И.о. начальника отдела инженерных изысканий и обследования строительных конструкций Бельская Ю.С.

Способы наблюдения за трещинами в каменных и бетонных конструкциях

Трещины в зданиях и сооружениях могут образовываться по разным причинам. Они могут просто портить внешний вид, а могут свидетельствовать о серьезной угрозе безопасности для людей.

Незначительные на первый взгляд изъяны, своевременно не устраненные, могут прогрессировать и, в конечном счете, служить причиной полного разрушения конструкций. К таким изъянам относятся трещины в каменных и бетонных конструкциях.

По роду развития трещины могут быть стабилизировавшимися и нестабилизировавшимися по времени. Для того, чтобы установить продолжается или прекратилось развитие трещины, на нее устанавливают маяк в месте наибольшего развития трещины. При наблюдении за развитием трещины по длине концы трещины во время каждого осмотра фиксируют поперечными штрихами. Рядом с каждым штрихом проставляют дату осмотра. Расположение трещин схематично наносят на чертеж развертки стен здания или конструкции, отмечая номера и дату установки маяков. На каждую трещину составляют график ее развития и раскрытия. По результатам систематических осмотров составляют акт, в котором указывают дату осмотра, чертеж с расположением трещин и маяков, сведения об отсутствии или появлении новых трещин. Разрыв маяка или смещение пластинок по отношению друг к другу свидетельствует о развитии деформаций. Осмотр маяков производят через неделю после их установки, затем не реже одного раза в месяц. При интенсивном трещинообразовании обязателен ежедневный контроль. Ширина раскрытия трещин в процессе наблюдений измеряется при помощи трещиномеров. В журнале наблюдений фиксируют номер и дату установки маяка, место и схему расположения, первоначальную ширину трещины, изменение со временем длины и глубины трещины. В случае деформации маяка рядом с ним устанавливают новый, которому присваивают тот же номер, но с индексом. Маяки, на которых появились трещины, не удаляют до конца наблюдений. Если в течение 30 суток изменение размеров трещин не будет зафиксировано, их развитие можно считать законченным, маяки можно снять и трещины заделать.

Гипсовые (цементные) маяки

Из всех способов наименьшей стоимостью обладает традиционная конструкция гипсового или цементного маяка для наблюдения за трещинами. Размеры маяков: длина 250-300 мм, ширина 70-100 мм, толщина 20-30 мм. Маяки устанавливаются поперек трещин в местах их наибольшего развития и надежно закрепляются на несущей части стен по обеим сторонам трещины (см. рис.1).

Маяки ставят в очищенных от штукатурки местах, позволяющих вести ежедневные наблюдения. Каждому маяку присваивают номер и указывают дату его установки. В сырых местах не допускается ставить гипсовые маяки – в этом случае требуется устанавливать маяки из цементного раствора.

Пластинчатые маяки

Конструкция маяков позволяет их использование в широком диапазоне погодных и температурно-влажностных условий. Снятие показаний возможно как визуально, так и при помощи измерительных приборов.

Деформационная шкала представляет собой 2 пластиковые пластины, на одну из которых нанесена миллиметровая сетка и шкала отсчётов, а на вторую контрольное перекрестие.

Метод использования деформационной шкалы является самым простым решением для наблюдения за трещинами, которые могут образоваться в результате следующих явлений:

Неравномерная осадка фундамента;
- температурные деформации стен большой протяженности;
- перегрузка отдельных участков стен в результате демонтажа сооружения без соблюдения технических требований.

Деформационная шкала состоит из двух пластиковых пластинок. Они крепятся с обеих сторон трещины так, чтобы при раскрытии трещины пластинки скользили одна по другой, а красное перекрестие одной пластины перемещалось относительной миллиметровой шкалы другой пластины, позволяя взять отчёт по шкале и занести его в журнал наблюдений. Пластинки должны быть закреплены параллельно друг другу. После крепления деформационной шкалы к зданию, ей присваивают номер и отмечают на шкале номер и дату установки. По замерам расстояния между рисками шкалы определяют величину раскрытия трещины.

Визуальный мониторинг возможен как по вертикальной, так и о горизонтальной осям.

Наблюдение за трещинами по 3-м – 4-м точкам

В некоторых случаях при наблюдении за трещинами пластинчатые и электронные маяки не могут быть использованы. Например, в случаях, когда высок риск повреждения маяков, либо установка маяков нежелательна по эстетическим соображениям. В этих случаях наблюдение за трещинами в строительных конструкциях может выполняться при помощи закрепленных точек наблюдения. По каждой стороне трещины закрепляется по две точки при помощи дюбелей, либо других приспособлений. Устанавливаемые приспособления обычно малозаметны и в то же время надежно зафиксированы. При таком способе наблюдения за трещинами измерения производятся при помощи высокоточных измерительных инструментов - цифровых штангенциркулей. Измерению подлежат расстояния между закрепленными точками, а результаты измерений заносятся в электронные таблицы. После обработки данных мы получаем величину перемещения частей конструкции, разделенной трещиной, друг относительно друга по двум осям - вертикальной и горизонтальной. Этот метод мониторинга деформаций зданий и сооружений не имеет возможностей для визуального наблюдения, а для получения результатов требуется проведение расчетов.

