WYKORZYSTANIE POMIARÓW INKLINOMETRYCZNYCH DO OCENY STANU BEZPIECZEŃSTWA BUDOWLI.pdf

Prof. dr hab. inŜ. Wojciech WOLSKI

Dr inŜ. Andrzej FÜRSTENBERG

Dr inŜ. Paweł SORBJAN, p.sorbjan@mail.geoteko.com.pl

„Geoteko“ – Warszawa

WYKORZYSTANIE POMIARÓW INKLINOMETRYCZNYCH DO

OCENY STANU BEZPIECZE Ń STWA BUDOWLI

INCLINOMETER MEASUREMENTS APPLIED IN STRUCTURE SAFETY EVALUATION

Streszczenie Ocena stanu budowli i zapewnienie jej bezpieczeństwa wymaga prowadzenia odpowiednio

zaprogramowanego monitoringu. Dla większych obiektów głęboko posadowionych, skarp i zboczy

osuwiskowych niejednokrotnie podstawowym kryterium oceny stanu bezpieczeństwa jest wielkość

występujących przemieszczeń poziomych. Elementem aparatury kontrolno-pomiarowej umoŜliwiającym pomiar

przemieszczeń poziomych nie tylko na powierzchni konstrukcji, lecz równieŜ w częściach niedostępnych dla

pomiarów geodezyjnych, są inklinometry. W niniejszym referacie opisano podstawy pomiarów

inklinometrycznych, stosowane urządzenia i sposoby ich instalowania oraz podano kilka przykładów

zastosowania takich pomiarów. Zamieszczono przykład dotyczący oceny bezpieczeństwa ścian szczelinowych

stanowiących obudowę głębokiego ok. 15m wykopu fundamentowego i stanowiących jednocześnie element

konstrukcyjny podziemnej części obiektu oraz dwa przykłady pomiarów inklinometrycznych umoŜliwiających

ocenę bezpieczeństwa budynków zlokalizowanych w rejonie skarp ziemnych.

Abstract In order to evaluate safety conditions of a structure a properly designed monitoring procedure is

required. The basic safety criterion for larger structures with deep foundation, or located in the area of sliding

slopes is often expressed by horizontal displacement value. The horizontal displacements may be measured by

means of inclinometers both on the surface of the structure and also in its parts inaccessible for geodetic survey

measurements. The paper presents the guidelines of inclinometer measurements, applied equipment and its

installation. A number of examples of measurements have also been presented i.e. safety evaluation of

diaphragm walls constructed as a support of approximately 15 m deep excavation cut and also as an element of

underground part of the structure and 2 examples of inclinometer measurements for safety evaluation of

buildings in the vicinity of earth slopes.

1. Wst ę p

Dla zapobieŜenia awariom większe obiekty budowlane powinny być odpowiednio

monitorowane zarówno podczas budowy, jak i w całym okresie uŜytkowania. Zakres

monitoringu powinien być uzaleŜniony od warunków geotechnicznych w podłoŜu, wielkości

obiektu i głębokości jego posadowienia, konstrukcji obiektu oraz warunków jego realizacji.

Dla większości obiektów wykonywanych w typowych warunkach geotechnicznych

monitoring obejmuje pomiary przemieszczeń pionowych (repery) i pomiary połoŜenia

zwierciadła wody gruntowej (piezometry). Dla obiektów budowlanych w trudniejszych

519

warunkach np. w bliskim sąsiedztwie istniejących budynków będących często w złym stanie

technicznym, jak równieŜ dla wysokich budowli ziemnych oraz na zboczach osuwiskowych

istotne znaczenie przy ocenie stanu technicznego i ewentualnych zagroŜeń ma ustalenie, w

okresie budowy i eksploatacji wielkości przemieszczeń poziomych elementów konstrukcji lub

przemieszczeń masywów ziemnych. Metody geodezyjne umoŜliwiają pomiar przemieszczeń

poziomych na powierzchni konstrukcji lub gruntu, natomiast inklinometry pozwalają na

wyznaczenie przemieszczeń poziomych i odkształceń poniŜej powierzchni konstrukcji lub

gruntu. Z tego względu pomiary inklinometryczne mogą dla niektórych obiektów stanowić

podstawowy element monitoringu. Pomiary inklinometryczne są szczególnie wskazane do

monitorowania osuwisk, aczkolwiek doświadczenia autorów wskazują równieŜ na ich wysoką

przydatność do pomiarów deformacji ścian szczelinowych. W niniejszym referacie opisano

stosowane w takich pomiarach urządzenia i sposób ich instalowania oraz przedstawiono kilka

przykładów zastosowania inklinometrów dla oceny bezpieczeństwa obiektów.

