Геодезический контроль геометрии выравниваемого здания Ю.С. Забазнов, И.Г. Гайрабеков, Ю.И. Пимшин
Ростовский государственный строительный университет, г. Ростов-на-Дону Грозненский государственный нефтяной институт, г. Грозный Ростовский государственный строительный университет, г. Ростов-на-Дону
Уровень эксплуатационной надежности сооружения характеризуется его техническим состоянием. Выбор метода восстановления эксплуатационной надежности сооружения принимается по результатам обследования его технического состояния.
С точки зрения геодезии, эксплуатационная надежность оценивается по соответствию реальных геометрических параметров проектным. Изменение геометрических параметров связано с изменением напряженно-деформированного состояния строительных конструкций сооружения, оценка которого выполняется путем осуществления комплекса контрольно-измерительных работ. Для более объективной оценки напряженно-деформированного состояния необходимо определить полную геометрию деформированного сооружения и его конструкций. По результатам такого обследования оценивается техническое состояние сооружения, принимается решение о необходимости восстановления эксплуатационной надежности сооружения и выборе метода восстановления. Практика показывает, что наиболее прогрессивным методом восстановления эксплуатационной надежности является метод подъема и выравнивания здания гидросистемой. Одними из главных задач, решаемых на стадии подъема и выравнивания сооружения, являются определение реальной деформированной геометрии выравниваемого сооружения и контроль над изменением такой геометрии непосредственно в процессе его подъема и выравнивания.
Наиболее эффективной технологией решения таких задач является технология электронно-блочной тахеометрии, позволяющая получить более полную картину деформированного состояния, как всего сооружения, так и его отдельных частей, а также более полно и точно контролировать изменение геометрии выравниваемого сооружения. Таким образом, при реализации данной технологии решаются две задачи:
-статическая - определение реальной геометрии здания;
-динамическая - контроль над изменением геометрии сооружения в процессе его подъема и выравнивания.
При подъеме здания возникают напряжения из-за неравномерной деформированности конструкций, в том числе горизонтально ориентированных конструкций. Если контроль выравнивания здания производить только по выравниванию фундамента, в частности-перекрытия цокольного этажа, то, зачастую, возникают сверхнормативные деформации в некоторых выше расположенных элементах конструкций зданий. В качестве примера на рис. 1 представлен график вертикальных деформаций выравниваемого здания по главному фасаду (крупнопанельный 6-ти подъездный 9 этажный жилой дом, расположенный в г. Белово Кемеровской области) на уровне цоколя и на уровне крыши. Как видно из графика, конструкции здания подвержены большим деформациям на уровне крыши.
Таким образом, целесообразно при подъеме и выравнивании здания контролировать изменение комплекса геометрических параметров, характеризующих в полном объеме деформированное состояние здания, которые определяются при его геодезической диагностике.
0,150
0,100
0,050
0,000
-0,050
-0,100
-0,150
-0,200
-0,250
-0,300
-0,350
/а '■
1-—» \
; \
\ •— \
\ / \
_ \ Р~- ^
Р— -• ъ 1 ч"“ + — =•= л
Профиль по цоколю
Профиль по крыше
Рис.1 График вертикальных деформаций выравниваемого здания на уроне крыши и цоколя
К таким параметрам относятся:
1) цх и qy - частные крены соответственно по осям X и У;
(х - 4 )-(х- - ^)
ч
(Х; - Х] ) +(У; - У] ) - 2} )
1/2
Х
2
(у1 - у0 )-(у} - у0 )
Чу =
(х - Х} ) +(уг - У} ) +(2г - )
1/2
где г, j - номера точек, образующих ребро сооружения;
Х0},у0},г0} - координаты соответствующих точек, определяемые до
выравнивания;
Х1} ,у1 } - координаты соответствующих точек, определяемые в процессе
выравнивания.
2) Q- общий крен здания;
3) г - относительный крен здания
г = а/и,
где И - высота здания;
4) $ - угол относительного закручивания ребер сооружения
^3 = %(Д -р2) =
1 + ШД 1^Д2 ’
5) V - относительный угол скручивания плоскости
^ ф ,] = ( qXI + qXJ) /^и ;
6) а- угол взаимного кручения отдельных частей здания
а = Ф,- Ф],
где ф1 и ф; скручивание отдельных стен здания;
7) в - изменение линейного размера плоскости стены в верхнем сечении
В, £Цх,у(по стороне);
8) А- амплитуды (стрелы прогибов) поверхности перекрытия цоколя.
