Самое главное требование к строящимся зданиями и сооружениям — безопасность. Каким бы удобным и внешне привлекательным ни было здание, прежде всего должно выполняться основное условие — возможность комфортно и безопасно в нем находиться. Когда речь идет о строительстве небоскребов, всегда выдвигаются повышенные требования к исходным данным, проекту, материалам и качеству строительных работ, а также к контролю за соблюдением проектных и технологических решений.
Геодезический мониторинг является неотъемлемой и очень важной составляющей процесса сооружения объекта и его дальнейшей эксплуатации, поскольку обеспечивает безопасное функционирование зданий и сооружений, а главное — позволяет предупредить различные неблагоприятные ситуации, связанные со строительством или дальнейшим их использованием. В состав работ при геодезическом мониторинге входят наблюдения за вертикальными и горизонтальными деформациями.
При высотном строительстве важно своевременно выявить критические величины деформаций, установить их причины. Геодезический мониторинг уникальных высотных зданий необходимо выполнять и в дальнейшем, после их ввода в эксплуатацию. Также важно выполнять наблюдения за соседними домами.
Изучение вертикальных и горизонтальных деформаций
Вертикальные деформации связаны с осадками фундамента или просадками (и другими деформациями) грунтов основания. Это наиболее часто проявляющийся тип смещений. Методы его изучения разнообразны. Прежде всего, это высокоточное нивелирование. Опорными знаками (высотной основой) служат глубинные реперы. Для высотных зданий в стесненных условиях применяются также измерения с помощью инклинометров, уклономеров, а также наземное лазерное сканирование.
Горизонтальные деформации (прогиб, смещение, кручение) характерны прежде всего для сооружений башенного типа, а также для конструкций, испытывающих одностороннее давление, например, плотин. Также они могут происходить на территориях со сложным геологическим строением, специфическими грунтами. Для определения этих смещений применяют створный метод, долговременные GPS-наблюдения, измерения горизонтальных углов с контрольных пунктов.
Для изучения состояния зданий, в том числе старой постройки, в зоне влияния строительства объекта проводят наблюдения за их фасадами, и, если объекты подвергаются воздействию — фиксируют и измеряют трещины, другие повреждения.
Данные высокоточного геодезического мониторинга также позволяют понять, какие деформации испытывает здание в данный момент, возможно, выявить их причины, и спрогнозировать поведение конструкций в будущем. Для этого используется специальное программное обеспечение. Без него не обойтись и просто для анализа большого объема данных, которые поступают регулярно (иногда — ежедневно) от различных приборов — спутниковых приемников, инклинометров, трещинометров и т. п.).
Разработано более десяти программных приложений для хранения и анализа данных геомониторинга, в их числе:
- GOCA (разработка Института прикладных наук Карлсруэ, Германия);
- GeoMoS (поставляется компанией Leica Geosystems);
- Cyclops (поставляется компанией SolData);
- Trimble 4D Control (поставляется компанией Trimble).
Вершиной современного искусства строительства и геодезического мониторинга считается башня Бурдж Дубай (Бурдж Халифа) в ОАЭ — самое высокое здание в мире. Высота этого легендарного небоскреба достигает 812 метров. В нем 163 этажа. При возведении Бурдж Дубай не просто осуществлялся масштабный комплекс геодезических измерений. Поскольку здание строилось очень быстрыми темпами — один этаж в среднем за три дня — необходимо было также быстро выполнять геодезические работы по сопровождению строительства. Здание постоянно росло вверх, соответственно менялись параметры для расчета деформаций. С увеличением высоты росли и колебательные движения.
Большое количество факторов (ветер, солнце, темпы строительства), и в первую очередь высота, создавали значительные проблемы геодезистам, обеспечивавшим строительство Бурдж Дубай. Необходимы были новые методы для ведения геодезических изысканий и мониторинга. Компания Leica Geosystems предложила технологию, которая включала в себя использование высокоточного спутникового и геодезического оборудования, инклинометров (датчиков наклона) и программно-аппаратного комплекса для совместной обработки всей информации в стационарном геодезическом офисе. Он был расположен рядом со стройплощадкой. Измерения спутниковым и геодезическим оборудованием выполнялись в верхней части башни (на монтажном горизонте). Датчики наклона устанавливались на определенных этажах.
Из-за очень большой высоты башни многие классические методы геодезических работ были неприменимы. Решением проблемы стала комбинация геодезических и спутниковых измерений в сочетании с использованием точных датчиков наклона. Для монтажа конструкций относительно проектных осей, а в дальнейшем — для учета горизонтальных деформаций, применялись геодезические GPS/ГЛОНАСС-приемники Leica GX1230 с антеннами АХ1202, располагавшимися на верхней части щитов бетонной опалубки. На этих же осях были расположены призмы, которые позволяли производить измерения электронными тахеометрами. Краны и другие конструкции постоянно искажали сигнал антенн, поэтому их разместили на высоких штангах. Данные измерений тщательно анализировались, чтобы исключить ошибки определения плановых координат.
Новая технология, основанная на использовании GPS/ГЛОНАСС-приемников, традиционных геодезических датчиков наклона и антенн, позволила осуществлять постоянный геодезический контроль и мониторинг на протяжении всего процесса сооружения Бурдж Дубай. При мониторинге высочайшего в мире здания учитывались все факторы: высота, воздействие ветра, возможных сейсмических толчков, даже солнечного излучения. И только с помощью комбинированных методов геодезического мониторинга удалось собрать всю необходимую информацию о поведении башни. А это ни много, ни мало — вопрос безопасной эксплуатации сооружения в будущем. Торжественное открытие здания состоялось 4 января 2010 года. Геодезические технологии, которые были использованы при её возведении, используются и сейчас, — для геомониторинга.