Геотехнический мониторинг в строительстве

Министерство образования и науки Российской Федерации

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ
МОНИТОРИНГ 
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Учебное пособие 

Москва 2017

2-å èçäàíèå (ýëåêòðîííîå)

УДК 699.88
ББК 38.6
Г35

Авторы:
Е. М. Грязнова, А. Н. Гаврилов, Д. Ю. Чунюк, К. С. Борч

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор Р. А. Мангушев,
заведующий кафедрой геотехники СПбГАСУ;
доктор технических наук А. Н. Власов, директор ИПРИМ РАН

Г35
Геотехнический мониторинг в строительстве [Электронный ресурс] : у чебное пособие / [Е. М. Грязнова, А. Н. Гаврилов, 
Д. Ю. Чунюк и др.] ; М-во образования и науки Рос. Федерации, 
Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. 
(1 файл pdf : 82 с.). — М. : Изд-во МÈÑÈ-ÌÃÑÓ, 2017. — Систем. 
требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; 
экран 10".

ISBN 978-57264-1570-3
Излагаются и обосновываются вопросы организации и проведения геотехнического мониторинга, которые приняты в современных нормативно-методических документах и при аналитическом обосновании результатов 
мониторинга.
Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению подготовки 
08.03.01 Строительство, студентов магистратуры, обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, студентов специалитета, обучающихся по направлению подготовки 08.05.01 Строительство уникальных 
зданий и сооружений.

УДК 699.88 
ББК 38.6

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Геотехни- 
ческий мониторинг в строительстве : учебное пособие / [Е. М. Грязнова, 
А. Н. Гаврилов, Д. Ю. Чунюк и др.] ; М-во образования и науки Рос. 
Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — М. : Изд-во ÌÈÑÈ-ÌÃÑÓ, 2016. — 
80 с. — ISBN 978-5-7264-1402-7.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-57264-1570-3
© Национальный исследовательский 
Московский государственный 
строительный университет, 2017

ВВЕДЕНИЕ

Термин «геотехнический мониторинг» появился в практике отечественного 
строительства в 90-х гг. ХХ в. в ряде нормативных документов [1–3], обобщающих накопленный к тому времени опыт по реконструкции и новому строительству объектов в историческом центре таких мегаполисов, как Москва и СанктПетербург [4–6]. Дальнейшее развитие вопросы геотехнического мониторинга 
получили с выходом в свет региональных [7; 8] и федеральных [9–11] нормативных документов.
Из анализа этих документов следует, что суть геотехнического мониторинга 
заключается в организации регулярных наблюдений и контроля над состоянием системы основание — фундамент — каркас здания как строящихся (реконструируемых), так и попадающих в зону влияния нового строительства (реконструкции) зданий для обеспечения их сохранности и безопасной эксплуатации. С 
юридической точки зрения, проведение подобного мониторинга закреплено 
Федеральным законом РФ №384-ФЗ от 30.12.2009 г. (см. [12, гл. 5, ст. 18 и 36]). 
Следует отметить, что организация и проведение геотехнического мониторинга 
и сопутствующих ему работ в соответствии с требованиями [11] — мероприятие 
достаточно затратное. Так, по данным некоторых авторов [13–15], стоимость системы мониторинга, позволяющей вести непрерывный контроль состояния различных объектов во времени, может составлять от 1 до 3–6 % от стоимости всего 
объекта. Поэтому в ряде случаев в целях экономии средств некоторые застройщики так или иначе пытаются обойти положения, изложенные в нормативных 
региональных и федеральных документах [7–11], однако, с учетом [12], подобная деятельность оказывается вне закона и может представить интерес для правоохранительных органов. Кроме того, отсутствие геотехнического мониторинга или проведение его в неполном объеме является одной из основных причин, 
приводящих к возникновению аварийной ситуации на объекте (см. [16]).
Из вышеизложенного следует, что система геотехнического мониторинга — 
это важная компонента, обеспечивающая эффектную составляющую безопасного функционирования зданий в период как их строительства (реконструкции), 
так и эксплуатации. В этой связи необходимо отметить, что в соответствии с требованиями [11] (см. [11, раздел 12, п. 12.6]) работы по геотехническому мониторингу, оформленные в виде программы, являются разделом утверждаемой части 
проектной документации. При подготовке настоящего пособия были использованы наработки в ходе выполнения научно-исследовательских работ, проводимых Научно-техническим и образовательным центром изысканий, диагностики и мониторинга зданий и сооружений (НТОЦ ИДМЗС) и кафедрой механики 
грунтов и геотехники НИУ МГСУ.
Целью настоящего издания является ознакомление читателей с основными требованиями действующих в настоящее время нормативных документов 
по организации и проведению геотехнического мониторинга.