2. Opis urz ą dze ń pomiarowych i technologia instalacji

Inklinometr jest urządzeniem słuŜącym do pomiaru wychyleń kątowych, co przy znanej

długości sondy moŜna łatwo przeliczyć na względne przemieszczenia poziome w gruncie lub

w konstrukcjach betonowych. Pomiar wykonywany jest w kolumnie specjalnych rur

wykonanych z aluminium lub tworzywa ABS. Rury posiadają rowki rozmieszczone co 90 o

słuŜące do prowadzenia sondy. Na rys. 1 pokazano dwie odmiany stosowanych rur

inklinometrycznych.

Rys. 1 Przekrój typowej rury inklinometrycznej wykonanej z aluminium i z ABS

Sonda typu S200SV produkcji firmy SISGEO wyposaŜona jest w dwa

serwoakcelerometryczne przetworniki wychyleń kątowych, co pozwala na jednoczesny

pomiar w dwóch płaszczyznach. Do odczytywania słuŜy rejestrator przenośny C800U

wyposaŜony w 64 K pamięci RAM. Rys. 2 przedstawia zestaw urządzeń do wykonywania

pomiarów inklinometrycznych.

Podstawowe dane techniczne urządzenia zestawiono w tabeli 1.

Tablica 1. Dane techniczne sondy S200SV

Zakres pomiarowy

±30 o

Typ

Sonda dwuosiowa

Nieliniowość i histereza

0,02% zakresu pomiarowego

Powtarzalność

0,01% zakresu pomiarowego

Zakres kompensacji temperaturowej

Od 0 o C do +50 o C

Materiał

Stal nierdzewna

Średnica

28 mm

Rozstaw rolek prowadzących

500 mm

520

Rys. 2 Zestaw urządzeń do pomiarów inklinometrycznych – sonda SV200 i rejestrator C800U

Kolumnę rur inklinometrycznych montuje się z odcinków łącząc je specjalnymi

złączkami. Łączone powierzchnie boczne smarowane są masą uszczelniającą (silikonem).

KaŜda rura łączona jest ze złączką dwoma nitami zrywalnymi. Połączenie izolowane jest

dodatkowo specjalną taśmą samoprzylepną. Dno kolumny rur zabezpieczane jest korkiem

przymocowanym nitami i uszczelnionym silikonem.

JeŜeli inklinometr ma zostać umieszczony w konstrukcji betonowej np. w ścianie

szczelinowej, to kolumnę rur wprowadza się do gotowego panelu zbrojenia i mocuje się do

pręta zbrojeniowego opaskami samozaciskowymi w odstępach co ok. 25 cm. Pręt zbrojenia

do którego jest przytwierdzona kolumna rur oraz pręty sąsiednie muszą być mocno połączone

ze sobą dla zabezpieczenia kolumny rur przed uszkodzeniem. W trakcie opuszczania panelu

zbrojenia do wykopu wypełnionego zawiesiną bentonitową, kolumnę rur wypełnia się

sukcesywnie wodą w celu zredukowania wyporu. Wypełnienie wodą naleŜy utrzymywać aŜ

do zakończenia betonowania. Po związaniu betonu woda moŜe zostać usunięta lub pozostać

w rurach, bowiem urządzenia pomiarowe (sondy) są wodoszczelne. Górna część kolumny rur

inklinometrycznych powinna być zabezpieczone przed uszkodzeniem trwałą obudową.

Po zainstalowaniu obudowy wykonuje się pomiar głębokości inklinometru oraz tzw.

pomiar zerowy tzn. wyjściowe połoŜenie rur inklinometrycznych w stosunku do pionu. Na

ogół pomiary wykonuje się względem dna inklinometrem, a odpowiedni program sumuje

odchylenia od pionu poszczególnych odcinków rur wyznaczonych na postawie kąta pomiędzy

osią sondy a pionem. Porównanie wyznaczonych w ten sposób odchyleń w kolejnych

pomiarach z pomiarem zerowym umoŜliwia ustalenie przemieszczeń w poszczególnych

poziomach na całej długości inklinometru. Pomiary wykonywane w dwóch wzajemnie

prostopadłych płaszczyznach pozwalają wyznaczyć wektory przemieszczeń poziomych. W

celu zminimalizowania błędów pomiarowych pomiar wykonuje się dwukrotnie z obróceniem

sondy o 180 o .

JeŜeli inklinometr instalowany jest w gruncie np. dla monitorowania zsuwu skarpy, to

kolumna rur umieszczana jest w otworze wiertniczym o odpowiedniej średnicy i głębokości.

