А.Н. Асаул, Ю.Н. Казаков, В.И. Ипанов
Реконструкция и реставрация объектов недвижимости
Учебник Под редакцией д.э.н., профессора А.Н. Асаула. – СПб.: Гуманистика, 2005. – 288с.

Раздел 3. Обследование зданий и сооружений. Диагностика конструкций и материалов

Глава 7. Технология обследования зданий и сооружений

7.2. Детальное (инструментальное) обследование

Для наиболее точного определения состояния конструкций и их элементов проводят инструментальные обследования конструктивных элементов. Этот процесс очень важен с целью определения пригодности основных конструктивных элементов разбираемого здания для их дальнейшего, использования в реконструируемом здании или на других объектах, если здание подлежит сносу.

Обнаруженные при обследовании деформации конструкций можно разделить на общие и местные. К общим, относятся деформации конструкций в пределах всего здания, а местные являются следствием деформации узлов, сопряжений, опирания – в пределах одной конструкции.

Для точного определения деформаций применяют специальные приборы, приспособления, системы и целые комплексы приборов. Как известно, причиной основных деформаций конструкций здания является неправомерная осадка основания фундамента. Это происходит вследствие неправильных расчетов при проектировании зданий или при неправильных условиях эксплуатации, приводящих к замачиванию посадочных грунтов, оттаиванию ледовых прослоек, авариям на инженерных сетях.

Для измерения осадок зданий, крепов, сдвигов зданий и сооружений, а также отдельных конструктивных элементов применяют методы инженерной геодезии.

Измерения сдвигов отдельных конструкций проводятся с помощью теодолитов. Для определения положения сразу нескольких точек здания в одной плоскости, контроля точности строительно-монтажных работ, деформаций большепролетных конструкций при статических или динамических нагрузках применяют инженерные фотограмметрические и стереограмметрические методы.

Очень важным моментом при техническом обследовании конструкции является установление характера трещинообразования. Трещины бывают различных типов:

-   микротрещины;

-   макротрещины;

-   внутренние пустоты;

-   вкрапления инородных тел.

Методами дефектоскопии можно установить без вскрытия бетона расположение дефектов в арматуре и в теле бетона. Для таких операций применяют методы ультразвуковой дефектоскопии (импульсное или непрерывное облучение).

Ширину раскрытия трещин определяют с помощью микроскопов. Динамику раскрытия трещин определяют с помощью маяков (гипсовые, стеклянные или металлические). Глубину трещин определяют с помощью строительных игл и щупов, совмещая эти исследования с ультразвуковой дефектоскопией.

Для вычисления толщины защитного слоя бетона и диаметра арматуры железобетонных изделиях применяют метод просвечивания и ионизирующих излучений-радиоизотопный метод.

 Обмерные работы. Обмерные чертежи памятников архитектуры обычно выполняются в масштабе 1:50 (основные проекции). Этим определяется принятая точность обмера – до 0,5 см, что дает в масштабе чертежа 0,1мм – предельно мелкую, ощутимую на глаз величину. Лишь для особо тонких и тщательно выполненных деталей, если они вычерчиваются в крупном масштабе, обмер иногда производится с точностью до 1мм.

Выполняется обмер при помощи рулеток (желательно стальных) и складных метров. Примеры, производящиеся вдоль какой-либо одной линии, ведутся «нарастающим итогом» от одной точки, а не порознь, так как при складывании отдельных частных примеров неизбежные небольшие ошибки могут нарастать.

Для того чтобы архитектурная форма памятника, которая при архитектурно- археологическом обмере заранее принимается как нерегулярная, могла быть зафиксирована на ортогональных чертежах, ее элементы должны быть привязаны к надежно выверенным прямым (натянутый шнур), вертикалям (отвес) и горизонталям (отбитая на памятнике «нулевая линия»). Обмер обычно начинают с отбивки нулевой линии по всему периметру, по всем этажам или ярусам здания отдельно. Все эти нулевые линии должны быть надежно связаны между собой, а по возможности – привязаны к ближайшему реперу. Отбивается нулевая линия при помощи водяного уровня (две стеклянные трубки, соединенные резиновым шлангом), а при больших размерах здания – нивелиром. Отбивка нулевой линии позволяет получить как бы горизонтальный срез здания, его план, который может быть обмерен сравнительно простыми средствами.

