Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Отчёт бригада 6 исправленный.docx
Скачиваний:
28
Добавлен:
28.09.2019
Размер:
10.65 Mб
Скачать

7.3 Прогнозирование развития депрессионных воронок и расчет осадок поверхности при водопонижении

Одной из отличительных региональных особенностей строительства го­родских подземных сооружений на Урале является водонасыщенность вме­щающего массива, обусловливающая водопритоки в горные выработки, иногда весьма значительные. В качестве основных мер защиты от затопления приме­няется водоотлив из зумпфов и предварительное строительное водопонижение с помощью глубоких скважин. Другие специальные методы, например, устрой­ство противофильтрационных завес, создание льдогрунтового ограждения и т.п., как уже отмечалось, не применяются вследствие особенностей литологического строения и по экономическим причинам. Длительно действующий водо­отлив и строительное водопонижение приводят к понижению УПВ и развитию осадок и деформаций земной поверхности в мульде депрессии. В итоге воздей­ствия от обоих неблагоприятных факторов, следующие - развитие мульды сдвижения при проходке тоннеля и осадки от водопонижения в мульде депрес­сии - накладываются и могут служить причиной значительных нарушений в зданиях и сооружениях на поверхности, инженерных коммуникациях и обусловило характер и величины (от 70 до 100%) всех наблюдавшихся аварий­ных деформаций зданий и сооружений.

7.4 Сравнение прогнозируемых осадок с результатами натурных измерения

В ходе строительства метрополитена выполняется мониторинг, вклю­чающий: маркшейдерский контроль за геометрией подземных выработок; ре­жимные наблюдения за изменениями УПВ; геодезические измерения осадок зданий и сооружений, попадающих в мульду депрессии и сдвижения; измере­ния деформаций земной поверхности на специально оборудованных профиль­ных линиях. Систематические наблюдения за развитием деформаций земной поверхности и зданий, изменениями УПВ во взаимосвязи с выполняемыми горнопроходческими работами и работами по водопонижению призваны отследить: возникновение и протекание геодинамических процессов; нарушения существующего равновесия в основаниях фундаментов и надземных конструк­циях зданий, степень их повреждения и опасности для окружающих; в необхо­димых случаях оперативно внести коррективы в предусмотренные проектом горнотехнологические или конструктивные защитные мероприятия.

Геодезические наблюдения за перемещениями фундаментов зданий и земной поверхности осуществляются высокоточным геометрическим нивели­рованием (с помощью прибора Н-ЗКЛ с насадкой, и инварной рейкой при ко­ротком плече наблюдения, позволяющем обеспечить точность отсчета 0,1-0,2 мм) стенных, поверхностных и глубинных марок (подвижных реперов), закладываемых, соответственно, по периметру защищаемых зданий и по про­фильным линиям - поперечникам в пределах ожидаемых максимальных осадок пo трассе. За исходные берутся пункты городской высотной сети, расположенные за границами прогнозируемой мульды сдвижения и депрессии.

Все геодезические наблюдения ведутся в соответствии с Временными методическими указаниями по наблюдениям за деформациями зданий и со­оружений при строительстве метрополитена в г. Екатеринбурге.

Изменения УПВ контролируются по сети наблюдательных скважин, переоборудованных из разведочных и пройденных специально, с помощью электрического датчика уровня. Частота наблюдений зависит от интенсивности развития деформаций или понижения УПВ на данном участке и намечается по заранее разработанной программе.

В процессе мониторинга установлено, что после включения строительного водопонижения и производства водоотлива ряд зданий вдоль улицы 8 Марта претерпел осадки. Перечень таких зданий, характеристики неравномерности осадок и основных дефектов приведены в таблице №8.1.

Таблица №8.1

Перечень зданий по улице 8 Марта, претерпевших деформации в результате действия строительного водопонижения.

п/п

Номер дома, объект

Перемещения, мм

Относитель-ная

разность

ΔS/L

Наиболее характерные нарушения в конструкциях

Smax

Smin

1

Жилой дом № 55

-123

-30

0,0025

Трещины в наружных и внутренних стенах, раскрытие рустов между плитами

2

Жилой дом № 57 с селитебной пристройкой

-105

-105

-28

-39

0,0019

0,0053

Трещины в опорных частях балок покрытия в почтовом отделении. Трещины в наружных, внутренних стенах между плитами покрытия. Трещины в несущей колонне селитьбы.

3

Жилой дом № 61

-95

-10

0,0030

Наклонные трещины в подоконных нишах, раскрытие рустов между плитами и деформационных швов.

