Выбор конструктивных и профилактических мер защиты зданий

 

Выбор того или иного способа защиты зданий и сооружений производит­ся на основании выполненного прогноза деформаций земной поверхности, ре­зультатов натурного обследования состояния конструкций объектов, попадаю­щих в мульду сдвижения и депрессии, оценки степени прогнозируемых повреждений и опасности их для нормальной эксплуатации здания, технико-экономического сравнения возможных вариантов.

Как и при возведении зданий и сооружений на неравномерно сжимаемом основании, просадочных грунтах и подрабатываемых территориях конструктивные меры защиты подразделяются на следующие основные виды:

· устранение причин неравномерных деформаций (например, путем
закрепления основания фундаментов или водовозмещения);

· приспособление конструкций зданий к неравномерным деформациям
за счет повышения их жесткости или, наоборот,- гибкости;

· выравнивание зданий в процессе деформаций.

Первая группа мер заключается в отсечении основания здания от мульды оседания либо, в уменьшении перемещений грунта в мульде за счет повышения структурной связности и жесткости дисперсных грунтов. Сюда относятся:

а) подведение под здание свайного фундамента или дополнительных бетонных опор, опирающихся на нижние слои грунтов (коренные породы), не подверженных сдвижению или осадкам от водопонижения (рис.7.5а);

б) устройство шпунтовых ограждений (рис. 7.5б)-применяется преимущественно при проходке тоннелей мелкого заложения;

в) уменьшение сжимаемости дисперсных грунтов путем инъецирования цементного раствора в толщу, обусловливающую наибольший прирост эффективных напряжений и осадок при водопонижении (рис.7.5в);

г) закрепление вмещающего тоннель слоя перед проходкой.

Все эти методы широко известны и достаточно хорошо освоены специализированными строительными организациями. В то же время они являются наиболее радикальными (возможно полное исключение неравномерных осадок), трудоемкими и дорогими.

 

 

 

Рис.7.5а. Схема подведение под здание дополнительных опор: 1- тоннель; 2- существующий фундамент здания; 3-отдельные опоры; 4- угол возможных сдвижений

 

 

  

 

 

Рис.7.5б. Устройство шпунтовых ограждений

 

 

Рис.7.5в. Схема закрепления основания в зоне наибольшего путем инициирования цементного раствора.

 

 

 

 

              Рис.7.5г. Схема компенсационного нагнетания

 

Для многоэтажных зданий, развитых в плане, рекомендуется ком­пенсационное нагнетание в грунтовый массив под фундаментом защищаемого здания цементного или цементно-глинистого раствора. Нагнетание осуществ­ляется через ряд горизонтально расположенных инъекторов, устанавливаемых из вертикальных шахт, устраиваемых вблизи от защищаемого здания. Нагнета­ние следует производить в малопроницаемые слои грунта на глубине, равной примерно половине глубины заложения тоннеля.

Одним из способов устранения осадок, вызываемых водопонижением, является водовозмещение путем нагнетания части откачиваемой воды в осушаемый слой под пятном защищаемого объекта (рис.7.5г). Основное ограничение для этого метода: возможность развития суффозионных процессов в основании защищаемого объекта. Поэтому его не рекомендуется применять при нахождении природного УПВ в мелких и пылеватых песках и супесях.

Вторая группа мер, направленная на обеспечение сопротивления конструкций и приспособление зданий к деформациям основания, является наиболее хорошо отработанной и широко применяемой. При этом не исключается появление небольших трещин в стенах и перегородках и необходимость выполнения послеосадочного косметического ремонта. К ним относятся: устройство монолитных поясов жесткости по обрезу и подушкам фундаментов гражданских зданий; связей-распорок между фундаментами и дополнительных связей в каркасе промышленных зданий; преднапряженных стальных поясов в уровне цоколя и перекрытий жилых и общественных зданий.

Гибкость повышается путем устройства дополнительных деформационных швов (рис. 7.5д) с обеспечением жесткости каждого блока, в том числе и постановкой преднапряженных стальных тяжей. Этот способ рекомендуется для зданий, сложных в плане (П,Т и Г-образных) или протяженных, когда ожидаются большие неравномерные осадки отдельных его частей, причем, для обеспечения эффективности работы деформационного шва, рекомендуется рассечку стен осуществлять от верха карниза до подошвы фундаментов. Особое внимание должно быть уделено правильному устройству шва в перекрытиях, кровельном покрытии здания и заполнению его теплоизоляционным материалом.

