Konstrukcii / подрабатываемые территории

§ 53. Строительство на подрабатываемых территориях

Проектирование зданий и сооружений предназначенных для строительства на под­рабатываемых территориях (под которыми проводят или намечают проводить подземные горные разработки) надлежит осуществ­лять по требованиям СНиП II-A.14—71 («Зда­ния и сооружения на подрабатываемых тер­риториях»).

На подрабатываемых территориях часто возводят здания в районах угледобычи. Гор­ные выработки, как известно, оказывают вредное воздействие на конструкции зданий, расположенных над ними, вследствие неизбежных просадок дневной поверхности.

Меры по защите зданий от влиянии горных выработок можно подразделить на горнотехнические и специальные строительные (конструктивные).

Согласно СНиП II-A.14—71, прочность, устойчивость и эксплуатационная надежность зданий и сооружений, проектируемых на под­рабатываемых территориях угольных место рождений, должны обеспечиваться соответствующим расположением зданий и сооружений относительно мульды сдвижения земной поверхности, уменьшением деформаций земной поверхности горнотехническими мерами защиты, а также специальными строительными (конструктивными) мерами защиты.

Горнотехнические меры заключаются в том, что под зданиями оставляют предохранитель­ные целики ископаемого, заполняют выработанное пространство пустой породой или при меняют специальные способы выемки полезного ископаемого, уменьшающие влияние де формаций основания на здание.

Строительные (конструктивные) моры уменьшают дополнительные усилия в конст­рукциях зданий, возникающие в процессе подработки. К числу основных конструктив­ных мер относятся разрезка зданий на отсеки, повышение расчетного сопротивления ос­нования, снижение постоянных нагрузок и применение рациональных схем зданий.

Конструктивные меры предусматривают исходя из принципа жесткости или принципа податливости.

В первом случае необходимо обеспечить жесткость и прочность, достаточные для вос­приятия дополнительных усилий в конструк­циях без появления в них остаточных дефор­маций. Для повышения жесткости зданий следует, во-первых, увеличивать жесткость и прочность элементов их конструкций (на­пример, уменьшением проемов, применением более прочных материалов с усилением их армированием), а также введением надежных связей между элементами; во-вторых, приме­нить рациональные конструктивные схемы зданий, увеличивающие их общую жесткость.

Но втором случае защита (по принципу по­датливости) производится о учетом того, что конструкции следуют за деформациями зем­ной поверхности как и вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях без появления в них опасных напряжений и излишней деформативности элементов конструкции (раскры­тия швов, наклонов, сдвигов элементов кон­струкций). Чем гибче и податливее несущие конструкции, тем меньшие напряжения воз­никают в них при неравномерных деформа­циях основания. При этом необходимы стро­гие меры, обеспечивающие пространственную устойчивость зданий.

Здания можно проектировать полностью по принципу жесткости или но принципу подат­ливости, но иногда рационально применять комбинированную схему защиты (например, от влияния горизонтальных деформаций — по принципу податливости, а от неравномерных осадок — по принципу жесткости).

СНиП II Л.И—71 регламентирует проекти­рование строительных конструкций незави­симо от их назначения и применения в про­мышленном, жилищном и других видах стро­ительства с учетом мер, смягчающих влияние подработок.

При проектировании объектов с жесткой конструктивной схемой в качестве строитель­ных мер защиты необходимо предусматри­вать усиление несущих конструкций и объ­единение их в пространственно-жесткие бло­ки, а также устройство фундаментных и поэтажных железобетонных поясов, фундамент­ных связей-распорок, фундаментов в виде сплошных железобетонных плит, перекрест­ных балок, балок-стенок и т. п.

Рис. 210. Сопряжение конструктивных эле­ментов зданий в районах горных выработок: а — опирание и крепление панели перекрытия к железобетонному поясу в кирпичных зданиях; б — соединение поясного блока в крупноблочном здании: 1 — кладка стены; 2 — панель перекры­тия; 3 — железобетонный пояс; 4 — закладная деталь; 5 — анкер; в — блок связи; 7 — выпуски рабочей арматуры поясного блока; S — заделка стыка раствором на расширяющемся цементе

При проектировании объектов с податливой конструктивной схемой в качестве строитель­ных мер защиты требуется предусматривать разделение зданий и сооружений на отсеки (части) с устройством между ними деформа­ционных швов, устройство швов скольжения в фундаментных конструкциях, шарнирных, шарнирно-подвижных сопряжений и стыков несущих и ограждающих конструкций, сни­жение жесткости колонн и несущих бескар­касных стен.

