Способы наблюдения за трещинами в несущих конструкциях здания
Существуют различные методы мониторинга трещин и деформаций в несущих конструкциях зданий. Для этого используются специальные приспособления — так называемые «маяки».
В каких случаях обычно устанавливают наблюдение за трещинами в здании?
В рамках комплексного наблюдения за деформациями зданий.
При наличии несущих конструкций, имеющих ограниченно работоспособное и аварийное состояние.
При попадании здания в зону влияния нового строительства или реконструкции.
Основной задачей при мониторинге трещин является фиксация происходящих изменений их параметров для объективного контроля технического состояния конструкций. Цели наблюдения могут быть разными, но суть их одна — своевременное получение информации о происходящих изменениях для принятия решений. По результатам мониторинга могут приниматься решения о возможности дальнейшей эксплуатации, необходимости и виде ремонтных мероприятий, оперативном устранении влияющих на развитие трещин факторов (например, динамическое влияние от расположенного рядом строительного объекта), предотвращении аварийных ситуаций и т. п.
Цели мониторинга, техническое состояние и особенности конструкций влияют на способы осуществления мониторинга за развитием трещин. При выборе способа и методов наблюдения необходимо учитывать следующие основные факторы:
1) необходимость учета температурно-влажностного влияния;
2) необходимость оперативного получения информации;
3) необходимую точность измерений;
4) стоимость, надежность и долговечность системы мониторинга и ее компонентов;
5) трудоемкость снятия показаний и обслуживания системы.
Какие же конструкции маяков используются для наблюдений (мониторинга) за трещинами и каковы особенности их применения?
Электронные датчики и системы мониторинга
Для учета температурно-влажностных влияний на конструкции необходимо производить соответствующие измерения. Причем для объективной оценки таких влияний могут потребоваться показатели температуры и влажности воздуха и конструкций как снаружи, так и внутри помещений. Достаточный объем таких данных может дать только электронная система постоянного мониторинга с соответствующими задачам датчиками. Также возможно получение необходимых данных (фрагментарно) при помощи ручных измерений приборами в момент снятия показаний с маяков, установленных на трещины. Но такой подход все же следует считать мало-информативным, так как он дает недостаточно данных для оценки влияния температуры и влажности на изменение параметров трещин в конструкциях.
Наибольшей оперативностью получения результатов измерений также обладают электронные измерительные системы с возможностью удаленной передачи информации. Они же, в основном, обладают и наибольшей точностью измерений — фиксируют ширину раскрытия трещины до сотых долей миллиметра. К недостаткам можно отнести невозможность измерения одним датчиком перемещения частей конструкции друг относительно друга в вертикальном и горизонтальном направлении одновременно.
Точные электронные измерительные системы мониторинга позволяют проводить краткосрочные (2–15 дней) циклы наблюдений, дающие информацию о текущих тенденциях развития деформаций и позволяющие принимать оперативные решения. Такие системы получают все большее распространение, но основным препятствием для их широкого применения остается высокая стоимость при малой вандалоустойчивости. Тем не менее, это, безусловно, перспективное направление развития средств наблюдения за деформациями, с его помощью уже сейчас можно решать широкий круг задач по мониторингу.
Трещины в стенах зданий могут образовываться по разным причинам. Они могут просто портить вид помещения, а могут свидетельствовать о серьезной угрозе безопасности для людей, находящихся в этом помещении.
Гипсовые маяки
Из всех способов наименьшей стоимостью обладает традиционная конструкция гипсового маяка для наблюдения за трещинами. Однако она обладает целым рядом недостатков.
1. Неэффективность использования в наружных конструкциях и местах, где возможны существенные колебания температуры. В подобных условиях гипсовый маяк срабатывает от температурных деформаций, что не позволяет однозначно определить наличие других факторов влияния на трещину.
2. Низкая долговечность и интенсивное разрушение при неблагоприятных внешних условиях, высокая повреждаемость.
3. Трудоемкость установки, невозможность установки при отрицательных температурах.
4. Зависимость работоспособности маяка от качества установки. Несоблюдение рекомендуемых требований к подготовке поверхности, размерам и конструкции маяка приводит к его неработоспособности.