4

Жилой дом № 59, корпус 2

-5

3

0,0007

Трещины в наружных стенах раскрытие рустов между плитами.

5

Общежитие ГГА,

ДОМ

№82

-17

8

0,0009

Трещины в наружных и внутренних стенах с раскрытием до 1 -см

6

Институт философии и права, № 68

-33

-19

0,0008

Видимых разрушений нет. Усадочные трещины в штукатурке цоколя.

7

УрАГС, № 66/2

-30

-15

0,0008

Вертикальное и горизонтальное смещение колонны в районе лифтовой шахты и вестибюля.

8

Цирк

-57

-5

0,0013

Наклонные трещины в перегородках зрительного зала и АБК.

Анализ приведённых материалов показывает однозначную зависимость перемещении фундаментов от изменения УПВ: при понижении уровня примерно на 5...7 м ниже природного (дополнительное гидростатическое давление от действия Архимедовой силы 50...70 кПа) начинаются деформации дисперсных грунтов и проявляются осадки поверхности, причём в начальный период формирования воронки процесс осадок зданий наиболее активен; после стабилизации уровня воду происходит стабилизация осадок с задержкой более 1 месяца. При отключении водопонижающей скважины на несколько суток наблюдались повсеместный подъём уровня воды, прекращение роста осадок зданий и даже перемещение некоторых марок вверх. Неравномерность перемещений зависит от литологического строения толщи основания и её неоднородности, типа фундамента, формы и конструкции здания. Деформации от водопонижения на участке между ул. Куйбышева - пер. Саперов претерпели здания, расположенные по левой стороне ул. 8 Марта, проложенной в пределах второй надпойменной террасы р. Исеть. Кровля скальных коренных пород здесь резко понижается, верхняя часть литологического разреза сложена делювиально-элювиальными образованиям четвертичного возраста, по руслам ручьев и малой реки Монастырка повсеместно отмечены аллювиальные отложения, относящиеся к категория слабых фунтов.

Здание государственного цирка расположено на косогоре, в настоящее время засыпанном до поймы р. Исеть. Со стороны поймы эту насыпь поддерживает подпорная стенка высотой 6,0 м. В теле насыпи располагается насосная станция, верхняя часть насыпи служит основанием селитьбы и полов первого этажа цирка. Фундаменты здания свайные, в виде отдельных кустов под каждую колонну, длина свай по проекту 9-12 м. В нашем прогнозе 1989 г. в связи с проектированием метрополитена указывалось, что для здания цирка наиболее вероятны деформации, вызываемые водопонижением: просадки полов первого этажа и селитьбы. Суммарные нагрузки на сваи с учетом сил отрицательного трения составят 540...570 кН, против несущей способности по грунту висячих свай 420...490 кН и несущей способности по материалу —1000 кН. Делался вывод о безопасной работе свай в смысле их целостности и прогнозировались возможные незначительные осадки фундаментов колонн каркаса. Деформации, связанные с процессами сдвижения, исключались, т.к. здание цирка находится за пределами расчетной границы мульды сдвижения. Перегона ст. «Геологическая - Бажовская». Фактически осадки здания цирка начались весной 1995 года после включения водопонизительной скважины. Первые нарушения, выразившиеся в появлении наклонных и горизонтальных трещин в перегородках и самонесущих стенах на стыке амфитеатра и административно-бытового корпуса, были обнаружены инженерной службой цирка в конце мая- июне 1995 года. В это же время зафиксировал перемещения наблюдательных марок по восточной стороне здания. Очень характерным признаком проявления осадок основания послужил разрыв сети канализации со смещением труб и попаданием грунта внутрь системы, произошедший в слоновнике в мае 1995 года.

Скорость падения УПВ в марте-апреле 1995 г. постепенно падала. К декабрю 1995 года положение УПВ во всех рассматриваемых скважинах стабилизировал ось. Падение УПВ под пятном здания в течение весны и лета 1995 года составило около 20 м. Этому, кроме описываемого строительного водопонижения, способствовал и отвод воды из русла р. Исеть, выполнявшийся в тот же самый период в связи с очисткой ее дна. Наиболее активно осадки основания развивались в период с апреля 1995 г. по март 1996 г.. Зафиксированная средняя скорость осадок по восточной стороне здания в это время составила 4,6... 1,4 мм/месяц (опасными считаются осадки, происходящие со скоростью более 50 мм/месяц ). Причем, при большей скорости осадок с восточной стороны наблюдался подъём марок с западной стороны здания вследствие его жесткости. После стабилизации положения депрессионной поверхности, с задержкой примерно в 3 месяца, произошла стабилизация осадок основания, величины которых за два года наблюдений составили: наибольшие - по восточной стороне здания 51 ...57 мм, наименьшие - по западной стороне 5...9 мм.

