СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КРЕНОМ И ОСАДКОЙ ВЫСОТНОГО СООРУЖЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК E02D35/00 E02D37/00 

Предлагаемое изобретение относится к строительству и эксплуатации промышленных и гражданских зданий на просадочных грунтах с неравномерной осадкой и в районах развития карста, преимущественно к дымовым и вентиляционным трубам.

Провалы и неравномерные осадки грунтового основания под дымовыми и вентиляционными трубами и каркасами сооружений являются основными причинами, приводящими к возникновению предельного состояния в них.

Известны случаи неравномерных осадок дымовых и вентиляционных труб, приводящих к появлению опасных трещин в них и полному выходу их из строя вплоть до падения [1].

Известен способ усиления фундамента трубы [2, с.257, рис.8.13].

Недостатки этого технического решения следующие:

- невозможно восстановить проектное положение сооружения после неравномерной осадки и крена фундаментов, так как отсутствуют какие-либо устройства в фундаменте, позволяющие восстановить его проектное положение;

- большая трудоемкость усиления фундаментов.

Задачей изобретения является управление креном и осадкой высотного сооружения и полное восстановление его проектного положения посредством бурения скважин для поглощения грунта.

Задача по реализации способа решается за счет того, что для управления креном высотного сооружения и его фундамента, согласно изобретению, производят геодезическую нивелировку сооружения, устанавливают угол и ориентацию крена сооружения, равный крену фундамента, определяют излишний объем грунта под фундаментом со стороны его наименьшей осадки, препятствующий устранению крена.

Назначают диаметр и число скважин для поглощения грунта со стороны наименьшей осадки фундамента и определяют длину каждой из скважин по формуле

где V - излишний объем грунта под фундаментом;

n - число скважин грунта;

l - длина одной скважины от подошвы фундамента до соединения ее со встречной скважиной с другой стороны фундамента;

А - площадь сечения скважины.

Наклеивают на фундамент в характерных точках мишени с координатной сеткой и направляют на каждую из мишеней в начало координат луч от лазерного нивелира или от лазерного прицела.

Бурят под фундамент наклонные скважины, направляя их под центр тяжести поглощаемого грунта, до соединения их друг с другом под центром тяжести. Заполняют скважину глинистой пульпой.

Опускают в каждую скважину глубинный вибратор под центр тяжести поглощаемого грунта. Включают глубинные вибраторы, передают пульсирующие колебания глинистой пульпе в скважинах и прилегающим зонам поглощаемого грунта и активизируют действие сил гравитации от массы сооружения и стимулируют осадку грунтового основания.

Поглощают грунт скважинами и активизируют уменьшение крена сооружения под действием его массы. Одновременно контролируют уменьшение крена высотного сооружения по зайчикам от лазерных лучей, перемещающимся по координатной сетке мишеней.

Включают тот или другой глубинный вибратор и корректируют уменьшение крена массивного сооружения под действием сил гравитации. Полностью поглощают излишний объем грунта скважинами. Полностью устраняют крен высотного сооружения. Извлекают глубинные вибраторы, заполняют не заполненные участки скважин песчаной пульпой и эксплуатируют сооружение.

На фиг.1 показано высокое сооружение - дымовая труба, получившая крен в результате неравномерной осадки грунтового основания;

на фиг.2, 3 - характерные разрезы сооружения.

На фиг.1 показана труба 1, опирающаяся на фундамент 2. Труба 1 наклонена к вертикали под углом α. Угол крена α фундамента 2 измерен относительно горизонтали. Правая сторона квадратного в плане фундамента 2 получила максимальную осадку, а левая сторона минимальную, поэтому и возник крен под углом α вправо.

Для устранения крена необходимо вызвать дополнительную осадку Δ_доп со стороны минимальной осадки фундамента, то есть Δ_доп=Δ_min-Δ_max.

Иными словами, мы должны удалить прямую призму 3 грунта под подошвой фундамента 2.

Объем призмы равен [3, с.25] V=t·А,

где t - расстояние между центрами тяжести оснований призмы;

А - площадь сечения призмы грунта.

Эту лишнюю часть грунта легко удалить, используя ползучесть и сжимаемость грунтов [1, с.129...145] и массу сооружения. Сжимаемость грунтов определяется способностью пор в грунте уменьшаться в своем объеме под нагрузкой.

Ползучесть же грунтов характеризуется "долго не затухающей деформацией без изменения приложенной к ним нагрузки" [1, с.384].

Таким образом, для поглощения лишнего грунта 3 из-под подошвы фундамента необходимо вблизи этой зоны пробурить скважины 5. Необходимо стремиться к совпадению центра тяжести поглощаемого грунта 3 с центром полости в скважинах 4.

