Наиболее часто при обследованиях применяют следующие неразрушающие методы:

- для определения прочности бетона - испытание образцов, высверленных из бетона конструкций; метод местного разрушения бетона (отрыва со скалыванием, отрыва, сколов углов); метод упругих или упруго-пластических деформаций; ультразвуковой метод;

- для определения места расположения и диаметра арматуры - магнитный и радиационный методы;

- для дефектоскопии железобетонных конструкций (обнаружение каверн, раковин, плохо уплотненных участков бетона разрывов арматуры) - ультразвуковой, радиационный и магнитный методы.

Также к числу неразрушающих методов может быть отнесен применяемый иногда для оценки состояния конструкций метод испытания конструкций пробной нагрузкой.

Работы по проведению обследований включают в себя следующие этапы:

- ознакомление с состоянием конструкций и составление программы обследований;

- визуальное обследование конструкций;

- определение прочности бетона;

- определение армирования;

- испытания пробной нагрузкой (при необходимости);

- оценка состояния конструкций на основании анализа полученных данных.

18.2 Программа обследований

Программа обследований прежде всего определяется их задачами.

Программа обследований составляется на основании ознакомления с проектно-технической документацией, включающей рабочие чертежи и пояснительную записку, содержащую данные по проектным нагрузкам и воздействиям, расчетные схемы, материалы конструкций, сведения о контроле за качеством и т. д. Ознакомление с проектно-технической документацией производится с целью учета конструктивных особенностей и особенностей работы конструкций, что позволяет более точно составить программу обследования, а зачастую предугадать причины и характер возможных дефектов. На этом этапе следует установить: проектную марку и класс бетона, передаточную прочность бетона, диаметр, класс и количество рабочей и конструктивной арматуры, конструкцию арматурных изделий, геометрические размеры и другие данные.

Данные о проектном классе бетона используются для выбора неразрушающего метода контроля его прочности.

Данные о передаточной прочности бетона и о контролируемом натяжении арматуры могут потребоваться для оценки состояния конструкций.

Данные об армировании используются для выбора неразрушающего метода определения положения, количества и диаметра арматуры.

Данные о нагрузках, усилиях и расчетной схеме используются при выборе расположения участков для контроля прочности бетона, размещения и количества арматуры.

При ознакомлении с технической документацией по изготовлению и условиям изготовления конструкций надо попытаться установить порядок бетонирования и места приостановки при бетонировании для монолитных конструкций, а для сборных конструкций - условия их изготовления.

При ознакомлении с условиями эксплуатации устанавливается наличие таких факторов, как попеременное замораживание и оттаивание, воздействие высоких температур, присутствие агрессивных компонентов среды.

Обследования железобетонных конструкций подразделяются на предварительное (общее) и детальное (техническое).

Обследование каменных конструкций производственных и гражданских зданий и оценка их технического состояния также выполняется обычно в два этапа, включающие предварительное визуальное обследование и детальное инструментальное.



18.3 Предварительное обследование. Цель и методы проведения предварительного обследования

Предварительное визуальное обследование проводится с целью ознакомления с сооружением в целом и получения первого впечатления о состоянии конструкций, для уточнения условий проведения обследований (доступ к конструкциям, необходимость установки подмостей и лестниц). При визуальном обследовании используются простейшие инструменты и приборы - отвесы, ватерпасы, зрительные трубы, мерительные линейки и т. д. При проведении общих обследований объект разбивается на зоны по нескольким основным признакам:

- виду конструкций (фундаменты, перекрытия и т. д.);

- особенности эксплуатации.

В первую очередь осмотру подлежат конструкции, внушающие опасения.

Об аварийном состоянии конструкций могут свидетельствовать различные признаки, например, наличие полностью или частично разрушенных участков; разрывы арматуры в растянутых элементах; смещение элементов с разрушением узлов; трещины в бетоне с чрезмерным раскрытием; относительные прогибы конструкций при наличие других дефектов; повреждение железобетонных конструкций от воздействия высоких температур; коррозионные разрушения арматуры и бетона и др. Недавно возведенные конструкции могут прийти в аварийное состояние вследствие неправильного монтажа, несоответствия действительной статической работы конструкций расчетным предпосылкам. Такие воздействия на конструкции могут привести к предаварийному состоянию не сразу, а при каком-либо дополнительном нагружении конструкций, например, при ураганном ветре или снеговой нагрузке. Изменившаяся статическая схема конструкций не позволяет ей воспринять дополнительную нагрузку и может привести к серьезным последствиям.

При выявлении участков конструкций с повышенным коррозионным износом, связанным с воздействием агрессивных агентов, следует в первую очередь обратить внимание на следующее:

- опорные узлы стропильных и подстропильных ферм, вблизи которых расположены водоприемные воронки внутреннего водостока;

- верхние пояса ферм, в узлах присоединения к ним аэрационных фонарей;

- опорные узлы ферм, находящиеся внутри кирпичных стен и многое другое.

Результаты визуального осмотра железобетонных конструкций фиксируют в виде карты дефектов, нанесенных на схематические планы или разрезы здания или в виде таблиц с условными обозначениями основных дефектов.

В процессе предварительного визуального обследования следует провести простейшие испытания и измерения для получения дополнительных данных о состоянии конструкций.

В процессе предварительного обследования каменных конструкций выявляются видимые повреждения, дефекты и деформации, определяется характер и степень повреждения частей зданий и отдельных конструкций: наличие трещин, мест раздробления и расслоения кладки, разрыв связей, повреждение кладки под опорами балок, прогонов, перемычек, искривлений, выпучиваний, отклонений от вертикали, нарушений мест сопряжения между отдельными элементами, поверхностных повреждений кирпича и раствора. При проведении обследований выполняется картирование трещин на схемах - развертки стен и перекрытий, делаются зарисовки.

По результатам визуального обследования каменных конструкций выполняются и систематизируются характерные признаки, деформации, дефекты и повреждения, возникающие вследствие естественного физического износа, ошибок при проектировании, строительстве и эксплуатации конструкций.

