным было бы сначала проведение базового этапа мониторинга с помощью простейших измерительных средств — отвесов для выявления реальных проблемных зон здания, а затем уже наращивание измерительных систем мониторинга с одновременным проведением технического обследования. Эти два независимых подхода делают оценку технического состояния здания более достоверной и оптимизируют затраты на создание качественной базы данных. Ни один из подходов сам по себе объективно не обладает достоинствами и преимуществами комплексного подхода. Поэтому при первых признаках неблагополучия технического состояния здания необходимо проводить базовый этап мониторинга и только на основе его результатов переходить к дальнейшим действиям.
| Автор: Н. И. Шевченко Дата: 27.01.2006 Журнал Стройпрофиль 1-06 Рубрика: мониторинг зданий Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |