На будівельні процеси нерідко впливають зовнішні фактори, які стають причинами аварій. Для їх контролю розробляються спеціальні системи прогнозування і комплексного аналізу, що дозволяє попереджати подібні загрози, вживаючи відповідні заходи або змінюючи тактику проведення робочих заходів. Одне з центральних напрямків такого контролю є геотехнічний моніторинг (ГТЗ), за допомогою якого можна прогнозувати і навіть керувати станом цільового об’єкта з точки зору його взаємодії з факторами негативного впливу природного характеру.
Поняття ГТЗ
Під ГТЗ розуміється комплекс заходів, пов’язаних з наглядом за станом конструкцій споруджуваного або реконструйованого об’єкта. Окрема увага при контролі приділяється основи несучого масиву і навколишнім спорудам. Технологічно дані роботи організовуються на базі спостережних пунктів, розташованих у зоні виробництва будівництва, так і за її межами в лабораторних умовах. При цьому геотехнічний моніторинг будівель і споруд не обмежується лише контролем стану цільового об’єкта на час його будівництва. Ще на стадії розробки проекту може бути передбачена можливість інтеграції системи ГТЗ в комплекс обслуговуючих заходів в ході експлуатації об’єкта.
Цілі ГТЗ
До основних цілей геотехнічного спостереження варто віднести забезпечення безпеки на час будівництва і експлуатації підконтрольного споруди, а також формування бази показників, за якими можна оцінювати ступінь його надійності. Це стосується не тільки споруджуються та введених в експлуатацію об’єктів, але і робіт, вироблених у рамках ремонту і реконструкції. Досягаються цілі геотехнічного моніторингу за рахунок своєчасного виявлення процесів зміни досліджуваних параметрів. До уваги беруться як характеристики конструкції, так і властивості грунту підстави.
Завдання ГТЗ
В процесі геотехнічного контролю вирішуються наступні завдання:
- Регулярна фіксація змін параметрів геологічного масиву і розташованих на ній конструкцій.
- Своєчасне виявлення відхилень параметрів, а також будь-яких змін, які можуть порушити очікувані тенденції у ході виробляються робіт.
- Оцінка ризиків, які тягнуть за собою виявлені відхилення підконтрольних параметрів.
- Встановлення причин зафіксованих змін.
- На основі результатів геотехнічного моніторингу будівель і споруд розробляється комплекс заходів, які допоможуть попередити і усунути подальші негативні процеси.
Застосування ГТЗ в будівництві
До процесів будівництва ГТЗ підключається на етапі нульового циклу при здійсненні геодезичних обстежень та проведенні земельних робіт. Зокрема, це стосується грунтової основи, фундамента і базових несучих конструкцій. Стосовно до котлованам під будівництво моніторинг здійснюється у відношенні захисних споруд, що виключають ризики обвалу. Зачіпають обстеження і підземні об’єкти – комунікації, інженерні споруди і тунелі. В рамках проведення геотехнічного моніторингу в будівництві враховуються фактори, що впливають на споруджуваний або реконструйований об’єкт. До уваги беруться як потенційно небезпечні геологічні процеси (осідання, зсуви, суфозія), так і динамічні впливи, джерелами яких є безпосередньо будівельні роботи.
ГТЗ при контролі грунтів
При здійсненні ГТЗ оцінюється стан ґрунтового масиву, його поведінка і можливі зміни, пов’язані з надаваними навантаженнями в ході будівництва. Стосовно до органічних грунтах аналізуються наступні характеристики:
- Деформація основи під фундаментом споруджуваного споруди.
- Горизонтальне зміщення ґрунтового шару по глибині.
- Рівень підземних вод.
- Гідродинамічний тиск, який може виникнути у водонасичених органо-мінеральних і органічних грунтах внаслідок впливу додаткового навантаження.
- Характер зміни фізико-механічних властивостей масиву.
Щодо насипних грунтів геотехнічний моніторинг передбачає виконання наступних замірів підконтрольних параметрів:
- Ступінь осаду, який має місце через самоущільнення знову отсыпаемых та існуючих грунтів.
- Навантаження від фундаменту платформи споруджуваного споруди.
- Навантаження від масивних будівельних матеріалів і обладнання, розміщеного на майданчику.
- Базові характеристики насипних грунтів.
Склад робіт по ГТЗ
Згідно з нормативами, геотехнічний моніторинг включає в себе наступні заходи:
- Розробка програми і проекту з контролю цільового об’єкта. Визначається перелік, обсяги і методи операцій на основі вироблених геологічних вишукувань на будмайданчику.
- Визначення термінів і періодичності виконання операцій з моніторингу. Графік встановлюється в залежності від планованої тривалості будівництва з урахуванням земельних робіт та операцій, пов’язаних з усуненням виявлених факторів негативного впливу.
- Визначення контрольованих параметрів. В даному випадку беруться до уваги як місцеві геологічні умови, так і характеристики об’єкта, що споруджується в тому числі рівень його відповідальності.
- Обробка отриманих даних і складання звіту, на основі якого приймаються заходи щодо зниження зафіксованих ризиків.