На основании результатов, полученных на этапе предварительного обследования, должны быть выполнены:

- оценка технического состояния железобетонных и каменных конструкций;

- решен вопрос о необходимости проведения детального обследования и намечены участки его выполнения;

- составлена программа детальных обследований, в которых устанавливается необходимая степень детализации визуального обследования, принимаемые неразрушающие методы, участки и объем испытаний, а также определен состав и объем подготовительных работ.

18.4 Оценка технического состояния конструкций по результатам предварительного обследования

Техническое состояние железобетонных конструкций по результатам предварительных обследований в зависимости от фактической работоспособности и степени потери ими эксплуатационных свойств, в соответствии с установленными критериями, может быть отнесено к одной из категорий состояния конструкций.

Таблица 18.1

Категории состояния железобетонных конструкций и их детальные признаки

Категории состояния конструкций	Детальные признаки
1	2
I.Исправное - выполняются требования действующих норм и проектной документации. Необходимости в ремонтно-восстановительных работах на момент обследования нет	На поверхности бетона незащищенных конструкций видимых дефектов и повреждений нет или имеются отдельные раковины, выбоины, волосные трещины. Антикоррозионная защита закладных деталей не нарушена, поверхность арматуры при вскрытии чистая. Глубина нейтрализации бетона не превышает половины толщины защитного слоя. Ориентировочная прочность бетона не ниже проектной. Антикоррозионная защита конструкций не имеет нарушений
II. Работоспособное - с учетом фактических свойств материалов удовлетворяются требования действующих норм, относящихся к предельным состояниям I группы; требования II группы могут быть нарушены, но обеспечиваются нормальные условия эксплуатации. Защитные свойства бетона по отношению к арматуре на отдельных участках исчерпаны; требуется их восстановление, устройство или восстановление антикоррозионной защиты	Антикоррозионная защита железобетонных элементов имеет частичные повреждения, на отдельных участках мокрые или масляные пятна - высолы. На отдельных участках в местах с малой величиной защитного слоя проступают следы коррозии арматуры или хомутов, коррозия рабочей арматуры отдельными точками и пятнами, язв и пластинок ржавчины нет. Антикоррозионная защита закладных деталей не нарушена. Глубина нейтрализации бетона не превышает толщины защитного слоя. Изменен цвет бетона вследствие пересушивания, местами отслоения бетона при простукивании. Шелушение граней и ребер конструкций, подвергшихся замораживанию. Ориентировочная прочность бетона ниже проектной не более чем на 10 %
III.Ограничено работоспособное - нарушены требования действующих норм, но отсутствует опасность обрушения и угроза безопасности работающих. Требуется усиление и восстановление эксплуатационных свойств	Пластинчатая ржавчина или язвы на стержнях оголенной арматуры в зоне продольных трещин или на закладных деталях, вызывающие уменьшение площади сечения стержней до 15%. Трещины в растянутой зоне бетона, превышающие их допустимое раскрытие. Бетон в растянутой зоне на глубине защитного слоя между стержнями арматуры легко крошится. Снижение ориентировочной прочности бетона в сжатой зоне до 30% и в остальных случаях - до 20%. Провисание отдельных стержней распределительной арматуры, выпучивание хомутов, разрыв отдельных из них вследствие коррозии стали (при отсутствии в этой зоне трещин)
IV. Недопустимое - существуют повреждения, свидетельствующие об опасности пребывания людей в районе обследуемых конструкций. Требуются немедленные страховочные мероприятия: ограничение нагрузок (недопущение складирования материалов, ограничение грузоподъемности кранов и их сближения); устройство предохранительных сеток и т. п.	Дефекты в средних пролетах многопролетных балок и плит: разрыв хомутов в зоне наклонной трещины; слоистая ржавчина или язвы, вызывающие уменьшение площади сечения арматуры более 15%; выпучивание арматуры в сжатой зоне; раздробление бетона, выкрошивание крупного заполнителя в сжатой зоне
V. Аварийное - существуют повреждения, свидетельствующие о возможности обрушения конструкции. Требуется немедленная разгрузка конструкции и устройство временных креплений (стоек, подпорок, накладок)	Трещины, в том числе пересекающие опорную зону анкеровки растянутой арматуры; «хлопающие» трещины в конструкциях, испытывающих знакопеременные воздействия (вызывающие сминание бетона); отходы анкеров от пластин закладных деталей из-за коррозии стали в сварных швах или других причин; деформация закладных и соединительных элементов с взаимным смещением последних; смещение опор; значительные прогибы изгибаемых элементов при наличии трещин в растянутой зоне с раскрытием более 0,5 мм; разрыв хомутов сжатых элементов ферм; разрыв хомутов в зоне наклонной трещины; разрыв отдельных стержней рабочей арматуры в растянутой зоне; раздробление бетона и выкрашивание заполнителя в сжатой зоне

Для отнесения конструкции к перечисленным в таблице 18.1 категориям состояния достаточно наличие хотя бы одного признака, характеризующего эту категорию.

При определении категории состояния следует особое внимание обращать на дефекты и повреждения, свидетельствующие о возможности хрупкого разрушения.

Категории состояния конструкций в дальнейшем уточняются на основе данных детальных обследований и результатов поверочных расчетов.

Техническое состояние каменных конструкций на рассматриваемом этапе обследований может быть оценено по одной из 4 категорий, каждая из которых характеризуется определенными признаками.

Таблица 18.2

Предварительная оценка технического состояния эксплуатируемых каменных конструкций

