УСЛУГИ И ЦЕНЫ
Выравнивание кренов и неравномерных осадок зданий
Главная мысль: Одной из основных ошибок при строительстве и проектировании оснований и фундаментов является образование недопустимых деформаций грунта основания, вызывающих повреждение сооружения. Это проявляется в значительных осадках и кренах. При равномерной осадке зданий происходит смещение сооружения по вертикали, что может повлиять только на подводимые к сооружению коммуникации. Известны случаи, когда равномерная осадка сооружения составляла десятки сантиметров и они нормально эксплуатировались.
Но к сожалению количество таких аварийных ситуаций, когда здание/сооружение подвергается равномерным осадкам (превышающих допустимые) не соизмеримо меньше чем когда оно подвергается неравномерным деформациям.
Наибольшую угрозу для зданий и сооружений представляет неравномерная осадка.
Но к сожалению количество таких аварийных ситуаций, когда здание/сооружение подвергается равномерным осадкам (превышающих допустимые) не соизмеримо меньше чем когда оно подвергается неравномерным деформациям.
Наибольшую угрозу для зданий и сооружений представляет неравномерная осадка.
Актуальность проблемы на примере исторического объекта
Примером может служить реконструкция одного из самых печально знаменитых памятников архитектуры в истории человечества — Пизанской башни (Италия, г. Пиза).
Ее называют «a Tower of Troubles», что в переводе означает «башня неприятностей, беспокойства» или «беспокойная башня». На протяжении последнего десятилетия инженеры и конструкторы ломали головы, пытаясь остановить процесс ежегодного увеличения ее крена.
История башни включает много неудачных попыток остановить ее медленное падение: башня выдержала надстроенную колокольню в 1360 г., усиление в 1934 г. когда было пробурено 361 отверстие, которые заполнили известковым раствором, что заставило «несчастную» башню наклониться еще больше.
Далее башня пережила «Черный сентябрь» 1995 г., когда был заморожен грунт вокруг нее с целью установки стальных тросов в процессе реставрационных работ, что привело к тому, что за одну ночь крен башни увеличился на годовое значение.
В последнее столетие было создано и распущено 15 комиссий по восстановлению башни. И хотя «правительство проявляло слабый интерес к решению проблемы, возникали беспрестанные разногласия по поводу предлагаемых многочисленных инженерных решений». Но в сущности, все решения сводились к тому, что выравнивать крен до строго вертикального положения башни не целесообразно.
В итоге долгих обсуждений было принято решение остановиться на проекте стоимостью $40 млн. Основная идея — вернуть башню, строительство которой началось в 1173 г., к углу наклона 184-летней давности (сделать ее положение на 0,5° прямее, путем забора грунта из-под более высокой части фундамента. Ожидалось при этом, что более приподнятая сторона башни осядет, за счет чего крен уменьшится.
Джон Берланд (John B. Burland), инженер-геотехник, использовал систему забора грунта через 41 диагональную буровую скважину, это позволило сократить крен башни, не изменяя ее внешнего вида.
Ее называют «a Tower of Troubles», что в переводе означает «башня неприятностей, беспокойства» или «беспокойная башня». На протяжении последнего десятилетия инженеры и конструкторы ломали головы, пытаясь остановить процесс ежегодного увеличения ее крена.
История башни включает много неудачных попыток остановить ее медленное падение: башня выдержала надстроенную колокольню в 1360 г., усиление в 1934 г. когда было пробурено 361 отверстие, которые заполнили известковым раствором, что заставило «несчастную» башню наклониться еще больше.
Далее башня пережила «Черный сентябрь» 1995 г., когда был заморожен грунт вокруг нее с целью установки стальных тросов в процессе реставрационных работ, что привело к тому, что за одну ночь крен башни увеличился на годовое значение.
В последнее столетие было создано и распущено 15 комиссий по восстановлению башни. И хотя «правительство проявляло слабый интерес к решению проблемы, возникали беспрестанные разногласия по поводу предлагаемых многочисленных инженерных решений». Но в сущности, все решения сводились к тому, что выравнивать крен до строго вертикального положения башни не целесообразно.
В итоге долгих обсуждений было принято решение остановиться на проекте стоимостью $40 млн. Основная идея — вернуть башню, строительство которой началось в 1173 г., к углу наклона 184-летней давности (сделать ее положение на 0,5° прямее, путем забора грунта из-под более высокой части фундамента. Ожидалось при этом, что более приподнятая сторона башни осядет, за счет чего крен уменьшится.
Джон Берланд (John B. Burland), инженер-геотехник, использовал систему забора грунта через 41 диагональную буровую скважину, это позволило сократить крен башни, не изменяя ее внешнего вида.
1. Якорные тросы.
Применение стальных тросов с грузами в 1998 г. для стабилизации конструкции во время земляных и экскавационных работ. Каждый трос длиной 102 м удерживал груз весом до 150 т. Так и не были максимально растянуты. Удалены в июле 2001 г.
2. Трубы для выемки грунта.
Крен в южном направлении вызвал подъем северной стороны башни. Именно отсюда было выбурено около 50м3 грунта с помощью 41 трубы, проложенных под углом. Это позволило башне подняться почти на 400 мм.
3. Свинцовое «грузило».
Для противовеса было использовано до 830 тонн свинца. «Грузило» было снято в январе 2001 г.
4. Нагрузка на каменную кладку.
Башня — это полый цилиндр с облицовкой из мраморных блоков. Тонкие тросы опоясывают второй этаж, точку максимальной нагрузки на каменную кладку для предотвращения ее прогиба.
4.1 Мраморные блоки
4.2 Трещина
4.3 Направление нагрузки
5. Отклонение от центра
В южной частью Пизанской башни грунт более илистый и глинистый, чем под северной, из-за разности осадок она стала крениться, едва ее начали строить. В 90-е годы XX в. инженеры пришли к заключению, что крен создал серьезную перегрузку для каменной кладки башни и является прямой угрозой ее разрушения. В результате реставрационных работ, начавшихся в 1993 г., удалось остановить крен и вернуть башню почти на 400 мм к ее исходному состоянию, что вполне достаточно для безопасного существования памятника.
5.1 Прямая позиция
5.2 Сегодня (крен около 5°)
5.3 До 1993 г. (крен около 5.5°)
6. Точка вращения
Строительство началось в 1173 г., но было остановлено 5 лет спустя, когда был обнаружен северный крен. Инженеры преодолели первые трудности, работы были возобновлены в 1272 г., когда башня начала крениться в южную сторону. Южный крен был остановлен в 1370 г. К 1817 г. крен достигал 5°. Неоднократные попытки справиться с ним в 1838, 1934, в 60-е и 70-е гг. XX в. только увеличили крен.
Применение стальных тросов с грузами в 1998 г. для стабилизации конструкции во время земляных и экскавационных работ. Каждый трос длиной 102 м удерживал груз весом до 150 т. Так и не были максимально растянуты. Удалены в июле 2001 г.
2. Трубы для выемки грунта.
Крен в южном направлении вызвал подъем северной стороны башни. Именно отсюда было выбурено около 50м3 грунта с помощью 41 трубы, проложенных под углом. Это позволило башне подняться почти на 400 мм.
3. Свинцовое «грузило».
Для противовеса было использовано до 830 тонн свинца. «Грузило» было снято в январе 2001 г.
4. Нагрузка на каменную кладку.
Башня — это полый цилиндр с облицовкой из мраморных блоков. Тонкие тросы опоясывают второй этаж, точку максимальной нагрузки на каменную кладку для предотвращения ее прогиба.
4.1 Мраморные блоки
4.2 Трещина
4.3 Направление нагрузки
5. Отклонение от центра
В южной частью Пизанской башни грунт более илистый и глинистый, чем под северной, из-за разности осадок она стала крениться, едва ее начали строить. В 90-е годы XX в. инженеры пришли к заключению, что крен создал серьезную перегрузку для каменной кладки башни и является прямой угрозой ее разрушения. В результате реставрационных работ, начавшихся в 1993 г., удалось остановить крен и вернуть башню почти на 400 мм к ее исходному состоянию, что вполне достаточно для безопасного существования памятника.
5.1 Прямая позиция
5.2 Сегодня (крен около 5°)
5.3 До 1993 г. (крен около 5.5°)
6. Точка вращения
Строительство началось в 1173 г., но было остановлено 5 лет спустя, когда был обнаружен северный крен. Инженеры преодолели первые трудности, работы были возобновлены в 1272 г., когда башня начала крениться в южную сторону. Южный крен был остановлен в 1370 г. К 1817 г. крен достигал 5°. Неоднократные попытки справиться с ним в 1838, 1934, в 60-е и 70-е гг. XX в. только увеличили крен.
Руководство по выравниванию крена зданий в нормативной документации
В настоящее время в действующей нормативной документации (СП 22.13330.2016) регламентируются значения предельных кренов, осадок и относительной разницы осадок, для всех вновь строящихся, реконструируемых и попадающих в "зону влияния" от строительства зданий и сооружений (Приложения Г, Е, К).