Сжимаемость и ползучесть грунтов под действием сил гравитации активизируют глубинными вибраторами. Постепенно поглощают грунт 3 скважинами 4. Этим активизируют осадку возвышающейся части фундамента и, следовательно, уменьшают его крен [1, с.271]. Для ускорения процесса в скважины заливают глинистую пульпу и сообщают ей вибрацию глубинными вибраторами 5.

Встречные скважины 4 ориентируют под центр тяжести поглощаемого грунта 3 до их соединения.

Включают глубинные вибраторы 5 и передают пульсирующие колебания глинистой пульпе и прилегающим зонам грунта 3 и поглощают излишний грунт 3 скважинами 4.

Одновременно контролируют уменьшение крена высотного сооружения по зайчикам от лазерных лучей, перемещающимся по координатной сетке мишеней.

Для повышения безопасности работ монтируют контрфорсы 6 с базами 7 и с оголовками 8 и зубьями 9. Оголовки 8 контрфорсов 6 шарнирно соединены с трубой 1. Между каждой из баз 7 контрфорсов и опорной плитой 10 имеется зазор Δ, соответствующий требуемой величине перемещения трубы для восстановления ее вертикальности. Дальнейшее перемещение трубы исключено упором баз 7 в опорные плиты 10.

Последовательность работ следующая:

- производят геодезическую разбивку осей здания, снимают растительный слой грунта и монтируют опорные плиты 10;

- монтируют контрфорсы 6 с базами 7 и оголовками 8;

- наклеивают на фундамент в характерных точках мишени с координатной сеткой и направляют на каждую из мишеней в начало координат луч от лазерного нивелира или от лазерного прицела;

- бурят под фундамент, под центр тяжести поглощаемого грунта 3 наклонные скважины до соединения их друг с другом;

- заполняют скважины глинистой пульпой и опускают в каждую из скважин, под центр тяжести поглощаемого грунта, глубинный вибратор;

- включают глубинные вибраторы и сообщают пульсирующие колебания глинистой пульпе и прилегающим зонам грунта 3, поглощают излишний грунт скважинами 4, одновременно контролируют уменьшение крена высотного сооружения по зайчикам от лазерных лучей, перемещающимся по координатной сетке мишеней;

- корректируют уменьшение крена, включая тот или другой глубинный вибратор; полностью поглощают излишний объем грунта скважинами;

- полностью устраняют крен высотного сооружения до упора баз 7 контрфорсов 6 в опорные плиты, предотвращающих появление крена трубы в обратную сторону; зубья оголовков исключают проскальзывание трубы 1 по головкам 8 контрфорсов 6;

- заполняют не заполненные участки скважин песчаной пульпой, извлекают глубинные вибраторы и эксплуатируют сооружение;

- в случае возникновения крена фундамента вправо - осадка правой стороны фундамента больше, чем левой, то выключают глубинный вибратор справа;

- в случае возникновения крена фундамента влево - осадка левой стороны фундамента больше, чем правой, то выключают глубинный вибратор слева.

Таким образом, разработанный способ управления креном высотного сооружения и его фундамента обеспечил ликвидацию крена фундамента и высотного сооружения.

Эксплуатируют сооружение и регулярно производят нивелирование его фундамента, например, один раз за полгода эксплуатации. В случае обнаружения крена производят его ликвидацию описанным выше способом.

Таким образом, разработанный способ управления креном высотного сооружения позволяет строить его на более слабых грунтах и регулировать напряженное состояние сооружения, добиваясь его оптимального состояния.

Оптимальное же состояние напряженного состояния сооружения приведет к значительному повышению надежности и снижению его материалоемкости.

Сопоставление разработанного способа управления креном и осадкой высотного сооружения с аналогом показывает его существенные отличия, а именно:

- управление креном фундамента производят поглощением скважинами излишнего объема грунта под фундаментом;

- глубинными вибраторами активизируют действие сил гравитации и поглощение грунта и этим стимулируют осадки грунтового основания под фундаментом;

- выравнивают неравномерную осадку сооружения, поглощая скважинами лишний объем грунта, препятствующий устранению опасного крена сооружения, этим вызывают дополнительную осадку возвышающейся части фундамента и ликвидируют крен сооружения;

- полностью восстанавливают проектное положение фундамента, причем ликвидируют крен фундамента как в продольном, так и поперечном направлении, а следовательно, устраняют напряжения, возникшие от неравномерной осадки каркаса сооружения или трубы;

- разработанный способ управления креном и осадкой высотного сооружения и его фундамента позволяет ликвидировать крен в процессе возведения сооружения, причем такая операция может быть выполнена несколько раз по мере увеличения массы сооружения.

Таким образом, разработанный способ управления креном высотного сооружения и его фундамента существенно отличается от аналога.

Экономический эффект от разработанного способ управления креном высотного сооружения и его фундамента возник из-за следующего:

- способ позволил исключить вредное влияние неравномерной осадки и крена сооружения и этим значительно повысить надежность и снизить материалоемкость его;

- упрощена эксплуатация сооружения, так как его проектное положение легко восстанавливают, поглощая избыточный объем грунта под подошвой фундамента;

- масса сооружения и силы гравитации способствует восстановлению проектного положения сооружения.