В период проходки эскалаторного и перегонных тоннелей 01...09 месяцы 1996 г. и 12.96...01.97 увеличение осадок основания фундаментов западной стороны здания не зарегистрировано, что свидетельствует об отсутствии влияния процессов сдвижения на деформации основания. На северной стороне отмечена осадка участка самонесущей стены, опирающейся через стеновой блок на насыпной грунт, с образованием горизонтальной трещины над главным входом. Наличие трещин в мозаичных полах вестибюля, устроенных по насыпным грунтам, также свидетельствует о влиянии процессов водопонижения. Вскрытие мощения селитьбы в период ремонта подтвердило наличие зазоров между полом и грунтовым основанием. Динамические воздействия от взрывных работ (зафиксированный уровень не превышает 2 баллов), вероятно, служат фактором, сопутствующим развитию деформаций основания здания. В частности, они могли послужить своеобразным «спусковым крючком» для развития сил отрицательного трения на сваи, однако главенствующую роль здесь играет повышение эффективных напряжений в грунте. Произошедшие в результате водопонижения осадки основания не нарушили целостности несущих конструкций каркаса: колонн, ригелей и плит перекрытий, опорного кольца покрытия и узлов их сочленения, а вызвали только появление трещин в самонесущих кирпичных стенах и перегородках, появление трещин в мозаичных полах вестибюля.

В наиболее неблагоприятных условиях оказался 5-этажный жилой дом №55 П-образной формы. Основанием столбчатых и ленточных фундаментов центрального блока и правого крыла здания являются достаточно прочные, малосжимаемые делювиальные суглинки ИГЭ №3, подстилаемые сильновыветрелыми порфиритами ИГЭ №13. Фундаменты левого крыла северо-восточной части площадки находятся в глубоком (более 30 м) кармане выветривания, заполненном относительно слабыми элювиальными суглинками ИГЭ №7. Природный УПВ находился на глубине 3,5 м. Здание попадает в мульду сдвижения, формирующуюся от проходки двух перегонных, двух вентиляционных тоннелей и подходной выработки, и в мульду депрессии от строительного водопонижения на площадке вертикального ствола №17. Изолинии прогнозируемых суммарных осадок показаны на рис. 6.12. Осадки торцевой стены левого крыла здания начались вскоре после включения в эксплуатацию скважины №5, наиболее активно происходили в мае-октябре 1995 г. и стабилизировались при достижении 123 мм после стабилизации депрессионной воронки в декабре 1995 года. Падение УПВ под пятном здания - более 30 м. В то же время осадки правого крыла и центральной части не превысили 30...40 мм. Относительная разность осадок в правом крыле S/L = 0,002...0,0025 при предельной по СНиП 2.02.01-83 (S/L)h = 0,002. Этим объясняется раскрытие деформационного шва посредине здания и образование косых трещин в кирпичной кладке продольных стен. Дальнейшее медленное приращение осадок было связано с процессами сдвижения пород при проходке подходной выработки. Эти приращения составили б... 15 мм, максимальные осадки торцовой стены левого крыла возросли до 135 мм, а неравномерность осадок увеличилась до S/L=0,0024...0,0026. В наших прогнозных расчетах, выполненных на основании материалов дополнительных инженерно-геологических изысканий, рассмотрены возможные деформации поверхности в связи с горнопроходческими работами и предложены горнотехнические и конструктивные способы защиты дома №55; среди них: увеличение жесткости здания путем постановки стяжных скоб на появившиеся трещины в стенах, устройства поэтажных преднапряженных тяжей в уровне цоколя и перекрытий 2-ГО, 4-го. 5-го этажей левого крыла;обеспечение скорости проходки не менее 4...5 м/сутки; отставание по нагнетанию тампонажного раствора за обделку не более 3-х колец, таким образом, выработка длиной 9 м находите в незакрепленном состоянии в течение не более суток.

Деформации зданий, обусловленные развитием мульды сдвижения

К ним относятся здания, расположенные по четной стороне ул. 8 Марта. Абсолютная величина осадок в них значительно меньше, чем в рассмотренных выше, в связи с тем.что глубина встречающихся карманов выветривания относительно невелика. Однако, значительная неравномерность относительных перемещений различных частей сложных в плане зданий приводит к раскрытию температурных и деформационных швов или растрескиванию стен. Перечень таких зданий приведен в таблице№8.2. Некоторые из зданий уникальны (корпус №2 УрАГС).

