Особенности изысканий при капитальном ремонте и реконструкции зданий и сооружений

Рассматриваются возможности применение экспресс-метода ЕИЭМПЗ для решения изыскательских задач при кап. ремонте, реконструкции зданий сооружений.

В последнее время, как никогда, многие здания и сооружения требуют капитального ремонта и реконструкции. В число работ входят усиление фундаментов, надстройка, замена конструкций, оборудования и т.д. нередко на новостройках возникает необходимость проведения дополнительных изысканий в связи с недоучетом сложности инженерно-геологических условий при проектировании. В каждом случае возникает специфика проведения изыскательных работ. Она связана с невозможностью постановки традиционных способов изысканий (бурение, полевые опытные работы, геофизические исследования) из-за стесненной обстановки, необходимости изучения грунтов, находящихся под зданиями и сооружениями и измененных под их воздействием.

Следует отметить, что деформации и разрушения зданий, сооружений, дорог, например, при землетрясениях происходят значительно раньше сроков эксплуатации, на которые они были рассчитаны. Происходит это в связи с существенным и непрогнозируемым изменением прочностных и деформационных свойств грунтов на застроенных территориях, с изысканием их реологических характеристик. Качественное относительное изменение напряженного состояния грунтов может быть определено с помощью геофизических методов. Эта геологическая задача решается с помощью метода регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли (метод ЕИЭМПЗ).

Разработки этого метода были начаты в 70-х годах прошлого столетия и защищены рядом авторских свидетельств и патентами.

При капитальном ремонте и реконструкции зданий и сооружений с помощью последних модернизированных приборов типа "Адонис" проводится исследование напряженно-деформированного состояния грунтового массива. Затем, применяя специальные переносные антенны, этими же приборами исследуется напряженно-деформированное состояние фундаментов, стен, перекрытий, колонн.

Наличие и характер деформаций стен и фундаментов выявляют визуально, при этом производится зарисовка и описание трещин. Развитие трещин сопровождается релаксацией напряжений. С помощью электромагнитного излучения картируются и оцениваются зоны концентрации напряжений, в которых в последующем могут развиваться микро- и макротрещины. Одновременное исследование грунтового массива дает возможность установить главную причину деформаций. Вместе с геодезическими наблюдениями за марками-маяками выясняется вид деформаций (выгиб, прогиб, скручивание, крен, перекос) и их динамика. Повторные наблюдения дают информацию о происходящих процессах изменения напряженно-деформированного состояния в грунтах-основаниях и конструкциях зданий и сооружений. На качественном уровне решается, таким образом, реологическая задача. Особенно большое значение это имеет на оползневых объектах с постоянно меняющимся полем напряжений. Полевые реологические испытания пород с одновременной регистрацией электромагнитного излучения (ЭМИ) из нагружаемого целика дают возможность выявить количественные критерии интенсивности поля от стадий деформирования. При постановке экспериментов на оползнях южного побережья Крыма было установлено:

• -при затухающей ползучести характерен высокий уровень интенсивности излучения;
• -накопление напряжений в породах, структурные перестройки, термофлуктуационные возбуждения атомов и ионов кристаллических решеток минералов на стадии подготовки микродеформаций сопровождается аномальными по интенсивности проявлениями излучения;
• -установившиеся деформации характеризуются изменчивыми, пульсирующими значениями ЭМИ; локальные зоны перенапряжены, лавинообразный рост дефектов, и движение дислокаций сопровождается аномально высокими проявлениями излучения;
• -деформации с образованием магистральных трещин характеризуются минимальными значениями интенсивности поля (стадия релаксации напряжений).

При постановке экспериментов было замечено, что при постоянных нормальных напряжениях малейшее изменение горизонтальных сдвиговых напряжений вызывало мощный поток электромагнитных импульсов. Чувствительность ЭМИ к структурной перестройке очень высока. Влажность грунтов также оказывает большое влияние на интенсивность излучения.

Конструкции зданий и многих сооружений всегда находятся в напряженном состоянии. Распределение напряжений неодинаковое. Современные геологические процессы способствуют перераспределению напряжений и концентрации их в определенных местах, что и устанавливается по ЭМИ.

