CC BY
44
УДК 528.48
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ПОДЪЕМА И ВЫРАВНИВАНИЯ ЗДАНИЯ
© 2011 г. И.Г. Гайрабеков1, Ю.И. Пимшин
2
1Грозненский государственный нефтяной институт, ул. А. Авторханова, 14/53, г. Грозный, Чеченская Республика, 364052, ggni@mail.ru
2Ростовский государственный строительный университет, ул. Социалистическая, 162, г. Ростов н/Д, 344022, rgsu@rgsu.donpac.ru
1Grozny State Oil Institute, A. Avtorkhanov St., 14/53, Grozny, Chechen Republic, 364052, ggni@mail.ru
2Rostov State Building University, Socialisticheskaya St., 162, Rostov-on-Don, 344022, rgsu@rgsu.donpac.ru
Рассматриваются вопросы геодезической части проекта подъема и выравнивания деформированных зданий и геодезического сопровождения этого процесса. Предлагается методика геодезического контроля геометрических параметров при выравнивании, характеризующих напряженно-деформированное состояние всего здания, согласно которой рекомендуется одновременно с измерением координат углов здания брать отсчеты по часам и строить графики зависимости кренов, величин сжатия стен, углов скручивания стен и величин подъема от времени. Представлены результаты практической реализации рассматриваемого метода на примере двенадцатиэтажного жилого дома.
Ключевые слова: подъем, выравнивание, деформация, сопровождение, проектирование, домкратная ниша, координаты.
This article about the questions of the geodetic part of draft of lifting and level deformed construction and geodetic support this process. To determine the whole geometry of constructions by the method electronic tacheometry is performed by investigation, that allows to find out concrete strained deformed state of constructions and take up adequate measures for its protection. The parameters characterizing similarity geometry of construction are introduced and its hardness determined due to results geodetically. The results ofpractical realization this method are presented on the example of the twelve residential house.
Keywords: lift, alignment, deformity, maintenance, design, jack niche, coordinates.
В процессе эксплуатации любого здания или инженерного сооружения может возникнуть ситуация, когда из-за неравномерных осадок основания здание или сооружение получит крен. В этом случае для восстановления эксплуатационной надежности здания необходимо, во-первых, остановить процесс осадки, ликвидировав по возможности его причины; во-вторых, если крен уже превысил предельно допустимое значение, то единственно возможным способом восстановления пространственной геометрии здания является выравнивание.
В практике строительства используют две разновидности метода выравнивания: 1 - применение специальных выравнивающих устройств и регулируемых фундаментов; 2 - выравнивание сооружений без дополнительных устройств и конструктивных элементов (за счет регулирования осадок основания).
К первой группе разновидностей метода выравнивания относятся домкратные системы, песочницы, термопластичные опоры и элементы, гидробаллоны и т. д. Один из наиболее апробированных и эффективных способов выравнивания зданий основан на применении домкратных систем, устанавливаемых в фундаменто-подвальной части здания в период выравнивания. Кроме того, из всех перечисленных только этот способ позволяет точно контролировать величины вертикальных перемещений здания и обеспечивает создание минимальных перегрузок на деформируемое основание и конструкции здания в процессе его подъема и выравнивания.
Что же касается геодезического сопровождения процесса подъема и выравнивания зданий, то еще не так давно оно сводилось к наблюдению за величиной
подъема при помощи геометрического или гидростатического нивелирования. При этом не учитывалось, что здания не являются абсолютно твердыми телами, и нивелирование нижнего горизонтального сечения здания не дает нам полной информации о динамических деформационных процессах, происходящих во всем здании, особенно если здание многоэтажное и обладает маленьким коэффициентом жесткости.
Более эффективным является метод, основанный на использовании геодезических электронных средств измерений, прежде всего электронного тахеометра, когда в процессе выравнивания контролируется не только нижнее горизонтальное сечение здания, а все здание в целом: изменение пространственного положения тела здания, взаимные смещения отдельных ее частей, возможные деформации самих строительных конструкций.
Сегодня геодезическая часть проекта по восстановлению пространственной геометрии сводится к следующему.