Проект геотехнічного моніторингу
В процесі розробки проекту ГТЗ формується набір конструктивних рішень, які могли б забезпечити мінімальну ступінь впливу на об’єкт з боку негативних факторів впливу. При цьому враховується не тільки ефективність методів, але й економічна доцільність їх застосування. Складається технологічна карта виробництва аналітичних заходів, підбираються оптимальні методи обстеження території з урахуванням кліматичних та геофізичних параметрів конкретного регіону. У проекті геотехнічного моніторингу будівництва будівлі прописуються вимоги до екологічної безпеки, що може проявлятися у вигляді обмежень по використанню певних методів впливу на природний ландшафт, зокрема. В кінцевому результаті розробники представляють комплексний набір заходів з графіком їх виконання і можливостями коригування в залежності від впливу сторонніх чинників.
Геотехнічне прогнозування
Важливу роль в комплексі ГТЗ відіграє прогнозування. Даний інструментарій задіють у процесах проектування основ, підземних частин будов і фундаментів. Під прогнозом такого роду розуміється оцінка можливого впливу будівельного процесу на стан і характеристики ґрунтового масиву. Подібні заходи також є необхідністю при розробці проектів прокладання інженерних комунікацій, розташовуваних на забудованій території. В якості вихідних даних для геотехнічного моніторингу з прогнозуванням використовуються параметри переміщень огороджувальних конструкцій, а також враховується характер напружено-деформованого впливу на грунт з боку споруджуваного споруди. У розрахунках для оцінки можливих змін використовуються чисельні та аналітичні методи. У прогнозуванні додаткових деформацій, які можуть бути викликані вертикальними навантаженнями від споруджуваного об’єкта, допускається застосування розрахункової схеми у формі лінійно-деформованого півпростору.
Методи ГТЗ
Для здійснення моніторингу застосовуються різні технологічні підходи, серед яких геодезичні, візуальні, виброметрические, параметричні і т. д. найпростіша і найпоширеніша група методів передбачає візуально-інструментальний контроль, при якому проводиться огляд об’єкта з наступними зняттям необхідних замірів. Зокрема, геотехнічний моніторинг будівель з візуальним контролем фіксує процеси розвитку тріщин в конструкціях, відхилення в положенні перекриттів і стін, характеристики ушкоджень і т. д. Інший підхід до моніторингу пропонують геофізичні методи контролю. В даному випадку проводиться комплекс інженерно-геологічних і гідрогеологічних дослідних заходів, які взагалі можуть не зачіпати параметри будівельного об’єкта, проте в повному обсязі вивчають властивості місцевого ґрунту і його фізичні характеристики з урахуванням рівнів залягання ґрунтових вод.
Інструменти фіксації даних ГТЗ
Практично всі методи сучасного геотехнічного контролю передбачають використання технічних засобів і пристосувань для точного визначення контрольованих показників. Це може бути і найпростіший вимірювальний інструмент на зразок рівня або рулетки, і електронні пристрої, що автоматично фіксують цільові параметри – не тільки фізичні і геометричні, але й мікрокліматичні. Наприклад, для вимірювання осаду і крену будівлі або окремих його конструкцій застосовуються комплексні системи геотехнічного моніторингу, фіксують параметричні дані завдяки встановленим датчикам і маркерами. Протягом певного часу з них знімаються свідчення, що дозволяють відслідковувати динаміку прогресування крену або розкриття тріщини. Але для прогнозування також значимі та такі показники, як температурний режим з динамікою перепадів, коефіцієнти вологості, рівень тиску і т. д. Для цих та інших операцій виміру використовуються пьезометры, інклінометри, мессдозы, динамометри, тензометри та інші пристрої.
Програми геотехнічного контролю
Після фіксації значень контрольованих геотехніки конкретні дані заносять в журнал для формування звіту. Далі проводиться всебічний аналіз отриманих відомостей з метою вироблення захисних заходів, якщо це необхідно. Для вирішення таких завдань застосовуються спеціальні програми геотехнічного моніторингу, серед яких можна відзначити наступні рішення:
- Система TUN2. Нескладний і простий в експлуатації програмний інструмент, призначений для виконання статичного розрахунку підземних споруд.
- Програма POLUPROM. Алгоритм даної системи дозволяє виконувати розрахунок стержневих конструкцій і споруд, пропонуючи можливість моделювання ліній впливу. Також цю програму використовують в якості універсального інженерного калькулятора.
- Комплекс Midas. Корейська багатофункціональний продукт, з допомогою якого виконують базові геотехнічні операції обробки даних, а також спеціалізовані розрахунки в області тунелебудування.
Висновок
Геотехніка в будівництві в примітивному вигляді використовувалася з найдавніших часів, коли при влаштуванні житла люди прагнули передбачати ризики впливів з боку природних явищ. У наші дні можна говорити про багатосторонньому та високотехнологічному геотехническом моніторингу, який дозволяє виявляти, фіксувати, аналізувати і розробляти засоби усунення як наявних, так і потенційних загроз при будівництві або експлуатації різних об’єктів. При цьому не варто розглядати методи такого контролю лише як засіб одностороннього інформування про проблеми. Сучасні методи ГТЗ стають більшою мірою інтерактивними, що дає підстави розглядати їх і як засіб забезпечення безпеки, і як інструментарій для пошуку оптимальних економічних рішень при реалізації того чи іншого проекту.
