CC BY
0УДК 622.837:622.838
Л. А. Иванова, Т. И. Рахманова, Ф. М. Голубев, Е. Т. Сушко, С. Д. Скрипка
ПРИЧИНЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ ГОРНОГО ЛИЦЕЯ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ШАХТЫ «ЮНЫЙ КОММУНАР»
На основании анализа влияния подработки и закрытия шахты «Юный Коммунар», результатов визуального обследования учебного корпуса горного лицея установлены причины деформирования конструкций здания учебного корпуса, включающие влияние деформаций земной поверхности от подработки и от активизации процесса сдвижения при затоплении горных выработок шахты, неудачные проектные решения фундаментной части здания и нарушения строительных норм и правил при строительстве и эксплуатации здания.
Ключевые слова: горные работы, влияние закрытия шахты, повреждение конструкций здания.
Разработка мероприятий, связанных с обеспечением эксплуатационной пригодности зданий при закрытии шахт, производится с учетом характера и величины воздействий, обусловленных затоплением горных выработок, а также с учетом необходимости устранения деформаций и повреждений конструкций от влияния горных работ в процессе эксплуатации шахты [1]. Требования [1] должны обеспечивать безопасность эксплуатации подработанных зданий после ликвидации шахты, также как и при подработке зданий согласно [2], в том числе и в условиях Центрального района Донбасса.
Влияние горных работ на подрабатываемые здания в Центральном районе Донбасса имеет свои специфические особенности. При отработке свиты крутопадающих пластов угля в Центральном районе Донбасса на земной поверхности проявляются
сосредоточенные деформации в виде уступов и горизонтальных сдвигов. Как правило, повреждения получают объекты поверхности, расположенные на трассах уступов и горизонтальных сдвигов.
Анализ результатов обследования и установление причин деформирования конструкций учебного корпуса горного лицея, расположенного в зоне влияния горных работ шахты «Юный Коммунар» после ликвидации шахты представляет научный и практический интерес. Актуальность работы обусловлена необходимостью обеспечения безопасной эксплуатации здания в условиях последствий влияния сосредоточенных деформаций земной поверхности от подработки и влияния активизации сдвижений и деформаций при затоплении горных выработок после закрытия шахты.
Здание горного лицея расположено в г. Юнокоммунаровске, административно входящем в состав г. Енакиево, в юго-западной части горного отвода шахты «Юный Коммунар» ГП «Орждоникидзеуголь».
Шахта «Юный Коммунар» сдана в эксплуатацию в 1912 г. и восстановлена после затопления в 1948 г., в 2001 г. шахта ликвидирована и передана в государственную компанию «Укруглере-структуризация».
В геолого-структурном отношении поле шахты «Юный Коммунар» расположено в Центральном геолого-промышленном районе Донецкого бассейна в восточной части южного крыла Главной антиклинали Донбасса.
В геологическом строении шахтного поля принимают участие отложения среднего и верхнего отдела карбона, представ-
3 4 5 6 7 1
ленные свитами С2 , С2 , С2 , С2 , С2 и С3 . Литологически толща горных пород представлены песчаниками, алевролитами и глинистыми сланцами, которые вмещают маломощные горизонты известняков, пласты углей.
В зоне влияние на здание горного лицея отрабатывалось
4 /""л 7 1 н 1 в 1 н
семь угольных пластов: т3, т2, т4 свиты С2 , пласты 14 , 11 , 11 свиты С26 и пласт к71в свиты С25. На горизонте 826 м в зоне влияния на здание лицея шахта отрабатывала пласты т44, т3, т2, 14н, 11н, к71н, в 1997-2000 гг. на горизонте 826 м шахтой произведена
доработка пласта //, на горизонте 926 м - пластов т3, т2, а в 2001 г. произведена доработка пласта к7 в.
По результатам расчёта деформаций земной поверхности от влияния горных выработок, пройденных после 1986 г. в соответствии с [1], деформации составили: высота уступа Ну более 5 см, максимальные горизонтальные деформации е более 2 х 10-3.
После закрытия шахты в 2001 г. осуществлялась трехступенчатая схема водоотлива шахты с размещением насосных станций на горизонтах 936 м, 826 м, и 426 м. Водоотлив шахты остановлен 30.04.2018 г. и в 2021 г. минимальная глубина затопления горных выработок шахты составила минус 153 м. Абсолютная отметка земной поверхности в районе расположения здания составляет от 185 м до 187 м.