В зависимости от деформированного состояния здания составляется программа восстановления, а затем разрабатывается методология геодезических работ.
К подготовке данных для выравнивания сооружения относят работы по определению реальной деформированной поверхности, совпадающей с перекрытием цоколя здания, вычисление необходимых величин подъема и количество циклов выравнивания.
Для вычисления величины необходимого подъема здания определяют (предвычисляют) величину подъема каждого домкрата. При решении такой задачи определяют прямоугольные координаты каждой дом-кратной ниши. Величину подъема каждого домкрата
определяют по величинам кренов здания по формуле Ьк=1ххк + 1уУк,, где Ик - величина подъема здания к-м домкратом; 1Х, 1у - частные относительные крены здания; хк, ук - прямоугольные координаты каждой дом-кратной ниши.
Количество циклов подъема N рассчитывается по формуле
К>Итах М. (1)
Это ближайшее большее целое число, полученное как частное от деления максимального вертикального перемещения здания Нтах, необходимого для полного его выравнивания и величины перемещения одной домкратной ниши М в одном цикле подъема.
Максимальный рабочий ход одного домкрата 60 мм, если при выравнивании здания будут использоваться спаренные домкраты, тогда М= 120 мм. Для наиболее удаленной домкратной ниши от оси вращения здания величину подъема в одном цикле выравнивания вычисляют по формуле
А N = Ык/ N. (2)
Приращения кренов здания вычисляют по формулам
Ч =1
А/* =
AH-^x |
AH - '^y
N
(3)
нять как триппель-призменные, так и пленочные. Если использовать безотражательный тахеометр, отражатели вообще не нужны, и углы фасадов можно замаркировать какими-либо графическими объектами.
После установки тахеометров на станциях и приведения их в рабочее положение необходимо ориентировать собственные системы координат тахеометров параллельно фасадов здания. Далее один раз до начала подъема, а в процессе подъема через определенные промежутки времени мы измеряем координаты всех углов фасада. В данной ситуации удобно использовать, например, электронный тахеометр БЬТЛ-810, так как при работе с данным прибором у оператора есть возможность запрограммировать его на опрос отражателей через заданный промежуток времени.
X1
Т1
В связи с этим предлагаются два подхода к выравниванию зданий:
1) преобразование плоскости. Такой подход необходимо использовать в случае, если в процессе неравномерных осадок фундамент здания только наклонился, оставшись при этом плоскостью. Данный подход не учитывает возможные неравенства кренов ребер здания, причиной которых стали деформации всего здания, в первую очередь фундамента. Величины подъема исчисляются только исходя из общего крена здания;
2) преобразование поверхности в плоскость, а затем выравнивание плоскости. Такой подход является более сложным и требует больших материальных затрат, так как при его реализации каждый домкрат должен работать независимо.
На следующем этапе задачей геодезиста является определение момента преодоления адгезии. Проблема заключается в следующем: в начале подъема может возникнуть ситуация, когда домкраты будут работать не на подъем здания, а наоборот, начнут «задавли-вать» фундамент. При этом внутренняя система контроля перемещений не дает нам необходимой информации, так как датчики регистрируют лишь относительные перемещения здания и фундамента. «Задав-ливание» фундамента может быть зафиксировано лишь внешней системой контроля при помощи нивелира или электронного тахеометра.
Непосредственно управление подъемом и контроль деформаций тела здания наиболее рационально выполнять при помощи двух электронных тахеометров. При этом тахеометры можно устанавливать как с двух противоположных сторон здания, так и с двух накрест лежащих углов в зависимости от ситуации (рис. 1).
До начала подъема по углам фасадов необходимо установить отражатели. Отражатели можно приме-
„Y1
X2'
T2
„Y2
Рис. 1. Схема расположения тахеометров при подъеме здания
Получая периодически координаты углов фасадов здания, мы можем судить о процессах, происходящих с ним. Так, например, изменение разности координат Х отражателей, расположенных в одном горизонтальном сечении, дает нам информацию о сжатии стены (рис. 2).