Основу обмера планов составляет триангуляция – разбивка любого сложного по конфигурации пространства на отдельные треугольники – простейшие геометрические фигуры, у которых при условии промера всех сторон каждая точка может быть точно определена засечками из двух других углов. При этом точность построения будет наивысшей, если засечки будут пересекаться под углом, близким к 90 градусов, что необходимо учитывать при выборе системы обмера. Простейший пример триангуляции – обмер, произведенный от двух точек, так называемого базиса.  Как правило, чем проще и четче выбранная схема триангуляции, тем надежнее точность обмера и его построения.

Для помещений очень сложной конфигурации, имеющих внутренние столбы или загроможденных, обмер от одного базиса невозможен, и приходится для разных его частей выбирать разные базисы, следя за тем, чтобы все они были надежно связаны между собой. Сложности еще более возрастают, когда приходится замерять план целой группы помещений, а также увязывать его с внешним абрисом здания. В этом случае приходиться прибегать к устройству вспомогательной системы причалок (Рис. 7.2.) – натянутых по одному уровню тонких шнуров, образующих геометрическую основу всей схемы обмера. Отдельные шнуры причалок должны быть увязаны между собой особо тщательно, так как от этого зависит возможность правильного вычерчивания плана. К причалкам привязываются либо вообще все основные точки памятника, либо базисные точки, от которых производится обычная триангуляция.

Помимо триангуляции при промере кривизны отдельных стен может быть применен координатный метод обмера – система прямых промеров между отдельными точками стены и натянутым вдоль нее шнуром.

При обмере планов сложной конфигурации, а также при наличии разобщенных помещений, плохо связанных между собой, рекомендуется заменять устройство причалок проложением теодолитного хода с привязкой к нему основных точек плана системой полярных координат. Следует учесть, что при сравнительно небольших размерах, которые обычно имеют обмеряемые памятники, достаточная точность обмера углов до половины минуты, что значительно упрощает работу с теодолитом. Вычерчивать такие чертежи можно и путем расчета координат, и пользуясь точными геодезическими транспортирами.

Для возможности точного наложения друг на друга планов отдельных ярусов, без чего нельзя бывает правильно вычертить вертикальные проекции, все эти планы должны быть связаны между собой системой отвесов, которые рекомендуется привязывать к причалкам или к другим выверенным точкам.

Обмер вертикальных проекций в основном сводится к привязке к зафиксированным на плане точкам и к нулевой линии всех остальных элементов. Производится такая привязка следующим образом. Все горизонтальные членения привязываются как на углах здания, так и в ряде промежуточных точек к нулевой линии прямыми промерами по вертикали. Вертикальные членения привязываются к отвесам, что позволяет установить не только их наклон, но и возможную кривизну.

При фиксации отдельных деталей фасадов и разрезов: оконных наличников, порталов, декоративных вставок – обычно сочетают обмер от нулевой линии и от отвесов для горизонтальных или вертикальных элементов и триангуляцию для элементов криволинейных (Рис. 7.3). Особую сложность представляет обмер линий двоякой кривизны, например распалубок, ребер сводов и т. п. В этом случае необходимо фиксировать каждую точку не только по высоте, но и в плане, опуская от нее отвес и привязывая его к каким-либо характерным точкам методом триангуляции. Только таким способом удается иногда уловить слабую вспарушенность свода или имеющиеся деформации.

Большое значение при обмерах памятника, связанных с его реставрацией, имеет точность передачи шаблонов, по которым впоследствии могут воспроизводиться утраченные элементы декора. Шаблоны плоских деталей могут сниматься простым наложением кальки. Сечения профилей обычно отжимаются пластилином и затем обрисовываются на листе бумаги. Однако, поскольку пластилин при снятии с профиля и перенесении на бумагу легко деформируется, необходимо бывает тут же вырезать обратные шаблоны и сверять их с натурой. В тех же случаях, когда требуется особо большая точность, следует делать гипсовые оттиски профилей. Места снятия шаблонов следует каждый раз отмечать, поскольку профилировка в разных частях памятника может довольно сильно варьироваться, что особенно часто наблюдается у сооружений допетровского времени.