5. Точность измерений ширины раскрытия трещины очень низка из-за неровностей в месте измерений. По этой же причине отсутствует возможность применения высокоточных измерительных инструментов.
Пластинчатые маяки
Пластинчатые маяки лишены многих недостатков, которые есть у их гипсовых собратьев. А одним из главных их преимуществ является простата установки — на эпоксидный клей быстрого отверждения либо на дюбели, либо совмещая оба способа.
В зависимости от конструкции в данных маяках могут быть реализованы дополнительные возможности, недоступные в маяках других конструкций.
1. Сигнальная измерительная шкала, позволяющая без дополнительных инструментов визуально оценить происходящие изменения ширины раскрытия трещины.
2. Возможность измерения перемещения конструкций по двум осям (а при использовании специальной конструкции — по трем) относительно друг друга — в вертикальном и горизонтальном направлениях.
3. Возможность применения высокоточных измерительных инструментов для измерения сотых долей миллиметра изменения ширины раскрытия трещин.
4. Удобство использования, включая возможность нанесения дополнительной информации на маяк.
В настоящее время это, пожалуй, наиболее эффективная конструкция с точки зрения соотношения стоимости установки, трудоемкости наблюдений и качества получаемых результатов.
Схема работы точечных приспособлений
Цели наблюдения могут быть разными, но суть их одна — своевременное получение информации о происходящих изменениях для принятия решений.
Точечные маяки
Еще одним типом маяков для наблюдения за трещинами являются точечные приспособления, позволяющие вести наблюдения по двум, трем или четырем зафиксированным на конструкции точкам. Конструктивное исполнение подобных устройств может быть крайне разнообразным — от простых дюбель-гвоздей до специальных установочных приспособлений.
Подобные приспособления могут выполняться малозаметными — в цвет отделки стены или прозрачные (из оргстекла). Преимуществом некоторых из них является отсутствие необходимости подготовки поверхности и расчистки отделочных слоев. Применение специальных расчетных методик позволяет отслеживать перемещения как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Точность измерений ограничивается только точностью применяемых инструментов.
Несомненным преимуществом большинства представителей данного типа конструкций маяков является крайне высокая ванадлоустойчивость, достигаемая путем жесткого креп-ления к конструкции, при малых размерах приспособления.
Маяки часового типа
Также существуют маяки часового типа (мессуры), имеющие измерительную шкалу и относительно высокую точность измерений без использования дополнительных инструментов.
Это наиболее наглядные в использовании приспособления, позволяющие легко ориентироваться в происходящих изменениях и снимать показания.
Почему-то именно этот тип маяков больше всего привлекает вандалов. Иногда не помогают даже специальные защитные конструкции. Кроме того, стоимость их существенно выше пластинчатых, точечных и, тем более, гипсовых, что существенно снижает область их применения. Добиться большей эффективности можно путем закрепления двух точек на конструкции и использования мессур только в качестве измерительного инструмента для выполнения контрольных замеров расстояния между закрепленными точками.
Есть и другие типы конструкции маяков, но в заключение хотелось бы в очередной раз предостеречь от применения бумажных и стеклянных маяков, так как их конструкции не отвечают предъявляемым задачам и могут вводить в заблуждение при проведении наблюдений.
Полная или частичная перепечатка материалов — только с письменного разрешения редакции!
Источник
Методы и средства наблюдения за трещинами
5.3.1. При обследовании строительных конструкций наиболее ответственным этапом является изучение трещин, выявление причин их возникновения и динамики развития. Они могут быть вызваны самыми разными причинами и иметь различные последствия.
По степени опасности для несущих и ограждающих конструкций трещины можно разделить на три группы.
1. Трещины неопасные, ухудшающие только качество лицевой поверхности.
2. Опасные трещины, вызывающие значительное ослабление сечений, развитие которых продолжается с неослабевающей интенсивностью.
3. Трещины промежуточной группы, которые ухудшают эксплуатационные свойства, снижают надежность и долговечность конструкций, однако еще не способствуют полному их разрушению.