Категория состояния конструкций	Качественная оценка технического состояния	Характерные признаки
1	2	3
I	Конструкции отвечают предъявленным к ним эксплуатационным требованиям. Ремонтных работ не требуется. Состояние конструкций удовлетворительное	Конструкции не имеют видимых деформаций и дефектов. Наиболее напряженные элементы кладки не имеют вертикальных трещин и выгибов, свидетельствующих перенапряжений и потере устойчивости конструкций. Снижение прочности камня и раствора в предварительной оценке не наблюдается. Кладка не увлажнена. Горизонтальная гидроизоляция не имеет повреждений
II	Конструкции не в полной мере отвечают предъявленным к ним эксплуатационным требованиям. Требуются работы по ремонту кладки. Состояние конструкций неудовлетворительное	В наиболее напряженных конструкциях в зонах кладки наблюдаются вертикальные трещины в отдельных камнях. Имеет место снижение прочности камня и раствора до 30% по предварительной оценке или применение низкомарочных материалов. В отдельных местах наблюдается увлажнение каменной кладки вследствие нарушения горизонтальной гидроизоляции, карнизных свесов, водосточных труб. В отдельных местах наблюдается размораживание и выветривание кладки, происходит разрушение поверхности кладки на глубину 1/10 толщины стены, отмечаются высолы на поверхности кладки. Имеют место дефекты, связанные с неравномерной осадкой здания. Наблюдаются признаки расслоения кладки по вертикали вследствие высокой температуры и влажности в помещении
III	В конструкциях наблюдаются дефекты, свидетельствующие о значительном снижении их несущей способности, но не влекущие за собой обрушения. Требуется проведение страховочных мероприятий или разгрузка конструкций. Необходимы работы по усилению и ремонту кладки. Состояние конструкций технически неисправное	В наиболее напряженных конструкциях в зонах кладки наблюдаются вертикальные трещины, пресекающие 2-3 камня по высоте. Наблюдаются признаки потери устойчивости сжатых и сжато-изогнутых элементов. Происходит интенсивная коррозия металлических затяжек, в отдельных местах нарушена их анкеровка. Происходит расслоение кладки по вертикали в наружных стенах и выпучивание вследствие высокой температуры и влажности в помещении. В конструкции имеет место снижение прочности камней и раствора на 30-50% или применение низкомарочных материалов. В кладке наблюдаются зоны длительного замачивания. Имеются зоны промораживания и выветривания кладки и ее разрушение на глубину 1/5 толщины стены и более. Визуально наблюдаются трещины в кладке в местах прохода дымовых и вентиляционных каналов. Ширина раскрытия трещин в кладке от неравномерной осадки здания достигает 20-30 мм, отклонение от вертикали - 1/100 высоты конструкции. Наблюдаются трещины в кладке, в местах опирания ферм, балок, перемычек
IV	В конструкциях наблюдаются деформации и дефекты, свидетельствующие о потере ими несущей способности. Состояние конструкций аварийное. Возникает угроза обрушения. Необходимо запрещение эксплуатации аварийных конструкций, прекращение технологического процесса и немедленное удаление людей из опасных зон. Необходимо усиление конструкций и проведение ремонтных работ. При невозможности или нецелесообразности усиления следует произвести разборку конструкций	В наиболее напряженных конструкциях и зонах кирпичной кладки наблюдаются сплошные вертикальные трещины. Происходит расслоение кладки по вертикали на отдельные самостоятельно работающие столбики. Наблюдается выпучивание сжатых и сжато-изогнутых элементов на величину 1/80-1/50 высоты конструкции. Наблюдается полное корродирование металлических затяжек и нарушение их анкеровки. Трещины в кладке от неравномерной осадки здания достигает 50 мм и более, наблюдается значительные отклонения от вертикали. Происходит расслоение кладки по вертикали в наружных стенах с выпучиванием и обрушением наружного слоя вследствие высокой температуры и влажности в помещении. Горизонтальная гидроизоляция полностью нарушена. Камень крошится и расслаивается. При ударе молотком по камню звук глухой. Плохое качество выполнения кладочных работ: - отсутствует перевязка швов; - негоризонтальность швов; - утолщение в 2-3 раза горизонтальных швов против нормативных значений; - отклонение от вертикальных столбов, простенков, пилястр, в 5-10 раз превышающее нормативные значения

18.5 Детальное обследование

Программа детального обследования конструкций составляется с учетом данных предварительного обследования.

Детальное обследование включает:

- осмотр конструкций и регистрацию выявленных дефектов (визуальное обследование);

- обмеры, геодезическую съемку, измерение ширины раскрытия трещин, прогибов (инструментальное обследование);

- определение фактических характеристик железобетонных и каменных конструкций путем проведения испытаний (инструментальное обследование).

Детальному обследованию подлежат все конструкции, в которых при визуальном осмотре обнаружены серьезные дефекты.

Если по результатам предварительного обследования сделана достаточная оценка здания, то детальное обследование может не проводится.

Инструментальные обследования проводят с целью уточнения исходных данных, необходимых для выполнения полного комплекса расчетов конструкций реконструируемых объектов.

В зависимости от состояния конструкций и стоящих задач детальное обследование может быть сплошным или выборочным. При сплошном обследовании проверяются все конструкции. При выборочном обследование проверяются отдельные конструкции, составляющие выборку, объем которой назначается в зависимости от состояния конструкций и задач обследований, но не менее 10% количества однотипных конструкций и не менее трех.

Визуальное обследование проводится сплошным, а инструментальное - выборочным или сплошным.

При визуальном обследовании фиксируются: трещины в бетоне конструкций; оголения арматуры; выколы бетона, каверны, раковины, повреждения защитного слоя; повреждения арматуры, закладных деталей, сварных швов, прогибы; наиболее поврежденные и аварийные участки конструкций и т. д.

При инструментальном обследовании устанавливается состояние антикоррозионной защиты, прочность, проницаемость, однородность и сплошность бетона; толщина защитного слоя бетона; качество и прочность материалов каменной кладки; вид, степень и глубина коррозии бетона; причина, характер и ширина раскрытия трещин в бетоне; наклоны, перекосы и сдвиги элементов каменных конструкций, осадки фундаментов, степень коррозии стальных элементов сварных швов; фактические нагрузки и эксплуатационные воздействия.

Применительно к каменным конструкциям зданий и сооружений задачами детального обследования являются:

- измерения общих деформаций и перемещений зданий и сооружений или их частей, осадки фундаментов, наклон стен, столбов и т. п.;

- измерения величины раскрытия трещин в конструкциях;

- измерение прогибов перекрытий, перемычек и т.п.;

- определение влажности материала ограждающих конструкций, грунта и т.п.;

- определение фактической прочности каменной кладки и ее материалов (камня, кирпича и раствора);

- выявление арматуры в горизонтальных швах кладки и расстояния между сетками.

Если есть уверенность, что деформации, вызвавшие повреждения конструкций, к моменту проведения обследования закончились, то инструментальное обследование выполняется однократно. В противном случае измерения повторяются с периодичностью и общей продолжительностью, определяемыми специальной программой.