Рис. 7.3.

Хорошее качество обмера во многом зависит от тщательности выполнения черновых зарисовок – кроки. Они должны рисоваться на плотной чертежной бумаге с возможно точной передачей пропорций и всех особенностей, изображаемых частей памятника. При больших размерах сооружения рисуются общие схемы его проекций и отдельно – более крупные фрагменты, на которых фиксируются различные части здания со всеми подробностями и записываются размеры. Каждый лист кроки подписывается с точным обозначением объекта, изображенного элемента памятника, даты и фамилий исполнителей. Кроки – основной документ полевой стадии работ и подлежат хранению в архиве учреждения.

 Обмерные чертежи выполняются на листах чертежной бумаги или на планшетах. Чертить их на бумаге, натянутой на подрамник, не принято, поскольку срезанные с подрамника чертежи могут значительно измениться в размерах, что приведет к искажению масштаба. На чертежах проставляются все основные размеры в той системе, как они были обмерены. Так, сохраняется обозначение обмера «нарастающим итогом». Обводить чертежи принято от руки, что позволяет передать «живой» характер линий здания, проживший длительный период времени. Помимо необходимых надписей каждый лист обязательно должен быть снабжен линейным масштабом.

 Определение характеристик материалов конструкций. Самыми перспективными методами определения прочности материалов конструкций становятся неразрушающие методы исследования. Места отбора проб для лабораторных испытаний и проведения испытаний непосредственно на элементе здания устанавливают с учетом действующих нагрузок и воздействий, напряженно-деформированных состояний обследуемых элементов. Неразрушающие методы разделяют на два типа: механические и физические. Образцы для испытания либо вырезаются из тела конструкции, либо отрываются со скалыванием по определенной методике. Как правило, берутся три образца для лабораторных испытаний. Нарушенные элементы сразу заделываются прочным материалом. Испытания подводятся по строгой методике с фиксацией всех изменений внешнего вида, появлением трещин и последующего разрушения образца.

Одним из популярных методов определения прочности бетонного тела является метод, основанный на измерении отскока подпружиненных молотков (склерометров) от бетонной поверхности. Однако проверка прочности бетонных изделий должна идти комплексно с применением нескольких методов. Результаты испытаний сравниваются между собой и принимается самое низкое значение прочности.

Испытания прочности кирпичной кладки любого вида, бетонных и природных камней, а также кладки стен из них проводятся с помощью испытуемой кладки. Испытания проводят ультразвуковым методом.

Испытания металлических конструкций и арматуры железобетонных изделий производят путем вырезки образцов из тела элемента. Марка металла проверяется путем статического растяжения образцов. Испытания образцов на ударную вязкость при температурах +20 и –20^о С проводятся на ударной установке. Металл подвергается химическому анализу (содержание углерода, кремния, марганца, серы, фосфора и других химических элементов). Очень важным испытанием считается выявление распространения сернистых включений способом отпечатков по методу Баумана. Образцы для испытания вырезаются из листовой стали – поперек направления прокатки; из фасонной стали – вдоль направления прокатки. При испытаниях методом Баумана все делается наоборот. Для химических испытаний берется стружка металла не менее 50 г. Для испытаний на ударную вязкость вырезают плоские образцы с V-образным надрезом. На месте взятых образцов привариваются прочные элементы.

 Деревянные конструкции испытывают огнестрельным способом, а также ультразвуковым методом. Существует метод Певцова, когда шарик диаметром 25 мм падает на испытуемый элемент с высоты 50 см и оставляет отпечаток, который измеряется и сравнивается с градуировочной таблицей.

Установление степени коррозионного и температурного поражения конструктивных элементов здания производится методом физико-химического анализа проб бетона или металлических образцов. При этом определяют:

– глубину карбонизации и нейтрализации бетона агрессивными газами;

– вид и относительное количество продуктов коррозии;

– величину капиллярного водопоглощения;

– концентрацию водородных ионов в водной вытяжке из цементного камня.