5.3.2. В металлических конструкциях появление трещин в большинстве случаев определяется явлениями усталостного характера, что часто наблюдается в подкрановых балках и других конструкциях, подверженных переменным динамическим нагрузкам.
Возникновение трещин в железобетонных или каменных конструкциях определяется локальными перенапряжениями, увлажнением бетона и расклинивающим действием льда в порах материала, коррозией арматуры и действием многих труднопрогнозируемых факторов.
5.3.3. Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями, проявившимися в железобетонных конструкциях в процессе изготовления, транспортировки и монтажа, и трещины, обусловленные эксплуатационными нагрузками и воздействием окружающей среды.
В железобетонных конструкциях к трещинам, появившимся в доэксплуатационный период, относятся: усадочные трещины, вызванные быстрым высыханием поверхностного слоя бетона и сокращением объема, а также трещины от набухания бетона; трещины, вызванные неравномерным охлаждением бетона; трещины, вызванные большим гидратационным нагревом при твердении бетона в массивных конструкциях; трещины технологического происхождения, возникшие в сборных железобетонных элементах в процессе изготовления, транспортировки и монтажа.
Трещины, появившиеся в эксплуатационный период, разделяются на следующие виды: трещины, возникшие в результате температурных деформаций из-за нарушений требований устройства температурных швов или неправильности расчета статически неопределимой системы на температурные воздействия; трещины, вызванные неравномерностью осадок грунтов основания; трещины, обусловленные силовыми воздействиями, превышающими способность железобетонных элементов воспринимать растягивающие напряжения.
5.3.4. При наличии трещин на несущих конструкциях зданий и сооружений необходимо организовать систематическое наблюдение за их состоянием и возможным развитием с тем, чтобы выяснить характер деформаций конструкций и степень их опасности для дальнейшей эксплуатации.
Наблюдение за развитием трещин проводится по графику, который в каждом отдельном случае составляется в зависимости от конкретных условий.
5.3.5. Трещины выявляются путем осмотра поверхностей конструкций, а также выборочного снятия с конструкций защитных или отделочных покрытий.
Следует определить положение, форму, направление, распространение по длине, ширину раскрытия, глубину, а также установить, продолжается или прекратилось их развитие.
5.3.6. На каждой трещине устанавливают маяк, который при развитии трещины разрывается. Маяк устанавливают в месте наибольшего развития трещины.
При наблюдениях за развитием трещин по длине концы трещин во время каждого осмотра фиксируются поперечными штрихами, нанесенными краской или острым инструментом на поверхности конструкции. Рядом с каждым штрихом проставляют дату осмотра.
Расположение трещин схематично наносят на чертежи общего вида развертки стен здания, отмечая номера и дату установки маяков. На каждую трещину составляют график ее развития и раскрытия.
Трещины и маяки в соответствии с графиком наблюдения периодически осматриваются, и по результатам осмотра составляется акт, в котором указываются: дата осмотра, чертеж с расположением трещин и маяков, сведения о состоянии трещин и маяков, сведения об отсутствии или появлении новых трещин и установка на них маяков.
5.3.7. Ширину раскрытия трещин обычно определяют с помощью микроскопа МПБ-2 с ценой деления 0,02 мм, пределом измерения 6,5 мм и микроскопа МИР-2 с пределами измерений от 0,015 до 0,6 мм, а также лупы с масштабным делением (лупы Бринеля) (рис. 5.5) или других приборов и инструментов, обеспечивающих точность измерений не ниже 0,1 мм.
Глубину трещин устанавливают, применяя иглы и проволочные щупы, а также при помощи ультразвуковых приборов типа УКБ-1М, бетон-3М, УК-10П и др. Схема определения глубины трещин ультразвуковыми методами указана на рис. 5.6.
5.3.8. При применении ультразвукового метода глубина трещины устанавливается по изменению времени прохождения импульсов как при сквозном прозвучивании, так и методом продольного профилирования при условии, что плоскость трещинообразования перпендикулярна линии прозвучивания. Глубина трещины определяется из соотношений:
h= 
; V= 
,
где h — глубина трещины (см. рис. 5.5);
V — скорость распространения ультразвука на участке без трещин, мк/с;
ta, te — время прохождения ультразвука на участке без трещины и с трещиной, с;
а — база измерения для обоих участков, см.