18.6 Составление дефектной ведомости

Одним из основных документов, составляемых по результатам технического обследования на каждую поврежденную конструкцию, является дефектная ведомость.

Ведомость составляется в табличной форме, куда заносятся наименование и марка конструктивного элемента, эскиз элемента с указанием дефектов и повреждений на нем, характер повреждений, прочностные проектные и фактические характеристики его материалов. Также должны быть приведены перечни конструкций, подлежащих замене как непригодные, пригодные для исправления, усиления или восстановления и не требующие этого.

Кроме этого, для выявления более полной картины по состоянию конструкций в ведомости дефектов желательно иметь следующие сведения:

- фактически геометрические размеры основных характеристик сечений;

- месторасположение, характер и величина повреждений и дефектов - сколов, оголения арматуры, раковины, участки бетона с рыхлой структурой или раковинами и т.п.;

- месторасположение, характер и величина раскрытия трещин;

- количество, диаметр и класс арматуры, степень поражения ее коррозией, толщина защитного слоя, положения арматуры в сечении, оценка сцепления арматуры с бетоном;

- фактическое выполнение узлов сопряжения конструкций и их соответствие проектному решению, наличие и качество исполнения монтажных сварных швов;

- возможные причины, вызвавшие дефекты и повреждения конструкций.

В случае необходимости в ведомости приводятся развертки поверхностей с зарисовками на них выявленных дефектов и повреждений.

Часть рекомендуемых данных и другой информации по повреждениям конструкций может быть выполнена в виде пояснительной записки к ведомости дефектов.



18.7 Оценка состояния конструкций по результатам детальных обследований

Существует целый ряд предложений по оценке степени влияния тех или иных дефектов. Наиболее надежна оценка в тех случаях, когда существующие методы расчета позволяют качественно оценить влияние дефекта, прежде всего на прочность.

В настоящее время выделяют три основных подхода к оценке влияния дефектов:

1. Умозрительный, который осуществляется на основании практического опыта экспертов. Из-за значительной субъективности в оценке причин возникновения и влияния дефектов и повреждений часто приводит к противоречивым суждениям и неправильной оценке свойств конструкции.

2. Расчетный, использующий существующие методы расчета железобетонных конструкций. Достаточно точно можно оценить влияние простых дефектов (снижение прочности бетона, изменение геометрических размеров). В более сложных случаях также приводит к неправильной оценке свойств конструкций.

3. Экспериментально-теоретический, который основан на проведении целенаправленных исследований по изучению влияния дефектов и повреждений на прочность, жесткость и трещиностойкость конструкций.

По результатам детальных обследований производится уточнение критериев состояния железобетонных и каменных конструкций. Для железобетонных конструкций оно выполняется в соответствии с признаками, приведенными в таблице 18.3.



Таблица 18.3

Категории состояния железобетонных конструкций на основе результатов детальных обследований

Категория состояния конструкций	Признаки
I. Исправное	Прочность бетона не ниже проектной; скорость ультразвуковых волн (УЗВ) более 4 км/с; на отдельных участках (не более 20% общего числа замеренных) величина защитного слоя бетона меньше проектной до 20%, а класс бетона по водонепроницаемости - на одну ступень; величина прогиба и ширина раскрытия трещин не превышают допустимую по нормам; хлор-ионов в бетоне не обнаружено; потери площади сечения рабочей арматуры нет
II. Работоспособное	Прочность бетона основного сечения элемента (за пределами защитного слоя бетона и в сжатой зоне) не ниже проектной; скорость УЗВ 3-4 км/с; количество хлор-ионов в бетоне защитного слоя не превышает допустимого; величина защитного слоя бетона меньше проектной (до 30 %) на площади менее 30% поверхности. Потеря площади сечения рабочей ненапрягаемой арматуры и закладных деталей вследствие коррозии не превышает 5%
III. Ограниченно работоспособное	Прочность бетона основного сечения элемента ниже проектной; скорость УЗВ менее 3 км/с; потеря площади сечения рабочей арматуры и закладных деталей вследствие коррозии превышает 5%; ширина раскрытия трещин, вызванных эксплуатационными воздействиями, на уровне арматуры превышает допустимую по действующим нормам; трещины в сжатой зоне и в зоне главных растягивающих напряжений, прогибы элементов, вызванных эксплуатационными воздействия, превышают допустимые более чем на 30%

Если установлено, что прогиб и ширина раскрытия трещин не превышает допустимых, размеры сечений отвечают проектным, прочность бетона и арматуры не ниже проектных, дефекты отсутствуют, то прочность, жесткость и трещиностойкость конструкций отвечают требованиям проекта. При невыполнении же указанных условий оценка возможности эксплуатации конструкций производится на основе анализа материалов обследований, включая приведение проверочных расчетов.

Основные группы методов оценки состояния эксплуатируемых конструкций:

1. Группа методов на основе параметрического подхода.

2. Группа методов на основе вероятности оценки.

3. Группа методов на основе прогноза.

Возможности существующих методов оценки технического состояния эксплуатируемых конструкций показаны в таблице 18.4.

По результатам обследований, как правило, визуальных, производится оценка технического состояния строительных конструкций, при этом всегда возникает необходимость установления надежности обследуемых конструкций по внешним признакам дефектов и повреждений.

Под надежностью строительных конструкций понимается сохранение во времени установленной нормами или проектом несущей способности, долговечности и вероятности отказа, характеризующих способность конструкции выполнять требуемые функции в заданных условиях применения.

В процессе эксплуатации конструкций происходит циклическое изменение их надежности, что связывается с изменчивостью величин нагрузок и изменением несущей способности вследствие различных повреждений.

