Оценка вибрационного воздействия на участке строительства объекта г. Москва, СВАО от воздействия городской инфраструктуры, в том числе метрополитена

Цель работы:
получение фактических данных о вибрациях, возникающих на участке строительства объекта: «Школьное здание на 600 мест» по адресу: г. Москва, СВАО, Сигнальный проезд, вл. 16» (далее – Объект) от воздействия городской инфраструктуры, в том числе метрополитена.

Расположение объекта:
Проектируемый объект расположен на расстоянии ~ 250 м от Северо-Восточной хорды и линии МЦК; и на расстоянии ~ 600 м от линии метрополитена Владыкино Серпуховско-Тимирязевской линии (Рисунки ниже).


Расстояние от Объекта до Серпуховско-Тимирязевской линии

Процесс работы:
Необходимо провести контрольное вибродиагностическое обследование площадки строительства для оценки (прогноза) максимально возможных уровней вибраций в помещениях корпуса указанного выше объекта от движения поездов метрополитена с целью проверки их на соответствие требованиям регламентируемым положениями санитарных норм (СанПиН 1.2.3685-21 [1]).
Кроме того согласно техническому заданию на выполнение работы необходимо дать оценку вибрационного воздействия поездов метрополитена на конструкции объекта.
Необходимо отметить, что по результатам измерений вибраций не ожидалось получения информации о значительных колебаниях на поверхности грунта, таких как те, что возникают вблизи линий тоннелей метро мелкого заложения или наземного расположения, т.к. указанные выше линия метрополитена расположена на значительном расстоянии от строительной площадки объекта.
В санитарных нормах одним из основных нормируемых параметров вибрации является среднеквадратическое значение (СКЗ) виброускорения (виброскорости), либо логарифмический уровень вибрации в децибелах (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16, 31.5 и 63 Гц.
Прогноз уровней вибраций в помещениях здания может быть выполнен с учетом рекомендаций ряда нормативной литературы, разработанной на основе многолетнего практического опыта измерения вибраций в зданиях, расположенных вблизи линий метрополитена [2, 6, 7 и 9].
При выполнении прогноза допускается в качестве ожидаемых величин вибрации в проектируемых и намеченных к строительству вблизи линий метрополитена зданиях принимать значения вибрации, полученные методом непосредственного измерения на поверхности грунта строительной площадки в месте расположения будущего здания.
В указанных выше документах рекомендуется оценивать уровни вибрации в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 16, 31.5 и 63 Гц, т.к. именно в этих октавах при движении поездов метрополитена наблюдаются наибольшие превышения уровней вибрации в зданиях над нормативными величинами.
Для непостоянной вибрации нормируются эквивалентные корректированные ускорения, приведенные к нормируемому периоду контроля вибрации и их логарифмические уровни в дБ.
Измеряемой величиной является среднеквадратичное ускорение. Для измерения корректированного ускорения используется частотная коррекция Wm, которая применятся в диапазоне частот от 1 до 80 Гц.
В разделе приведены результаты измерения уровней колебаний в 6-ти точках на поверхности грунта, находящихся на территории площадки под будущее строительство объекта и расположенных вдоль абриса фундамента корпуса объекта на разных расстояниях от  путей линии метрополитена.

Конструктивных решений здания
Конструктивная схема здания представляет собой монолитную железобетонную каркасно-стеновую систему с вертикальными железобетонными колоннами и стенами, связанными горизонтальными дисками перекрытий, с ядрами жесткости лестничных и лифтовых узлов. Узловые соединения монолитных конструкций – жесткие. Конструкции покрытия универсального трансформируемого и универсального спортивного залов (фермы, монолитное ж/б перекрытие по профнастилу, прогоны и связи) не участвуют в обеспечении пространственной жесткости здания. Опирание ферм на колонны и прогонов на фермы – шарнирное.

ВИБРОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКИ ВИБРАЦИЙ
В качестве виброизмерительной аппаратуры использовались два комплект, из которых первый (для записи ускорения колебаний) включал в себя:
–    шесть вибропреобразователей типа АР98-100-01;
– два виброметра «ЭКОФИЗИКА-110В» и «ЭКОФИЗИКА-110А», разработанные ООО «ПКФ Цифровые приборы», заводские номера БФ140020 и ЭФ110404 соответственно.
Второй комплект виброизмерительной аппаратуры (для записи скорости колебаний) включал в себя:
- два 3-х компонентных высокочувствительных (2х1200 В/м/с) велосиметра CMG – 6T, производства  компании «Guralp Systems Limited», Великобритания, модель 6T-MAV101300242L, заводские номера T6H50 и T6I32;
- полевой сейсмический регистратор DR4030, производства ООО «АСТ», заводской номер 4030044.
Перед проведением виброизмерительных работ на строительной площадке в лабораторных условиях была проведена совместная проверочная калибровка измерительных комплектов на вибростенде с одновременной установкой виброизмерительных датчиков обоих комплектов на площадку вибростенда.
Измерительные датчики для записи ускорения и скорости колебаний устанавливались на поверхности грунта с помощью металлических площадок размером 25х20х0,8 см со стержнями из заостренного уголка 5х5х0,4 см длиной 21 см, задавливаемыми в грунт (Ошибка! Источник ссылки не найден.).
К указанным выше металлическим площадкам каждый датчик записи ускорения закреплялся с помощью магнита с резьбовой шпилькой входящего в виброизмерительный комплект. Датчики для записи горизонтальных колебаний были направлены вдоль продольной и поперечной осей проектируемого здания.
На рисунке 2.2 приведен ситуационный план с расположением запроектированного здания по отношению к источникам вибрации и указано расположение точек 1 - 6, в которых проведены измерения вибраций.
Таким образом, одновременно с регистрацией ускорения колебаний в указанных выше точках с помощью виброметров «ЭКОФИЗИКА-110» проводилось также измерение скорости колебаний велосиметрами с записью регистратором DR4030

Результаты измерений
В разделе приведены результаты, полученные при фиксации приборами «ЭКОФИЗИКА-110» параметров вибрации, а также при обработке записей ускорения и скорости колебаний в точках 1 - 6 при регистрации вибраций на поверхности грунта, выполненной 18 июня 2023 г. в период интервала по времени с 13 часов дня по 18 часов вечера. В указанный период времени регистрация вибрации велась одновременно двумя комплектами измерительной аппаратуры, описание которой дано в разделе 2.
В таблице 3.1 приведены максимальные пиковые значения ускорения и скорости колебаний, полученные в результате обработки записей вибрации виброметрами «ЭКОФИЗИКА-110» и регистратором DR4030 в диапазоне частот от 0,7 до 90 Гц из которой в частности следует, что максимальные скорости колебаний поверхности грунта, зарегистрированные в точках 1 - 6, не превышают значений 0,07 мм/с в направлении вертикальной оси «Z» и 0,04 мм/с в направлении горизонтальных осей «X» и «Y».
Приведены максимальные значения уровней ускорения колебаний (со временем осреднения уровней вибрации равным 1 сек), зафиксированные измерительной аппаратурой первого комплекта на базе виброметров «ЭКОФИЗИКА-110» за время проведенных измерений в точках 1 - 6 в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 16, 31.5 и 63 Гц и вычисленные в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4 и 8 Гц по записям скорости колебаний,   выполненных с помощью велосиметров CMG–6T.
В нижней строке приведены для сравнения допустимые значения уровней ускорения по СанПиН 1.2.3685-21 для помещений образовательных учреждений, с учетом поправки на непостоянную вибрацию « - 10 дБ».

Оценка значений эквивалентного корректированного уровня ускорений в помещениях здания
Согласно СанПиН 1.2.3685-21 (п.107, б) нормируемым параметром непостоянной вибрации являются эквивалентные корректированные ускорения (по осям Z, X, Y), приведенные к нормируемому периоду контроля вибрации и их логарифмические уровни в дБ. Данная оценка является интегральной оценкой вибрации, воздействующей на человека, как по частоте, так и с учетом времени её воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню.
Ниже приведена сводная таблица допустимых значений и уровней вибрации в помещениях жилых и общественных зданий в случае «непостоянной вибрации» на основе таблиц 5.36 и 5.37 СанПиН 1.2.3685-21 с учетом указанных поправок согласно (п.111, п.112 и п.113).