При применении комбинированной конст­руктивной схемы следует предусматривать надземную часть здания с жесткой схемой, а подземную — с податливой (или наоборот).

При разделении зданий и сооружений на отсеки необходимо учитывать конфигурацию

его в плане (отдавая предпочтение простой форме), конструктивные особенности, а так­же интенсивность деформаций земной поверхности. Высоту зданий и сооружений в пределах отсека следует принимать одинако­вой, соблюдая по возможности условия сим­метричности распределения нагрузок и при­вязки основных несущих конструкций к осям проектируемого объекта. Деформационные швы должны разделять смежные отсеки зда­ний и сооружений по всей высоте, включая кровлю и, как правило, фундаменты.

Особенно важное значение для жесткости и устойчивости здания имеет усиление несу­щих стен железобетонными поясами, устраи­ваемыми в уровне цоколя и всех перекрытий. В кирпичных зданиях такие пояса выполня­ют обычно на всю толщу стены и к ним кре­пят панели перекрытий (рис. 210, а).

В крупноблочных зданиях пояса создают путем надежного соединения поясных блоков по всему периметру отсека (рис. 210, б).

Следует иметь в виду, что при защите зда­ний и их элементов по принципу жесткости конструктивные меры несколько увеличива­ют расход металла и других строительных материалов, а следовательно, и стоимость зда­ний. Применение же податливых конструк­тивных схем и рациональное использование несущей способности материалов позволяют уменьшить расход материалов и средств на конструктивные меры.

Повышенную податливость здания можно обеспечить следующим: созданием возможнос­ти горизонтальных перемещений элементов несущих конструкций, имеющих контакт с основанием; увеличением податливости несу­щих конструкций и связей между ними в вертикальной плоскости, которая является результатом снижения жесткости коробки здания (например, при увеличении проемяости зданий, применении пластических раство­ров для кирпичной кладки) и его элементов; строительством зданий со статически опреде­лимыми расчетными схемами несущих конст­рукций.

В целях уменьшения деформаций (переко­сов, наклонов, перемещений) в элементах кон­струкций при защите по принципу податли­вости, так же как и при жесткой конструк­тивной схеме, целесообразно, как уже говори­лось, разделять здание на отсеки небольшой длины.

Таким образом, при проектировании зданий в районах с подземной разработкой угли но обходимо учитывать особенности работы их конструкций в условиях неравномерной осадки грунта.

Здания, возводимые на подрабатываемых территориях

Общие положения. Территории, под которыми выполняют или на­мечают вести подземные горные разработки угля или других ископае­мых, называют подрабатываемыми. Этим территориям вследствие вы­емки нижних пластов свойственны оседания, прогибы, наклоны, гори­зонтальные смещения и другие деформации, вызывающие значительные повреждения или разрушения зданий и сооружений, расположенных на них.

Прочность, устойчивость и надежность в эксплуатации зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, обеспечи­вают специальными мероприятиями.

Исходными данными для проектирования построек на подрабаты­ваемых территориях являются максимальные значения прогнозируемы деформаций земной поверхности на участке строительства в на­правлении продольной и попе­речной осей проектируемого зда­ния. Подрабатываемые террито­рии в зависимости от прогнози­руемых деформаций земной по­верхности разделяют на четыре группы (табл. XXIV-1).

Таблица XXIV-1. Группы подрабатываемых территорий
Группы терри­торий	Прогнозируемые деформации земной поверхности
	относительные горизонталь­ные е - Ю3 (или мм/м)	радиус кривизны R\, км	наклон МО3, рад (или мм/м)
I II	12>е>8 8>е> 5 5>е>3 3>s>0	1<Я<3 3<R<7 7<Я<12 12</?<оо	20»<>10 ,10»1>7 7Ы>5 5>г>0

Мероприятия по дополни­тельному обеспечению нормаль­ной эксплуатации зданий и соо­ружений на территориях, где про­гнозируемые деформации незна­чительны (е<1, R>20 и i<3), обычно не предусматривают, за исключением объектов, особо чувствительных к неравномерным дефор­мациям.

