Контроль развития трещин производственных зданий и сооружений с помощью маяков-индикаторов

В процессе эксплуатации зданий и сооружений (ЗиС) должен осуществляться контроль за их техническим состоянием, который реализуется путём проведения периодических осмотров, обследований, мониторинга состояния с последующей оценкой конструктивных и других характеристик надёжности и безопасности ЗиС.

В недавно утверждённом Приказом Ростехнадзора № 407 от 14 ноября 2023 года Руководстве по безопасности в отношении обследования и оценки фактического состояния ЗиС на опасных производственных объектах рекомендуется придерживаться этапности проведения работ, начиная со сплошного визуального осмотра с выявлением дефектов и повреждений по внешним признакам. 

Подобный подход представлен также в «Пособии по обследованию строительных конструкций зданий» («ЦНИИПромЗданий», 2004 г.), в котором фактически описывается этап предварительного обследования.

Особо ответственными этапами предварительного обследования конструкций являются изучение трещин и выявление причин их возникновения и динамики развития. Трещины обнаруживают путём визуального осмотра поверхностей конструкций, после чего организуют систематические наблюдения с различной периодичностью.

К примеру, для конструкций повышенного уровня ответственности (КС-3), а также для несущих конструкций с явными признаками снижения несущей способности предусмотрены ежедневные текущие осмотры; для остальных конструкций период осмотров увеличивается от еженедельных до ежемесячных.

Наиболее ответственным периодом наблюдения за трещинами является промежуток их развития вплоть до стабилизации динамики, особенно, если не выявлены все факторы, которые влияют на эту динамику.

Причины появления трещин в эксплуатационный период различны: неравномерные осадки грунтов, силовые и динамические воздействия на конструкции, температурные деформации и иные причины природного и техногенного характера. Для их выявления при наблюдениях определяют основные геометрические параметры трещин, направление и динамику развития.

В месте наибольшего развития трещин устанавливают маяки, указывая в журнале наблюдений дату установки, а затем — дату осмотра маяка. Классические маяки представляют собой пластинки длиной 200–250 мм, шириной 40–50 мм, высотой 6–10 мм, из гипса или цементно-песчаного раствора.

Достаточно простым и распространённым маяком является пластинчатый маяк, состоящий из двух пластиковых пластинок: одна скользит по поверхности другой. На одной пластинке нанесена миллиметровая сетка, на другой — начальная позиция. Такой маяк показывает величину горизонтальных и вертикальных перемещений в вертикальной плоскости.

Стоит отметить, что ещё в советский период применяли способ наблюдения по трём точкам, например с использованием дюбелей, предварительно вбитых в стену по разные стороны трещины. Получив при начальном измерении длины сторон треугольника, в следующих измерениях геометрическими расчётами с использованием штангенциркуля вычисляют перемещения по горизонтали и вертикали в вертикальной плоскости, причём с очень высокой точностью.

Очевидно, что этот классический способ измерения на порядок точнее замеров с помощью пластинчатого маяка с миллиметровой сеткой, что делает его использование более результативным для последующей оценки полученных данных. Однако на систематические измерения штангенциркулем и занесение данных в журнал наблюдений в реальной практике может не оказаться ни времени, ни желания.

В то же время точность в определении динамики раскрытия трещин характеризуется не конструкцией маяка (гипсовый, пластинчатый) и не способом измерения (шкала или по трём точкам), а частотой осмотра.

Выделим и рассмотрим два периода отдельно.

В первом случае идёт активный процесс трещинообразования. Интерес представляют данные точных измерений в динамике на относительно коротком отрезке времени наблюдений.

Во втором случае процесс трещинообразования замедлился, стабилизировался. Интерес представляют более длительные наблюдения на новом этапе замедления трещинообразования.

В качестве примера рассчитаем количество дней, необходимое для проведения наблюдений за состоянием конструкций разных классов ответственности (КС-3) в течение трёх месяцев с активным процессом трещинообразования, который длится до 10 дней и далее стабилизируется.

Основные факторы, влияющие на трудозатраты в процессе наблюдения за трещинами:

• частота осмотров, определяемая динамикой трещинообразования;
• частота осмотров, определяемая классом ответственности конструкций;
• время, затрачиваемое на осмотр трещины для определения динамики;
• время, затрачиваемое на измерения геометрических параметров трещины;
• время, затрачиваемое на расчёты и оценку состояния конструкции;
• общее количество осматриваемых трещин.

Организацию наблюдения за развитием процесса трещинообразования и его стабилизацией можно улучшить в нескольких отношениях.

1. Поскольку оценка динамики развития трещин проводится путём измерений её геометрических параметров, желательно предусмотреть способ визуального контроля, который бы, с одной стороны, упрощал эту оценку, с другой — снимал необходимость в проведении измерений при стабилизации динамики.
2. Для конструкций повышенного класса ответственности (КС-3) желательно предусмотреть возможность дистанционного мониторинга для снижения основных трудозатрат, которые заключаются в необходимости ежедневных текущих осмотров как в процессе наблюдения за динамикой трещин, так и после её стабилизации.

Сегодня на рынке есть отечественные решения для организации контроля и систематического наблюдения за динамикой развития трещин с помощью маяков.