Выводы
1.  Выполнены контрольные замеры непостоянных вибраций, возникающих во время движения поездов Серпуховско-Тимирязевской линии метрополитена на площадке строительства объекта «Школьное здание на 600 мест» по адресу: г. Москва, СВАО, Сигнальный проезд, вл. 16.
2.  В шести точках на поверхности грунта (расположенных в пределах абриса фундамента проектируемого здания) двумя комплектами измерительной аппаратуры 18 июня 2023 г. производилась одновременная запись ускорения и скорости вертикальных и горизонтальных колебаний и регистрация их уровней в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 1, 2, 4, 8, 16, 31.5 и 63 Гц.
3.  Результаты измерений уровней вибрации на поверхности грунта в указанных выше точках указывают на отсутствие превышения максимальных значений уровней вибрации над принимаемыми по санитарным нормам (СанПиН 1.2.3685-21) допустимыми значениями для помещений образовательных учреждений.
4.  Результаты измерений вибрации показали, что максимальное значение скорости колебаний в точках на поверхности грунта строительной площадки не превысило  0,07 мм/с.
5.  Оценка (прогноз) значений эквивалентных корректированных уровней виброускорения ограждающих конструкций в помещениях запроектированного здания школы, выполненная с учетом рекомендаций СП 465.1325800.2019 и СП 441.1325800.2019 показала, что эти значения (при самом неблагоприятном прогнозе  имеет значение 59,4 дБ) не превышает нормируемого СанПиН 1.2.3685-21 соответствующего уровня для помещений образовательных учреждений (равного 67 дБ).
6.  Выполнена оценка воздействия вибрации на механическую безопасность несущих конструкций здания в соответствии с положениями ГОСТ Р 52892, а также оценена возможность развития дополнительных неравномерных осадок фундамента здания, вызванных длительным динамическим воздействием. Результаты оценки позволяют сделать вывод, что эксплуатационная надежность здания при длительном воздействии действующих в настоящее время вибраций от движения поездов метрополитена обеспечена.
7. Результаты выполненных контрольных замеров непостоянных вибраций, возникающих во время движения поездов  метрополитена вблизи площадки строительства объекта «Школьное здание на 600 мест» по адресу: г. Москва, СВАО, Сигнальный проезд, вл. 16 и выполненный прогноз соответственно для вибрации в помещениях здания показал, что проведение дополнительных шумо-виброзащитных мероприятий не требуется.

Перечень ссылочных документов
1. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
2. ВСН 211-91 «Прогнозирование уровней вибраций грунта от движения метропоездов и расчет виброзащитных устройств», Минтрансстрой, М., 1991.
3. ГОСТ Р 52892-2007. Вибрация зданий. Измерение вибрации и оценка ее воздействия на конструкцию.
4. ГОСТ Р ИСО 10137. Основы расчета строительных конструкций. Эксплуатационная надежность зданий в условиях воздействия вибрации.
5. СП 22.13330.2016. «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений».
6. СП 23-105-2004 «Оценка вибрации при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов метрополитена». Госстрой России, ФГУП ЦПП, М., 2004.
7. СП 120.13330.2012 Метрополитены. Актуализированная редакция СНиП 32-02-2003.
8. СП 441.1325800.2019. Защита зданий от вибрации, создаваемой железнодорожным транспортом. Правила проектирования.
9. СП 465.1325800.2019. Защита зданий от вибрации метрополитена. Правила проектирования.
10. Дашевский, М.А. «Концепция виброзащиты зданий и сооружений в поле строительных нормативов РФ» / М.А. Дашевский, В.Л. Мондрус, В.В. Моторин // Academia. Архитектура и строительство, 2018, №4, стр.109-115.
11. Чернов, Ю.Т. «Вибрация строительных конструкций», М., Издательство АСВ, 2006.