2*
Рис. 2. Фасад здания в процессе подъема
АХ* - АХ * - сжатие; Ау * - АУ2* - скручивание; , А22 - величина подъема (преодоление адгезии);
АХ*, АУ * - изменение кренов ребер здания между двумя моментами наблюдений.
X
3
2
Y
4
1
X I
Когда крены ребер здания достигают проектного значения, геодезист останавливает подъем. При этом здание может быть как приведено в вертикальное положение, так и наклонено в сторону, противоположную существовавшему крену. Иными словами, зданию может быть придан контркрен на случай возобновления процесса осадок.
Если в процессе подъема одновременно с измерением координат углов здания брать отсчеты по часам, то, обработав полученные данные, можно получить дополнительную информацию о процессах, происходящих со зданием в процессе подъема. Для этого строят графики зависимости кренов, величин сжатия стен, углов скручивания стен и величин подъема от времени. Аппроксимируя полученные зависимости, можно спрогнозировать «поведение» здания в следующий момент времени. Если данные электронных тахеометров о состоянии пространственной геометрии здания передавать через порт в компьютер оператора, управляющего подъемом, в режиме реального времени, то оператор будет обладать всей полнотой информации о процессах, протекающих со зданием, а так как в его руках находится и управление гидравлической системой, то он сможет полностью контролировать весь процесс подъема.
Метод контроля пространственного положения тела здания и изменения ее формы реализо-вывался при подъеме и выравнивании 12-этажного крупнопанельного жилого здания, расположенного в г. Кудепста (район г. Сочи) по ул. Искра, 19, где управление процессом подъема и выравнивания производилось при помощи одного электронного тахеометра 8БТ-500 и электронного нивелира 4001ЧЛ-2000.
К моменту подъема с рассматриваемым зданием сложилась следующая ситуация: две блок-секции располагались так, как показано на рис. 3 (блок-секции соединяют железобетонные пожарные переходы). Когда здания начали крениться, они уперлись друг в друга пожарными переходами, и возникла опасность разрушения как переходов, так и самих зданий. Было принято решение восстановить эксплуатационную надежность зданий путем подъема и выравнивания сначала блок-секции № 1, а затем и № 2.
На подготовительном этапе в фундаментно-подвальной части здания был смонтирован цокольный пояс жесткости из парных обвязочных балок, обрезана арматура, соединяющая цокольную панель с фундаментом, и проделаны технологические отверстия под домкраты непосредственно под обвязочными балками.
187
Б/с №2
196
К
271
Ю
161
86
Б/с №1
136
У
Рис. 3. Схема кренов зданий в г. Кудепста: стрелки и цифры -направления кренов и их величины, мм; б/с № 1 - блок-секция № 1, б/с № 2 - блок-секция № 2
Во время подъема брались отсчеты по электронному нивелиру (по штрихкодовым рейкам - автоматически, а по шашечным - на глаз по средней нити), электронному тахеометру (трехмерные координаты точек фасадов) и отсчеты по часам. Результаты наблюдений передавались оператору. По этим результатам были построены графики зависимости кренов и величин подъема от времени (рис. 4, 5). Здание было поднято с одним перемонтажем домкратной системы. При этом юго-западный угол был поднят на 16 см. В процессе подъема зданию был придан контркрен 20 мм. Задача по подъему и выравниванию здания была успешно решена.
AH, мм
50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 -5,00
13:00
13:10
13:20
13:30
13:40
13:50
14:00
14:10
—♦- Марка 1 -■- Марка 2 Марка 3 —х- Марка 4
Рис. 4. График подъема здания по стороне 3-4
С
11:50 Литература
tt, ч.мин i Пшпшт Ю.П., Гайрабе-ков И.Г. Техническая экспертиза зданий // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. Прил. № 16. С. 153-162.
2. Яковлев ВА, Арсеньев ДМ. Современные оптико-электронные приборы геодезического обеспечения строительства и контроля эксплутационной надежности инженерных сооружений // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. Прил. № 16. С. 173-178.
Поступила в редакцию
9 ноября 2010 г.