По результатам расчета деформаций земной поверхности от влияния активизации процесса сдвижения, вызванной затоплением горных выработок шахты в соответствии с [2] деформации составили: высота уступа ^ - 5 мм, горизонтальные деформации Етах - 0,33 х 10-3. Для расчёта сдвижений и деформаций земной поверхности выделено 127 блоков лав по 7 пластам.
Здание горного лицея построено в 1988 г., строительство здания велось с 1986 г. по 1988 г. Здание построено по типовому проекту 232-2-40, разработанному ЦНИИЭП учебных зданий. Привязку проекта и разработку фундаментной части и конструктивных мер защиты от влияния горных работ выполнял Горлов-ский отдел «Донбассгражданпроекта» с использованием рекомендаций института «ДонПромстройНИИпроект».
Здание трехэтажное, каркасное, без подвала, выполнено из сборных железобетонных конструкций серии ИИ-04. Каркас здания связевой. Пространственная жесткость здания по проекту обеспечивается работой перекрытия в горизонтальной плоскости как неизменяемой диафрагмы и диафрагмами жесткости в продольном и поперечном направлениях. Размеры здания в плане по основным осям 42,0 м х42,0 м, а максимальные размеры 48,0 х 48,0 м, высота 10,5 м.
Фундаменты под колонны и диафрагмы жесткости выполнены монолитными железобетонными, между фундаментами установлены сборные железобетонные связи-распорки. Глубина заложения
монолитных фундаментов - 1,26 м. Монолитные столбчатые фундаменты под колонны установлены на ленточные блочные фундаменты, отметки низа которых составляют -3,400 м, -3,700 м, -4,000 м.
Между монолитными столбчатыми фундаментами под колонны и блочными фундаментами, между цокольным поясом и диафрагмами жесткости предусмотрены швы скольжения.
Колонны каркаса, ригели и плиты перекрытия сборные железобетонные. Стены здания выполнены из бетонных навесных панелей с ленточным остеклением. Для крепления наружных стеновых панелей к колоннам каркаса разработаны узлы крепления панелей в четырех точках.
По двум центральным осям здания выполнены подпорные стенки из бетонных блоков высотой 2,3 - 2,4 м выступающие на 18м и 28 м от здания.
Конструктивные меры защиты здания (связи-распорки) рассчитаны для следующих горно-геологических условий: на высоту уступа ^ равную 10 см и горизонтальные деформации е равные 4,5 ■ 10-3.
Обследование конструкций здания учебного корпуса горного лицея проведено в ноябре 2021 г.
Общий вид здания (главный и правый фасады) показан на рисунке 1. Со стороны правого фасада здания имеется уклон земной поверхности.
В левой и средней части стены главного фасада имеются трещины в стыках между стеновыми панелями раскрытием 1-3 мм, местами поврежден штукатурный слой междуоконного заполнения. Повреждение (поднятие) карнизных плит покрытия показано на рисунке 2. В кирпичной стене лестничной клетки над оконным проемом имеется трещина раскрытием до 8 мм.
В правой части главного фасада имеются трещины в стыках между стеновыми панелями раскрытием до 5 мм, отмечается отклонение от вертикали более 150 мм угловой наружной колонны первого этажа.
В верхней части кирпичной стены лестничной клетки над оконным проемом имеется трещина раскрытием до 8 мм.
Наблюдается коррозия опорных столиков под навесные панели второго этажа и угловые стеновые блоки и коррозия закладных в наружных колоннах первого этажа главного и правого фасадов.
Рис. 1 - Общий вид учебного корпуса горного лицея (главный и правый фасады)
Q пи га
Рис. 2 - Повреждение карнизных плит и стены главного
фасада
Зафиксировано отклонение стены правого фасада от вертикальной плоскости в уровне первого этажа более 150 мм. В стене правого фасада имеется вертикальная трещина раскрытием до 30 мм в уровне третьего этажа на примыкании лестничной клетки
и помещений 1-3 этажей, трещины в стыках между стеновыми панелями до 5 мм, повреждение штукатурного слоя с оголением арматуры междуоконного заполнения (рисунок 3).
а - вертикальная трещина в стене; б - оголение арматуры междуоконного заполнения
Рис. 3 - Повреждение стены правого фасада
В стене дворового фасада имеются трещины в стыках между стеновыми панелями раскрытием до 5 мм, трещины в кирпичной стене первого этажа до 3-5 мм по заделке, имеются повреждения конструкций ограждения и ступеней наружного крыльца. Отмечается повреждение наружной облицовки колонн первого этажа.
В стене левого фасада имеются трещины в стыках между стеновыми панелями раскрытием до 5-8 мм, горизонтальные трещины до 10 мм, вертикальная трещина в уровне верха третьего этажа до 20 мм, повреждение карнизных плит.
При обследовании внутренних помещений первого этажа установлено, что в коридоре имеются уклоны пола с образованием пологих уступов в двух перпендикулярных направлениях (рис. 4).
Максимальные повреждения конструкций внутренних помещений сосредоточены в левой и правой частях здания.
Рис. 4 - Повреждение пола в коридоре первого этажа
В левой части здания в помещениях первого этажа имеются трещины с максимальным раскрытием до 10 мм на примыкании внутренних стен к колоннам каркаса, зазор до 15 мм на примыкании плит перекрытия к наружным стеновым панелям, повреждение пола с образованием уступов, перекос оконных проемов.
На втором этаже в левой части здания зафиксировано повреждение внутренней стены с выпором стены в сторону коридора, расслоение кладки стены с образованием горизонтальных трещин раскрытием до 5 мм и вертикальной трещины на стыке с колонной, повреждение ограждения канала, примыкающего к стене (рис. 5).
В учебном помещении второго этажа установлены металлические подпорки под плиты перекрытия, имеются следы сырости на потолке, повреждение заделки между наружными стеновыми панелями и балками перекрытия, прогиб перемычки над оконным проемом, выполнен ремонт пола, имевшего уклон. В коридоре имеется повреждение защитного слоя бетона с оголением арматуры в плите перекрытия.
В учебных помещениях в левой части здания на третьем этаже имеются: уклон пола, следы сырости на потолке, повреждение заделки между стеновыми панелями и балками перекрытия, повреждение заделки между колоннами каркаса и стеновыми панелями, образование трещин в полу раскрытием до 25 мм (рис. 6).
а - выпор стены в коридоре;
б - повреждение ограждения примыкающего канала
Рис. 5 - Повреждение стены на втором этаже
В средней части здания установлены повреждения стен актового зала на втором этаже - вертикальные и наклонные трещины на примыкании внутренних стен к колоннам каркаса.
В правой части здания в помещении столовой на первом этаже правого фасада зафиксировано оседание более 100 мм несущих колонн каркаса возле стен правого фасад и отклонение от вертикали низа этих колонн наружу более 150 мм, вызванное оседанием и горизонтальным перемещением фундаментов под эти колонны.
Отмечено отклонение низа наружной стены от вертикали, образование наклонной трещины во внутренней стене на примыкании к наружной стене и вертикальной трещины в стене раскрытием до 20 мм, наклон несущих ригелей и проседание плит перекрытия возле стены правого фасада, образование двух горизонтальных трещин в полу раскрытием до 30-50 мм (рис. 7).
На третьем этаже в месте примыкания лестничной клетки к учебным помещениям произошло образование зазора и повреждение заделки между колонной каркаса и стеновой панелью (рис. 8).
По результатам обследования установлено техническое состояние несущих конструкций здания горного лицея:
- в левой и центральной части здания техническое состояние несущих конструкций неудовлетворительное;
- в правой части здания, где имеется уклон земной поверхности, техническое состояние несущих конструкций аварийное.
Рис. 6 - Повреждение пола в помещении третьего этажа
Анализ результатов визуального обследования конструкций здания горного лицея показал, что:
- в несущих и ограждающих конструкциях здания имеются повреждения, вызванные неравномерными осадками основания;
- зафиксированы подвижки основных несущих конструкций каркаса - колонн, балок и плит перекрытий.
На основании анализа влияния подработки и закрытия шахты «Юный Коммунар», результатов обследования и определения технического состояния учебного корпуса горного лицея установлено следующее.
1. Причиной деформирования конструкций здания является влияние сосредоточенных деформаций земной поверхности при ведении горных работ шахтой «Юнком» и влияние активизации процесса сдвижения при затоплении горных выработок шахты после ее закрытия.
а - возле стены правого фасада, б - в средней части помещения
Рис. 7 - Повреждение конструкций в помещении столовой на
первом этаже
Рис. 8 - Зазор между колонной и стеновой панелью
Также следует отметить неудачные проектные конструктивные решения фундаментной части здания для условий подработки при крутом залегании пластов угля. Фундаменты стаканного типа под колонны каркаса на глубине заложения -1,26 м опираются на ленточные фундаменты из бетонных блоков с глубиной
заложения -3,4 м, -3,7 м, -4,0 м, которые не связаны между собой по периметру здания. В левой и правой частях здания предусмотрено недостаточное количество связей распорок, соединяющих фундаменты под крайние левые и правые ряды колонн с фундаментами под внутренние ряды колонн, а сами связи-распорки имеют недостаточные размеры и армирование.
2. Дополнительной причиной деформирования конструкций здания является нарушение строительных норм и правил, допущенное при строительстве здания (установка фундаментов на мёрзлый грунт, низкое качество работ при устройстве фундаментов, монтаже каркаса и ограждающих конструкций), эксплуатация здания без проведения текущих ремонтов здания, а также возможное наличие просадочных грунтов основания (в проекте предусмотрены подпорные стенки).
Следует также отметить наличие уклона земной поверхности (мезорельефа) возле правой части здания.
ЛИТЕРАТУРА
1. КД.12.004-98. Ликвидация угольных шахт. Защита земной поверхности от затопления горных выработок. / Министерство угольной промышленности Украины. - Введ. 01.01.1998. -Донецк. - 46 с.
2. 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.
3. 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 ГБУ «РАНИМИ», Донецк, ДНР, ivlarisa213 @уа^ех.ги.
Рахманова Татьяна Ивановна, старший научный сотрудник отдела сдвижения земной поверхности и защиты подрабатываемых объектов, ГБУ «РАНИМИ», Донецк, ДНР, RahmanovaTata@yandex.ru.
Голубев Филипп Максимович, кандидат технических наук, заместитель заведующего отделом сдвижения земной поверхности и защиты подрабатываемых объектов, ГБУ «РАНИМИ», Донецк, ДНР, f_golubev@list.ru.
Сушко Евгений Тихонович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела сдвижения земной поверхности и защиты подрабатываемых объектов, ГБУ «РАНИМИ», Донецк, ДНР, esushko@mail.ru.
Скрипка Сергей Дмитриевич, заместитель председателя «Гортехнадзора».
THE CAUSES OF DEFORMATION OF THE STRUCTURES OF THE MINING LYCEUM BUILDING IN THE ZONE OF INFLUENCE OF THE YUNY KOMMUNAR MINE
Based on the analysis of the impact of underworking and the closure of the mine "Yuny Kommunar", the results of a visual examination of the academic building of the mining Lyceum, the causes of deformation of the academic building structures were established, including the effect of deformations of the Earth's surface from underworking and from the activation of the displacement process during the flooding of the mine workings, unsuccessful design solutions of the foundation part of the building and violations of building norms and rules during the construction and operation of the building.
Keywords: mining operations, the impact of mine closure, damage to building structures.
Ivanova Larisa Alexandrovna, candidate of technical sciences, senior researcher at the department of earth surface displacement and protection of objects of GBU "RANIMI", Donetsk, DPR, ivlari-sa213@yandex.ru.
Rakhmanova Tatyana Ivanovna, senior researcher at the department of earth surface displacement and protection of objects, GBU "RANIMI", Donetsk, DPR, RahmanovaTata@yandex. ru.
Philip Maksimovich Golubev, candidate of technical sciences, deputy head of the department of displacement of the earth's surface and protection of objects, GBU "RANIMI", Donetsk, DPR, f_golubev@list.ru.
Evgeny Tikhonovich Sushko, candidate of technical sciences, leading researcher of the department of earth surface displacement and protection of objects, GBU "RANIMI", Donetsk, DPR, esushko@mail.ru.
Sergei Dmitrievich Skripka, Deputy Chairman of Gortehnadzor.
