Оценка уровней вибрации здания при осуществлении работ по погружению шпунтового ограждения

Основной целью деятельности ГБУ "ЦЭИИС" является проведение обследований, лабораторных и иных испытаний, а также экспертиз в целях выявления и предупреждения нарушений при осуществлении строительства и реконструкции капитальных объектов в Москве.

Одним из направлений деятельности ГБУ «ЦЭИИС» является оценка соответствия уровней вибрации ограждающих конструкций зданий и сооружений от источников вибрации на строительной площадке требованиям технических регламентов и проектной документации. 

Требования к соблюдению безопасных уровней вибрации содержатся в статье 7 пункта 1 Федерального закона от 30.12.2009 №384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»: в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений не должно возникать угрозы причинения вреда государственному или муниципальному имуществу.

Повышенные уровни вибрации, распространяющиеся от строительной площадки, могут оказывать негативное воздействие как на условия комфортного проживания человека внутри жилых помещений, так и на целостность конструкций зданий и сооружений.

Рассмотрим вибрационное воздействие строительных машин и механизмов на конструкцию жилых зданий, расположенных в непосредственной близости от строительной площадки. Результаты многочисленных измерений ГБУ «ЦЭИИС» проведенные на стройплощадках г. Москвы показывают, что источниками с наибольшим вибрационным воздействием являются работы по погружению свай и шпунтового ограждения котлована.

Нормативные значения колебаний фундамента установлено в нескольких нормативных документах:

1. ГОСТ Р 52892-2007 «Вибрация и удар. Вибрация зданий. Измерение вибрации и оценка ее воздействия на конструкцию», предусматривающий в качестве нормируемого параметра пиковое значение виброскорости (мм/с). Выбор нормативного значения зависит от категории обследуемого здания или сооружения.
2. СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85», предусматривающий в качестве нормируемого параметра значение виброскорости (см/с). Выбор нормативного значения зависит от конструкции обследуемого здания или сооружения, а также от вида грунта на котором оно находится.
3. ВСН 490-87 «Проектирование и устройство свайных фундаментов и шпунтовых ограждений в условиях реконструкции промышленных предприятий и городской застройки» предусматривающие в качестве нормируемого параметра значение виброускорения (м/с2). Выбор нормативного значения зависит от конструкции обследуемого здания или сооружения, а также от вида грунта на котором оно находится.

Описание строительной площадки

Для проведения измерений уровней вибрации от строительной площадки выбрана зона строительства по сооружению шпунтового ограждения. В непосредственной близости от зоны погружения шпунта (~23 м) располагалось пятиэтажное здание жилого назначения. Общий вид на строительную площадку представлен на Рисунке №1.

Рисунок № 1. Общий вид строительной площадки

В ходе проведения предварительного обследования строительной площадки установлено, что среди всех источников вибрации, основной вклад в процессы вибрационного воздействия оказывали работы по погружению шпунта «Ларсена». Вызванное работами вибрационное поле распространялось за пределы строительной площадки, воздействуя на фундамент, и как следствие, на конструкцию близрасположенного жилого дома.

Для строительных нужд (работы по сооружению шпунтового ограждения) использовался гусеничный кран «XCMG XGC55» с высокочастотным вибропогружателем «ВП-3М». Общий вид высокочастотного вибропогружателя «ВП-3М» представлен на Рисунке № 2.

Рисунок №2. Общий вид высокочастотного вибропогружателя «ВП-3М»

Описание методики измерений

Измерение уровней вибрации ограждающих конструкций зданий и сооружений от источников вибрации на строительной площадке проводится согласно аттестованной методике измерений [5]. Методика основана на принципе измерения виброускорения с последующим интегрированием и обработкой записанного сигнала.

Для оценки воздействия вибрации на одно здание выбирают не менее 3 контрольных точек (КТ). КТ выбирают на внешней стороне фундамента или несущей стены, обращенному к источнику вибрации или грунте в непосредственной близости от фундамента.

При выборе КТ на конструкциях зданий предпочтительно проводить установку вибропреобразователя на фундаменте на высоте не более 0,5 м над уровнем грунта вблизи углов здания. Если провести измерения на фундаменте здания невозможно, то КТ размещают на нижней части несущей стены (на высоте не более 1,0 м от уровня грунта).

Предпочтительными способами установки датчика на рабочую поверхность являются:

• с помощью восковой мастики на фундамент здания (Рисунок № 3);

Рисунок № 3. Крепление вибропреобразователя к фундаменту зданию

• с помощью восковой мастики на внешние несущие стены здания (Рисунок № 4);

Рисунок № 4. Крепление вибропреобразователя на внешней несущей стене здания

• посредством платформы на подходящего размера горизонтальные поверхности в выемки (вентиляционные отверстия) фундамента (Рисунок №5).

Рисунок № 5. Выемки в фундаменте здания

Крепление датчика должно быть жестким, не допускающих угловых колебаний. Следует избегать установки датчиков на кронштейны и другие вспомогательные приспособления.

