CC BY
2УДК 622.837:622.838
Л. А. Иванова, Ф. М. Голубев, Т. И. Рахманова, Н. С. Федосова
ПОСЛЕДСТВИЯ ПОДРАБОТКИ И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЯ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ № 3 Г. КИРОВСКОЕ
На основании анализа конструктивных особенностей и результатов обследования здания школы № 3 в г. Кировское, анализа последствий подработки здания горными работами шахты «Комсомолец Донбасса» установлено, что повреждения от многократного влияния горных работ имеются в районе деформационных швов, остальные повреждения вызваны физическим износом конструкций и эксплуатацией здания без проведения ремонтов. Для обеспечения нормальных условий эксплуатации здания разработаны мероприятия, включающие усиление отдельных конструкций, проведение ремонтов и др.
Ключевые слова: влияние горных работ, последствия подработки, меры защиты здания.
Введение. Разработка мероприятий, связанных с обеспечением эксплуатационной пригодности многократно подрабатываемых зданий производится с учетом характера и величины воздействий, обусловленных влиянием горных выработок, а также с учетом необходимости устранения деформаций и повреждений конструкций от влияния горных работ в процессе эксплуатации шахты [1], [2]. Требования [1] должны обеспечивать безопасность эксплуатации подработанных зданий при влиянии горных работ.
Анализ влияния многократной подработки ГУП ДНР «Шахта «Комсомолец Донбасса» на техническое состояние здания муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя школа № 3 города Кировское», анализ результатов обследования, установление причин деформирования конструкций здания, разработка технических решений по усилению здания представляет
научный и практический интерес. Актуальность работы обусловлена необходимостью обеспечения безопасной эксплуатации здания в условиях последствий многократного влияния деформаций земной поверхности от подработки в сложных горногеологических условиях.
Последствия подработки и меры защиты. Здание средней школы № 3 по улице Пионерская, 1 в городе Кировское Донецкой Народной Республики построено в 1958 году. Школа состоит из основного здания школы и пристройки. Пристройка к зданию школы № 3 возведена в 1991 году.
Здание средней школы № 3 четырехэтажное, с подвалом под всем зданием, имеет сложную П-образную форму в плане с общими размерами 56,65 х 27.53 м и высотой 16,4 м. Здание разделено тремя деформационными швами на четыре отсека. В средней части здания расположены два отсека. В средней части здания высота помещений первого, второго и третьего этажей 3,6 м, четвертого этажа 4,6 м. В боковых отсеках эдания высота помещений четвертого этажа 3,6 м. Высота подвальных помещений 2,8 м.
Конструктивная схема здания бескаркасная с продольными несущими стенами.
Фундаменты здания ленточные из бутовой кладки толщиной 1,0 м. Стены подвала из бутовой кладки толщиной 1.0 м. Стены наружные кирпичные толщиной 640 мм, на входах в боковых частях здания 770 мм, стены внутренние толщиной 380 мм.
Перекрытие над подвалом средней части здания монолитное из железобетонных плит и балок. В боковых отсеках здания перекрытие над подвалом из сборных железобетонных плит с круглыми пустотами.
Перекрытия междуэтажные в средней части здания с первого по третий этаж из сборных железобетонных плит с круглыми пустотами толщиной 220 мм, чердачное перекрытие деревянное по нижнему поясу металлодеревянных ферм. Перекрытия всех этажей в боковых частях здания из сборных железобетонных плит с круглыми пустотами толщиной 220 мм.
Лестницы - сборные железобетонные с шириной маршей 1350 мм. Крыша - чердачная с деревянными стропилами, четы-
рехскатная. Кровля - из волнистых асбестоцементных листов по деревянной обрешетке.
Одноэтажная пристройка к зданию школы пристроена к средней части дворового фасада школы. Пристройка имеет размеры в плане 35,86х7,60 м, высота внутреннего помещения 3,92 м, общая высота до верха кровли 5,21 м.
Пристройка имеет бескаркасную конструктивную схему с несущими продольными стенами. Одной несущей стеной является стена дворового фасада в средней части здания школы, второй - вновь возведенная стена пристройки. На эти стены опираются балки, на которые уложены плиты покрытия.
Возле наружной стены находится клумба с подпорной стенкой шириной 1,8 м, высотой 0,8 м.
Фундаменты ленточные из монолитного железобетона мелкого заложения, не более 0,5 м от уровня планировки.
Стены - наружная стена выполнена из шлакоблоков толщиной 390 мм, оштукатурена и окрашена.
Покрытие выполнено из сборных железобетонных плит покрытия с круглыми пустотами шириной 1,2 м, которые уложены на балки. Балки стальные, выполнены из спаренных двутавров № 30, которые опираются на стены с шагом до 6,0 м.
Крыша - совмещенная с небольшим уклоном в сторону наружной стены. Кровля выполнена из волнистых асбестоце-ментных листов.
Здание средней школы № 3 расположено на горном отводе ГУП ДНР «Шахта «Комсомолец Донбасса». Горный отвод шахты занимает центральную и западную части Чистяково-Снежнянской синклинали, представляющей собой симметричную складку с крутым северным крылом и пологим южным.
В пределах горного отвода шахты толща горных пород сложена отложениями верхнего и среднего карбона, представленными свитами Сз, и , перекрытыми сверху четвертичными отложениями - наносами, мощностью до 5 м.
Карбоновые отложения представлены песчаниками, глинистыми и песчаными сланцами, пластами известняков и угольными пластами. Преобладающими породами являются сланцы. Существенную долю составляют также песчаники, которые иногда образуют значительные толщи. Мощные толщи песчаников не-
редко создают условия зависания пород. Шахта отрабатывает пласты 17, 16, 14, 13.
Пласт 13 имеет сложное строение и состоит из трех угольных пачек, реже из двух и четырех пачек. Полезная мощность пласта достигает 1,8 м и общая 2,0 м. Пласт характеризуется как относительно выдержанный.
Пласт 14 имеет простое строение, наиболее характерная мощность 0,96-1,24 м. В западном и юго-западном направлении мощность уменьшается до 0,7-0,88 м. Пласт характеризуется как относительно выдержанный.
Пласт 16 имеет мощность 1,5-1,8 м, строение сложное двух-трех пачечное, с маломощными прослоями, наблюдаются многочисленные размывы пласта, имеющие вытянутую форму.
Угольный пласт 16 по мощности относится к относительно выдержанным пластам, преобладает сложное строение пласта с маломощными разделяющими прослоями. Характерная полезная мощность - 1.20 м.
Пласт 17 - Давыдовский имеет простую структуру. Мощность пласта 0,9-1,1 м.
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя школа № 3 города Кировское» подрабатывался: в 19942000 гг. 1-й, 2-й, 3-й южными лавами пласта 17; в 2009-2011 гг. 7-й, 8-й и 9-й западными лавами пласта 14; в 2018-2021 гг. 6-й, 7-й и 8-й западными лавами пласта 13; в 2017-2021 гг. 6-й и 7-й восточными лавами пласта 16.
Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности выполнялся для каждой лавы в отдельности. Максимальные расчетные деформации в основании здания от влияния каждой лавы приведены в таблице 1.
Анализ влияния деформаций на здание школы показывает что, максимальные горизонтальные деформации сжатия вдоль продольной оси составили 2,58 х 10-3 и вдоль поперечной оси 1,18 х 10-3 при отработке 2 южной лавы пласта /7 в 1997 г. (рис. 1). Максимальные горизонтальные деформации растяжения вдоль продольной оси здания составили 1,23 х 10-3 и вдоль поперечной оси 0,45 х 10-3 при отработке 8 западной лавы пласта /3 в 2021 г.
Таблица 1 - Максимальные расчетные деформации земной поверхности
Лава, пласт, год отработки Оседания от подработки, мм Наклоны i, 10-3 Горизонтальные деформации е, 10-3
в продольном направлении в поперечном направлении в продольном направлении в поперечном направлении
1 2 3 4 5 6
1 южная лава, /7, 1994 г. 56 1,46 -0,99 1,10 0.54
2 южная лава, /7, 1997 г. 686 -2,24 1,51 -2,58 -1,18
3 южная лава, /7, 2000 г. 60 -1,47 0,99 1,09 0,46
7 запад. лава, /4, 2009 г. 110 1,87 -1,26 0,94 0,51
8 запад. лава, /4, 2010 г. 650 1.62 -1,09 -2,01 -0,94
9 запад. лава, /4, 2011 г. 180 -2,41 1,63 1,07 0,39
6 вост. лава, /6, 2017 г. 134 -1,76 -1,65 0,71 1,31
7 вост. лава, /6, 2021 г. 5 -0,21 0,09 0,23 0,08
6 запад. лава, /3, 2018 г. 85 1,49 -1,01 0,96 0,50
7 запад. лава, /3, 2019 г. 813 2,31 -1,56 -2,34 -1,06
8 запад. лава, /3, 2021 г. 189 -2,60 1,75 1,23 0,45
Здание школы расположено на участке застройки между выходами на поверхность известняков Мб и М10. Также недалеко от здания отмечается мезорельеф поверхности с понижением уровня поверхности от правого фасада здания.
Визуальное обследование здания школы № 3 проведено в декабре 2022 г. с фиксацией имеющихся дефектов и повреждений конструкций здания.
Рис.1 - Схема деформирования здания средней школы № 3 по ул. Пионерская, 1 в г. Кировское
При обследовании стены главного фасада здания школы установлено:
- раскрытие деформационного шва в стене главного фасада в уровне первого этажа до 100 мм, выше до 30 мм, деформационный шов в уровне четвертого этажа перекрыт кирпичной кладкой и штукатуркой, наклонная трещина в стене возле деформационного шва раскрытием до 5 мм в уровне четвертого этажа (рис. 2);
- разрушение штукатурного слоя цоколя и кирпичной кладки на глубину до 120 мм;
- разрушение штукатурного слоя и кирпичной кладки карниза над третьим этажом на глубину до 120 мм.
При обследовании стен дворового фасада здания школы установлено:
- раскрытие деформационного шва в стене дворового фасада до 100 мм, деформационный шов в уровне третьего этажа перекрыт кирпичной кладкой (рис. 3);
- повреждение штукатурного слоя и кладки карниза над третьим этажом;
- разрушение штукатурного слоя цоколя, повреждение кирпичной кладки приямков.
При обследовании стен левого фасада здания школы установлено:
- разрушение штукатурного слоя и кирпичной кладки стены над входом на глубину до 120 мм;
- разрушение штукатурного слоя и кирпичной кладки цоколя на глубину до 120 мм, разрушение штукатурного слоя и кирпичной кладки приямка;
- разрушение штукатурного слоя и кирпичной кладки карниза над третьим и четвертым этажами, кладки стены в уровне верха четвертого этажа, наклонная трещина в уровне карниза раскрытием более 30 мм (рис. 4 а);
При обследовании стен правого фасада здания установлено:
- разрушение штукатурного слоя и кирпичной кладки цоколя;
- разрушение штукатурного слоя и кирпичной кладки стены под карнизом четвертого этажа (рис.4, б).
Рис. 2 - Стена главного фасада здания школы
При обследовании помещений подвала установлены следы сырости в штукатурке наружных стен подвала, где имеются окна и приямки. Трещины в стенах подвала от влияния подработки отсутствуют, имеется раскрытие всех трех деформационных швов в стенах и в перекрытиях.
В стенах внутренних помещений первого этажа трещины в стенах волосные и раскрытием до 1 мм имеются только в левой части здания, в правой части здания трещин нет. Деформационные швы в стенах и потолках зашиты плитами и окрашены. Имеются небольшие трещины в полу в местах деформационных швов.
В стенах внутренних помещений второго и третьего этажей трещины не установлены. На потолках в коридорах имеются следы разрушения штукатурного слоя потолков. Деформационные
швы в стенах и потолках зашиты плитами имеется раскрытие швов на стыках стен и потолков.
На четвертом этаже в спортивном зале выполнен ремонт, в дверных проемах стен имеются повреждения обшивки стен. В актовом зале имеется раскрытие деформационного шва в стенах. В помещении лестничной клетки в правой части здания на четвертом этаже имеются наклонные и вертикальная трещины в стене раскрытием до 3 мм, наблюдается раскрытие швов между плитами покрытия до 3 мм, повреждение штукатурного слоя потолка.
Рис. 3 - Стена дворового фасада здания школы
При обследовании здания пристройки установлены трещины в наружной стене пристройки в местах опирания плит покрытия раскрытием до 1 - 3 мм (рис. 5), следы сырости в нижней части стены. Имеются повреждения штукатурного слоя и кладки крыльца, повреждение подпорной стенки, периодические повреждения кровли при разрушении щтукатурного слоя карнизов над третьим и четвертым этажами основного здания школы.
Внутри пристройки установлены трещины в наружной стене раскрытием 1-5 мм, зазоры в местах примыкания стены пристройки к стенам школы до 15-30 мм (рис. 6), зазоры между стеной пристройки и плитами покрытия, зазоры между плитами покрытия, следы сырости на потолке. Отмечается небольшой прогиб балок покрытия, горизонтальные трещины в бетонном полу.