Przestrzeń pomiędzy rurą inklinometryczną a rurą wiertniczą wypełniana jest specjalnym

zaczynem zapewniającym, po wyciągnięciu rur wiertniczych połączenie pomiędzy rurą

inklinometryczną a ścianką otworu. Przy dostatecznie głębokim inklinometrze, którego dno

521

znajduje się poniŜej strefy objętej ruchami (powierzchni poślizgu) wyznaczone

przemieszczenia są przemieszczeniami bezwzględnymi.

3. Przykłady zastosowania pomiarów inklinometrycznych do oceny bezpiecze ń stwa

obiektów

Obiekt hotelowy Hyatt w Warszawie zlokalizowany u zbiegu ulic Belwederskiej i

Spacerowej posiada pięć kondygnacji podziemnych i sześć nadziemnych. Poziom

posadowienia budynku ok. 15 m p.p.t. natomiast ściany szczelinowe zagłębiono na 29.0 m.

Zasadniczą warstwę podłoŜa stanowią iły plioceńskie zalegające poniŜej głębokości ok. 7-9

m, pokryte warstwą piasków rzecznych i antropogenicznych nasypów. Część podziemna

budynku była realizowana w obudowie ścianami szczelinowymi przy rozpieraniu ścian

kolejnymi stropami w miarę głębienia wykopu. Stropy podparte są słupami opartymi na

palach. Trudne warunki geotechniczne, bardzo głębokie posadowienie i skomplikowana

konstrukcja obiektu wymusiły zastosowanie juŜ podczas budowy monitoringu znacznie

wykraczającego ponad typowy stosowany w budownictwie ogólnym.

Inklinometr I-4,

sekcja 16

Inklinom etr I-2,

sekcj a 2

Inklinometr I-1,

sekcja 29

Inklinometr I-5,

sekcja 21

Rys. 3 Lokalizacja inklinometrów w ścianach szczelinowych budynku

Monitoring obiektu obejmował między innymi pomiary deformacji poziomych ścian

szczelinowych (rys. 3) w trakcie głębienia wykopu i odkopywania kondygnacji podziemnych

oraz w krótkim okresie po zakończeniu robót fundamentowych. Deformacje ścian

szczelinowych mierzone były przy wykorzystaniu pięciu inklinometrów rozmieszczonych w

połowie rozpiętości kaŜdej ściany. Na rys. 4 pokazano przemieszczenia w kierunku

prostopadłym do powierzchni ściany wykazane przez jeden z inklinometrów [1]. Wielkości

pomierzonych przemieszczeń są zbliŜone do uzyskanych w analizach numerycznych

przeprowadzonych metodą elementów skończonych na podstawie parametrów

geotechnicznych wyznaczonych w obszernych badaniach przeprowadzonych dla iłów z

podłoŜa omawianego obiektu [2] . Oprócz wyznaczenia przemieszczeń, obliczenia numeryczne

522

wykazały, Ŝe w Ŝadnym przekroju ścian szczelinowych i ich rozpór siły wewnętrzne nie

przekraczały nośności a potwierdzenie wielkości obliczonych przemieszczeń pomiarami

inklinometrycznymi świadczy o dobrym stanie podziemnej części obiektu, zapewniającym w

pełni jej bezpieczeństwo.

Rys. 4 Wyniki pomiarów inklinometru nr 1

Pałac Prezydencki w Warszawie zlokalizowany jest w pobliŜu górnej krawędzi Skarpy

Warszawskiej. PoniewaŜ pomiary przemieszczeń poziomych sieci reperów

powierzchniowych w ogrodach połoŜonych na skarpie wykazywały występowanie ruchów

poziomych, dla ustalenia wgłębnego zasięgu ewentualnych ruchów osuwiskowych

zainstalowano między innymi 6 inklinometrów. Dwa inklinometry zlokalizowane w górnej

części skarpy nieznacznie poniŜej północnej ściany Pałacu wykazały ruchy wyraźnie

przekraczające dokładność pomiarów i dodatkowo skoncentrowane na niewielkim odcinku.

Taki przebieg wykresu wskazuje jednoznacznie na wystąpienie zlokalizowanej strefy ścięcia.

Wykresy przemieszczeń (rys. 5) wykazują ruch w dół skarpy z wyraźnym przemieszczeniem

względnym (ścięciem) na głębokości 9,5-10,0 m w inklinometrze I-5 oraz na głębokości 11,0-

11,5 m w inklinometrze I-6 [3]. Ścięcia występują w warstwie iłów trzeciorzędowych.

Dotychczasowe wielkości przemieszczeń poniŜej 10 mm w okresie ponad 3 lat nie wskazują

na duŜe zagroŜenie konstrukcji Pałacu, jednakŜe konieczne jest prowadzenie w dalszym ciągu

monitoringu; w przypadku dalszego narastania przemieszczeń moŜe okazać się konieczne

odpowiednie wzmocnienie podłoŜa.

523

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: