CC BY
3УДК 622.837:622.838
Н. Н. Грищенков, Л. А. Иванова, Т. И. Рахманова
АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ МЕР ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ ВЛИЯНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ
На основании обобщения и анализа имеющихся данных о применении конструктивных мер защиты зданий и сооружений от влияния горных работ выполнена систематизация и классификация мер защиты для жилых и общественных зданий, промышленных зданий и сооружений, подземных трубопроводов, необходимая для применения оптимальных конструктивных мер защиты при подработке зданий и сооружений.
Ключевые слова: конструктивные меры защиты, здания и сооружения, горные работы.
Введение
В настоящее время большое количество зданий и сооружений в городах Донецкой Народной Республики получили значительные повреждения от влияния деформаций земной поверхности, вызванных ведением горных работ под застроенной территорией.
В действующих нормативных документах [1], [2] отсутствует классификация конструктивных мер защиты эксплуатируемых зданий и сооружений от влияния подработки при отработке запасов угля и от влияния закрытия шахт, а также рекомендации по назначению конструктивных мер защиты при подработке. В нормативных документах [3], [4] приведены меры защиты для проектируемых зданий.
Анализ имеющихся фактических данных о применении конструктивных мер защиты эксплуатируемых зданий и сооружений при их подработке позволяет выполнить их классификацию в за-
висимости от назначения здания или сооружения и ожидаемого влияния деформаций земной поверхности.
Актуальность работы обусловлена необходимостью систематизации применяемых мер защиты для различных эксплуатируемых объектов поверхности для использования при выборе оптимальных конструктивных мер защиты подрабатываемых зданий и сооружений.
Систематизация мер защиты
Выполнены систематизация имеющихся фактических данных о применении конструктивных мер защиты и проведен анализ их применения для различных эксплуатируемых зданий и сооружений при их подработке.
Конструктивные меры защиты от влияния подработки применяются до, в процессе или после подработки и предназначены для снижения деформаций подрабатываемых объектов [5].
Применяемые в Донецком бассейне конструктивные меры защиты зданий и сооружений от влияния деформаций земной поверхности при отработке запасов угля систематизированы для: жилых и общественных зданий; промышленных зданий и сооружений; подземных трубопроводов.
Обобщение опыта применения конструктивных мер защиты от влияния подработки для жилых и общественных зданий позволило систематизировать их применение для основных конструктивных элементов и здания в целом [6] - [9].
Для жилых и общественных зданий применяются:
- усиление фундаментов (односторонними и двухсторонними железобетонными обоймами и связями-распорками);
- усиление стен (металлическими и железобетонными поясами, металлическими тяжами, металлическими обоймами для простенков и рамами для оконных и дверных проёмов, контрфорсами);
- увеличение площади опирания перекрытий и покрытий;
- выравнивание конструкций (методом поддомкрачивания);
- разделение зданий на отсеки (устройством деформационных швов).
Усиление ленточных фундаментов и стен подвалов выполняется устройством железобетонных обойм. Применяют наруж-
ные односторонние и двухсторонние обоймы. В зданиях без подвалов железобетонные обоймы устраиваются на уровне подошвы фундаментов, в зданиях с подвалами - в уровне пола подвала.
Усиление фундаментов односторонними железобетонными обоймами применяется от влияния плавных деформаций земной поверхности при отработке пологих и наклонных угольных пластов (рис. 1). Усиление фундаментов двухсторонними железобетонными обоймами применяется от влияния неравномерных деформаций земной поверхности в виде уступов при отработке угольных пластов с крутым залеганием. Фундаменты значительного количества жилых домов и гражданских зданий г. Горловка, расположенных на полях шахт им. В. И. Ленина и «Кочегарка», были усилены двухсторонними и односторонними железобетонными обоймами.
а - план фундамента; б - сечение фундамента
1 - фундамент; 2 - железобетонная обойма; 3 - элемент связи железобетонной обоймы с фундаментом
Рис. 1 - Усиление фундамента односторонней железобетонной обоймой
Для усиления стен применяются замкнутые железобетонные или металлические пояса (рис. 2), заранее напряженные металли-
ческие тяжи, металлические обоймы на простенках между оконными проемами и рамы для дверных и оконных проемов. Пояса и тяжи устраивают в уровнях цоколя и перекрытий.
а - схема устройства пояса; б - крепление пояса к стене 1 - швеллер; 2 - лента; 3 - стяжка; 4 - уголок
Рис. 2 - Устройство замкнутого по периметру наружных стен здания межэтажного металлического пояса
Металлические обоймы выполняются на простенках, в которых произошло расслоение каменной кладки (рисунок 3). Металлические рамы устанавливаются в дверные и оконные проемы в случае образования трещин в местах опирания перемычек и перекоса окон (рисунок 4). Объединение обойм и рам в горизонтальной плоскости создает замкнутый пояс, который препятствует дальнейшему расслоению стен, применяется при неравномерных оседаниях земной поверхности.
Увеличение площади опирания плит перекрытий и покрытий выполняется креплением к стенам, балкам, фермам и колоннам опорных элементов из профильного металла (рис. 5).
Примеры усиления конструкций жилых и гражданских зданий металлическими поясами, рамами и обоймами показаны на рисунках 6, 7.
Усиление одноэтажного здания контрфорсами при отклонении стен от вертикали показано на рисунке 8.
-/-/- 1 - 1
1 -4 i
1 - уголок; 2 - продольная планка; 3 - поперечная планка
Рис. 3 - Усиление простенка наружной стены между оконными проемами металлической обоймой
1 - 1
2
1 - внутренняя рама из уголка; 2 - наружная рама из уголка; 3 - поперечная планка
Рис. 4 - Усиление оконного проема металлическими рамами
1
Рис. 5 - Увеличение длины опирания плиты перекрытия на
стену
а б
а - жилой дом по бульв. Димитрова в г. Горловке; б - спортивный зал школы № 58 в г. Донецке
Рис. 6 - Усиление стен металлическими поясами
Для выравнивания зданий с подвалом или техническим подпольем и цокольным железобетонным поясом при неравномерных оседаниях применяется метод поддомкрачивания.
а б
а - усиление стен металлическими поясами; б - усиление стен металлическими поясами, оконных проемов металлическими рамами и простенков металлическими обоймами
Рис. 7 - Усиление конструкций школы № 145 в г. Донецке
Рис. 8 - Усиление стен одноэтажного жилого дома
контрфорсами
Под цокольным поясом выполняются домкратные ниши, которые располагаются в углах здания, на пересечениях стен и на прямолинейных участках с шагом 4-5 м. Размеры домкратных ниш определяются габаритами и количеством домкратов, устанавливаемых в них. Домкраты опираются на железобетонные распределительные подушки. Передача нагрузок от домкратов на цокольные пояса осуществляется через стальные распределительные плиты.
Разделение зданий на отсеки производится устройством деформационных швов. Деформационные швы в бескаркасных зданиях устраиваются, если они имеют сложную форму в плане или большую протяженность. Деформационный шов должен разделять здание по всей высоте от подошвы фундамента до карниза, включая фундаменты, стены, перекрытия и кровлю. Каждый отсек должен иметь прямоугольную форму в плане и не иметь перепадов по высоте.
Деформационные швы в каркасных зданиях выполняются устройством дополнительных отдельно стоящих фундаментов, колонн, пролетных конструкций или устройством гибких вставок, опирающихся на конструкции смежных отсеков и связанных с ними податливыми связями. При этом принимаются меры по обеспечению пространственной устойчивости отсеков.
Для промышленных зданий применяются:
- усиление фундаментов (железобетонными обоймами и связями-распорками);
- усиление стен (металлическими и железобетонными поясами, металлическими тяжами, металлическими обоймами для простенков и рамами для оконных и дверных проёмов);
- усиление колонн металлическими (рис. 9) и железобетонными обоймами;
- увеличение площади опирания покрытий (рис. 10);
- выравнивание конструкций (методом поддомкрачивания);
- разделение зданий на отсеки (устройством деформационных швов).
Усиление отдельно стоящих фундаментов под колонны делается с помощью связей распорок, которые препятствуют взаимному перемещению фундаментов.
Усиление металлических колонн и опор выполняется с помощью накладок из листового или профильного металла, а железобетонных и кирпичных - железобетонными и металлическими обоймами (рис. 9).
ЦТ
]!