Комплекс вышеприведенных геометрических параметров позволяет контролировать процесс выравнивания, а именно: пространственное положение
вертикально - и горизонтально ориентированных конструкций, степень их деформированности. Кроме того выявляются зоны напряжений, образуемые в отдельных строительных конструкциях и в узлах их соединений. А такая информация позволяет вводить изменения в технологию выравнивания. Тем самым процесс выравнивания выполняется без дополнительных деформаций.
Если в процессе подъема одновременно с измерением координат углов здания брать отсчеты по часам, то, обработав полученные данные, можно получить важную информацию о процессах, происходящих со зданием при его выравнивании. Для этого строят графики зависимости кренов, величин сжатия стен, углов скручивания стен и величин подъема от времени.
Для контроля геометрии поднимаемого здания используется метод электронной тахеометрии. С помощью электронного тахеометра в период времени ^ = 0, который можно принять за начало измерений, определяют координаты точек 1, 2, 3...П. т.е.
х{°, у , Iй
1 1 . При этом начальные скорости перемещения наблюдаемых точек будут
V[0 = 0; V 0 = 0; V [0 = 0 соответственно равны 1 у‘ 1 . По истечении определенного времени, 11
X ^ , у ^ , 2
ф 0 определяем пространственные координаты точек 1, 2, 3 ...п ( 1 1 1 ) и находим
приращения координат
Дх'Г'•> = X - х'°;
Ау'‘-'° = у'■ - у'°;
Д2',-'° = 2‘- - 2'0.
Соответственно скорости перемещения точек за время ^ ф 0 составят
, X, 1 — X, 0
•г 4 - —1--------------------------1-
у'1 - у,'0
^1
2'1 1 22 0
^1
гствующий промеж
перемещения точек 1, 2, 3.п
Определяем за соответствующий промежуток времени Дt0 1 = — 10 ускорения
а і =
X, А .^0-1
а
а'' = 1’ “ *-1' '0 г'
м
0-1
Далее по известным значениям скоростей и ускорений вычисляют координаты наблюдаемых точек через определенный интервал времени. Таким образом, априорно устанавливаем пространственное положение наблюдаемых точек и рассчитываем комплекс вышеприведенных геометрических параметров, позволяющих более точно характеризовать напряженно-деформированное состояние выравниваемого здания.
-► І
график аппроксимирующей функции график функции по измеренным значениям
Рис. 2 Изменение скоростей и ускорений наблюдаемых точек
Затем определяем в результате очередных измерений реальные координаты точек
1, 2, 3..п: х‘2,г*2.
Вычисляем приращения координат за время ґ2:
МхІ2-1 = Xі 2 - х};
Определяем скорости и ускорения перемещения наблюдаемых точек:
д*;
и -и
д
1-2
•V2=д^;2-;‘
д
1-2
Дг'
-
д
1-2
2
д 1
V '2 - V *
2 г1 г ^ ^ = -^1-2“
д 1
Вновь вычисляется комплекс геометрических параметров и, в зависимости от деформированного состояния здания, оператор изменяет режим выравнивания здания либо путем изменения скорости домкратов, либо включением (выключением) отдельных домкратов. Такие работы проводятся до полного выравнивания здания.
В качестве примера на рис.3-6 представлены графики подъема и выравнивания и график изменения частных кренов по осям Х и У ребер в процессе подъема здания, расположенного в п. Кудепста Краснодарского края. Рассматриваемое здание было поднято с одним перемонтажем домкратной системы. При этом юго-западный угол был поднят на 16 см. В процессе подъема зданию был придан контр крен 20 мм.
Задача по подъему и выравниванию здания была успешно решена.
-Марка 1 Марка 2 МаркаЗ Марка 4 Рис.3 График подъема здания по стороне 3-4
Л И. ММ.1'
55.00 ■
50.00 ■
45.00 ■
40,90 ■
35,0030,00 ■
25,№ ■
20.00 ■
15.00 ■
10.00 ■
5,00 -
о.оо --*■
-500
М^жа 4 Мфка 5 -*-\1арка6 —Марка?
10 -10 -30 -50 -70 -90 110 130 150 170 190
С[х, мм.
-♦-Ребро 1 Ребро 2 Ребро 3
Рис. 5 График изменения частных кренов по оси Х ребер здания в процессе подъема
10:10 10:20 10:30 10:40 10:50 11:00 11:10 *
Цчзс,мин.
С[у; мм
Рис. 6 График изменения частных кренов по оси У ребер здания в процессе
подъема
Рис.4 График подъема здания по стороне 2-3
Литература
1. Пимшин Ю.И., Гайрабеков И.Г. Техническая экспертиза зданий//Изв. Вузов. Сев. - Кавк. регион. Техн. - науки.-2006.-Прил.№16.-С.153-162.
2. Руководство по наблюдению за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1975.- 160 с.