Таблица 18.4

Возможности существующих методов оценки технического состояния эксплуатируемых конструкций

Поставленные задачи	Группы методов
	На основе параметрического подхода	На основе вероятностного подхода. По ширине раскрытия трещин	На основе прогноза. По регрессионной кривой
	Визуальный	Инструментальный	Балльный	Контрольно-измерительный
1. Обеспечение быстрого сбора информации	Обеспечивает	Не обеспечивает	Обеспечивает	Обеспечивает	Обеспечивает	Не обеспечивает
2. Оценка состояния конструкций	Обеспечивает не в полной мере	Обеспечивает	Обеспечивает	Обеспечивает в отдельных случаях	Не обеспечивает	Обеспечивает при определенных условиях
3. Разработка рекомендаций по условиям эксплуатации (ремонт, усиление и т. п.)	Обеспечивает не в полной мере	Обеспечивает	Обеспечивает	Обеспечивает в отдельных случаях	Не обеспечивает	Обеспечивает при определенных условиях
4. Организация целенаправленного и систематического наблюдения за конструкциями	Не обеспечивает	Не обеспечивает	Не обеспечивает	Обеспечивает	Обеспечивает	Обеспечивает при определенных условиях
5. Планирование текущих и капитальных ремонтов и профилактических мероприятий	Не обеспечивает	Не обеспечивает	Не обеспечивает	Не обеспечивает	Не обеспечивает	Обеспечивает при определенных условиях

18.8 Результаты оценки технического состояния конструкций

На основании результатов обследований и проверочных расчетов конструкций дается оценка их технического состояния. Эта оценка должна определить возможность дальнейшей эксплуатации конструкций, необходимость проведения мероприятий по ремонту и увеличения их несущей способности. Учет фактического состояния конструкций и условий эксплуатации позволяет установить для сохраняемых конструкций менее жесткие ограничения смещения и гибкости элементов, чем для новых. При этом основным критерием является возможность нормальной эксплуатации конструкций в конкретных условиях.

Различают три типа состояния здания, а также отдельных конструктивных элементов и узлов:

- работоспособное - несмотря на имеющееся отступления от норм, государственных стандартов и технической документации нормальная эксплуатация конструкций обеспечивается в конкретных условиях рассматриваемого здания;

- ограниченно работоспособное - для обеспечения функционирования конструкций необходимо проведение специальных мероприятий по контролю за состоянием конструкций, параметров технологического процесса нагрузок или для условий эксплуатации;

- неработоспособное - существующее или прогнозируемое по расчету состояние конструкций является одним из предельных состояний и без усиления конструкций не может быть допущено к эксплуатации.

Для реконструируемых производственных зданий, где планируется изменение величины и схемы нагрузок, прогнозируемое по расчету состояние часто превышает предельное.

Вопрос замены конструкций или их сохранение с последующим усилением решается по результатам технико-экономического анализа.



19. Инструментальное обследование зданий

Инструментальному обследованию подлежат конструкции с явно выраженными дефектами и разрушениями, обнаруженными при визуальном осмотре, либо конструкции, определяемые выборочно по условию: не менее 10% и не менее трех штук в температурном блоке. Методы инструментального обследования и используемая для этого аппаратура приводятся в табл. 19.1

Таблица 19.1

Методы инструментального обследования и используемое для этого оборудование

№ п/п	Исследуемый параметр	Метод испытания или измерения	Инструменты, приборы, оборудование
1	2	3	4
1	Объемная деформация здания	Нивелирование. Теодолитная съемка. Фотограмметрия	Нивелиры: В-20, ЗН5Л и др. Теодолиты: ЗТ2КП, 4Т30П, ТаН и др. Фотоаппараты, стереокомпараторы
2	Прогибы и перемещения	Нивелирование прогибомерами: - механического действия; - жидкостными на принципе сообщающихся сосудов	Нивелиры: В-20, ЗН5Л, ЗНЗКЛ и др. ПМ-2, ПМ-3, ПАО-5 П-1
3	Прочность бетона	Методы пластической деформации и упругого отскока (отскок бойка). Ультразвуковой метод. Метод отрыва со скалыванием. Метод сдавливания	Молоток Физделя, Молоток Кашкарова, пружинные приборы: OMIII-1, ОНИКС-2.3 УК-15М, УК-10П, УК-14П, Бетон-32 и др. ПУЛЬСАР-1.2, ОНИКС-2.5 ГПНВ-5, ГПНС-4 ПОС-ЗОМГ4 «Скол», динамометрические клещи
4	Прочность раствора	Метод пластической деформации и ударного импульса	Склерометр СД-2, ИПС- МГ4
5	Прочность (твердость) металла	Метод пластической деформации	Прибор Польди, ТК-2М, ТКП-1,ПМТ-3
6	Скрытые дефекты материала конструкции	Ультразвуковой метод. Рентгенографический метод	Приборы: УК-15М, УК- 10П, Бетон-32, УК-14П Приборы: РПП-2, Шмель-250, Арина-02
7	Глубина трещин в бетоне и каменной кладке	Подсечка трещин. Ультразвуковой метод	Молоток, зубило, линейка УК-14ПМ, Бетон-32, УК-15М, Бетон-8-УРЦ и др.
8	Ширина раскрытия трещин	Измерение стальными щупами и пр. С помощью отчетного микроскопа	Щуп, линейка, штангенциркуль МИР-2
9	Толщина защитного слоя бетона	Магнитометрический метод	Приборы: ИЗС-2, ИПА- МГ4, «Поиск-2,3», «Поиск-2,6»
10.	Плотность бетона, камня и сыпучих материалов	Радиометрический метод	Источники излучения: Cs -137, Ср-60 Выносной элемент типа ИП-3 Счетные устройства (радиометры): Б-3, Б-4, Бетон-8-УРЦ
11	Влажность древесины	Электронный метод	Электронный влагомер ЭВ-2М, МГ4Д, ВИМС-2,2
12	Влажность бетона и камня	Нейтронный метод. Электронный метод	Источники излучения: Ra-Be, Ро-Ве Датчик НВ-3 Счетные устройства: СЧ-3(4) Влагомер: ВСМ, ВИМС-1, ВИМС-2,2
13	Воздухопроницаемость стен	Пневматический метод	ДСК-3-1, ИВС-2М, ВИП-1
14	Теплозащитные качества стенового ограждения	Электрический метод	Термощупы: ТМ, ЦЛЭМ Тепломер ЛТХП, ИТП- МГ4
15	Звукопроводность стен и перекрытий	Акустический метод	Генератор «белого» шума ГШН-1 Усилители: УМ-50, У-50 Шумомер 1I1-60B Спектрометр 2112
16	Параметры вибрации конструкций	Визуальный метод. Механический метод. Электрооптический метод	Вибромарка, Виброграф Гейгера, ручной виброграф ВР-1 Осциллографы: Н-700, ОТ-24-51, комплект вибродатчиков, виброметр ВВМ-201, ВИСТ-2
17	Осадка фундамента	Нивелирование	Нивелиры: В-20, ЗН5Л, ЗНЗКЛ и др.



