Оценка воздействия деформаций земной поверхности в мульде сдвижения и депрессии на конструкции зданий

Деформации земной поверхности в мульде сдвижения и депрессии являются причиной неравномерных осадок и дополнительного нагружения, а, следовательно, и появления дополнительных усилий в строительных конструкциях зданий и сооружений, что может привести к их повреждению, а в наиболее неблагоприятных случаях – разрушению. Дополнительные усилия в несущих конструкциях эксплуатируемого здания появляются в процессе взаимодействия надземной части с деформирующимся основанием посредством фундамента.

Рис. 7.1. Схема влияния на здание края мульды положительной кривизны

Рис. 7.2. Схема влияния на здание отрицательной кривизны вогнутости

Кривизна выпуклости и вогнутости основания в мульде осадок обуславливают изгиб бескаркасного здания в вертикальной плоскости, обуславливают изгиб бескаркасного здания в вертикальной плоскости, наклоны поверхности – его крен, а горизонтальные перемещения ( растяжение и сжатие грунта) вызывают дополнительные усилия в пдземной части здания, которые, в свою очередь через обрез фундамента передаются на надземное строение в виде дополнительных изгибвающих моментов и поперечных сил. Таким образом, деформации земной поверхности относятся к факторам нагрузки. В соответствии со СНиП 2.01.07-85 воздействия, вызываемые образованием мульды сдвижения, относятся к особым.

Рис. 7.3. Схема воздействия перегиба мульды сдвижения на здание

4.8.1 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.4.11а); б) устройство шпунтовых ограждений (рис. 4.11б)-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.4.11в); 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.4.11а. Схема подведение под здание дополнительных

опор: 1- тоннель; 2- существующий фундамент здания;

3-отдельные опоры; 4- угол возможныхсдвижений

Рис.4.11б. Устройство шпунтовых ограждений

Рис.4.11в. Схема закрепления основания в зоне наибольшего

путем инициирования цементного раствора.

Рис.4.11г. 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.4.11г). 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. 4.11д) 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.4.11д. 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. Кпоследним 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.