Причины деформаций зданий и сооружений

Деформация обозначает изменение формы здания или сооружения. В геодезии под деформацией понимают изменение положения отдельных точек и всего сооружения относительно опорной геодезической сети под действием непреодолимой силы.

Все здания, конструкции и сооружения испытывают деформацию под воздействием природы, деятельности человека и конструктивных особенностей. Особенно это касается зданий в условиях плотной городской застройки. Риск деформирования зданий в том, что они могут быть не видны обычному глазу.

Современное строительство использует новые конструкции и материалы, которые приводят к повышенной чувствительности сооружений, к изменениям в грунте, особенно деформациям грунтового основания. У каждого здания есть расчётные величины высоты, положения в пространстве. Чтобы понять, что здание сохраняет заданное положение или изменило его, нужна помощь специалистов. Инженеры-геодезисты выявляют и отслеживают причины деформаций зданий и сооружений. Если деформации слишком сильные, здание может разрушиться.

Виды деформации и причины их появления

Повреждения возникают из-за воздействия постоянных и переменных нагрузок.

Среди деформаций выделяют следующие: осадка, крен, оседание, прогибы, выгибы, кручения, перекосы, горизонтальные смещения. Ниже подробно рассматривается каждый из них.

• Осадка здания происходит, когда грунты под фундаментом уплотняются. Осадку вызывают оползни, карстовые и сейсмические явления, движение транспорта. Иногда осадку путают с усадкой здания. Усадка – естественный процесс высыхания материалов в новой постройке. Она занимает 2-6 лет. При правильных расчётах усадка проходит без последствий для здания. Осадка – это сигнал опасности, который посылают нестабильный грунт или слабый фундамент. Равномерная осадка подошвы фундамента не вызывает конструктивных нарушений, но затрудняет эксплуатацию здания. Неконтролируемая осадка и смещение здания по вертикали может привести к разрушению.
• Когда грунт под зданием неоднородный, или нагрузка на него неравномерная, когда грунты сдвигаются или происходит перекос, то появляются трещины, разломы. Когда трещины вызваны осадкой здания, они могут раскрываться и закрываться под воздействием температуры. Самыми опасными считаются сквозные трещины в несущих балках, перекрытиях, фундаменте.
• Постоянный боковой ветер, давление грунта, воды вызывают смещение конструкций и сооружений. Чем выше здание, тем сильнее ветровая нагрузка. Башни, вышки, дымовые трубы находятся под воздействием ветра и солнечного нагрева, которые вызывают изгиб и кручение.
• Крены возникают в жёстких конструкциях из-за несимметричной загрузки основания и развиваются в двух противоположных направлениях
• В объектах без достаточной жёсткости под воздействием резкой осадки возникают прогиб и выгиб. Опасной зоной при прогибе является нижняя часть сооружения. При выгибе – верхняя.

Деформации бывают остаточными и исчезающими после устранения воздействий. Для установления характера проводят геометрическую характеристику до нагрузки, под её воздействием и после её снятия.

В числе причин деформации зданий специалисты называют следующие факторы.

• Ошибки в проектировании, в инженерно-геологических изысканиях, исследованиях грунта и технологии проведения земляных работ.
• Просчёты в глубине заложения и в выборе типа фундамента.
• Аварии инженерных сетей и их естественный износ.
• Строительство новых сооружений в непосредственной близости от существующего здания.
• Колебания уровня влажности и температуры окружающей среды приводят к ослаблению раствора, кирпича, камня.
• Потеря прочности в ходе длительной эксплуатации, недостаточная прочность материалов.
• Увеличение нагрузки из-за надстройки этажей, устройство подвалов и их углубление.
• Остатки сооружений, засыпанные канавы, забетонированные колодцы под строительной площадкой.
• Выход подземных вод, вымывание основания сточными или атмосферными водами.

Эксперты по геодезии отмечают, что повреждения, деформации объектов становятся результатом воздействия целого комплекса факторов, одни из которых преобладают, а другие слабо выражены. Основная задача геодезического контроля – установить причины и изучить обстоятельства, вызвавшие их развитие.

 

Этапы мониторинга и наблюдения за деформацией зданий и сооружений

Когда есть подозрение на дефект здания или необходимо провести геодезический мониторинг объекта, обращаются к специалистам по геодезии. Далее комплекс работ проводится поэтапно. Подробности каждого этапа приведены в таблице.

 

Этапы	Содержание
Первый этап	Собирают и изучают техническую документацию, сведения по строительству и эксплуатации объекта. Составляют рабочую программу, где отмечают цель и задачи измерений, намечают расположение геодезических знаков, составляют график работ и выбирают метод измерений.
Второй этап	Включает осмотр и обследование территории и надземных конструкций сооружения, здания. Особое внимание специалисты уделяют близлежащим постройкам и устройствам для отвода поверхностных вод. Проектируют, изготавливают и устанавливают геодезические знаки, проводят измерения по графику в соответствии с выбранной методикой. Осматривают внешнее состояние здания, конструкций, делают замеры с помощью оборудования и собирают образцы для установления прочности, плотности, водопроницаемости и другие необходимые физико-механические характеристики.
Третий этап	Обследуют фундаменты и грунты в основании объекта. Закладывают шурфы в аварийной зоне и за её пределами, а потом сравнивают результаты. Во время реконструкции проводят обследование всех колонн и стен. Делают поверку полевых журналов, оценивают точность проведённых полевых работ. Составляют ведомости по каждому циклу. Составляют отчёты по результатам и оформляют их графически.

Геодезический контроль за деформациями заключается в том, чтобы периодически проверять положение точек сооружений, обозначенных марками, относительно неподвижных знаков по вертикали и горизонтали. Замеры и вычисления проводятся дистанционно бесконтактным способом. Так, с помощью тахеометра устанавливаются пространственные координаты критичных точек, а результаты выполняются автоматически и высвечиваются на экране дисплея. Осадки определяются с помощью высокоточного нивелира.

Периодичность наблюдения за деформациями

Деформации отслеживают с того момента, когда здание только начинают строить и ведут наблюдения до того момента, когда деформации стабилизируются до 1-2 мм в год.

Приняты следующие сроки измерения деформаций

• При нулевом цикле, в начале стройки
• На этапе готовности сооружения 25%
• Во время завершения 50% строительства
• Перед сдачей объекта в эксплуатацию

После каждого цикла наблюдений составляют график изменения осадок по срокам, таблицу осадок и ведут ведомость отметок нивелирных марок.

Когда скорость деформации увеличивается, появляются крены, трещины, возрастает скорость осадок,  то наблюдения проводят чаще.

Наблюдения включают измерения, описания размера деформаций и установления причин их возникновения.

Наблюдают за деформациями оснований, грунтов, чтобы проверить корректность проектных расчётов, выявить закономерности и оперативно принять меры для устранения последствий и предотвратить опасные ситуации.

Во время эксплуатации здания за деформацией наблюдают по календарному плану, делают систематические замеры и фиксируют их в документах. Специалисты ведут мониторинг состояния и температуры подземных вод, грунтов, метеорологических данных, изменение строительной нагрузки и нагрузки от оборудования.

Таким образом, наблюдение за деформациями проводят с нулевого этапа строительства и во время эксплуатации. Обязательно отслеживают вертикальные и горизонтальные смещения объекта перед началом капитального ремонта, перед вводом в эксплуатацию и при назначении судебной строительной экспертизы.

Все типы геодезических знаков и места их размещения

Есть деформация или нет – может установить геодезист после измерений и обследований. Для этого проводят контрольные измерения.

Определяют устойчивые грунты за пределами зоны строительных работ и в максимальной близости от объекта наблюдения.

Устанавливается от 3 опорных точек для наблюдения за 1 одним объектом.

Для наблюдения за деформациями применяют несколько видов геодезических знаков.

Вид знака	Функции
Опорные знаки	Используются в качестве основы. Это неподвижная точка в горизонтальной плоскости, относительно которой устанавливают смещение деформационных знаков. Опорные знаки должны быть устойчивыми, так как устанавливаются на длительные сроки.
Вспомогательные знаки	Служат, чтобы передавать координаты с опорных геознаков на деформационные.
Деформационные знаки	Устанавливаются на объекте, который исследуется. Знаки располагаются на стыках капитальных стен, на углах зданий и в зонах максимального напряжения конструкции с интервалом 10-15 м. Определяют начальное положение и время установки знаков, а затем отслеживают, как изменяется положение здания вместе с деформационным знаком.
Осадочные марки (осадочные реперы)	Используются для измерений осадки зданий и сооружений. Закрепляют в стенах или фундаменте исследуемого объекта.
Маяк	Это специальная конструкция из прозрачного пластика с нанесенными рисками, которая позволяет отслеживать раскрытие трещины и развитие деформации.

Правильная установка геодезических знаков обеспечивает качество, полноту и достоверность деформаций. Выбор зависит от цели наблюдений, вида деформаций, конструкции здания, инженерно-геологических условий.

Установку деформационных знаков регулируют правила и Федеральные законы «О техническом регулировании», «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Сколько стоят геодезические знаки и почему?

По существующим правилам, реперы закрепляются геодезическими пунктами.

Геодезические знаки являются долговременными, поэтому необходимо предусмотреть их сохранность.

Основная разница между знаками – в конструкции и в способе установке.

Например, марки, которые привариваются к трубе, стоят от 1 100 рублей.

Цена марки, закладываемой в бетон, начинается от 4 100 рублей.

Чтобы избежать коррозии, марки для реперов изготавливаются из малоуглеродистой стали.

Есть обычные светоотражающие марки, которые прикрепляются к зданиям.

Определить, какой из знаков требуется в конкретном случае, может только инженер-геодезист после знакомства с объектом и изучения документов.

Кроме марок, в геодезии используются глубинные грунтовые реперы, геодезические пункты принудительного центрирования и сферические марки. Перечисленные знаки изготавливают инженеры-геодезисты на основе технического задания и условиям предстоящих работ и существующих требований.

Геодезические марки можно приобрести в специализированных магазинах, однако лучше доверить это специалистам, которые будут вести работы на вашей территории.

Готовые геодезические знаки сокращают время на поиски возможных способов закрепления реперов на местности и обеспечивают сохранность.

Стальную марку достаточно прикрепить в нужный пункт и обозначить в документах.

Все геодезические знаки изготавливают и устанавливают специалисты по геодезии, которые имеют лицензию на проведение работ.

Более подробно о Геодезических знаках и реперных точках читайте в статье: Реперные точки что это?