 

 

Рис.7.5д. Схема устройства деформационного шва в здании при наличии преднапряженных стальных тяжей:

1- защищаемое здание; 2 - стальные тяжи {диаметром 30мм); 3-стяжные муфты; 4- угловые упоры (δ=20мм), установленные на раствор; 5- металлические пластины (δ=20мм);

 6- искусственно выполненный деформационный шов (засверливание наружной стены на 2/3 толщины, в местах прохождения деформационного шва под ригели подводятся кирпичные столбы на всю высоту здания)

Третья группа мер - выравнивание зданий по мере развития деформаций основания, например, с помощью домкратов, весьма сложна и трудоемка в подготовке и осуществлении. Опыта производства подобных работ на Урале нет.

Возведение метрополитена в г. Екатеринбурге показало, что наиболее эффективным способом защиты зданий от деформаций (при неизменном планировочном решении) является совмещение конструктивных и горно-технологических мероприятий. К последним относится: предъявление жестких требований к производителю работ по обеспечению длины незакрепленных и незатампонированных участков подземных выработок не более допустимой по расчету, скорости проходки и объёма строительного водопонижения.

Одним из способов уменьшения неравномерности осадок фундаментов зданий, расположенных на глубоких карманах выветривания, вызываемых водопонижением, может быть регулирование характера депрессионной кривой за счет рационального расположения водопонижающих скважин и регулирования длины свободной фильтрации в горную выработку. По результатам подобных расчетов предложены мероприятия по изменению проекта строительного водопонижения на строящейся станции «Бажовская» в г. Екатеринбурге для пре­дотвращения недопустимых деформаций 16-этажного жилого дома по ул. Большакова, 95. В этом случае особая ответственность возлагается на монито­ринг и геотехнический контроль за процессами в зоне строительства.

В период развития деформаций должны быть предприняты необходимые меры для обеспечения надежного опирания элементов междуэтажных пере­крытий, лестничных маршей и площадок многоэтажных зданий. Особенно это относится к различным стыковочным вставкам сложных в плане зданий. На участках стен с наибольшей концентрацией напряжений рекомендуется произ­вести закладку проемов кирпичной кладкой или вставить в них жесткие метал­лические рамы. В местах возможного отделения наружной облицовки зданий и в больших залах с лепными украшениями на период деформаций необходима установка улавливающих сеток. Хозяева и эксплуатирующий здание персонал должны быть предупреждены о возможных деформациях: ибо они, как прави­ло, первыми сообщают о возникающих нарушениях и становятся участниками мониторинга. Желательно информировать общественность города через сред­ства массовой информации о возможных последствиях работ по строительству метрополитена, что снимет возможные домыслы и слухи, погасит ненужный ажиотаж вокруг подземного строительства.

Своевременное выполнение комплекса горно-технологических, водоза­щитных и конструктивных мероприятий, разрабатываемых на основании на­дежного прогнозного расчета возможных деформаций земной поверхности и зданий в период производства работ, связанных с подземным строительством, обеспечивает безопасную и непрерывную эксплуатацию объектов существую­щей городской застройки.

8. Заключение

 

В процессе инженерно-геологической практики, мы ознакомились с физико-географическими, геологическими и гидрогеологическими условиями г.Екатеринбурга и Свердловской области.

Екатеринбург представляет собой гористую заселенную местность. В понижениях ландшафт чаще холмисто-увалистый, состоящий из независимых гряд и холмов, чередующихся с ложбинами.

В черте города и его окрестностях наблюдаются формы поверхности, связанные с деятельностью человека: ямы, бугры, рвы, оставшиеся от прежних выработок тех или иных месторождений.

Речные долины широкие, с хорошо выраженными поймами. Естественная поверхность лесопарковой зоны города к настоящему времени сильно изменена. В городской черте разрабатываются граниты, песок, торф и др. В местах бывших рудников возникли антропогенные формы рельефа: карьеры, ямы, овраги, терриконы, золоотвалы и др.