Тем не менее, наблюдение по трем или четырем точкам - это единственный надежный и в тоже время высокоточный способ наблюдения в местах, где высока вероятность потери других видов маяков из-за действий вандалов.

В процессе наблюдения за трещинами в несущих конструкциях зданий встает вопрос о том, каким образом лучше производить фиксацию результатов наблюдения. Ведь для контроля развития деформаций в конструкциях недостаточно просто установить маяки для наблюдения за трещинами. Необходимо еще и периодически снимать показания с этих маяков, т.е. измерять ширину раскрытия трещины и другие ее характеристики. Эти показания должны быть зафиксированы в документах, для того, чтобы всегда можно было посмотреть историю изменений и проанализировать результаты мониторинга.

Обязательных форм документов в настоящее время не существует, но есть рекомендуемые, которые разработаны в развитие норм и правил эксплуатации зданий , а также приведены в рекомендациях по обследованию зданий. Остановимся на двух основных формах документов, заполняемых при ведении мониторинга за несущими конструкциям при помощи маяков.

Журнал наблюдения за трещинами

Форма журнала наблюдения за трещинами в строительных конструкциях предложена в Пособии по оценке физического износа жилых зданий , разработанном в развитие ВСН 57-88 (Положение по техническому обследованию жилых зданий) . В данной форме журнала ведется сплошная фиксация результатов установки и наблюдения за трещинами при помощи маяков . Форму журнала можно скачать у нас на сайте .

Графический шаблон наблюдения за трещиной

Графический шаблон наблюдения за трещинами в несущих стенах зданий при помощи маяков предназначен для фиксации результатов наблюдений в виде наглядной диаграммы, показывающей характер происходящих измерений. Этот шаблон разработан на основе рекомендаций по обследованию зданий и дает удобное визуальное отображение процессов деформации здания. Данную форму наблюдения можно использовать дополнительно к журналу для анализа результатов мониторинга. После скачивания необходимо распечатать по одному шаблону для каждого места наблюдения (установки маяка). Скачать форму графического шаблона можно у нас на сайте .

Предложенные формы для документирования результатов наблюдения за развитием трещин в зданиях можно использовать как в процессе технической эксплуатации, так и при обследовании зданий. Обычно, специалисты по эксплуатации зданий устанавливают маяки в ходе весенних и осенних осмотров здания , при выявлении новых трещин. Дальнейший контроль установленных маяков и заполнение документов выполняется в зависимости от принятой периодичности, характера деформаций и особенностей объекта.

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.

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.

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.

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.1) или других приборов и инструментов, обеспечивающих точность измерений не ниже 0,1 мм.

Рис. 1. Приборы для измерения раскрытия трещин а - отсчетный микроскоп МПБ-2, б - измерение ширины раскрытия трещины лупой: 1 - трещина; 2 - деление шкалы лупы; в – щуп

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.2 .

Рис. 2. Определение глубины трещин в конструкции 1 - излучатель; 2 – приемник

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:

где h - глубина трещины (см. рис. 2); 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.

Важным средством в оценке деформации и развития трещин являются маяки: они позволяют установить качественную картину деформации и их величину.

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.

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.

Осмотр маяков производится через неделю после их установления, а затем один раз в месяц. При интенсивном трещинообразовании обязателен ежедневный контроль.

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.

Наиболее простое решение имеет пластинчатый маяк (см. рис. 3). 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.

Рис. 3. Пластинчатый маяк из двух окрашенных пластинок 1 - пластинка, окрашенная в белый цвет; 2 - пластинка, окрашенная в красный цвет; 3 - гипсовые плитки; 4 – трещина

Появившиеся на стенах здания трещины не только портят эстетику постройки, но и являются признаком серьёзных проблем архитектурного плана.

При возникновении такой ситуации обязательно сообщают в компанию, отвечающую за эксплуатацию сооружения.

Специалисты должны провести техническую оценку сооружения, установить степень безопасности для дальнейшего использования и утвердить список мероприятий по устранению проблемы.

В процессе осмотра учитывают давность повреждения. Также устанавливают маяки на трещины стен, чтобы определить динамику развития разрушения.

Установка маяков для определения размеров трещин в стенах

Степень опасности появившейся трещины определяют по месту образования:

• на несущих стенах – создают серьезные аварийные ситуации;
• на перегородках – носят локальный характер.

За проблемным участком конструкции устанавливают наблюдение, используя разные виды маяков. Также мониторинг используется в зданиях, определённых как аварийные или с ограниченной работоспособностью. Следят за развитием образовавшихся разрушений и в сооружениях, рядом с которыми проходят активные строительные работы или проводится реконструкция.

Точечный способ контроля за трещинами на стенах
Электронные датчики и системы мониторинга

Гипсовые маяки
Пластинчатые маяки

Основной целью наблюдения является фиксация в специальном журнале всех изменений параметров появившихся трещин.
Такие показатели необходимы:

1. для правильной оценки технического состояния постройки;
2. решения о возможности дальнейшей эксплуатации;
3. необходимости и сложности проведения ремонтных работ;
4. ликвидации факторов, разрушающих здание.