Особое внимание при обследовании железобетонных и металлических конструкций надо уделять участкам, подвергающимся температурным нагрузкам, как высоким, так и низким. Свойства таких конструкций резко изменяются, происходит потеря сцепления арматуры и бетона, уменьшаются модули упругости бетона.

В ряде случаев необходимы испытания конструкций в их проектном положении или после их демонтажа. Естественно, что при испытаниях конструкции не доводят до разрушения, но нагружают контрольными нагрузками выше, чем проектные. При этом фиксируют прогибы, образования трещин, углы поворота различных элементов. На основании этих показателей делают расчеты и строят заключение о дальнейшей способности к эксплуатации.

Оценка состояния конструкций производится по степени их износа, на основании проведенных испытаний и выявленных деформаций и дефектов. Все эти сведения заносятся в дефектные ведомости. Систематизируя признаки повреждения конструкций, устанавливают определенную категорию технического состояния конструкций и делают вывод о пригодности к эксплуатации или необходимости проведения мероприятий по ее усилению

 Поверочные расчеты. Весь цикл работ по обследованию зданий заканчивается составлением технического заключения о состоянии объектов и возможности проведения на них реконструкционных мероприятий. Заключение составляется лицом, ответственным за весь цикл работ по реконструкции. Это комплексный документ, в состав которого входят следующие разделы:

-   здание, на основе которого проведено обследование;

-   использованные первоисточники о значимости объекта, техпаспорт и вся техническая документация на объект;

-   состав бригад, проводивших обследование, фамилии лиц, проводивших испытания конструкции и делавших расчеты;

-   краткое описание архитектурно-планировочного и объемно-композиционного решения объекта, функциональное назначение и условия эксплуатации здания;

-   результаты проверочных расчетов;

-   первоочередные мероприятия по усилению ослабленных конструкций.

Самым важным разделом отчета является заключение о состоянии несущих конструкций здания. С этой целью проводят проверочный расчет несущей способности оснований фундаментов и конструкций объекта, используя результаты проведенного обследования. При его выполнении следует брать нагрузки и воздействия согласно положениям норм и уточнять их с учетом проведенных обследований. Действительные постоянные нагрузки от собственного веса конструкций должны быть установлены на основании определения плотности и фактических размеров элементов. Путем случайного отбора не менее пяти образцов рекомендуется определить нормативные нагрузки от собственного веса конструкций путем статической обработки результатов взвешивания образцов. Этот способ применяют для материалов, обладающих существенной изменчивостью плотности: легких и ячеистых бетонов, засыпок, утеплителей и других подобных материалов. Для стали и тяжелого бетона плотность устанавливается по справочным данным.

Способ определения нагрузок от собственного веса конструкций путем установления плотности образцов предполагает их взвешивание, вычисление объема конструкции и на основании этих данных – получение плотности, которая и является исходной для установления фактической нагрузки.

Проведение поверочных расчетов строительных конструкций реконструируемых зданий разделяется на два этапа:

-   определение несущей способности отдельных элементов (расчет по предельным со стояниям первой группы);

-   определение усилий в конструкциях от внешних нагрузок и воздействий, соответствующих проектному заданию на реконструкцию.

В тех случаях, когда конструкции не имеют никаких отклонений от проектного решения и при наличии технической документации, включая данные о их несущей способности, поверочные расчеты могут быть выполнены в ограниченном объеме. При этом производят сопоставление внутренних усилий, возникающих от расчетных нагрузок, с несущей способностью конструкции, приведенной в технической документации.

Поверочные расчеты несущей способности существующих конструкций здания должны выполняться по данным проведенных обследований. Здесь учитываются фактические размеры сечений, прочностные и деформативные характеристики материалов, обнаруженные дефекты и повреждения элементов конструкций.

Переход от нормативных значений сопротивлений к расчетным, а также способы перехода от определяемой прочностной характеристики (предел текучести для стали, класс по прочности на сжатие для бетона) к другим характеристикам прочности и деформативности осуществляется в соответствии с требованиями СНиПов.

 Заключение о техническом состоянии зданий и сооружений служит основой для предварительного решения о целесообразности реконструкций строительной части сооружений.