а
б
а - левый фасад; б - правый фасад
Рис. 4 - Повреждение стен левого и правого фасадов
а, б - в местах опирания балок покрытия на наружную стену
Рис. 5 - Трещины в наружной стене пристройки
Анализ результатов обследования строительных конструкций здания школы показал, что дефекты и повреждения от влияния горных работ установлены в местах расположения деформационных швов. Во время многократной подработки здания наблюдалась работа деформационных швов от влияния знакопе-
ременных деформаций. Повреждение карниза и трещины в кладке верхней части стены на левом фасаде могут быть вызваны работой деформационного шва при влиянии деформаций сжатия.
а - слева; б - справа
Рис. 6 - Зазоры на примыкании стены пристройки к стенам
здания школы
Имеющиеся дефекты и повреждения строительных конструкций здания, в основном, вызваны физическим износом конструкций и длительной эксплуатацией здания без проведения восстановительных ремонтов.
Для обеспечения нормальных условий эксплуатации здания школы разработаны меры защиты здания. Рекомендуется выполнить;
- закладку окон подвала, гидроизоляцию фундамента в местах закладки окон, демонтаж приямков;
- ремонт поврежденной кирпичной кладки цоколя, усиление цоколя по периметру здания железобетонной обоймой с учетом мест расположения деформационных швов;
- ремонт отмостки и асфальтового покрытия прилегающей территории;
- ремонт поврежденной кирпичной кладки наружных стен и карнизов над третьим и четвертым этажами с выполнением облицовки и утеплением фасадов;
г
- закрытие деформационных швов в наружных стенах нащельниками;
- замену деревянных окон;
- ремонт внутренних помещений с заменой штукатурки стен и потолков, ремонт полов;
- облицовку мест расположения деформационных швов во внутренних стенах и на потолках с фиксированием плит облицовки с одной стороны для создания возможности перемещения при работе деформационных швов.
Так как отсутствует организованное водоотведение атмосферных осадков и свесы кровли небольшие длительное время происходило замачивание наружных стен, цоколя, приямков подвала, не имеющих козырьков, и частично стен подвала. Это привело к повреждениям кирпичной кладки наружных стен (вымывание раствора), повреждению штукатурного слоя и кладки карнизов на третьем и четвертом этажах, штукатурного слоя и кладки цоколя здания.
Анализ результатов обследования строительных конструкций пристройки к зданию школы показал, что дефекты и повреждения конструкций вызваны влиянием горных работ и нарушением строительных норм и правил при возведении пристройки. Отсутствуют деформационные швы на примыкании к стенам школы, отмечена малая глубина заложения фундамента, малая толщина наружной стены, отсутствие бетонных подушек в местах опирания балок покрытия на наружную стену, отмечается малый уклон кровли.
Рекомендуется выполнить демонтаж существующей одноэтажной пристройки со стороны дворового фасада и восстановить первоначальную планировку возле здания школы. Также необходимо предусмотреть строительство новой пристройки из новых строительных материалов с учетом входа в здание школы и входа в подвал со стороны дворового фасада здания.
Выводы. На основании анализа конструктивных особенностей здания школы, влияния горных работ ГУП ДНР «Шахта «Комсомолец Донбасса», результатов обследования и определения технического состояния здания школы установлено следующее.
1. Здание средней школы № 3 по улице Пионерская, 1 в городе Кировское построено в 1958 году. Школа состоит из основного здания школы и пристройки. Пристройка к зданию школы № 3 возведена в 1991 году. Здание средней школы четырехэтажное, с подвалом, имеет сложную форму в плане, разделено тремя деформационными швами на четыре отсека, пристройка одноэтажная. Конструктивная схема здания бескаркасная с продольными несущими стенами. Здание имеет большую устойчивость из-за значительной толщины бутовых фундаментов (1000 мм) и кирпичных стен (640 мм).
2. Анализ горно-геологических условий показал, что здание школы находилось в зоне влияния горных работ шахты «Комсомолец Донбасса» с 1994 по 2021 гг. Здание школы было многократно подработано 11-ю горными выработками на четырех пластах. Максимальные горизонтальные деформации сжатия вдоль продольной оси здания составили 2,58 х 10-3 и вдоль поперечной оси 1,18 х 10-3 при отработке 2 южной лавы пласта 17 в 1997 г. Максимальные горизонтальные деформации растяжения вдоль продольной оси здания составили 1,23 х 10-3 и вдоль поперечной оси 0,45 х 10-3 при отработке 8 западной лавы пласта 13 в 2021 г.