При строительстве на подрабатываемых территориях предпочтение отдают зданиям небольшой площади, без выступов и пристроек. Зда­ния большой протяженности разделяют на отсеки, что уменьшает уси­лия в конструкциях, и они меньше повреждаются под воздействием осадок горных выработок. Длину отсеков назначают в зависимости от интенсивности деформаций земной поверхности, принятой конструктив­ной схемы здания, типа конструкции и характеристик грунта.

Сохранность и надежность зданий и сооружений, расположенных на подрабатываемых территориях, обеспечивают комплексом мероприя­тий. Главными из них являются: правильный выбор территории под строительство и соответствующая планировка застраиваемого участка; уменьшение деформаций земной поверхности с помощью горнотехниче­ских мер защиты: применение в зданиях и сооружениях специальных конструктивных и строительных защитных мер.

Выбор площадки под строительство и ее планировка. Площадки под строительство должны удовлетворять следующим условиям; прог­нозируемые деформации земной поверхности на них ожидаются минимальные; не допускается использовать для этого площадки, располо­женные в зонах обрушения от подземных выработок и на участках с возможными оползнями; запасы полезных ископаемых под площадками не должны иметь промышленного значения; выработка полезных иско­паемых была закончена ранее, и процесс подвижки горных пород и земной поверхности тоже закончился.

Большую сохранность и надежность зданий и сооружений в пери­од эксплуатации обеспечивают площадки, имеющие: над выработанным пространством малопрочные и пластичные породы, процесс сдвижения которых происходит плавно; пологое падение пластов полезных иско­паемых; малую и незначительную изменяющуюся высоту выработанно­го пространства; сплошную систему разработки; большую величину со­отношения между уровнем разработок от земной поверхности и высо­той вырабатываемого пространства.

Неблагоприятными для строительства считают площадки с нали­чием над выработанным пространством подвергающихся подвижке твердых и плотных пород (скальные, крупнообломочные и др ) с кру­тым падением пластов ископаемых и боковых пород, с большой высо­той выработанного пространства, наличием в толще тектонических на­рушении, малой глубиной разработок, высоким уровнем грунтовых вод подрабатываемых территориях, где по прогнозу возможны про­валы, а также в местах выходов пластов и тектонических нарушений строительство зданий и сооружений не допускается.

При проектировании промышленных предприятий и объектов в зо­нах залегания полезных ископаемых вопросы планировки и организа­ции территории увязывают с планами развития горных разработок На планах застройки показывают участки территории по группам намеча­ют предохранительные целики, места возможного образования трещин с уступами, провалов и т. п.

На генеральном плане предприятий здания и сооружения разме­щают с максимально возможным уплотнением и с учетом чувствитель­ности их к деформации земной поверхности. Очередность строительства согласовывают с календарным планом развития горных работ в преде­лах месторождения (предприятия). Участки, не пригодные для за­стройки, используют под озеленение.

Горнотехнические мероприятия. Такие мероприятия, предусматри­ваемые для уменьшения деформации земной поверхности и снижения их воздействия на здания и сооружения, включают в себя: полную или частичную закладку выработанного пространства доставленным извне материалом; неполную выемку полезного ископаемого по мощности или площади пластов; применение соответствующих систем разработок, по­рядка, скорости и способов выемки полезных ископаемых, способству­ющих равномерной сдвижке горных пород;

оставление предохранительных целиков требуемых размеров под зданиями и сооружениями, предотвращающее появление в них вред­ных деформаций. Это мероприятие используют в тех случаях, когда другие меры защиты технически невозможны или экономически нецеле­сообразны.

Виды горнотехнических мероприятий выбирают на основе технико-экономических показателей. Эти мероприятия можно сочетать с кон­структивными и строительными защитными мерами.

Помимо обеспечения соответствующей сохранности объектов горно­технические мероприятия способствуют безопасности ведения горных работ, безопасности людей, находящихся в их расположении или заня­тых на эксплуатации зданий, уменьшают потери и консервацию запасов полезных ископаемых.

Конструктивные и строительные мероприятия. Такие мероприятия выбирают исходя из принятой конструктивной схемы здания. Здания и сооружения, возводимые на подрабатываемых территориях, проекти­руют с податливыми, жесткими или комбинированными конструктивны­ми схемами.

Каркасные здания на подрабатываемых территориях строят, как правило, с податливыми и комбинированными конструктивными схе­мами, а бескаркасные — с жесткими. При комбинированной схеме над­земную часть здания выполняют жесткой, а подземную — податливой, и наоборот.

