 |  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 УДК 528.482 Результаты многолетнего геодезического мониторинга комплекса зданий и сооружений ДонНАСА
Лобов М.И., профессор, Морозова Т.В., ст. преподаватель, Волощук О.В., ассистент Донбасская национальная академия строительства и архитектуры
Приведены результаты геодезического мониторинга комплекса зданий и сооружений ДонНАСА от начала строительства в 1977 году до настоящего времени, многократно подработанных подземными горными работами.
Рынок недвижимости и частная собственность на землю определяют необходимость решения вопросов земельного кадастра и планирования землепользования [1]. Особую сложность в решении вопросов оценки недвижимости представляют горнодобывающие районы, в частности Донбасс, земная поверхность которого и расположенные на ней объекты, практически повсеместно, попадают в зоны влияния сдвижений земной поверхности от разработки подземных ископаемых. Это требует проведения систематических геодезических наблюдений, позволяющих исследовать процессы сдвижения земной поверхности, прогнозировать их последствия, разрабатывать своевременные меры защиты зданий и сооружений, попадающих в зону влияния подземных горных работ. В процессе проведения подземных горных работ на здания и сооружения воздействуют нагрузки, вызывающие изгибы, растяжения, сжатие конструктивных элементов. Под действием собственного веса и происходящих оседаний земной поверхности происходят смещения зданий и сооружений в плане и по высоте. Деформирующийся грунт основания, как правило, смещается по подошве фундамента и его боковой поверхности, вызывая за счет трения и сдвиг самого сооружения. Для системы «основание–фундамент–сооружение» можно выделить следующие виды воздействия подработки: – смещение здания или сооружения на величину сдвижения земной поверхности; – дополнительное боковое давление грунта на фундамент; – воздействие сил трения на подошву и боковые поверхности фундамента; – изменение давления грунта вследствие искривления поверхности под жестким фундаментом [2]. Из рассмотренных воздействий только первое не вызывает деформаций сооружений, тогда как остальные, связанные с перемещением грунта, вызывают определенные деформации зданий или их конструктивных элементов. В зависимости от типа зданий, высотности, материала, проектных решений, горно-механических условий, мощности пласта, воздействие подработки проявляется по-разному, характер которого еще не достаточно изучен и требует проведения определенных исследований, в основе которых лежат натурные наблюдения геодезического мониторинга. Используемые методы и эмпирические формулы механики грунтов могут с определенными допущениями решать задачи, возникающие при определении усилий, воздействующих на сооружения при подработке, однако, также требуют уточнения. На рис.1 приведена схема воздействия сдвижений земной поверхности на здания и сооружения.
Рис. 1 - Схема воздействия подработки на земную поверхность, здания и сооружения
При многократной подработке сдвижения земной поверхности также происходит по-разному. Это зависит от глубины подработки, мощности пласта, скорости продвижения забоя, геологического строения горного массива, технологии ликвидации выработанного пространства. Время оказывает большое влияние на наряжено-деформированное состояние грунта. При неизменной нагрузке деформации сначала возрастают (явление ползучести) и при постоянной деформации напряжения в грунте несколько снижаются (релаксация) [2,4]. При достаточно быстром повышении сжимающих напряжений деформирование водонасыщенных грунтов сдерживается сопротивлением породы прохождению воды через частично еще содержащие воздух поровые каналы (консолидация грунта). В связанных грунтах силы сцепления при длительном действии нагрузки ослабляются, что может вызвать перемещение частиц грунта, следствием чего является уменьшение пористости. Анализ развития процессов деформации во времени позволяет сделать вывод, что перемещение частиц грунта и его консолидация продолжаются в течение некоторого определенного промежутка времени t и постепенно затухают в соответствии с показательной функцией вида (1-e-at2), где a – постоянный множитель [3]. Каждая стадия развития процесса сдвижения грунта, обусловленного воздействием подработки, при возрастании горизонтальных деформаций сжатия связана с возникновением максимума бокового давления грунта на стенки фундамента, причем давление после прекращения сдвижений несколько снижается в результате перераспределения и уплотнения частиц грунта. Но в дальнейшем при полном отсутствии сдвижений может сохранять свою величину неограниченно долго, пока не произойдет новое перераспределение частиц, вызванное сотрясениями от движения транспорта, просачиванием дождевой воды, деформациями при промерзании грунта или колебаниями уровня грунтовых вод. Учитывая сложность и актуальность данной проблемы, нами производились многолетние инструментальные наблюдения за деформациями зданий и сооружений на территории ДонНАСА с 1977г. и по настоящее время с целью исследования деформаций зданий и сооружений академии и предотвращения их повреждения [5,6,7]. Участок строительства ДонНАСА (бывший Макеевский инженерно-строительный институт) частично подрабатывался в процессе добычи угля шахтой им. газеты «Социалистический Донбасс». В зоне подработки находились пятиэтажный главный корпус института протяженностью 160м (состоящий из 6 блоков, имеющих деформационные швы), дом культуры, четырехэтажный учебный корпус, котельная с дымовой трубой высотой 32м и другие сооружения. Они расположены над выходами на земную поверхность Первомайского надвига и надвигов «А» и «Б», наличие которых подтверждено материалами геологических изысканий и эманационной съемкой. Анализ исследований, проведенных в натурных условиях и на моделях, позволил установить, что в местах выхода на земную поверхность геологических нарушений возникают сосредоточенные деформации. Методы расчета, основанные на плавном характере развития деформаций в таких условиях неприемлемы. СНиП П-А 14-71 не допускал строительство в таких условиях. Однако, в целях рационального использования свободных площадей для застройки в условиях городов Донбасса, иногда приходится решать вопрос строительства того или иного объекта на выбранной площадке. С целью уменьшения неблагоприятных воздействий подземных горных работ, проектом предусматривались меры защиты сооружений: усиление фундаментов, несущих конструкций; разделение зданий на блоки; наиболее оптимальное их расположение относительно направления подработки; проведение систематических наблюдений за протеканием процессов осадки и деформаций земной поверхности, зданий и сооружений, которые позволили не только исследовать процесс сдвижений, но и определить эффективность заложенных мер защиты.