Источники информации

1. Маслов Н.Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. - М.: Высшая школа, 1968, 629 с.

2. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции. В 2-х частях. Часть 2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. - М.: Высшая школа, 1989, 264 с.

3. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. Книга 1. Ред. А.А.Уманский. - М.: Госстройиздат, 1960, 1040 с.

Изобретение относится к строительству и эксплуатации промышленных и гражданских зданий на просадочных грунтах с неравномерной осадкой и в районах развития карста, преимущественно к дымовым и вентиляционным трубам. Способ управления креном и осадкой массивного высотного сооружения и его фундамента. Производят геодезическую нивелировку сооружения, устанавливают угол и ориентацию крена сооружения, равного крену фундамента, определяют излишний объем грунта под фундаментом со стороны его наименьшей осадки, препятствующий устранению крена. Назначают диаметр и число скважин для поглощения грунта со стороны его наименьшей осадки и определяют длину каждой из скважин по приведенной зависимости. Наклеивают на фундамент в характерных точках мишени с координатной сеткой и направляют на каждую из мишеней в начало координат луч от лазерного нивелира или от лазерного прицела. Монтируют опорные плиты и контрфорсы с базами и оголовками, шарнирно соединяют оголовки контрфорсов с трубой и фиксируют базы контрфорсов на расчетной величине Δ над опорными плитами. Бурят под фундамент, под центр тяжести поглощаемого грунта наклонные скважины, до соединения их друг с другом. Заполняют скважины глинистой пульпой, опускают в каждую из скважин, под центр тяжести поглощаемого грунта, глубинный вибратор. Включают глубинные вибраторы, передавая пульсирующие колебания глинистой пульпе и прилегающим зонам, активизируют осадку грунтового основания под действием массы сооружения, поглощают скважинами, заполненными глинистой пульпой, излишний грунт под фундаментом; используют массу сооружения и постепенно устраняют его крен. Одновременно контролируют уменьшение крена высотного сооружения по зайчикам от лазерных лучей, перемещающимся по координатной сетке мишеней. Корректируют уменьшение крена, включая тот или другой глубинный вибратор, продолжают поглощать грунт скважинами, полностью устраняют крен высотного сооружения до закрытия расчетной величины зазора Δ и упора баз контрфорсов в опорные плиты. Извлекают глубинные вибраторы, заполняют не заполненные участки скважин песчаной пульпой и эксплуатируют сооружение. Технический результат состоит в повышении надежности, долговечности, устойчивости конструкции, продлении эксплуатационных качеств зданий и сооружений. 3 ил.

Способ управления креном и осадкой массивного высотного сооружения и его фундамента, отличающийся тем, что производят геодезическую нивелировку сооружения, устанавливают угол и ориентацию крена сооружения равными крену фундамента, определяют излишний объем грунта под фундаментом со стороны его наименьшей осадки, препятствующий устранению крена, назначают диаметр и число скважин для поглощения грунта со стороны его наименьшей осадки и определяют длину каждой из скважин по формуле ,

где V - поглощаемый объем грунта под фундаментом;

n - число скважин грунта;

А - площадь сечения скважины;

l - длина одной скважины от подошвы фундамента до соединения ее со встречной скважиной с другой стороны фундамента,

наклеивают на фундамент в характерных точках мишени с координатной сеткой и направляют на каждую из мишеней в начало координат луч от лазерного нивелира или от лазерного прицела, монтируют опорные плиты и контрфорсы с базами и оголовками, шарнирно соединяют оголовки контрфорсов с трубой и фиксируют базы контрфорсов на расчетной величине Δ над опорными плитами, бурят под фундамент, под центр тяжести поглощаемого грунта наклонные скважины, до соединения их друг с другом, заполняют скважины глинистой пульпой, опускают в каждую из скважин, под центр тяжести поглощаемого грунта, глубинный вибратор, включают глубинные вибраторы, передавая пульсирующие колебания глинистой пульпе и прилегающим зонам, активизируют осадку грунтового основания под действием массы сооружения, поглощают скважинами, заполненными глинистой пульпой, излишний грунт под фундаментом, используют массу сооружения и постепенно устраняют его крен, одновременно контролируют уменьшение крена высотного сооружения по зайчикам от лазерных лучей, перемещающимся по координатной сетке мишеней, корректируют уменьшение крена, включая тот или другой глубинный вибратор, продолжают поглощать грунт скважинами, полностью устраняют крен высотного сооружения до закрытия расчетной величины зазора Δ и упора баз контрфорсов в опорные плиты, извлекают глубинные вибраторы, заполняют незаполненные участки скважин песчаной пульпой и эксплуатируют сооружение.