Если позволяет тип грунта, датчик можно закрепить на жестком стальном стержне диаметром не менее 10 мм, вбитом в поверхностный слой грунта. Площадка для установки датчика на стержне не должна выступать над поверхностью земли более чем на несколько миллиметров, стержень должен быть заглублен в грунт не менее, чем на 30 см. Особое внимание следует уделить обеспечению плотного контакта между датчиком и грунтом, пример крепления датчиков изображен на Рисунке № 6.

Рисунок № 6. Крепление вибропреобразователя на стальном стержне

На рассматриваемой строительной площадке КТ выбраны на стороне конструкции, обращенной к источнику вибрации (стройплощадке). В ходе работ использовался 3-х компонентный вибропреобразователь, который позволял проводить измерение воздействие по 3-м осям одновременно (X, Y, Z). Направление двух измерительных осей (X, Y) было ориентировано вдоль основных осей здания и одна (Z) на строительную площадку. Схема расположения точек измерений представлена на Рисунке №7.

Рисунок №7. Схема расположения точек измерений

Крепление осуществлялось на фундаменте и на фасаде здания с помощью восковой мастики. Во всех точках были проведены измерения вибрационного воздействия при выполнении работ по сооружению шпунтового ограждения и измерения фоновых уровней вибрации при остановленных работах на исследуемой строительной площадке.

Обработка результатов измерений

Для каждого проведенного измерения производилась запись временной формы сигнала. Обработка временной формы сигнала осуществлялась посредством специализированного программного обеспечения. Обработка записанных сигналов включала в себя децимацию, наложения фильтра верхних частот (ФВЧ) и однократного интегрирующего фильтра. Итогом анализа является участок с наибольшим значением из всех трех рассматриваемых измерительных осей. Результаты измерений пиковой виброскорости с указанием частоты доминирующей составляющей указаны в таблице 1.

Таблица № 1. Результаты измерений

При выборе нормативного значения устанавливают категорию здания и определяют частоту доминирующей составляющей, при увеличении которой предельное значение скорости вибрации возрастает.

Пиковые значения скорости вибрации составляют ~ 44 % от предельных значений, при увеличении динамического воздействия при забивке шпунта в 2 раза уже могут наблюдаться превышения.При выборе нормативного значения устанавливают категорию здания и определяют частоту доминирующей составляющей, при увеличении которой предельное значение скорости вибрации возрастает.

Общие меры по уменьшению вибрационного воздействия при погружении свай и шпунтового ограждения включают [2,3]:

• устройство лидерных скважин и шнековое рыхление грунта для погружаемых свай, выемку грунта из полых свай и свай-оболочек;
• применение тиксотропной или водяной рубашки;
• снижение высоты падения ударной части молота;
• применение вибропогружателей с динамическим торможением на выбеге;
• уменьшение количества одновременно работающих молотов или вибропогружателей;
• уменьшение количества одновременно погружаемых шпунтин;
• полную или частичную (до верха трубы) откопку трубопровода;
• сокращение времени на соединение звеньев составных свай при погружении в песчаные пылеватые и глинистые грунты;
• допустимые безопасные расстояния должны уточняться на основе инструментальных исследований параметров колебаний грунта и сооружений при пробном погружении свай;
• в случаях, когда применение забивных свай вблизи существующих зданий и сооружений оказывается невозможным по условию динамических воздействий, они могут быть заменены на вдавливаемые сваи, погружаемые специальными сваевдавливающими установками или с помощью домкратов.

Выводы

Приведенная в статье строительная площадка рассмотрена как источник вибрационного воздействия. Основной вклад в указанные процессы оказывали работы по погружению шпунта «Ларсена». Результаты измерений показали отсутствие превышений виброскорости от работы гусеничного крана с высокочастотным вибропогружателем, что не оказывает негативного влияния на конструкцию здания расположенного на расстоянии ~23 м.

Сотрудники Отдела санитарно-экологического и радиационного контроля ГБУ «ЦЭИИС» регулярно проводят государственные работы с целью оценки соответствия уровней вибрации ограждающих конструкций зданий и сооружений от источников вибрации на строительной площадке требованиям технических регламентов и проектной документации. 

За 2020 год в рамках государственного строительного надзора было совершено более 100 выездных проверок. Составленные по итогам работ экспертные заключения переданы в Комитет государственного строительного надзора г. Москвы в установленном порядке.

__________________________________________

Список литературы

№384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85».

ВСН 490-87 «Проектирование и устройство свайных фундаментов и шпунтовых ограждений в условиях реконструкции промышленных предприятий и городской застройки».

ГОСТ Р 52892-2007 «Вибрация и удар. Вибрация зданий. Измерение вибрации и оценка ее воздействия на конструкцию».

ФР.1.36.2018.29382 «Методика измерений пиковой виброскорости для оценки воздействия вибрации на конструкцию зданий и сооружений по ГОСТ Р 52892-2007».

Статью подготовил:

Инженер-эксперт
Отдела санитарно-экологического и радиационного контроля
ГБУ "ЦЭИИС"
Иванов П.В.