гп
и
лЛ
1 - 1
I--1
iL
1 - балка; 2 - опорный уголок; 3 - опорное ребро; 4 - уголок; 5 - планка
Рис. 9 - Увеличение длины опирания балки на колонну и усиление колонны металлической обоймой
2
1
Увеличение площади опирания плит перекрытий выполняется путем крепления к стенам, балкам, фермам и колоннам опорных элементов из профильного металла (см. рис. 9), а также путем увеличения сечений пилястров в производственных зданиях с неполным каркасом.
Метод поддомкрачивания используется при выравнивании одноэтажных каркасных зданий при неравномерных оседаниях земной поверхности. Выравнивание подкрановых путей и балок одноэтажных производственных зданий производится в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Разделение одноэтажных промышленных зданий на отсеки с помощью деформационных швов применяется в бескаркасных и в каркасных зданиях по аналогии с гражданскими зданиями.
1 - 1
1
1
1
\
\
>
J
>
3 2
2
<
1
z
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
1 - плита покрытия; 2 - опорный уголок; 3 - ребро; 4 - ферма
Рис. 10 - Увеличение длины опирания плиты покрытия на
ферму
Примеры усиления простенков и оконных проемов промышленных зданий приведены на рисунке 11.
Метод поддомкрачивания используется при выравнивании путепроводов и транспортерных галерей (рис. 12).
Замена или перестановка опорных частей путепроводов выполняется при недостаточной компенсирующей способности существующих подвижных опор.
Для выравнивания башенных сооружений применяется искусственное регулирование осадок основания - извлечение грунта из-под подошвы фундамента со стороны, противоположной крену (устройство сплошной щели, бурение скважин и комбинированный способ).
Деформационные швы в транспортерных галереях выполняются установкой дополнительных плоских и пространственных опор, разделяющих протяженные прогоны на два отсека.
Для подземных стальных трубопроводов применяются:
- вскрытие;
- разрезка трубопроводов;
- установка компенсаторов на трубопроводах;
- замена на полиэтиленовые трубопроводы.
а б
а - усиление простенка; б - усиление оконного проема
Рис. 11 - Усиление конструкций здания металлопрокатного
завода в г. Донецке
Рис. 12 - Установка дополнительных опор для выравнивания наклонной галереи на промплощадке ЗАО «АП «Шахта
«Ждановская»
Деформационные швы в подземных стальных трубопроводах устраивают их разрезкой и установкой сальниковых или
П-образных компенсаторов в нишах или без них в местах, где ожидается прирост деформаций земной поверхности больше допустимой величины. Замена на полиэтиленовые трубопроводы производится при влиянии плавных деформаций земной поверхности.
Рис. 13 - Меры защиты зданий и сооружений от влияния деформаций земной поверхности
Таким образом, для обеспечения условий эксплуатации зданий и сооружений при наличии сложной структуры рельефа подрабатываемых территорий применяются конструктивные меры защиты по усилению и выравниванию конструкций, увеличению площади их опирания, разделению зданий и сооружений на отсеки, разрезки трубопроводов с установкой компенсаторов или без их установки. Сводная схема применения конструктивных мер
защиты для эксплуатируемых зданий и сооружений от влияния деформаций земной поверхности приведена вышк (см. рис. 13). Для выбора оптимальных мер защиты необходима разработка геомеханических основ защиты подрабатываемых зданий и сооружений, а также системы поддержки принятия решений (СППР).
Выводы
Выполнен анализ применения конструктивных мер для усиления различных конструкций подрабатываемых гражданских и промышленных зданий (фундаментов, стен, колонн, перекрытий), сооружений и трубопроводов в различных горно-геологических условиях (влияние плавных и сосредоточенных деформаций земной поверхности).
Выполнена систематизация имеющихся фактических данных о применении конструктивных мер защиты для подрабатываемых жилых и общественных зданий, промышленных зданий и сооружений, подземных трубопроводов.
Для выбора оптимальных мер защиты необходима разработка геомеханических основ защиты подрабатываемых зданий и сооружений. На основе разработанной схемы планируется разработка компьютерной системы поддержки принятия решений о применении конструктивных мер защиты зданий и сооружений на подрабатываемых территориях.
Исследования проведены в рамках выполнения фундаментальной научно-исследовательской работы БЯ8Я 2023-0002 «Разработка геомеханических основ защиты объектов поверхности в условиях сложной структуры рельефа подрабатываемых территорий и исследование формирования зон интенсивных деформаций горного массива».
ЛИТЕРАТУРА
1. ГСТУ 101.00159226.001- 2003. Правила подработки зданий, сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом [Текст]. - Введен 01.01.2004 - К., 2004. - 128 с.
2. ПБ 07-269-98. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на
угольных месторождениях [Текст]. - Введен 01.10.1998 -М., 1998. - 203 с.
3. Грищенков, Н. Н. Конструктивные меры повышения ресурса безопасной эксплуатации жилых и гражданских зданий на подрабатываемых территориях угольных месторождений [Текст] / Н. Н. Грищенков, В. Р. Шнеер, Е. В. Блинникова, Т. И. Рахманова, С. С. Стельмах// Труды РАНИМИ: сб. науч. тр. - Донецк, 2015. - № 15 - С. 168-179.
4. СН 289-64 Указания по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях [Текст]. - Введ. 01.01.1965. - Москва. - 83 с.
5. СНиП II-А. 14-71. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях [Текст]. - Введ. 01.02.1972. - М. 1972. - 14 с.
6. Иванова, Л. А. Опыт подработки и меры защиты зданий города Кировское от влияния горных выработок [Текст] / Л. А. Иванова // Труды РАНИМИ: сб. науч. тр. - Донецк, 2013. -№ 12. - С. 152-159.
7. Иванова, Л. А. Обобщение опыта подработки зданий города Горловка горными работами шахты им. В. И. Ленина [Текст] / Л. А. Иванова // Труды РАНИМИ: сб. науч. тр. - Донецк, 2017. - № 4 (19). - С. 9-20.
8. Шнеер, В. Р. Локальные меры защиты зданий города Горловка после ликвидации шахты «Кочегарка» [Текст] / В. Р. Шнеер, Л. А. Иванова // Труды РАНИМИ: сб. науч. тр. -Донецк, 2018. - № 5 (20). - С. 102-114.
9. Грищенков, Н. Н. Анализ деформированного состояния и меры защиты подработанных зданий города Донецка, расположенных на склонах мезорельефа [Текст] / Н. Н. Грищенков, Л. А. Иванова, Т. И. Рахманова, Е. Т. Сушко // Труды РАНИМИ: сб. науч. тр. - Донецк, 2021. - № 12-13 (27-28). - С. 126-141.
Грищенков Николай Николаевич, доктор технических наук, профессор, зав. отделом сдвижения земной поверхности и защиты подрабатываемых объектов, ФГБНУ "РАНИМИ", Россия, ДНР, Донецк, e-mail: gringm@gmail.com.
Иванова Лариса Александровна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела сдвижения земной поверхности и защиты под-
рабатываемых объектов, ФГБНУ "РАНИМИ", Россия, ДНР, Донецк, e-mail: ivlarisa213@yandex.ru.
Рахманова Татьяна Ивановна, старший научный сотрудник отдела сдвижения земной поверхности и защиты подрабатываемых объектов, ФГБНУ "РАНИМИ", Россия, ДНР, Донецк, e-mail: RahmanovaTata@yandex.ru.
ANALYSIS OF THE APPLICATION OF CONSTRUCTIVE MEASURES TO PROTECT BUILDINGS AND STRUCTURES FROM THE INFLUENCE OF MINING OPERATIONS
The generalization and analysis of available data on the application of constructive measures to protect buildings and structures from the influence of mining operations have been carried out. On this basis, the systematization and classification of protection measures for residential and public buildings, industrial buildings and structures, underground pipelines has been fulfilled. It is necessary for the application of optimal structural protection measures during the underjmining of buildings and structures.
Keywords: constructive protection measures, buildings and structures, mining operations.
Grishchenkov Nikolay Nikolaevich, Doctor of Engineering Sciences, Professor, Head of the Department of Earth Surface Displacement and Protection of Moonlit objects, RANIMI, Russia, DPR, Donetsk, e-mail: gringm@gmail.com.
Ivanova Larisa Alexandrovna, Ph. D. in Engineering Sciences, Senior Researcher at the Department of Earth Surface Displacement and Protection of Moonlit objects RANIMI, Russia, DPR, Donetsk, e-mail: ivlarisa213@yandex.ru.
Rakhmanova Tatyana Ivanovna, Senior Researcher at the Department of Earth Surface Displacement and Protection of Moonlit objects, RANIMI Russia, DPR, Donetsk, e-mail: RahmanovaTata@yandex.ru.