5.3.9. Важным средством в оценке деформации и развития трещин являются маяки: они позволяют установить качественную картину деформации и их величину.
5.3.10. Маяк представляет собой пластинку длиной 200-250 мм, шириной 40-50 мм, высотой 6-10 м, из гипса или цементно-песчаного раствора, наложенную поперек трещины, или две стеклянные или металлические пластинки, с закрепленным одним концом каждая по разные стороны трещины, или рычажную систему. Разрыв маяка или смещение пластинок по отношению друг к другу свидетельствуют о развитии деформаций.
Рис. 5.5. Приборы для измерения раскрытия трещин
а — отсчетный микроскоп МПБ-2, б — измерение ширины раскрытия трещины лупой: 1 — трещина; 2 — деление шкалы лупы; в — щуп
Маяк устанавливают на основной материал стены, удалив предварительно с ее поверхности штукатурку. Рекомендуется размещать маяки также в предварительно вырубленных штрабах (особенно при их установке на горизонтальную или наклонную поверхность). В этом случае штрабы заполняются гипсовым или цементно-песчаным раствором.
5.3.11. Осмотр маяков производится через неделю после их установления, а затем один раз в месяц. При интенсивном трещинообразовании обязателен ежедневный контроль.
5.3.12. Ширина раскрытия трещин в процессе наблюдения измеряется при помощи щелемеров или трещиномеров. Конструкция щелемера или трещиномера может быть различной в зависимости от ширины трещины или шва между элементами, вида и условий эксплуатации конструкций.
Рис. 5.6. Определение глубины трещин в конструкции
1 — излучатель; 2 — приемник
На рис. 5.7-5.12 приведены конструктивные схемы различных типов маяков и щелемеров.
Наиболее простое решение имеет пластинчатый маяк (см. рис. 5.7). Он состоит из двух металлических, стеклянных или плексигласовых пластинок, имеющих риски и укрепленных на растворе так, чтобы при раскрытии трещины пластинки скользили одна по другой. Края пластинок должны быть параллельны друг другу. После прикрепления пластинок к конструкции отмечают на них номер и дату установки маяка. По замерам расстояния между рисками определяют величину раскрытия трещины.
5.3.13. Щелемер конструкции ЛенГИДЕПА (см. рис. 5.8) состоит из двух латунных пластин, одна из которых расположена в специально выточенном пазу второй пластины. На обеих пластинах имеются шкалы с миллиметровыми делениями, причем на П-образной пластине сделана прорезь для чтения делений шкалы на внутренней (второй) пластине.
Пластины крепятся к изогнутым штырям, свободные концы которых заделываются в бетон. Описанный щелемер позволяет определить величину развития трещин по трем направлениям.
5.3.14. Маяк конструкции Ф.А. Белякова в общем виде изображен на рис. 5.9. Он состоит из двух прямоугольных гипсовых или алебастровых плиток размером 100´60 мм и толщиной 15-20 мм. В каждой из плиток на вертикальной и горизонтальной гранях закреплены пять металлических шпилек с острым концом, выступающим на 1-2 мм. Для наблюдения за развитием трещины две такие плитки крепят на гипсовом или алебастровом растворе по обе стороны трещины, чтобы шпильки были расположены на прямых, параллельных друг другу: чтобы шпильки 1, 2, 3, 4 (см. рис. 5.9) на вертикальной плоскости расположились на одной прямой, а четыре других — 5,6,7,8 на другой прямой. Приращение трещины измеряют по изменению положения шпилек. Для этого к шпилькам периодически прикладывают чистый лист бумаги, наклеенный на фанеру, и после легкого надавливания измеряют расстояния между проколами по поперечному масштабу. Маяки конструкции Ф. А. Белякова позволяют определить взаимное смещение сторон трещин в трех направлениях.
