Защо е необходим мониторинг?
Геотехническият мониторинг е систематичното измерване на деформации, сили и условия в почвата и конструкцията по време на строителство и след него. Той е задължителен компонент на всеки отговорен строителен проект по три причини:
- Верификация на проектните предположения – геотехническото проектиране се основава на модели и предположения. Мониторингът проверява дали реалното поведение съответства на предвиденото.
- Ранно предупреждение – при отклонение от очакваното поведение мониторингът дава сигнал за необходимост от корективни мерки, преди да са настъпили щети.
- Правна защита – документираните данни от мониторинга защитават всички страни при евентуални спорове за причините на щети на съседни имоти.
Еврокод 7 (EN 1997-1) прави мониторинга задължителен при геотехнически категория 2 и 3 обекти. NATM методът при тунелно строителство е изграден изцяло около концепцията за непрекъснат мониторинг и адаптивно проектиране.
Инклинометри
Инклинометърът е инструмент за измерване на хоризонталните деформации в дадена точка по дълбочина. Пластмасова или алуминиева тръба с вътрешни надлъжни жлебове се инсталира в сондажен отвор. Сонда с двуосен акселерометър се спуска в тръбата на стъпки от 0,5 м, измервайки наклона спрямо вертикалата. Повторните измервания (обикновено ежеседмично при активно строителство) дават профила на хоризонталното деформиране по дълбочина.
Инклинометрите са незаменими при наблюдение на укрепени изкопи – показват дали стената на котлована се деформира в допустими граници, и при мониторинг на свлачища – показват дълбочината и формата на плъзгащата повърхнина.
Пиезометри
Пиезометрите измерват нивото или налягането на подпочвените води. Открит пиезометър (standpipe) е проста тръба в сондажен отвор – нивото на водата в тръбата се измерва с електрическа сонда. Хидравличен пиезометър и електрически пиезометър дават по-точни и бързи измервания на пороводното налягане. При дълбоки котловани пиезометрите следят ефективността на отводняването и промените в нивото на подпочвените води при съседните сгради. При свлачища те следят нивото на водата, определящо устойчивостта.
Тензометри и мерки за деформации
Тензометрите (strain gauges) измерват деформациите в конструктивни елементи – анкери, разпори, шпунтови стени. Монтират се директно върху стоманата или вграждат в бетона. Измерванията дават реалната сила в анкера или разпора, позволявайки сравнение с проектната стойност. При значително отклонение може да се предприемат допрегване на анкерите или усилване на разпорите.
Стрингпотенциометрите измерват разтягания и хлъзгания по определени повърхности. Прилагат се при пукнатинни уреди (crack gauges) за следене на развитието на пукнатини в стени и конструкции.
Геодезически мониторинг
Прецизната геодезия е основен инструмент за наблюдение на деформациите на повърхността. Включва:
- Нивелация на репери – периодично измерване на абсолютната кота на реперни точки, прикрепени към фундаментите на съседни сгради и към конструкцията. Точността на прецизната нивелация е под 0,5 мм.
- Наблюдение на контролни точки – с тотална станция или роботизирана тотална станция се измерват хоризонталните и вертикалните движения на точки по стената на изкопа, по съседните сгради и по конструкцията.
- GPS/GNSS мониторинг – постоянни GPS приемници дават непрекъсната информация за движенията на контролни точки. Точността при RTK е 3–5 мм в план и 5–10 мм по височина.
Автоматизиран мониторинг
Съвременните системи за мониторинг са все по-автоматизирани. Роботизирани тотални станции (RTS) автоматично измерват контролните точки на програмирани интервали (всеки час или по-често). Данните постъпват в реално време в централна база данни, достъпна онлайн. При надвишаване на предварително зададени гранични стойности системата автоматично изпраща SMS или имейл на отговорните лица.
Автоматизираните системи са особено ценни при строителство в близост до критична инфраструктура (метро, болници, хранилища) и при строителство в нощни часове.
Мониторинг на свлачища
При активни свлачища мониторингът е животоважен. Стандартната система включва: инклинометри за наблюдение на дълбочината и скоростта на движение, GPS точки за наблюдение на повърхностните движения, пиезометри за следене на водното ниво и разтезиметри (extensometers) за измерване на хоризонталните деформации. При ускорение на движенията автоматична аларма предупреждава за евакуация.
Мониторинг след строителство
При нови сгради и при укрепени свлачища мониторингът продължава и след завършване на строителните работи. При нови сгради – минимум 3–5 години, за да се проследи дали слягането протича по предвидения модел. При укрепени свлачища – за целия живот на укрепването, тъй като промените в климатичните условия могат да повлияят на устойчивостта.
Интерпретация на данните
Данните от мониторинга имат смисъл само ако се интерпретират правилно. Инженерът трябва да сравнява измерените стойности с предсказаните, да търси тенденции и аномалии, и да взема решения въз основа на предварително дефинираните гранични стойности (alert levels). Трите нива на тревожност са: зелено (нормално), жълто (повишено внимание, увеличена честота на измерване) и червено (незабавна реакция, евентуална евакуация).