19.1 Приборы для определения деформаций

Деформации здания условно разделяются на общие, когда деформируется все здание, и местные, сосредоточенные в отдельных конструктивных элементах: балках, плитах, перемычках и т. п.

При определении общих деформаций применяются геодезические приборы и оборудование: нивелиры, теодолиты и стереокомпараторы.

При определении местных деформаций используются оптические и механические приборы, а также устройства, работающие по принципу сообщающихся сосудов (п. 1, 2 табл. 19.1).

Так, например, для измерения прогибов перекрытий в помещениях ограниченных размеров применяют геодезические нивелиры со специальной оптической насадкой, позволяющей снимать отсчеты с расстояния от 3 до 0,5 м, а при плохом освещении в работе используют измерительную рейку с подсвечиваемой шкалой.

Для оперативного измерения относительной величины прогибов перекрытий, расположенных в смежных помещениях, применяется гидростатическое нивелирование, основанное на принципе сообщающихся сосудов. Прибор имеет простое устройство и состоит из резинового шланга и двух трубок: базовой и мерной. Величина относительного прогиба определяется по разности отсчетов в трубках с точностью до 0,1 мм.

19.2 Приборы для определения прочности материала

Прочность материала обследуемых конструкций можно определить как неразрушающими методами, так и методами, основанными на выпиливании (высверливании) образцов из тела конструкции с последующим их испытанием в лабораторных условиях.

Важное место в обследованиях занимают неразрушающие методы, механические и ультразвуковые, которые позволяют, не нарушая сплошности конструкции, оперативно определить прочность материала.

19.3.2 Механические приборы и инструменты для оценки прочности материала без нарушения сплошности конструкции

Широко используемым в практике механическим методом является пластическое деформирование, сущность которого состоит в том, что в материал конструкции (бетон, сталь, дерево и др.) каким-либо способом вдавливается твердый штамп. По размеру отпечатка , оставляемого штампом на поверхности конструкции, пользуясь соответствующими зависимостями , находится прочность материала .

Простейшими инструментами для определения прочности бетона по величине отпечатка являются молотки Физделя и Кашкарова.

При пользовании молотком Физделя отпечаток на поверхности бетона получается путем локтевого удара молотком, т.е. когда в момент удара локоть руки прижат к поверхности испытываемой конструкции. Это позволяет наносить удары примерно одной силы.

Прочность бетона определяется по тарировочному графику (рис. 19.1) на основании среднеарифметического значения 10-12 отпечатков.

Следует отметить, что точность этого способа незначительна из-за фактически разной силы ударов.

Рис. 19.1. Определение прочности бетона молотком Физделя:

а - тарировочный график; б - молоток; 1 - стальной шарик



Более достоверные результаты получаются при определении прочности молотком Кашкарова, когда после удара молотком образуется два отпечатка: один - на эталонном стержне, другой - на поверхности бетона.

Прочность определяется по тарировочному графику молотка (рис. 19.2) величиной отношения диаметра отпечатка на бетоне к диаметру отпечатка на эталонном стержне. Количество ударов, наносимых по поверхности бетона в исследуемой зоне, составляет 10-12. Так как отдельные удары приходятся на заполнитель или крупные поры, то и диаметры отпечатков на бетоне могут резко отличаться в ту или иную сторону, поэтому из общего числа отпечатков исключаются наибольший и наименьший результаты. Эталонный стержень после каждого удара передвигается в корпусе молотка на 10-12 мм.

Рис. 19.2. Определение прочности бетона молотком Кашкарова:

а - тарировочный график; б - молоток; 1 - стальной шарик;

2 - стальной стержень; 3 - боек молотка

При пользовании тарировочными кривыми необходимо учитывать, что они соответствуют бетону, испытанному в возрасте 28 суток при влажности 2-6%. Поэтому значение прочности бетона, имеющего другие параметры возраста и влажности, необходимо уточнять по формуле:

,(19.1)



где - прочность бетона в возрасте 28 суток;

- коэффициент, учитывающий возраст бетона;

- коэффициент, учитывающий влажность.

Значение коэффициентов и определяется по графикам (рис. 19.3). Общая погрешность определения прочности бетона молотком Физделя составляет 15-25%, молотком Кашкарова 10-15%.

Рис. 19.3. График поправочных коэффициентов при определении прочности бетона

В последнее время широко применяют приборы, в которых удар по бетону наносится с помощью стальной пружины, обеспечивающей постоянную силу удара. К ним относят пружинные приборы марок ДИН-24А, ПМ, П0-1, КМ и др.

При пользовании прибором КМ (конструкция ЦНИИСК) оценку прочности бетона по диаметру отпечатка дублируют упругим отскоком бойка после удара. Величина отскока фиксируются стрелкой на шкале прибора. Прочность бетона сначала находят по тарировочным кривым, (рис. 19.4 а и 19.4 б), а затем усредняют.



Рис. 19.4. Определение прочности бетона прибором КМ:

а, б - тарировочные графики; в - прибор КМ;

1 - стальной наконечник; 2 - корпус прибора; 3 - шкала; 4 - стрелка

Определение прочности бетона методом пластического деформирования имеет тот недостаток, что фактически оценивается лишь прочность растворной составляющей бетона без учета вида, крупности и загрязненности заполнителя. Поэтому более объективные результаты при оценке прочности получают методом отрыва со скалыванием, характеристики которого будут рассмотрены ниже.

Прочность (марку) кирпича, расположенного в кирпичной кладке, можно определить вышеизложенным методом с помощью молотка Кашкарова или пружинными приборами марки ПМ, КМ и др.

Показатель прочности устанавливается по тарировочной кривой

«», а затем корректируется умножением на поправочные коэффициенты, учитывающие влажность (), трещиноватость () и степень обжига ().