Но в тоже время допускается возможность, что в неблагоприятных условиях не удастся достигнуть проектных значений деформаций (осадки и крена).
На данный случай в СП 22 предусмотрен раздел 5.9 и в частности п.5.9.6 - "Если строительными мерами защиты и инженерной подготовки грунтов основания не исключаются деформации и крены сооружений, превышающие допустимые значения, основания следует проектировать с учетом мероприятий, снижающих осадки и крены, в том числе с применением выравнивания сооружения".
В СП 22 приводятся основные возможные способы выравнивания неравномерных осадок, руководство по их расчету и применению, а также требования по расчету конструкций и оснований зданий при проведении работ:
"При проектировании сооружений с учетом возможности их выравнивания с помощью домкратов, инъекции в грунт расширяющихся растворов, а также при выравнивании эксплуатируемых сооружений следует выполнять расчет конструкций на воздействие неравномерных деформаций основания в стадии выравнивания. Расчетом на выравнивание домкратами необходимо проверить несущую способность и устойчивость конструкций фундаментов подвальной части зданий, воспринимающих сосредоточенную нагрузку от выравнивающих устройств, и глубину заложения фундаментов, включая проверку на устойчивость основания при передаче на него давления от выравнивающих устройств. При выравнивании фундаментов зданий путем инъекции в их основания расширяющихся растворов необходимо проверить несущую способность и устойчивость оснований фундаментов зданий, воспринимающих нагрузку от выравнивающих расширяющихся массивов, и глубину заложения фундаментов, включая проверку на устойчивость основания при передаче на него давления от расширяющихся массивов".
Но в тоже время допускается возможность, что в неблагоприятных условиях не удастся достигнуть проектных значений деформаций (осадки и крена).
На данный случай в СП 22 предусмотрен раздел 5.9 и в частности п.5.9.6 - "Если строительными мерами защиты и инженерной подготовки грунтов основания не исключаются деформации и крены сооружений, превышающие допустимые значения, основания следует проектировать с учетом мероприятий, снижающих осадки и крены, в том числе с применением выравнивания сооружения".
В СП 22 приводятся основные возможные способы выравнивания неравномерных осадок, руководство по их расчету и применению, а также требования по расчету конструкций и оснований зданий при проведении работ:
"При проектировании сооружений с учетом возможности их выравнивания с помощью домкратов, инъекции в грунт расширяющихся растворов, а также при выравнивании эксплуатируемых сооружений следует выполнять расчет конструкций на воздействие неравномерных деформаций основания в стадии выравнивания. Расчетом на выравнивание домкратами необходимо проверить несущую способность и устойчивость конструкций фундаментов подвальной части зданий, воспринимающих сосредоточенную нагрузку от выравнивающих устройств, и глубину заложения фундаментов, включая проверку на устойчивость основания при передаче на него давления от выравнивающих устройств. При выравнивании фундаментов зданий путем инъекции в их основания расширяющихся растворов необходимо проверить несущую способность и устойчивость оснований фундаментов зданий, воспринимающих нагрузку от выравнивающих расширяющихся массивов, и глубину заложения фундаментов, включая проверку на устойчивость основания при передаче на него давления от расширяющихся массивов".
Основные способы выравнивания кренов
Неравномерные осадки и крены зданий, образовавшиеся в процессе его строительства или эксплуатации, могут быть впоследствии полностью или частично ликвидированы с помощью специальных мероприятий. В мировой строительной практике применялось много различных способов для стабилизации осадок и выравниванию крена.
Ниже приведены основные способы:
Ниже приведены основные способы:
- Выбуривание или размыв грунта со стороны противоположной развитию неравномерной осадки. Суть способа заключается в снижении деформационных характеристик грунтов за счет уменьшения их плотности в необходимой зоне. Данный способ является эффективным и относительно недорогим.
- Пригруз основания со стороны, противоположной крену грузом (например ж.б. блоками), а также массивом отсеченного скважинами грунта.
- Создание дополнительной нагрузки на основание со стороны, противоположной крену, в сочетании с разгрузкой основания со стороны крена натяжением канатами.
- Применение гидравлических домкратов для выравнивания
Рис. Схема установки гидравлических домкратов в наружной стене здания
Заключение
Выравнивание неравномерных осадок и кренов зданий - технически непростая задача, и для успешного ее выполнения необходимо определить причины возникших деформаций. Если причины не очевидны, необходимо провести дополнительные инженерно-геологические изыскание, поверочные расчеты и технические обследования конструкций. На основании проведенного анализа можно разработать наиболее эффективное и экономически целесообразное решение.
Статьи