Наиболее рельефно выделены процессы, обусловленные деформациями массива при образовании выработки и формированием мульды сдвижения, проявились при проходке левого перегонного тоннеля с помощью комплекса «WIRTH» и правого перегонного тоннеля буровзрывным способом вблизи двух учебных корпусов Уральской академии государственной службы (УрАГС), расположенных в непосредственной близости к выработанному пространству.

Таблица№8.2

Перечень зданий по улице 8 Марта, претерпевших деформации в результате формирования мульды сдвижения

п/п

Номер дома, объект

Перемещения, мм

Относитель-ная

разность

ΔS/L

Наиболее характерные нарушения в конструкциях

Smax

Smin

1

Жилой дом № 55

-123

-30

0,0025

Трещины в наружных и внутренних стенах, раскрытие рустов между плитами

2

Жилой дом № 57 с селитебной пристройкой

-105

-105

-28

-39

0,0019

0,0053

Трещины в опорных частях балок покрытия в почтовом отделении. Трещины в наружных, внутренних стенах между плитами покрытия. Трещины в несущей колонне селитьбы.

3

Жилой дом № 61

-95

-10

0,0030

Наклонные трещины в подоконных нишах, раскрытие рустов между плитами и деформационных швов.

4

Жилой дом № 59, корпус 2

-5

3

0,0007

Трещины в наружных стенах раскрытие рустов между плитами.

5

Общежитие ГГА,

ДОМ

№82

-17

8

0,0009

Трещины в наружных и внутренних стенах с раскрытием до 1 -см

6

Институт философии и права, № 68

-33

-19

0,0008

Видимых разрушений нет. Усадочные трещины в штукатурке цоколя.

7

УрАГС, № 66/2

-30

-15

0,0008

Вертикальное и горизонтальное смещение колонны в районе лифтовой шахты и вестибюля.

8

Цирк

-57

-5

0,0013

Наклонные трещины в перегородках зрительного зала и АБК.

Эпюры осадок фундаментов наружных стен и графики перемещений наблюдаемых марок во времени, соответственно, на корпусах номер 1 и номер 2 УрАГС показали следующее:

- осадки корпуса №2 начали развиваться вслед за развитием депрессионной воронки от работы водопонизительной системы, величина их достигла 20...40 мм (средняя 30 мм) и к июлю 1995 г. стабилизировалась; эти осадки носили сравнительно равномерный характер и видимых нарушений в здании не вызвали;

- осадки корпуса № 1 от водопонижения не проявились, однако при прохождении горнопроходческого комплекса под пятном здания, активно развивалась мульда сдвижения, что привело к неравномерным осадкам фундаментов и появлению трещин на стенах и перегородках здания, раскрытию старых трещин (на фасаде в осях А-Б/5); осадки от сдвижения на корпусе №1 достигли 8...62 мм (средняя 23mm) и стабилизировались к середине марта;

- деформации сдвижения вызвали неравномерные осадки фундаментов в корпусе №2, что привело к раскрытию деформационного, шва ближнего, к ул. 8 Марта и появлению трещин в перегородках и рустах плит перекрытий;

- деформации зданий носят затухающий характер, а величина их не превысила прогнозировавшихся ранее размеров.

Появившиеся в стенах и перегородках трещины носят локальный характер и не угрожают потерей несущей способности основных конструкций - колонн, ригелей, ферм и плит перекрытий и покрытия. По мере затухания деформаций в мульде сдвижения прекращаются раскрытие и дальнейшее распространение трещин.

Прогнозируемое увеличение осадок от сдвижения пород при проходке правого перегонного тоннеля составили: на корпусе № 1 5...7 мм, на корпусе №2 15. ..20 мм. Увеличения осадок от водопонижения не ожидалось, т.к. уровень воды находился на отметке лотка тоннеля. Проходка правого тоннеля осуществлялась в весенне-осенний период 1998 г. Фактическое приращение осадок составило: на корпусе №1 14...26, на корпусе №2 13... 17 мм. С целью обеспечения безопасности на это время были установлены временные подпорки плит перекрытий на вставках деформационных швов корпуса №2. Изолиния суммарных осадок поверхности от всех воздействий, ближняя к фасаду корпуса № 1 и к торцу корпуса №2 УрАГС, - 70 мм, фактические максимальные осадки земной поверхности стабилизировались в конце лета 1998 г. и на 15.10.98 г. составляли: на корпусе №1 84мм, №2 — 72 мм.