Исследования грунтов оснований в лабораторных условиях должно проводиться с предварительным уплотнением, учитывая их изменение под весом реконструируемого здания и сооружения. Во внимание должны приниматься и вибросейсмические воздействия на грунты, существенно влияющие на изменения их свойств.

Рекомендуется применять неразрушающие и экспресс - методы оценки состояния грунтов. К ним относятся определение плотности и влажности гамма- или нейтронным каратажом.

Примеров применения метода естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) основанного на электромагнитном излучении, при капитальном ремонте, реконструкции, надстройки и пристройки, достаточно много в Крыму. В каждом конкретном случае исследования имели специфические особенности. Например, башни-маяки в Севастополе изучались с повторением измерений через 7 часов по всей высоте. Оценивалось общее состояние напряженно-деформированное состояние башен по двум ортогональным направлениям - С-Ю и В-З и отдельных частей по ориентации в четырех направлениях. Точки измерений располагались через 2м одна от другой. Одновременно измерения проводились двумя приборами. На одном из приборов ЭМИ фиксировалось выносной антенной, закрепленной на специальном стержне. Снятие отсчетов производилось, начиная с северной стороны (аз. 315⁰) через 90⁰ по часовой стрелке. Антенна ориентировалась длинной осью перпендикулярно к стене и приближалась на расстоянии 3-5см. одновременно производились измерения температуры как снаружи, в тени и на солнце, так и внутри башни на каждой точке через 2м.

Оценивалось также направление и относительная сила ветра. Рекогносцировочное обследование территории, анализ данных по характеристикам оснований и фундаментов свидетельствовали о благоприятных инженерно-геологических условиях строительства и эксплуатации башен. В то же время развивающиеся трещины в стенах, просачивание воды требуют ремонта башен.

В результате проведенных исследований были установлены закономерности в распределении напряжений. Высоконапряженные и напряженно-опасные зоны сосредоточены в верхних и нижних частях башен, под влиянием ветровой нагрузки создаются переменные области сжатия и растяжения. Высокие напряжения сосредоточены по отдельным поясам, что, как оказалось, связано с технологическим процессом возведения башен.

При проведении изысканий экспресс-методом ЕИЭМПЗ в Симеизе (южный берег Крыма), где планировалась надстройка 1-2 этажей к старому зданию частной гостиницы, было установлено нормальное ровное поле напряжений в здании. Выше по склону были обнаружены аномально напряженные участки, вблизи от гостиницы наблюдалось деформирование с вывалом подпорной стены. В результате анализа полученных данных были разработаны рекомендации по снятию напряжений в породном массиве путем строительства штольни или грота, которые одновременно служили бы местом отдыха. Исследования несущих элементов в здании, фундаментов и оснований показали их надежность и возможность надстройки.

Гораздо сложнее обстановка в Артеке. Анализ состояния и физического износа конструкций корпусов, рассчитанных на работу в условиях устойчивого массива горных пород, показал необходимость капитального ремонта. Исследования проводились на территории корпусов и внутри зданий поэтажно. В результате были выявлены зоны высоконапряженных и напряженно-опасных пород, а так же зоны с релаксированными напряжениями приуроченные к вытянутым тектоническим нарушениям. Несущие конструкции (колонны и плиты перекрытий) неравномерно напряжены до аномального уровня. Особенно опасными являются нижние части колонн. В то же время отдельные колонны характеризуются нормальными и релаксированными напряжениями в них. Подобная же дифференцированная картина наблюдается на разных этажах в плитах-перекрытиях.

ВЫВОДЫ

• 1. Таким образом, в стесненных условиях, при которых приходится выполнять изыскания для ремонта и реконструкции, необходимо использовать современные экспресс-методы оценки состояния грунтов-оснований, фундаментов и других несущих конструкций.
• 2. В комплексе с методами, которыми пользуются строители, можно в сжатые сроки получить надежную достоверную информацию для принятия необходимых мер, разработке эффективных рекомендаций.