Таблица - Параметры подработки территории ДонНАСА
Главный корпус ДонНАСА не получил серьезных повреждений в результате подработки в 1977г. (средняя величина трещин не превышала 25мм), раскрытие трещин произошло вблизи деформационных швов и на стыке пристройки. Общий наклон здания направлен в сторону средины мульды сдвижения и составил 0,615x10-3. Максимальная скорость оседания главного корпуса составила 24мм в месяц, общая осадка составила 364,3мм. Зафиксированы повреждения и при обследовании 5-ти этажных зданий общежитий ДонНАСА, а также 5-ти и 9-ти этажных жилых зданий. В этих зданиях также вторичные повреждения проявлялись в виде отслаивания ранее отремонтированной штукатурки на стыках между крупными элементами конструкций несущих стен и вдоль швов сопряжения кладки и железобетонных поясов. Имело место отслаивание и обрушение облицовочной плитки. Вдоль деформационных швов происходило коробление нащельников. В 1982-1985гг. на главном корпусе были зафиксированы неравномерные оседания величиной от 150мм до 610мм, что вызвало общий наклон здания и частичный прогиб, вследствие чего появились трещины на стыке с переходами и вблизи деформационных швов на перекрытиях 3-4 этажей. Величина общего максимального оседания с 1976г. по 1985г. составила 800мм [5]. Серия наблюдений 1991-1994гг. характеризовалась слабым влиянием горных работ на деформации зданий и сооружений. В этот период не было выявлено каких-либо повреждений или трещин, что свидетельствовало о равномерном характере оседания. В результате инструментальных наблюдений за оседанием земной поверхности в 1998-2005гг. была зафиксирована неравномерность оседания главного корпуса ДонНАСА – по длине здания зафиксированы оседания от 270мм до 320мм, по ширине здания – от 270мм до 328мм. Вследствие чего возникли трещины на стенах перехода между главным и третьим корпусами (рис. 2,3).
Рис. 2 - Переход между 1 и 3 корпусами ДонНАСА. Вид снаружи
Рис. 3 - Переход между 1 и 3 корпусами ДонНАСА. Вид внутри Также возникли трещины на стенах вблизи деформационных швов (рис. 4) и пола на 2-5 этажах, что вызвало необходимость проведения ремонтных работ, так как возникшие уступы могли привести к травматизму среди студентов и сотрудников академии [6,7].
Рис. 4 - Трещины у деформационных швов на 5 этаже главного корпуса ДонНАСА За период с 2005г. по настоящее время процесс оседания земной поверхности под влиянием подработок стабилизировался. В настоящее время дальнейшая подработка территории ДонНАСА не планируется. Многолетний геодезический мониторинг зданий и сооружений ДонНАСА показал, что заложенные проектом конструктивные меры защиты полностью оправдались. По завершении процессов сдвижения земной поверхности под действием горных работ на разных глубинах заложения пластов, с разной скоростью подвигания очистного забоя, с разнонаправленным расположением очистных лав по отношению к зданиям и сооружениям на земной поверхности, объемный и экономически затратный восстановительный ремонт не потребовался. Исследования подтвердили необходимость деления здания на отдельные блоки по 24-30м, имеющие на стыках деформационные швы, является наиболее целесообразной. Однако для безопасной эксплуатации главного корпуса и комплекса зданий академии исследования деформаций необходимо продолжить.
Библиографический список 1. Анциферов А.В., Кренида Ю.Ф., Тиркель М.Г. Подработка зданий и сооружений шахтерских городов и поселков. Учебное пособие. / Донецк. Технопарк ДонНТУ «УНИТЕХ», 2006, 230с. 2. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений. Пер. с нем. под ред. Р.А. Муллера и И.А. Петухова. / Кратч Г. – М. Недра, 1978. – 490с. 3. Морозова Т.В. Совершенствование методики прогнозирования сдвижения земной поверхности по результатам инструментальных наблюдений. / Морозова Т.В. // Вестник ДонНАСА. – 2011. – Вып. 6(92). – С. 175 – 180. 4. В.Б. Швець, І.П. Бойко, Ю.Л. Винников, М.Л. Зоценко, О.О. Петраков, В.Г. Шаповал, С.В. Біда. / Механіка ґрунтів. Основи та фундаменти. – Дніпропетровськ: «Пороги», 2012. – 196с. 5. Лобов М.И. Исследование деформаций зданий и сооружений в процессе многократной подработки территории подземными горными работами. / Лобов М.И., Морозова Т.В. // Инженерная геодезия – К.: КИСИ. – 2000. – Вып. 42. – С. 59 – 63. 6. Морозова Т.В. Анализ результатов частотных наблюдений за оседанием земной поверхности под действием подработки. / Морозова Т.В., Лукашов О.Е., Казановский А.В. // Вестник ДонНАСА. – 2002. – Вып. 3(34). – С. 24 – 26. 7. Морозова Т.В. Анализ результатов наблюдений за деформациями зданий и сооружений под влиянием многократной подработки. / Морозова Т.В., Волощук О.В., Мартыненко М., Беседина О. // Вестник ДонНАСА. – 2005. – Вып. 4(52). – С. 143 – 146.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |  |
#menuinclude(1-elibraryru)