3. Анализ результатов обследования конструкций здания школы показал, что дефекты и повреждения от влияния горных работ имеются в стенах возле деформационных швов. Имеющиеся дефекты и повреждения строительных конструкций здания вызваны многократным влиянием горных работ, влиянием мезорельефа земной поверхности, физическим износом конструкций и длительной эксплуатацией здания без проведения восстановительных ремонтов. Дефекты и повреждения конструкций пристройки вызваны влиянием горных работ и нарушением строительных норм и правил при возведении пристройки.
4. Для обеспечения нормальных условий эксплуатации здания школы разработаны мероприятия включающие:
- закладку окон подвала, гидроизоляцию фундамента в местах закладки окон, демонтаж приямков;
- ремонт поврежденной кирпичной кладки цоколя, усиление цоколя по периметру здания металлическим каркасом с обетони-
рованием, ремонт отмостки и асфальтового покрытия прилегающей территории;
- ремонт поврежденной кирпичной кладки наружных стен и карнизов с выполнением облицовки и утеплением фасадов;
- закрытие деформационных швов в наружных стенах нащельниками;
- выполнение ремонтных работ во внутренних помещениях;
- облицовку мест расположения деформационных швов во внутренних помещениях с фиксированием плит облицовки с одной стороны для создания возможности перемещения при работе деформационных швов.
Также рекомендуется выполнить демонтаж существующей одноэтажной пристройки со стороны дворового фасада и строительство новой пристройки из новых строительных материалов с учетом входа в здание школы и входа в подвал со стороны дворового фасада здания.
Исследования проводились в ФГБНУ «РАНИМИ» в рамках государственного задания (№ госрегистрации 1023020600011-02.7.5).
ЛИТЕРАТУРА
1. ГСТУ 101.00159226.001 - 2003. Правила подработки зданий, сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом - Введ. 01.01.2004. - К., 2004. - 128 с.
2. СНиП 11-А. 14-71. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях / Госстрой УССР. - Введ. 01.02.1972. - М, 1972. - 14 с.
Иванова Лариса Александровна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела сдвижения земной поверхности и защиты подрабатываемых объектов ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, [email protected].
Рахманова Татьяна Ивановна, старший научный сотрудник отдела сдвижения земной поверхности и защиты подрабатываемых объектов ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, [email protected].
Голубев Филипп Максимович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела сдвижения земной поверхности и защиты подрабатываемых объектов ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, [email protected].
Федосова Надежда Степановна, ФГБНУ "РАНИМИ", зав. отделом патентно-лицензионной, изобретательской работы и стандартизации ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, fenad0304@ mail.ru.
THE CONSEQUENCES OF PART-TIME WORK AND MEASURES TO PROTECT THE BUILDING OF SECONDARY SCHOOL NO. 3 IN KIROVSKOYE
Based on the analysis of the design features and results of the survey of the school building No. 3 in Kirovskoye, the analysis of the consequences of multiple workings of the building by mining workers of the Komsomolets Donbass mine, it was found that the damage from the influence of mining operations is in the area of deformation seams, the remaining damage is caused by physical wear of structures and operation of the building without carrying out repairs. To ensure normal operating conditions of the building, measures have been developed, including strengthening of individual structures, carrying out repairs, etc.
Keywords: the impact of mining, the consequences of part-time work, building protection measures.
Ivanova Larisa Aleksandrovna, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher of the Department of Earth's Surface Movement and Protection of Mining Objects of the Federal State Budgetary Institution
«RANIMI», Russia, DPR, Donetsk, [email protected].
Tatyana Ivanovna Rakhmanova, Senior Researcher, Department of Earth's Surface Movement and Protection of Undermined Objects, Federal State Budgetary Institution «RANIMI», Russia, DPR, Donetsk, [email protected].
Golubev Philipp Maksimovich, Candidate of Technical Sciences,Leading Researcher of the Department of Earth's Surface Movement and Protection of Undermined Objects, Federal State Budgetary Institution «RANIMI», Donetsk, DPR, [email protected].
Fedosova Nadezhda Stepanovna, head. Department of Patent Licensing, Inventive Activity and Standardization of the Federal State Budgetary Institution «RANIMI», Russia, DPR, Donetsk, fenad0304@ mail.ru.