Выбирая подходящий метод наблюдения, учитывают срочность получения информации, точность результатов, надёжность самого способа и трудоёмкость предстоящих работ.

Виды маяков и особенности использования

Электронные модели

В работе используются электронные датчики, способные передавать информацию на расстоянии. С помощью таких маяков на трещинах получают точные результаты повреждения стен или перестенков.

Процедура отличается дороговизной и необходимостью использования нескольких датчиков, измеряющих смещение конструкции в разных направлениях. Но, такие наблюдения проводят не более 15 дней, а результаты записывают с точностью до сотых.

Гипсовые отметки на стенах

Считаются самым доступным способом наблюдения за образовавшимися разрушениями. Перед установкой повреждённую поверхность потребуется выровнять. Если конструкция продолжает деформироваться, то на маяке образуются трещины. В этом случае рядом устанавливают контрольные метки.

При этом учитывают:

• негативную реакцию гипса на влияние низких температур и природных факторов;
• способность меток разрушаться самим по себе;
• высокую погрешность полученных результатов.

На полученную точность измерений влияет и неровность стены, на которой образовалась трещина. Каждой метке присваивается порядковый номер и дата. Результаты заносятся в журнал.

Мессуры
Как воспрепятствовать распространению трещин

Измерения с помощью пластинчатых приспособлений

Такие маяки устанавливаются с помощью эпоксидного клея или прикручиваются посредством дюбелей. Модели оборудованы сигнальной шкалой для проведения измерений. На шкале нанесены две оси и дополнительная информация, позволяющая полноценно исследовать повреждения во всех направлениях. Результаты измерения записываются с точностью до сотых (в миллиметрах).

По соотношению стоимости прибора и эффективности проведения мероприятия такой способ считается самым оптимальным. Также пластинчатые маяки удобные в использовании.

Точечный способ контроля

В области смещения конструкции определяются контрольные точки и отмечаются обычными дюбелями или специальными маячками, которые малозаметные на стене. При этом поверхность в проблемной зоне не требуется предварительно очищать от отделки. Такой метод позволяет наблюдать развитие раскола в любом направлении.

Точность результата зависит от погрешности инструментов, которыми выполняют контрольные замеры. Дюбеля или другие приспособления жёстко фиксируются к плоскости и не выпадают в период проведения исследований.

Мессуры

Представляют собой часовой механизм с высокоточной измерительной шкалой. Относятся к наглядным приспособлениям, с которых легко снимаются показания, а результат позволяет быстро ориентироваться в происходящих изменениях. Учитывая высокую стоимость приспособлений и такую же вероятность вандализма, маяки часового типа используются при проведении контрольных замеров.

Мы уже писали ранее на сайте в статье " " чем могут быть опасны трещины в несущих конструкциях и каковы основные причины их образования. Некоторое представление о мониторинге можно получить также из статьи " ", опубликованной ранее. А сегодняшняя публикация посвящена конкретным способам мониторинга и приспособлениям, использующимся для этих целей, - так называемым "маякам". В конце статьи вы сможете посмотреть презентацию с фотографиями и схемами описываемых конструкций маяков.

В каких случаях обычно устанавливают наблюдение за трещинами в здании?

1. В рамках комплексного наблюдения за деформациями зданий
2. При наличии несущих конструкций, имеющих ограниченно работоспособное и аварийное состояние
3. 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/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 малоинформативным, 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 помощью которого уже сейчас можно решать широкий круг задач по мониторингу.

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. В связи с низкой достоверностью получаемых данных требуется установка большого количества маяков. Обычно не менее двух на одну трещину и не менее одного на 3 метра трещины.
6. Точность измерений ширины раскрытия трещины очень низка из-за неровностей в месте измерений. По этой же причине отсутствует возможность применения высокоточных измерительных инструментов.
7. Главное - гипсовый маяк является одноразовым. В большинстве случаев, при его срабатывании (появлении в теле маяка трещины), необходимо рядом установить новый маяк.

Пластинчатые маяки

Пластинчатые маяки лишены многих недостатков их гипсовых собратьев. Одним из главных их преимуществ является простата установки - это делается на эпоксидный клей быстрого отверждения, либо на дюбели, либо совмещая эти два способа. В зависимости от конструкции в данных маяках могут быть реализованы дополнительные возможности, недоступные в маяках других конструкций:

Сигнальная измерительная шкала, позволяющая без дополнительных инструментов визуально оценить происходящие изменения ширины раскрытия трещины.

1. Возможность измерения перемещения конструкций по двум осям (при использовании специальной конструкции по трем) относительно друг друга - в вертикальном и горизонтальном направлениях.
2. Возможность применения высокоточных измерительных инструментов для измерения сотых долей миллиметра изменения ширины раскрытия трещин.
3. 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.

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 крепления к конструкции, при малых размерах приспособления.

Маяки часового типа

Кроме указанных выше, распространены 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 заключении 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.
.