1. ЦЕЛИ И СОСТАВ РАБОТ  
ПРИ ГЕОТЕХНИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ

В соответствии с [11], геотехнический мониторинг — это система 
комплексного контроля, которая базируется на изучении поведения 
конструкций возводимого (реконструируемого) сооружения, его основания, в том числе массива грунта, окружающего (вмещающего) строящееся сооружение, и конструкций сооружений окружающей застройки. 
Наблюдение производится во время возведения объекта строительства 
и на начальном этапе эксплуатации построенного или реконструированного сооружения.
Целью геотехнического мониторинга является обеспечение безопасности строительства и эксплуатационной надежности возводимых (реконструируемых) зданий и сооружений окружающей застройки и сохранности экологической обстановки.
Проводя геотехнический мониторинг, необходимо помнить о тех задачах, которые решаются в процессе обследования:

• периодическая фиксация изменений контролируемых параметров 
геологической среды и конструкций сооружения;

• своевременное обнаружение отклонений контрольных параметров 
(в том числе изменений, которые нарушают прогнозируемые тенденции) конструкций возводимого (реконструируемого) здания и его основания от запроектированных параметров, характеристик основания 
и окружающей застройки от параметров, которые были получены в результате геотехнического прогноза;

• анализ уровня опасности обнаруженных отклонений контролируемых параметров и установление причин, вследствие которых возникли отклонения;

• разработка мероприятий, устраняющих и предупреждающих обнаруженные негативные процессы или причины, вследствие которых они 
возникли.
Для выполнения геотехнического контроля применяются следующие 
методики:

• геодезические (фиксация перемещений марок и др.) с применением теодолитов, нивелиров, сканеров, тахеометров (в том числе электронных, оптических, лазерных и др.) и спутниковых систем;

• геофизические (сейсмические, электромагнитные и др.);
• визуально-инструментальные (проведение контрольных наблюдений за уровнем грунтовых вод, состоянием конструкций, в том числе поврежденных, с фиксацией отклонений маяками или аналогичными 
устройствами, фотофиксацией и др.);

• тензометрические (фиксация перемещений и усилий в основании, 
под подошвой фундамента, под пятой сваи, в несущих конструкциях 
и др.) с использованием набора датчиков деформации и усилий, применяемых в комплексе;

• виброметрические (измерение кинематических характеристик колебаний: виброскоростей, виброускорений, виброперемещений).
Для вновь возводимых (реконструируемых) сооружений необходимо 
осуществлять геотехнический мониторинг:

• фундаментов, оснований и конструкций сооружений:
 вновь возводимых (реконструируемых) уникальных;
 вновь возводимых при высоте более 75 м I уровня ответственности;
 реконструируемых I и II уровней ответственности;
 вновь возводимых при высоте меньше 75 м I и II уровней ответственности в случае размещения на площадках с инженерно-геологическими 
условиями III категории сложности; 

• ограждающих конструкций котлованов при глубине котлована:
 более 5 м и размещении сооружений на застроенных территориях при 
II или III категории сложности инженерно-геологических условий;

 более 10 м;
• массива грунта, окружающего подземную часть сооружения, расположенного на застроенной территории, при глубине котлована:

 более 5 м при размещении сооружения на площадках с II или III категориями сложности инженерно-геологических условий;

 более 10 м.
Геотехническое обследование зданий (сооружений) окружающей застройки I и II степеней ответственности, в том числе подземных инженерных коммуникаций, требуется осуществлять в случае их расположения в границах зоны влияния вновь возводимого или реконструируемого 
сооружения. Размеры зоны влияния определяются по результатам геотехнического прогноза или проведением расчета влияния с помощью 
современных программных комплексов (Plaxis, Midas GTX и т.д.). 

Примечание. Геотехнический мониторинг бездействующих инженерных коммуникаций необходимо выполнять, руководствуясь требованиями эксплуатирующей 
организации или в соответствии со специальным заданием.

Исходя из поставленных задач и состава работ по геотехническому 
мониторингу, эти работы могут быть разбиты на следующие блоки:

1. Блок объектного мониторинга, включающий проведение визуально-инструментальных работ, позволяющих оценить текущее техническое состояние основных несущих конструкций объектов, попадающих 
в зону влияния нового строительства (реконструкции) и строящегося 
сооружения, а также инженерных коммуникаций, находящихся в зоне 
влияния.
2. Блок гидрогеологического мониторинга (проводится только в том случае, если при освоении подземного пространства затрагивается водоносный горизонт или если в зоне влияния строящегося объекта находится водоем с переменным уровнем воды, колебания которого способны 
повлиять на уровень грунтовых вод — УГВ), позволяющий оценить возможные изменения УГВ при проведении строительных работ, а при необходимости дающий возможность произвести отбор проб воды для 
определения ее текущего химического состава.
3. Блок геомеханического мониторинга, позволяющий оценить вероятные изменения физико-механических параметров грунтов основания, 
попадающих в зону влияния нового строительства (реконструкции). 
Вопросы геомеханического мониторинга затрагивались в работе [17], 
а также в нормативных документах, например [10].
4. Блок экологического мониторинга, позволяющий контролировать 
экологическую обстановку на площадке. В соответствии с [11] он выполняется при необходимости (см. [11, п. 13.8]), причем в ряде случаев 
работы по экологическому мониторингу совпадают с работами блока 2 
(см. [18, разд. 5.2]).
5. Расчетно-аналитический блок, в рамках которого на основе компьютерного моделирования проводится анализ результатов, полученных 
в ходе выполнения работ блоков 1–4 данного раздела, дается оценка текущей геотехнической ситуации на объекте и разрабатываются соответствующие рекомендации для дальнейшего ведения работ.
Работы по всем этапам данного раздела должны быть увязаны между собой, что осуществляется в специально разрабатываемой программе, основные требования к которой будут рассмотрены ниже.

2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММЕ.  
СОСТАВ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ,  
НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ЕЕ РАЗРАБОТКИ

Программа геотехнического мониторинга разрабатывается в процессе проектирования на стадии «Проект» и может быть скорректирована на стадии «Рабочая документация». К ее составлению в соответствии с [11] (см. [11, п. 12.18]) привлекаются специализированные 
организации.

2.1. Основные требования к программе
В соответствии с [11] (см. [11, п. 12.8]) программа должна отвечать 
следующим требованиям:

• точность измерений и выбранные методы должны обеспечивать 
достоверность полученных результатов и согласовываться с точностью 
проектных значений и результатов геотехнического прогноза, которые 
были заданы ранее;

• для наиболее характерных и опасных участков вновь возводимых 
(конструируемых) сооружений, окружающей застройки и их оснований 
должна выполняться фиксация контролируемых характеристик;

• все проводимые измерения и исследования необходимо увязывать 
между собой во времени и соотносить с этапами исполнения строительно-монтажных работ; 

• частоту наблюдений необходимо назначать в соответствии со скоростью (интенсивностью) и продолжительностью протекающих процессов деформирования конструкций зданий и их оснований;

• программа должна включать математическую компьютерную модель (модели) взаимодействующей системы основание — объект — окружающая застройка, в том числе инженерные коммуникации, попадающие в зону влияния нового строительства (реконструкции).

2.2. Состав программы
Согласно [11] (см. [11, п. 12.9]) в программе нужно указывать:
• особенности возводимого или реконструируемого объекта (конструктивная схема, уровень ответственности, особенности возведения, 
проектные решения по устройству фундаментов, основания и подземной части сооружения, особенности эксплуатации и др.);

• расчетные (проектные) параметры, которые характеризуют взаимодействие здания и его конструкций с грунтовым массивом, включая временные параметры, с учетом последовательности строительства объекта 
(давление на основание, напряжения в сваях и конструкциях подземной 
части сооружения, деформации основания фундаментов, горизонтальные деформации ограждения котлована и усилия в элементах конструкции, которые обеспечивают его устойчивость и т.п.); 

• информацию о сооружениях, располагающихся в непосредственной близости к площадке строительства (предельные и прогнозируемые 
величины дополнительных деформаций фундаментов и оснований, степень ответственности сооружений, предполагаемые защитные мероприятия и др.);

• гидрогеологические и инженерно-геологические условия, в том 
числе свойства грунтов основания, изменения уровня грунтовых вод, 
прогнозируемые значения перемещений грунтового массива, окружающего сооружение, и др.;

• контролируемые параметры (в том числе участки фиксации изменений этих параметров и их предполагаемое количество) конструкций возводимого (реконструируемого) сооружения, его основания (в том числе 
окружающего массива грунта), уровня грунтовых вод и окружающей застройки (в частности, первоначальную фиксацию контролируемых параметров);

• методы фиксации изменений контрольных характеристик и требования к точности измерений (в том числе степень точности геодезических измерений в соответствии с ГОСТ 24846–2012. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений и др.);

• периодичность, этапы и сроки проведения наблюдений за контрольными параметрами с учетом последовательности возведения (реконструкции) объекта;

• требования к составу, структуре и периодичности подготовки отчетной документации;

• сведения и требования к расчетно-аналитическому аппарату мониторинга;

• сведения о порядке принятия решений и мероприятий по результатам мониторинга.
При назначении сроков проведения геотехнического мониторинга 
следует руководствоваться данными, приведенными в прил. 1 настоящей работы.
При установлении критериев технического состояния несущих 
конструкций следует отталкиваться от основ метода предельных состояний, которые гарантируют надежность возводимых объектов 

(ГОСТ 27751–2014. Надежность строительных конструкций и оснований. 
Основные положения).
При строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, в соответствии с данной методикой, различают два предельных состояния: 

• Первое предельное состояние, которое наступает в момент полной потери конструкцией характеристик, отвечающих требованиям нормальной 
эксплуатации, и конструкция разрушается, теряет устойчивость, опрокидывается и т.д. В этом случае при проектировании зданий исходят из минимально вероятных (расчетных) сопротивлений конструкционных материалов и максимально вероятных (расчетных) воздействий. Не следует 
понимать выше сказанное в буквальном смысле в связи с тем, что метод предельных состояний, во-первых, строится на вероятностных принципах, вовторых, проектировщик может задать дополнительные запасы, тем самым 
компенсируя неучтенные воздействия и неблагоприятные факторы. Для 
этого, например, существуют коэффициенты условия работы и коэффициенты надежности по назначению строящегося здания (сооружения) и т.д.

• Второе предельное состояние, которое наступает, когда нормальная 
эксплуатация сооружения затруднена, при этом несущая способность сохраняется, например, деформации (прогибы) конструкций ведут к нарушению работы используемого технологического оборудования, колебания 
несущих конструкций негативно влияют на состояние людей, которые 
находятся в помещении, и т.д. Конструирование зданий и сооружений 
в этом случае выполняется согласно так называемым нормативным значениям — пониженным для нагрузок и повышенным для прочности материала, в предположении, что такое состояние будет кратковременным 
либо может быть ликвидировано штатными средствами, после чего объект в полной мере будет удовлетворять требованиям нормальной эксплуатации, а также требованиям безопасности.
Согласно перечисленным фундаментальным положениям формулируются критерии, согласно которым можно оценить техническое состояние 
конструкций зданий и сооружений. Также эти критерии позволяют выявить порядок формирования технического решения по этапу мониторинга технического состояния несущих конструкций объекта и порядок принятия решений, обеспечивающих безопасную эксплуатацию сооружения.
Если условно установить рекомендации по обозначению опасности согласно принципу «светофора», то при использовании интегральных характеристик — перемещения, формы и частоты колебаний сооружения — можно «зажигать» различные цвета:

• зеленый, когда контролируемые в ходе мониторинга величины данных характеристик не будут превышать значений, которые были рассчитаны при нормативных воздействиях. Это состояние, отвечающее нормальной эксплуатации объекта;

• желтый, когда контрольные параметры превосходят нормативные 
значения. Это состояние сигнализирует о приближении серьезной опасности. Рекомендуется оперативно выяснить причину, по возможности ее 
устранить либо выполнить предупреждающие организационные мероприятия;

• красный, когда контролируемые величины достигают или превышают значения, которые соответствуют расчетным воздействиям. Это состояние говорит о необходимости остановить дальнейшую эксплуатацию сооружения.
В методе предельных состояний используется целая система коэффициентов надежности, которые основываются на статистической обработке многочисленных данных исследований и опыте эксплуатации 
реальных объектов строительства. Данная методика позволяет вводить 
дополнительные меры безопасности.
Обработка материалов мониторинга может вестись с использованием изложенного выше «семафорного принципа», как это рекомендовано в [19; 20] (рис. 2.1).

α < αнорм
αнорм < α< αрасч
α > αрасч

Рис. 2.1. Шкала для обработки результатов геотехнического мониторинга: 

— зеленый цвет;
— желтый цвет;
— красный цвет;
 α — контролируемый параметр; αнорм— нормативное значение  
контролируемого параметра; αрасч — расчетное значение  
контролируемого параметра

Зеленый цвет означает, что элемент, за которым ведется наблюдение, 
находится в работоспособном состоянии, желтый свидетельствует о переходе технического состояния элемента в ограниченно работоспособное, 
красный — возможно возникновение аварийной ситуации.
Согласно программе геотехнического мониторинга сооружений 
I уровня ответственности, при III категории сложности инженерно-геологических условий разработка проекта мониторинга является обязательной. В остальных случаях разработка проекта мониторинга выполняется по специальному заданию.
В проекте геотехнического мониторинга, помимо сведений, которые 
содержатся в программе, должны быть представлены:

• схемы расположения наблюдательных скважин, датчиков, марок, 
маяков и др.; 

• характеристика и конструкции оборудования для проведения геотехнического мониторинга;