Для получения статистически достоверных результатов при коэффициенте вариации (изменчивости) , не превышающем 15%, марка кирпича оценивается на основании данных обследования участков наружной и внутренней поверхностей стены площадью 1 м², принимается как средняя величина без учета аномальных результатов, соответствующих значениям минимальной и максимальной прочности.

Количество отпечатков на исследуемых поверхностях составляет не менее двадцати пяти.

Условная прочность кирпича , МПа, определяется по формуле:

(19.2)

Величина коэффициента устанавливается по цвету кирпича и принимается равной:

- 1,0 - при нормальном обжиге;

- 1,05 - при недожоге;

- 0,9 - при пережоге.

Величина коэффициента оценивается по количеству имеющихся усадочных и технологических вертикальных и наклонных трещин на боковой (ложковой) поверхности кирпича и принимается равной:

- 0,7 - если трещины содержатся более чем в 50% кирпичей контрольной выборки;

- 0,8 - то же, 31-50%;

- 0,9 - то же, 10-30%;

- 1,0 - то же, менее 10%.

Величина коэффициента принимается равной:

- 1,0 - для сухой поверхности кирпича;

- 1,05 - для влажной поверхности;

- 1,1 - для мокрой водонасыщенной поверхности.

Взаимосвязь между условной прочностью и маркой кирпича представлена в таблице 19.2.



Таблица 19.2

Взаимосвязь между условной прочностью и маркой кирпича

Условная прочность , Мпа	3,0	4,0	6,0	11,5	14,5	18,0	23,5
Марка кирпича ()	35	50	75	100	125	150	200

Прочность раствора в швах кирпичной кладки определяют прибором марки СД-2, работающим по тому же принципу, что и молоток Кашкарова. Однако вместо шарика здесь используют стальной диск диаметром 20 мм и толщиной рабочей части 1 мм (рис. 19.5).

Для определения прочности ребро диска ориентируется вдоль растворного шва и вводится в соприкосновение с ним, после чего наносится легкий удар молотком по бойку.

В результате на поверхности раствора и эталона образуются отпечатки ребра диска. По соотношению длины отпечатков по тарировочным кривым (рис. 19.5 а) находят прочность раствора. Место для испытаний назначают на участках кладки, имеющих толщину растворного шва в пределах 15-20 мм.

Рис. 19.5. Определение прочности раствора прибором СД-2:

а - тарировочные кривые; 1 - известковый раствор; 2 - цементно-известковый раствор; 3 - цементный раствор; б - схема прибора СД-2; 1 - стальной диск; 2 - эталонный стержень; 3 - корпус; 4 - боек; 5 - поверхность раствора



Прочность (твердость) металла обследуемых конструкций определяется методом пластической деформации с использованием прибора Польди (рис. 19.6), где в качестве эталона применяют призматический стальной стержень со шлифованной поверхностью, твердость которого по шкале Бринелля известна.

Рис. 1.6. Определение твердости (прочности) металла прибором Польди:

1 - стальной шарик; 2 - эталонный стержень; 3 - корпус;

4 - боек; 5 - поверхность металла

После удара по бойку на эталоне и поверхности обследуемой конструкции остаются отпечатки шарика. Величину твердости металла конструкции по Бринеллю устанавливают из выражения

, (19.3)

где - твердость по Бринеллю эталонного стержня;

- диаметр шарика;

- диаметр отпечатка на эталонном стержне;

- диаметр отпечатка на поверхности конструкции.

Временное сопротивление углеродистой стали , МПа, находят по формуле

(19.4)

Для более точного определения временного сопротивления и марки стали по значению НВ пользуются специальными таблицами и графиками.

Прочность (условную) древесины можно определить по методу Певцова с использованием энергии удара свободно подающего стального шарика диаметром 25 мм с высоты 0,5 м (рис. 19.7 а).

Рис. 19.7. Определение прочности древесины падающим шариком:

а - на горизонтальной поверхности;

б - на вертикальной поверхности

Для определения прочности на вертикальной поверхности конструкции шарик подвешивают на гибкой нити длиной 0,5 м (рис. 19.7 б). Чтобы получить четкий отпечаток вмятины, поверхность конструкции остругивается и подшлифовывается.

Значение прочности древесины в зависимости от ее вида, находится по тарировочным графикам: прочность-диаметр отпечатка.

Следует отметить, что из-за большой погрешности в оценке прочности метод Певцова не нашел широкого применения в практике обследования конструкций.



19.3.2 Механические приборы для оценки прочности материала с частичным нарушением сплошности конструкции

Оценка прочности материала по величине разрушающего усилия, прикладываемого к локальной зоне обследуемой конструкции, обычно реализуется двумя способами: отрывом со скалыванием и раздавливанием.

Для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием применяется гидравлический пресс-насос марки ГПНВ-5 или ГПНС-4, с помощью которого вырывают заделанный в бетон стальной анкер (рис. 19.8 а, б). Анкер заделывают в предварительно просверленное или пробитое шлямбуром отверстие диаметром 25 мм и глубиной 50-60 мм. Если обследуемая конструкция изготовлена из бетона заведомо высокой прочности, то анкер замоноличивается в бетоне эпоксидной смолой. При низких марках бетона в качестве анкера применяют разжимной конус, состоящий из штока и трех сегментных щек-секторов с рифлеными наружными поверхностями. Такой анкер не требует замоноличивания. На этом же принципе основывается работа современных приборов ОНИКС-ОС (Приложение 1.)

Рис. 19.8. Определение прочности бетона прибором ГПНВ-5:

а - схема прибора: 1 - манометр; 2 - гидроцилиндр; 3 - ручной насос;

4 - захватное приспособление; 5 - анкер;

б - анкерное устройство для испытания на отрыв со скалыванием:

6 - эпоксидный клей; в - анкерное устройство для испытания на отрыв поверхностного слоя: 7 - стальной диск 40...80 мм

Величину вырывного усилия, прикладываемого к анкеру, определяют по манометру гидросистемы.

Прочность бетона при сжатии находится по формуле:

, (19.5)

где - усилие вырыва анкерного устройства, кН;

- коэффициент пропорциональности между усилием вырыва и прочностью бетона;

- коэффициент, учитывающий размер крупного заполнителя в зоне вырыва.