Бескаркасные здания высотой в 1—4 этажа с насущими кирпичны­ми и крупнообломочными стенами, имеющими большую проемность и узкие простенки, на территориях III и IV групп, а также бескаркасные одноэтажные здания при пролетах 12 м и более без внутренних попе­речных стен допускается строить по податливым конструктивным схе­мам.

Здания с податливыми схемами защищают от разрушения при не­равномерных деформациях следующими способами: разделением на отсеки деформационными швами; устройством швов скольжения меж­ду надземной и подземной частями; снижением жесткости колонн и не­сущих стен; устройством шарнирных и шарнирно-подвижных сопряже­ний и стыков несущих и ограждающих конструкций.

В зданиях с жесткими конструктивными схемами предусматривают следующие меры защиты от разрушения: усиливают несущие конструк­ции и объединяют их в пространственно-жесткие блоки; устраивают фундаментные и поэтажные железобетонные пояса; применяют фунда­ментные связи-распорки, фундаменты в виде сплошных железобетон­ных плит, перекрестных балок, балок-стенок и т. п.

Для уменьшения нагрузок на фундаменты от воздействия дефор­маций земной поверхности предусматривают: минимально допускаемую глубину заложения фундаментов; швы скольжения между конструктив­ными элементами, имеющими контакт с грунтом и вышерасположенны­ми конструкциями; устройство грунтовых (песчаных) подушек при вы­сокой несущей способности грунтов оснований; максимальное снижение массы несущих и ограждающих конструкций; рациональную планиров­ку подвалов и технических подполий (устройство их по всей площади отсека на одном уровне).

В зданиях и сооружениях, возводимых на площадках с крутым па­дением пластов, из-за чего могут появиться ступенчатые деформации, предусматривают возможность выравнивания конструкций домкратами и другими устройствами. Для установки домкратов в фундаментах бес­каркасных зданий предусматривают ниши и распределительные желе­зобетонные балки-пояса, а в каркасных зданиях — специальные упоры на колоннах.

Фундаменты, расположенные над швом скольжения, связывают между собой железобетонными поясами, плитами или связями-распор­ками (рис. XXIV-1, а). В ленточных фундаментах без швов скольжения устраивают железобетонные пояса по грунту. В свайных фундаментах роль пояса выполняет ленточный ростверк, а для кустов свай — связи- распорки между шштами ростверка. Связями-распорками можно соеди­нять фундаменты в продольном и поперечном направлениях.

Рис. XXIV-1. Некоторые конструктивные элементы зданий, возводимых на подрабаты­ваемых территориях:

о —схема устройства шва скольжения и распорок-связей в столбчатых фундаментах- б — схема устройства сплошной фундаментной плиты со швом скольжения; в - крепление подкрановой бал­ки к колонне; / -бетонная или железобетонная подушка; 2 - шов скольжения; 3- распорка-связь- - фундаментная плита; 5 - фундамент под оборудование; 6 - деформационный шов; 7 - анкер^: « — величина возможного подъема подкрановой балки; 9 — то же, горизонтального смещения

Деформационные швы разделяют здания на отсеки по всей высо­те, включая обычно и фундаменты. Под парные колонны или стены в местах швов фундаменты допускается устраивать на общих подушках если они отделены от них швом скольжения или тогда, когда фунда­менты под остальные колонны смежных отсеков конструктивно не свя­заны между собой плитами, связями-распорками и т. п.

Длину отсеков и ширину зазора деформационных швов принимают с учетом интенсивности деформаций земной поверхности, конструктив­ной схемы здания и физико-механических характеристик грунта.

Шов скольжения, отделяющий надземную часть здания от подзем­ной, располагают в горизонтальной плоскости над фундаментной по­душкой (рис. XXIV-1, а), а в зданиях с подвалом — под перекрытием подвала или технического подполья. Над швом предусматривают за­щитный пояс. Шов скольжения выполняют из двух слоев пергамина с прослойкой молотого графита, щипаной слюды или инертной пыли.

Для снижения усилий в фундаментной плите ее также рекоменду­ется проектировать со швом скольжения. В местах примыкания плиты к фундаментам под технологическое оборудование оставляют зазоры, ширину которых определяют расчетом; при этом она должна быть не менее 50 мм (рис. XXIV-1, а).