Екатеринбург находится в подзоне южной тайги континентального сектора, что обуславливает широкое распространение здесь южно-таежных сосновых лесов. Растительность представлена хвойными и лиственными лесами с большим количеством разнотравия. Растительность города значительно изменена человеком в процессе хозяйственного освоения территории.

Геологическое строение составляют магматические и метаморфические. Осадочные горные породы имеют незначительное распространение.

Коренные породы смяты в складки и нарушены зонами деформаций. Различные виды коренных палеозойских пород, развитых на территории Екатеринбурга, обладают различными физико-механическими свойствами.

Наиболее развиты кора выветривания, в которой представлены все генетические типы рыхлых четвертичных отложений. Мощность их разная от 0 до 14м

В гидрогеологическом отношении в районе расположения участка практики выделяются следующие гидрогеологические подразделения:

· водоносный горизонт четвертичных аллювиальных отложений;

· водоносная зона среднеордовикских-нижнекаменноугольных терригенных, вулканогенных и метаморфических пород.

· водоносный комплекс зоны трещиноватости интрузивных пород основного состава позднедевонского возраста.

 Водопроницаемость грунтов города различна как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Местная грунтовая обстановка допускает лишь применение приближённых коэффициентов фильтрации при гидротехнических расчётах.

Глубина распространения трещинных вод в районе Екатеринбурга различна. Отдельные трещины, по которым возможна циркуляция воды, встречаются глубиной до 100 метров.

Уровень залегания грунтовых вод при разном сочетании выветрившихся и коренных пород, которые имеются в городе, обусловлен рельефом местности, рельефом скальной поверхности и подземным стоком.

В ходе практики произвели маршрутную геологическую съемку береговой зоны рек Ольховки и Исети, в результате которой выяснили что она мало подходит для строительства. Трасса осложнена большими перепадами склонов, частичной заболоченностью прибрежной зоны. Береговые склоны:

А) Затухающие покрыты кустарником и древесной растительностью;

Б) Растущие не задернованы растительностью покровом и не покрыты кустарником

На них широко развиваются денудационные процессы. Водопроницаемость грунтов определяли на расстоянии 150м от береговой зоны реки Ольховки.

При этом коэффициент фильтрации был достаточно высок и свидетельствовал о хорошей водопроницаемости слагающих грунтов.

 Вскрытые шурфы показали, что залегающие на этом месте грунты надежны с хорошими фильтрационными свойствами и осадки на них пройдет за период строительства.

 При ознакомлении с основами строительства метрополитена в г. Екатеринбург выяснили, что оно ведется двумя способами:

· Горным (взрывным);

· Щитовым

Отличительной особенностью строительства городских подземных сооружений на Урале являются

1. Сложное залегание коренных горных пород (моноклинальное, складчатое и др.)

2. Водонасыщенность вмещающего массива, обуславливающего водопритоки в горные выработки, иногда весьма значительны.

3. Нижняя граница элювиальных отложений не ровная с частым опусканием в карманы и гнезда материнской породы.

4. Карманы на станции метро Геологическая достигают до 70м.

В ходе практики мы ознакомились с прессиометром, измеряющим деформационный характер грунта в стенке скважины под действием давления развивающегося в рабочей камере прессиометре.

По окончанию практики нами составлен отчет, в который внесены все результаты инженерных изысканий.

 

Литература

 

1. Л.И.Афанасиади, А.П.Кириченко. Руководство по геологической практике для студентов специальности «Строительство железных дорог». Свердловск, 1972

2. В.П.Афанасьев, Л.В.Передельский. Инженерная геология и гидрогеология. М., «Высшая школа», 1980

3. В.Д.Ломадзе. Инженерная геология. Специальная инженерная геология. Л., «Недра», 1978

4. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям для гидротехнического строительства. Под ред. Е.С.Карпышева. М., «Энергия», 1976

5. Инженерные изыскания для строительства. СНиП 1.02.07-87. М., 1987

6. Л. М. Байдалина, Л. Ф. Жуйкова. Методическое руководство по геологичесеой практике. Екатеринбург, 2006

 

 

Приложение 1