Геотехнический мониторинг при строительстве зданий и сооружений

Увеличение объемов строительства в совокупности с постоянно растущей архитектурной и функциональной сложностью сооружений требует от застройщиков повышенного внимания к инженерно-геологической обстановке как в районе строительства, так и на самом объекте.

При этом основным средством контроля физического состояния и потенциала безопасности сооружения был и остается геотехнический мониторинг грунтов и объектов.

Что такое геотехнический мониторинг

Геотехнический мониторинг в строительстве (ГТМ) — комплекс мероприятий, направленных на систематическое получение актуальной информации о взаимодействии природных и техногенных объектов. В зависимости от целей и задач геотехнического мониторинга предметом исследований могут являться грунты оснований, инженерно-геологические процессы, строительные конструкции.

• Ключевая цель ГТМ — предупреждение аварийных ситуаций, возникающих вследствие необратимых изменений в основаниях и несущих элементах сооружений. 

Технология наблюдения за целевой областью или объектом подразумевает два подхода к анализу данных:

• Мониторинг состояния — отслеживание общих тенденций, которые могут указывать на возникновение критических условий в будущем.
• Мониторинг параметров — наблюдение за динамикой конкретных значений и метрик.

Другими словами, мониторинг состояния — это экспертиза на уровне стратегического планирования, мониторинг параметров — инструментальная оценка ситуации в оперативном периоде. 

Для эффективного анализа важны обе системы. Контроль динамики параметров объекта и окружающей застройки (кренов, осадок, напряжений, смещений, уровня грунтовых вод) является обязательным, но недостаточным условием для качественной оценки. В свою очередь, любой долговременный прогноз нуждается в регулярном подтверждении ожидаемых значений и корректировке относительно их актуального состояния. 

Если результаты измерений расходятся с планируемыми показателями и свидетельствуют о негативной тенденции, в проект или технологию оперативно вносятся поправки, исключающие развитие аварийного сценария. При отклонениях позитивного формата также возможны изменения проектного решения, но уже в сторону упрощения работ и сокращения бюджетной сметы. 

Таким образом, инженерный геотехнический мониторинг — это обязательный интерактивный инструмент, цель которого — обеспечить максимально возможный запас времени для реакции на любые метаморфозы с участком и расположенной на нем конструкцией.

Геотехнический мониторинг в строительстве 

Работы по ГТМ для возводимых объектов начинаются уже на этапе проектирования, для чего подрядчиком разрабатывается отдельный документ, регламентирующий размещение реперов и осадочных марок, метод термометрии скважин для контроля теплового режима грунтов, организацию гидрологических постов и т. д.

Непосредственно в период строительства проводится регулярный мониторинг фонового состояния геологической и гидрологической среды, а также контрольные реперные замеры, служащие базой для анализа.

В случае превышения одним или несколькими диагностическими показателями критериального значения, подрядчиком разрабатывается оперативный план мероприятий по стабилизации геотехнических систем.

Обратите внимание! На стадии эксплуатации зданий и сооружений ГТМ рекомендуется проводить в течение года, а для ответственных объектов, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях, измерения температур вечномерзлых грунтов и деформаций объектов строительства, — весь срок эксплуатации.  

Арсенал решений

Качественный геотехнический мониторинг зданий и сооружений — залог безопасности и надежности строительства. Для достижения этой цели необходимо учитывать комплекс факторов:

• особенности объекта — тип конструкции, геометрические параметры, материалы, этапы строительства;
• природные условия — тип грунтов, рельеф местности, климат, уровень грунтовых вод;
• применяемые подходы — состав работ геотехнического мониторинга с учетом специфики объекта и целей исследования.

Программа ГТМ — документ, определяющий состав, объемы, регулярность и методы таких работ как:

• визуальный мониторинг деформаций — регулярный осмотр объектов для выявления видимых повреждений, трещин, осадок и прочих дефектов;
• вибродинамический анализ — изучение характеристик объекта под воздействием вибраций, вызванных строительными работами, транспортом;
• геодезический мониторинг — высокоточные измерения деформационных процессов грунтов и объектов строительства при помощи геодезических инструментов;
• геофизические измерения — изучение физических свойств грунтовых массивов и других геологических объектов с помощью специального оборудования;
• тензометрический анализ — замеры напряжений и деформаций в конструкциях при помощи тензодатчиков.

Важно! Составление программы геотехнического мониторинга предполагает индивидуальный подход. Количество и типы исследований могут меняться в зависимости от специфики, сложности проекта и поставленных задач.

Инструменты и автоматизация

Значительный объем работ в рамках ГТМ основывается на применении технических средств и программно-аппаратных комплексов. В зависимости от физических параметров среды и видов исследований в составе геотехнического мониторинга используются различные типы датчиков:

• давление и нагрузка — тензодатчики (анкерные, арматурные);
• смещения, деформации, углы наклона — инклинометры, экстензометры;
• уровень воды, давление пара — пьезометры, уровнемеры;
• температура — термокосы, логгеры (ручные, автоматические);
• напряжение и деформация — трещиномеры, нивелиры;
• вибрации и сейсмические колебания — акселерометры.

На основании анализа сигналов, полученных от измерительной аппаратуры, сооружению присваивается определенная категория. При выходе характеристик за допустимые значения организуется внеплановая экспертиза, цель которой — выявление причин отклонений и составление плана мероприятий по ликвидации негативных факторов.

Сложно переоценить преимущества, которые привносит в инженерный геотехнический мониторинг автоматизация процессов. Разработанные компанией РУСГЕОТЕХ программные продукты SmartGTM и SmartView существенно упрощают и ускоряют работу с данными. Ключевые преимущества софта:

• круглосуточный контроль — мониторинг объектов 24/7, непрерывная фиксация изменений геометрических параметров, потоковый анализ информации, сопоставление актуальных и проектных данных;
• удаленное управление — контроль данных в реальном времени из любой точки мира, распределенный доступ, подходит для объектов, расположенных в разных местах
• Оперативное реагирование — отслеживание изменений в любом периоде с автоматическим уведомлением о выходе параметров за пределы допустимого диапазона значений.
• Синхронизация и анализ данных — вывод информации от разных датчиков в единую панель с возможностью визуализации (графики, таблицы).

Полезно знать! Как правило, автоматическая система внедряется уже на этапе проектирования объекта. Это позволяет учесть все индивидуальные особенности локации и оперативно обнаруживать негативные явления в течение всего жизненного цикла объекта, постоянно отслеживая состояние грунтовых массивов и несущих конструкций в различных режимах эксплуатации.

Геотехнический мониторинг на многолетнемерзлых грунтах

Для обеспечения безопасной эксплуатации объектов транспортной, нефтегазовой, гражданской инфраструктуры в регионах Крайнего Севера крайне важно осуществлять постоянный геокриологический мониторинг оснований и конструкций. Изменение теплового баланса вечномерзлых грунтов под воздействием сооружений, сезонного и глобального потепления является критическим фактором, определяющим устойчивость, а с ней безопасность эксплуатации инженерных объектов.

Деградация мерзлых пород может провоцировать резкие изменения свойств оснований и фундаментов, поскольку их прочность и способность сопротивляться деформациям напрямую зависят от температуры. Недостаточный геокриологический контроль нередко приводит к серьезным последствиям, вплоть до аварий.

Компанией РУСГЕОТЕХ разработаны специальные приложения для геотехнического мониторинга на многолетнемерзлых грунтах в районах Крайнего Севера. Внедрение данных решений доказано позволяет расширить функциональный диапазон оборудования, одновременно повысив точность и надежность измерений.

• Архитектура новых систем дает возможность вести мониторинг состояния грунтов в нескольких режимах (оперативном, автономном, непрерывном) и без ограничений по локациям (под фундаментами, вдоль ж/д полотна).

Комплексный мерзлотный надзор является обязательным этапом любого строительного проекта и позволяет свести к минимуму риски возникновения нештатных ситуаций как на этапе возведения объекта, так и в процессе его эксплуатации. 

Наша компания, опираясь на многолетний опыт и высокую экспертизу, гарантирует предоставление качественных и надежных услуг в области геотехнического мониторинга грунтов и техногенных объектов. Квалифицированные инженеры РУСГЕОТЕХ окажут профессиональную поддержку на всех стадиях реализации проекта — от составления детального технического задания до контроля за ходом выполнения строительно-монтажных работ.