Определение прочности бетона с помощью динамометрических клещей (рис. 19.9 а) производят методом раздавливания. С этой целью в бетоне посредством кольцевой фрезы делают паз, в который заводят губки динамометрических клещей. Смыкание губок производят с помощью винта, вращаемого рукояткой. Усилие раздавливания бетона фиксируется стрелкой на шкале динамометра.

Рис. 19.9. Определение прочности материалов:

а - определение прочности бетона на раздавливание; б - определение прочности Древесины на скалывание; 1 - динамометр; 2 - губки щелей;

3 - винт; 4 - рукоятка; 5 - кольцевой паз; 6 - пропилы (пазы)



Прочность бетона на раздавливание определяют по формуле:

, (19.6)

где - усилие раздавливания, кН;

- площадь рабочей поверхности одной губки, м².

Прочность бетона на сжатие определяется по градуировочной зависимости или с помощью таблицы.

Динамометрические клещи можно с успехом использовать и для определения прочности древесины на срез (рис. 19.9, б). С этой целью на поверхности обследуемой конструкции сверлят три отверстия диаметром 16 мм на глубину 35 мм. Затем плоской фрезой по касательной к отверстиям пропиливают два параллельных паза. Губки динамометрических клещей вводят в крайние отверстия и смыкают выше указанным способом.

Прочность древесины на срез определяют по формуле

, (19.7)

где - усилие скалывания, кН;

- площадь скалывания, м².

Недостатком механических методов определения прочности материала с частичным нарушением сплошности является необходимость залечивания конструкции после испытания, что иногда сдерживает их применение.

19.3.2 Оценка прочности бетона с помощью ультразвука

При обследовании строительных конструкций применяют непрерывный и импульсный методы излучений.

При непрерывном методе конструкция обследуется сигналом постоянной ультразвуковой частоты, непрерывным во времени.

При импульсном методе сигналы подаются пакетами с короткими временными паузами. Для определения прочности бетона используется в основном импульсный метод, применение которого регламентировано соответствующим ГОСТ 17624-2012 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности». Ультразвуковые волны получают с помощью специальной аппаратуры, принцип действия которой основан на преобразовании с помощью пъезоэлементов электрических колебаний в механические ультразвуковой частоты.

Ультразвуковые колебания (волны), направляемые специальным излучателем, проходят через бетон и попадают в приемник ультразвука, где они снова преобразуются в электрические колебания. Время прохождения ультразвука регистрируется на экране дисплея. Измерение времени прохождения ультразвука проводится в направлении, перпендикулярном уплотнению бетона и направлению рабочей арматуры. При этом концентрация арматуры в бетоне, в зоне прозвучивания, не должна превышать 5%. Расстояние от края конструкции до места установки ультразвуковых преобразователей принимается не менее 30 мм.

Прозвучиваются конструкции сквозным и поверхностным методами (рис. 19.10 б, в).

Рис. 19.10. Определение прочности бетона ультразвуковым методом:

а - схема ультразвукового прибора: 1 - ультразвуковые преобразователи; 2 - экран дисплея; б, в - соответственно сквозное и поверхностное прозвучивание; г - зависимость прочности бетона при сжатии от скорости ультразвука при сквозном прозвучивании

Сквозным методом обычно пользуются при обследовании конструкций, имеющих доступ с двух сторон: фермы, балки, колонны, а поверхностным - при одностороннем доступе: стены, плиты перекрытия, ленточные фундаменты и т. п.

При анализе результатов прозвучивания учитывают влияние на время прохождения ультразвука различных факторов, таких как влажность бетона, вид и гранулометрический состав заполнителей, условия твердения бетона и пр., поэтому перед началом массового ультразвукового обследования конструкций желательно произвести пробные испытания контрольных образцов (кернов).

Отбор контрольных образцов делают следующим образом:

- измеряют время прохождения ультразвука и базу прозвучивания в 10-12 участках обследуемой конструкции;

- находят среднюю скорость ультразвука в контролируемой зоне;

- выбуривают по два керна на каждом из участков контролируемой зоны, где скорость прохождения ультразвука имела максимальное , минимальное и среднее значения.

Отобранные керны испытываются на сжатие, после чего находятся максимальное , минимальное и среднее значения прочности.

Градуировочная зависимость устанавливается при использовании уравнения

,(19.7)

где и - коэффициенты, определяемые из уравнений



(19.8)

(19.9)

Прочность бетона в конструкции определяют на участках, не имеющих видимых повреждений поверхности (трещин, каверн) и отслоений защитного слоя бетона. Испытания проводят при температуре внешней среды не ниже -10 °С.

Следует отметить, что приведенный обзор инструментов и приборов, используемых для определения прочности материала конструкции, далеко не исчерпывает их фактического многообразия, которое ежегодно пополняется за счет новых видов отечественного (ОНИКС-2.6, ПУЛЬСАР-1.2 приложение 1,2) и зарубежного производства.

19.3.2 Оценка прочности материала конструкций методом отбора проб

По результатам лабораторных испытаний образцов (проб), изъятых из тела конструкций, как правило, удается получить более объективную оценку физико-механических свойств материала в сравнении с неразрушающими методами. Это особенно относится к кирпичной кладке и железобетону.

Для оценки прочности кирпичной кладки отбираются пробы кирпича и раствора в количестве не менее трех каждого вида. Кирпич испытывается на изгиб, а затем половинки кирпича - на сжатие в соответствии с ГОСТ 8462-85 «Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе».

Пробы раствора предварительно обрабатываются на наждачном круге для придания им призматической формы. Из отдельных призм с помощью гипса склеиваются кубики с размером грани 5-8 см, которые испытываются на сжатие. Марка раствора устанавливается по результатам испытаний с использованием переходных коэффициентов к прочности стандартного кубика.

Для исследования прочности материалов железобетонных конструкций отбираются пробы бетона и по возможности арматуры. Наиболее удобны для этого массивные железобетонные конструкции, малочувствительные к локальному ослаблению. Пробы бетона высверливаются из массива с помощью полых цилиндров (коронок). Изъятые образцы имеют цилиндрическую форму и после несложной обработки пригодны к испытанию на сжатие.

...