Тема 11. Геодезические наблюдения за смещениями и деформациями инженерных сооружений

1. Причины и виды деформаций

В строительный период и при эксплуатации происходит смещение зданий, сооружений и их конструкций относительно первоначального положения. Смещения подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные смещения называют сдвигами, вертикальные – осадками.

Причинами сдвигов могут служить оползневые процессы. Так, правобережье Волги от Самары до Волгограда - оползневая зона. Причинами сдвигов плотин, мостовых опор через большие реки могут служить водонапорные силы. Сдвиги приводят к деформациям зданий. сооружений и, в конечном счете, к их разрушениям. Выявление начала сдвигов, их анализ и конструктивные решения позволяют стабилизировать процесс.

Осадки зданий, сооружений и их конструкций происходят в силу разных причин. Под действием собственного веса происходит сжимание грунта в основании и, как следствие, осадка сооружения. Причинами осадок (и подъемов) могут служить изменения водно-теплового режима, в весенне-осенний периоды. Расхождения между расчетными и схемами при проектировании и действительными схемами конструкций приводят к приближенной характеристике устойчивости и прочности сооружений и, как следствие неизбежная осадка. При расчетных схемах осредняют условия. Например, состав грунта в основании по данным геологических съемок. Чем больше осреднений, тем больше отклонения от фактических схем. Причинами осадок может служить техногенная деятельность человека. Прорыв воды на строительной площадке приводит к замачиванию грунта, изменяющему механические свойства грунта. На сооружения воздействуют переменные силы: ветровые и снеговые нагрузки, вибрация при работе оборудования и т. п.

Осадки подразделяются на равномерные и неравномерные. Равномерные осадки, это когда все точки конструкции смещаются на одну величину и в одном направлении. Если точки конструкций смещаются на разные величины, то осадки считаются неравномерными.

Равномерные осадки, в общем-то, не приводят к разрушениям конструкций. Поэтому их нормируют СНиПы достаточно большими, в зависимости от типа сооружения, до 150 мм и больше. Неравномерные осадки приводят к деформациям конструкций. При деформациях, превышающие допустимые, происходит нарушение прочности сооружения. В конструкциях появляются трещины, разломы. В отдельных случаях возможны аварии и разрушение сооружения. Допустимые деформации нормируются СНиПами для каждого вида конструкции, здания, сооружения.

На рис.11.1 приведены виды деформаций фундаментов. Рис.11.1, а – прогиб фундамента. Появляется трещина, увеличивающаяся сверху вниз. Нормируется стрела прогиба f_ПР фундамента в зависимости от длины L (относительный прогиб f_ПР /L). Рис.11.1, б – выгиб фундамента. Появляется трещина, увеличивающаяся снизу вверх. Происходит разлом здания. Требования к выгибу более жесткие, чем к прогибу. Стрела выгиба не должна превышать 25 от стрелы прогиба, f_B  f_ПР / 4. Рис.11.1, в – крен фундамента, приводящий к крену всей конструкции. Нормируется линейная величина крена k конструкции или относительная величина крена k / H. Так, допустимый относительный крен дымовых труб высотой Н до 100 м k / H = 1 / 500, для труб при Н100 м допустимый крен k=0.5 м. При больших значениях крена возможно разрушение сооружения.

а б в

Рис.11.1. Виды деформаций фундаментов

а – прогиб; б – выгиб; в – крен

Все величины деформаций, нормированные строительными нормами и правилами, должны определяться в процессе строительства и в период эксплуатации. Абсолютно неподвижных конструкций нет.

Сдвиги и осадки определяются геодезическими методами в процессе циклических измерений. Интервалы между циклами устанавливаются инструкциями.