Особенности каркасных и бескаркасных зданий на подрабатывае­мых территориях. Поперечные рамы для одноэтажных каркасных зда­нии проектируют:

на подрабатываемых территориях I и II групп — в виде шарнирно- связевых систем с шарнирно-неподвижными сопряжениями крайних ко­лонн с фундаментами или шарнирно-подвижными сопряжениями риге- леи с колоннами; на территориях III и IV групп - в виде шарнирно- связевых систем с жесткими сопряжениями колонн с фундаментами

Для продольных рам одноэтажных зданий выбирают шарнирно- связевые системы с постановкой в необходимых случаях фундаментных связей-распорок.

Для каркасов многоэтажных зданий в большинстве случаев приме­няют рамно-связевые системы; для них допустимы также шарнирно- связевые и жесткие рамные системы.

Устойчивость каркасных зданий в поперечном направлении обеспе­чивают защемлением определенного количества колонн в фундаментах а в продольном направлении, кроме того, устройством блока жесткости в каждом ряду колонн посередине отсека постановкой связей Фунда­менты колонн блока жесткости соединяют связями-распорками

В зданиях с мостовыми кранами при отсутствии поперечных распо­рок-связей между фундаментами предусматривают возможность регу­лировки положения подкрановых путей (балок и рельсов) в горизон­тальной плоскости, а при ожидаемом наклоне подкранового пути более 6 мм/м в продольном направлении и 4 мм/м — в поперечном направле­нии, а кроме того по вертикали (рис. XXIV-1, в). Предпочтение следу­ет отдавать подвесному и напольному подъемно-транспортному обору­дованию.

Подкрановые балки используют разрезные, металлические и реже железобетонные.

Несущие конструкции покрытия опирают шарнирно на колонны по­средством катковых и скользящих опор, показанных на рис. XXIV-2.

Рис. XXIV-2. Шарнирно-подвижные сопряжения несущих конструкций покрытий с ко­лоннами: а — катковое; б — скользящее; 1 — колонна; 2 — направляющая пластинка; 3 — ферма; 4— каток;5 — ограничитель; 6 — опорный столик; 7 — шов скольжения

Стены каркасных зданий рекомендуется монтировать из навесных облегченных панелей с податливым креплением к колоннам. Допуска­ются также самонесущие кирпичные и блочные стены с усилением кх по периметру железобетонными поясами, а в местах пересечения — и горизонтальными арматурными сетками. Самонесущие стены крепят к колоннам деталями, не препятствующими относительным смещениям в плоскости стен.

При решении планировочных и конструктивных вопросов зданий, возводимых на подрабатываемых территориях, следует симметрично располагать стены в плане, принимать по возможности одинаковые по высоте и ширине простенки и проемы, располагая их равномерно по длине и высоте стен. В пределах здания (отсека) несущие стены необ­ходимо устраивать из одного материала и одинаковой конструкции.

Для обеспечения прочности и устойчивости бескаркасных зданий предусматривают: устройство в крупноблочных и кирпичных стенах в уровне перемычек или перекрытий поэтажных замкнутых по периметру железобетонных поясов; усиление несущих конструкций крупнопанель­ных зданий и соединение всех элементов здания в пространственную систему; устройство замкнутых фундаментного и цокольного поясов по периметру зданий.

В одноэтажных зданиях на подрабатываемых территориях III и IV групп можно возводить стены с облегченной кладкой с вертикальны­ми диафрагмами и заполнением легким бетоном. Для зданий с про­дольными несущими стенами, как правило, применяют беспрогонную схему покрытия. Опорные части балок заанкеривают в стены.

Панели наружных и внутренних стеи, перекрытий и покрытий со­единяют между собой и с наружными стенами связями — сваркой за­кладных элементов, петлевыми анкерами или металлическими наклад­ками. Швы замоноличивают цементным раствором марки не ниже 100.

Сопряжения каменных стен усиливают арматурой диаметром 4-6 мм, которую укладывают в горизонтальные швы через 1,5 м по вы­соте и заделывают в каждую сторону от пересечения осей на 1,2—1,5 м.

Жесткие полы на грунте (бетонные, цементные, ксилолитовые и др.) защищают от повреждений при неравномерной осадке здания разрез­кой на прямоугольники со стороной не более 6 м, оставляя между ни­ми зазор.