Рис. 5.7. Пластинчатый маяк из двух окрашенных пластинок
1 — пластинка, окрашенная в белый цвет; 2 — пластинка, окрашенная в красный цвет; 3 — гипсовые плитки; 4 — трещина
Рис. 5.8. Щелемер конструкции ЛенГИДЕПА
1 — скоба; 2 — измерительная шкала; 3 — трещина; 4 — зачеканка
Рис. 5.9. Маяк конструкции Ф.А. Беляхова
5.3.15. Щелемер, у которого счетным механизмом служит мессура, схематически показан на рис. 5.10. Данные измерений по мессуре увязываются с температурой воздуха, на которую вводится соответствующая поправка; окончательную величину отсчета S, мм, определяют по формуле
где F — отсчет по мессуре, мм;
k — коэффициент линейного расширения металла плеча мессуры;
t — температура воздуха в момент отсчета; l — длина плеча мессуры, мм.
5.3.16. Щелемер для длительных наблюдений показан на рис. 5.11. Он состоит из двух марок, каждая из которых представляет собой цилиндр из некорродирующего металла с полушаровой головкой, укрепленной на квадратном фланце из листовой стали. Для закрепления фланца в бетоне к нему приваривается анкерная скоба. Пара таких марок устанавливается по обе стороны трещины. Измерение расстояния между марками во время каждого осмотра производится штангенциркулем дважды: в обхват цилиндров и в обхват полушаровых головок с упором ножек штангенциркуля в торцы цилиндров. Однозначность изменений расстояний по обеим измерениям между циклами укажет на отсутствие ошибок при производстве замеров.
Рис. 5.10. Щелемер с мессурой
1 — мессура; 2 — трещина
Рис. 5.11. Щелемер для длительных наблюдений
1 — марка; 2 — фланец; 3 — анкерная плита
5.3.17. Щелемер для измерения деформаций широких швов схематически показан на рис. 5.12. Он состоит из двух отрезков уголкового железа (100´100´100 мм), прикрепленных к обеим сторонам шва при помощи анкерных болтов. К концам уголков прикрепляются две фасонные пластинки из некорродирующего металла. При деформациях шва пластинки скользят одна по другой. Деформацию шва определяют как разность расстояний между вертикальными плоскостями пластинок в отдельных циклах измерений.
Рис. 5.12. Щелемер для измерения широких трещин и швов
5.3.18. Для наблюдений за трещинами и осадками в стенах применяют стрелочно-рычажное устройство, схематически показанное на рис. 5.13. Оно состоит из деревянной или металлической стрелки длиной 0,7-1 м, шарниров и мерной шкалы. Шарниры, закрепляющие стрелку на стене, расположены по обе стороны от трещины. Длина остальной свободной части стрелки в 10 раз больше расстояния между указанными шарнирными креплениями. Таким образом, вертикальному смещению одного шарнира относительно другого соответствует в 10 раз большее смешение вверх или вниз конца стрелки над мерной шкалой (металлической или деревянной рейкой). В этих условиях величина осадок по обе стороны трещины в 1 мм соответствует смещению конца стрелки на 10 мм. При установке прибора на стене свободный конец стрелки помещается над нулевым делением мерной шкалы.
5.3.19. В журнале наблюдений фиксируются: номер и дата установки маяка или щелемера, место и схема их расположения, первоначальная ширина трещины, изменение со временем длины и глубины трещины.
По данным измерений строят график хода раскрытия трещин (рис. 5.14.).
В случае деформации маяка рядом с ним устанавливается новый, которому присваивается тот же номер, но с индексом. Маяки, на которых появились трещины, не удаляют до окончания наблюдений.
5.3.20. Если в течение 30 суток изменение размеров трещин не будет фиксировано, их развитие можно считать законченным, маяки можно снять и трещины заделать.
Рис. 5.13. Стрелочный рычажный прибор для определения интенсивности неравномерной осадки стены
а – положение прибора до осадки стены; б – положение прибора после осадки стены; 1 – трещина; 2 – указательная стрелка; 3 – шарнирное крепление стрелки на стене; 4 – мерная шкала
Источник
